(57)【要約】【課題】ヒータを多数高密度に配列し、その配列方向に対して直角方向のサイズ増大を最小限に抑え最適なレイアウト構成としつつ、低コストで高速かつ高精細な記録が可能なヘッド基板を提供することである。【解決手段】抵抗値の小さいヒータをインク供給口に近くに、抵抗値の大きいヒータをインク供給口より遠くになるようにしてこれらを交互にインク供給口の長手方向に複数、千鳥状にヘッド基板上に配列する。そして、抵抗値の小さいヒータにはインク供給口の長手方向の直角方向に関してサイズの大きいトランジスタを、抵抗値の大きいヒータにはインク供給口の長手方向の直角方向に関してサイズの小さいトランジスタを接続するように、これらを交互に複数配列する。【選択図】  図１３
2009101532.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インク供給口と、複数のヒータからなるヒータのアレイと、前記複数のヒータを駆動する複数のトランジスタからなるトランジスタのアレイとを含むヘッド基板であって、
前記複数のヒータの内、相対的に小さい抵抗値のヒータは前記インク供給口に近く、相対的に大きい抵抗値のヒータは前記インク供給口より遠くになるように、前記相対的に小さい抵抗値のヒータと前記相対的に大きい抵抗値のヒータとを交互に配置しつつ、前記複数のヒータを前記インク供給口の長手方向に沿って千鳥状に配置し、
前記複数のトランジスタの内、前記相対的に小さい抵抗値のヒータには前記インク供給口の長手方向とは直角の方向に大きなサイズをもつトランジスタを接続し、前記相対的に大きい抵抗値のヒータには前記インク供給口の長手方向とは直角の方向に小さなサイズをもつトランジスタを接続するように、前記大きなサイズをもつトランジスタと前記小さなサイズをもつトランジスタとを交互に配置しつつ、前記複数のトランジスタを前記インク供給口の長手方向に沿って配置することを特徴とするヘッド基板。
【請求項２】
前記複数のトランジスタに共通に接続される接地ラインを前記インク供給口の長手方向に平行に配置し、
前記複数のトランジスタそれぞれはＭＯＳトランジスタであり、
前記ＭＯＳトランジスタのドレインは前記ヒータに接続され、ソースは前記接地ラインに接続されることを特徴とする請求項１に記載のヘッド基板。
【請求項３】
前記ＭＯＳトランジスタのソースの側での前記インク供給口からの距離は同じとなり、前記ＭＯＳトランジスタのドレインの側での前記インク供給口からの距離は、前記ＭＯＳトランジスタのサイズに従って異なることを特徴とする請求項２に記載のヘッド基板。
【請求項４】
前記大きなサイズをもつトランジスタが飽和領域に達する電流値は、前記小さなサイズをもつトランジスタが飽和領域に達する電流値よりも大きいことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のヘッド基板。
【請求項５】
前記ヘッド基板は、前記複数のヒータを複数のブロックに分割し、該ブロック毎に時分割駆動することが可能であり、
前記ヘッド基板はさらに、
記録データを入力するシフトレジスタと、
前記シフトレジスタで保持された信号をラッチ信号に応じて出力するラッチ回路と、
前記ブロックを選択するためのブロック選択信号を生成するデコーダとを有し、
前記シフトレジスタと前記ラッチ回路と前記デコーダとは前記インク供給口の長手方向に関し前記ヘッド基板上の端部に設けられることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のヘッド基板。
【請求項６】
前記複数のヒータは前記インク供給口の長手方向に１２００ｄｐｉのピッチで設けられることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のヘッド基板。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載のヘッド基板を用いた記録ヘッド。
【請求項８】
前記記録ヘッドはインクを吐出して記録を行うインクジェット記録ヘッドであることを特徴とする請求項７に記載の記録ヘッド。
【請求項９】
請求項８に記載のインクジェット記録ヘッドと該インクジェット記録ヘッドにインクを供給するためのインクが貯留されたインクタンクとを有することを特徴とするヘッドカートリッジ。
【請求項１０】
請求項８に記載のインクジェット記録ヘッド或は請求項９に記載のヘッドカートリッジを用いて記録を行う記録装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はヘッド基板、記録ヘッド、ヘッドカートリッジ、及び記録装置に関する。本発明は、特に、記録に必要な熱エネルギーを発生する電気熱変換素子とそれを駆動する駆動回路を同一基板上に形成したヘッド基板、そのヘッド基板を用いた記録ヘッド、その記録ヘッドを用いたヘッドカートリッジ、及び記録装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、インクジェット記録装置（以下、記録装置）に搭載される記録ヘッドのヒータとその駆動回路は、半導体製造プロセス技術を用いて同一基板上に形成されている。
【０００３】
図１４は駆動回路を搭載したサイドシューター型インクジェット記録ヘッド（以下、記録ヘッド）に内蔵するヘッド基板の従来の構成、特に、ヘッド基板上の電極配線を強調して示すレイアウト平面図である。
【０００４】
図１４に示すように、ヘッド基板８０５には、ヘッド基板８０５を貫通するインク供給口８０３を挟んだ両側に千鳥状に配置された複数のヒータ８０２が設けられている。また、複数のヒータ８０２夫々に対応してインクを吐出するための吐出口やインク流路が形成される。
【０００５】
また、ヘッド基板８０５上には、ヒータ（電気熱変換素子）８０２を記録データに応じて選択的に駆動してインクを吐出するため、電源側の共通電極配線９０２ａと９０２ｂ、ヒータ８０２とこれに電力を供給するための電極配線が設けられている。また、トランジスタ等のスイッチング素子（図中黒く示す部分で、下層側に形成される）、接地側の共通電極配線９０４ａと９０４ｂ等の配線もしくは回路も、この順で接続するよう設けられている。そして、電源側および接地側の各共通電極は電極パッド９０３を介してヘッド基板外部と電気的接続を行う。
【０００６】
以上の構成の記録ヘッドにおいて、各吐出口の近傍でインクによるメニスカスを形成、保持された状態で、ヒータ８０２を記録データに応じて選択的に駆動する。そして、その際発生する熱エネルギーを利用して熱作用面上のインクを急激に加熱沸騰させ、その際に発生する気泡の圧力によってインクを吐出する。
【０００７】
ところで、インク吐出のためにヒータに投入される電気エネルギー（電力）はその吐出を左右する重要な因子の一つである。即ち、投入される電気エネルギーが変化すると、それに応じて発泡現象も変化し良好な吐出を行えないことがある。
【０００８】
例えば、投入された電気エネルギーが小さい場合には、エネルギー不足によりインクの膜沸謄現象が不安定になり易く、インク滴の吐出速度や吐出方向さらには吐出量の変動を招く。その結果、記録画像の画質劣化を招く場合がある。また、逆に投入電気エネルギーが大きい場合には、過剰な熱エネルギーによりヒータに機械的なストレスを与えたり膜質に変化を生じさせてしまい、これらによって上述のような吐出不良を起こしたり、ひどい場合には記録ヘッドを破損させてしまうこともある。このため、複数のヒータ夫々に投入されるエネルギーは常に一定であることが望ましい。
【０００９】
一方各ヒータに投入されるエネルギーの変動要因として、一つの記録ヘッドで同時駆動されるヒータの数の変化が知られている。即ち、記録データ等に応じて同時駆動されるヒータの数が変化すると、それによって生じる電圧降下が異なり、結果として各ヒータの駆動エネルギーが変化するためである。
【００１０】
この問題の対処の一つとして、従来、図１４に示すような構成が採用されてきた。即ち、ヒータ８０２と電極パッドの間、スイッチング駆動素子と電極パッドの間の配線を複数に分割し、かつ各共通電極配線９０２ａ、９０２ｂ、９０４ａ、９０４ｂについて配線抵抗値をほぼ等しくするのである（例えば、特許文献１参照）。
【００１１】
この構成によれば、各共通電極配線について全ヒータを駆動する時と、一つのヒータを駆動する時との電圧降下の差を小さくすることができる。また、各共通電極配線に接続されるヒータの中で駆動可能な数を一つのヒータにした。このようにすることで全ヒータを駆動する時と一つのヒータを駆動する時との電圧降下の差をなくすことができ、各ヒータに対して常に一定の電気エネルギーを投入することができる。
【００１２】
この構成は、ヒータを駆動する際に生じる電圧降下のうち共通電極配線による電圧降下を小さくすることを前提としている。このため、共通電極配線の幅をできるだけ大きくしてその配線抵抗を小さくする。これに加えて、図１４に示す共通電極配線の幅Ａ、Ｂのようにその配線の長さに応じて上記配線の幅を異ならせることにより各電極配線間の配線抵抗を等しくする。また同時に各ヒータを選択するためにスイッチングするドライバトランジスタのサイズも同じにすることで、そのオン抵抗値も各ビットで等しくなりトータルの寄生抵抗である配線抵抗＋ドライバオン抵抗も等しくなるようにしている。
【００１３】
また、例えば、特許文献２に開示しているように、寄生抵抗の和を同じにするために、各個別配線抵抗値、各セグメントのドライバオン抵抗値を異ならせるように構成することもある。
【特許文献１】特開平１０−４４４１６号公報
【特許文献２】米国特許第６７２２７５９号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
記録装置は更に高速な記録を要求されているため、記録ヘッドのノズル数は増大し、ノズル密度も益々高くなってきている。また、インクの色数も増えてインク供給口及びノズル列も多数必要となるなど、ヘッド基板の面積が非常に大きくなってきている。
【００１５】
さて、スイッチング素子として用いるトランジスタは、そのオン状態での抵抗値（オン抵抗）が小さい程好ましい。これはヒータ以外で消費される電力を極力少なくすることで、ヘッド基板の温度の上昇を防ぐとともに、安定した記録ヘッドの駆動を行うことを可能にするためである。トランジスタのオン抵抗が大きいと、この部分でヒータ電流が流れる時に発生する電力損失分が大きくなり、余分に高い電圧をヒータに印加する必要が生じてしまい、その結果、無駄な電力が消費されることになる。トランジスタのオン抵抗を小さくするためには、そのサイズ（具体的にはゲートサイズ）を大きくすれば良いわけだが、大きくすることは必然的に大きな面積を必要とすることを意味する。
【００１６】
その場合、ヒータの配列密度が低くヒータ列方向に余分な領域がある場合には、ヒータの側にトランジスタを配置することでそのサイズを増大することが可能である。基本的にトランジスタはヒータと１対１対応となっている。このため、ヒータの配列密度が低い場合は良いが、その配列密度が高くなってくると、ヒータの側に１対１対応関係でトランジスタを配置することが困難になる。それでも、ヒータ数を増やすと、ヒータ配列密度とドライバ配列密度が等しくなくなりドレインとヒータの電気的接続が困難になる。しかしながら、従来の構成では、敢えてその接続領域を設けていた。
【００１７】
トランジスタのサイズは通常、ヒータ駆動時にトランジスタにかかる電流密度やヒータ配列密度に応じて適正なサイズを採用することにしている。しかしながら、上述のようなヘッド基板の場合、ヒータ配列密度が高くなればなるほど、トランジスタ領域はヒータ配列方向とは直角方向に長くなり、ヘッド基板のサイズが増大する。これは、ヘッド基板のコストアップに繋がってしまう。
【００１８】
図１５は従来のヘッド基板の数個の近接するヒータ周辺の拡大レイアウト図である。
【００１９】
図１５（ａ）はヒータ配列密度が６００ｄｐｉのヘッド基板の例を示し、図１５（ｂ）はヒータ配列密度が１２００ｄｐｉのヘッド基板の例を示している。
【００２０】
さて、図１５（ａ）は、隣り合う２セグメント分についてヒータ配列方向と垂直方向の位置関係を表している。
【００２１】
ヘッド基板にはインク供給口１４０１に対しヒータ１４０３が６００ｄｐｉピッチで配置されている。また、ヒータの上部には後工程で形成されるノズル１４０２及び吐出口（図中ヒータ１４０３の上の点線）が配置される。そして、ヒータ１４０３は配線及びスルーホール１４０６を介してトランジスタのドレイン１４０７に接続される。このトランジスタはドレイン１４０７と接地ライン１４１０に接続されるソース１４０９と各トランジスタのオン／オフを制御する信号を入力するゲート１４０８とから成る。また、ゲート１４０８に入力される信号は論理回路１４１１で生成され、その制御信号はロジック信号ライン１４１２から入力される。
【００２２】
一方、図１５（ｂ）はヒータ配列をより高密度にしたヒータ配列密度１２００ｄｐｉのヘッド基板における隣り合う４セグメント分についてヒータ配列方向と垂直方向の位置関係を表している。
【００２３】
ヘッド基板にはインク供給口１４０１に近い側から抵抗値の小さいヒータ１４０３Ｌ、抵抗値の高いヒータ１４０５が１２００ｄｐｉピッチで配置されている。尚、ヒータ抵抗値はヒータ縦横比によって決定されるものであり同一工程で成膜される。また、ヒータの上部には後工程で形成されるノズル１４０２、１４０４及び吐出口（図中ヒータ１４０３Ｌと１４０５の上の点線）が配置される。そして、ヒータ１４０３Ｌ、１４０５は配線及びスルーホール１４０６を介してトランジスタのドレイン１４０７に接続されている。このトランジスタはドレイン１４０７と接地ライン１４１０に接続されるソース１４０９と各トランジスタのオン／オフを制御する信号を入力するゲート１４０８から成る。また、ゲート１４０８に入力される信号は論理回路１４１１で生成され、その制御信号はロジック信号ライン１４１２から入力される。これらの構成は図１５（ａ）のそれと同じである。
【００２４】
但し、図１５（ａ）に示す構成はヒータが６００ｄｐｉピッチで配置され、１セグメント分の幅が４２μｍであるのに対し、図１５（ｂ）に示すそれはヒータが１２００ｄｐｉピッチで配置され１セグメント分の幅は半分の約２１μｍに過ぎない。従って、ノズル１４０２、１４０４の壁の領域をヘッド基板上に確保するためにヒータ１４０３Ｌ、１４０５をインク供給口１４０１に対して一列に並べることはできず、千鳥配置となっている。
【００２５】
なお、この例では、ヒータの配置を１２００ｄｐｉピッチの場合としたが、インク液適量、具体的には、吐出口サイズやノズルの形状に応じて千鳥配置をしなければいけないピッチは変わってくる。このような千鳥配置の構成により、必然的にヒータ領域は広がり、インク供給口と間の距離も大きくなってしまう。更にはトランジスタの能力に寄与するゲート１４０８の幅の領域を同じにするには、ヒータのピッチを６００ｄｐｉから１２００ｄｐｉにするとその配列密度が倍になるため、ゲート幅を等しくするためにそのトランジスタ領域も倍のサイズになってしまう。
【００２６】
次にこのことについて図１６を用いて説明する。
【００２７】
図１６はヒータ電流とスイッチング素子として用いるトランジスタのオン抵抗との関係を示す図である。
【００２８】
図１６において、（ａ）は図１５（ａ）に示したヒータが６００ｄｐｉピッチで配置されたヘッド基板に関するするもので、（ｂ）は図１６（ｂ）に示したヒータが１２００ｄｐｉピッチで配置されたヘッド基板に関するものである。
【００２９】
図１６（ａ）に示されるように、ヒータの配列密度が６００ｄｐｉの場合、ヒータのバラツキなどによってヒータ電流値がばらついた場合でもオン抵抗のばらつきは小さいため、影響は少ない。これに対して、図１６（ｂ）に示されるように、ヒータの配列密度が１２００ｄｐｉの場合、ヒータのばらつきなどによってヒータ電流値がばらついても、抵抗値の大きいヒータ１４０５では、ばらつきの影響が少ない。しかしながら、抵抗値の小さいヒータ１４０３Ｌについてはヒータ電流がヒータ１４０５と比べて大きくなるため、その電流値がドライバ飽和領域に近付いてしまう。その結果、ヒータの抵抗値等が微妙にばらついた場合でもオン抵抗値のバラツキが大きくなってしまう。
【００３０】
この問題を解決するためには、単純にはトランジスタのサイズを大きくすれば良い。しかしながら、ヒータのピッチはヒータを６００ｄｐｉのピッチで配列する場合の半分なので、図１６（ａ）に示す特性と同等の能力を要求するならヒータ配列方向とは垂直の方向に図１５（ｂ）で示す領域に対し倍の長さのトランジスタ領域が必要となる。これは、ヘッド基板に関し、ヒータ配列方向とは直角方向の長さを大きくしてしまうことになり、ヘッド基板サイズの増大につながってしまうことになる。
【００３１】
本発明は上記従来例に鑑みてなされたもので、ヒータを多数高密度に配列し、その配列方向に対して直角方向のサイズ増大を最小限に抑え最適なレイアウト構成としつつ、低コストで高速かつ高精細な記録が可能なヘッド基板を提供することを目的としている。また、そのヘッド基板を用いた記録ヘッド、ヘッドカートリッジ、及び記録装置を提供することも目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００３２】
上記目的を達成するために本発明のヘッド基板は、以下のような構成からなる。
【００３３】
即ち、インク供給口と、複数のヒータからなるヒータのアレイと、前記複数のヒータを駆動する複数のトランジスタからなるトランジスタのアレイとを含むヘッド基板であって、前記複数のヒータの内、相対的に小さい抵抗値のヒータは前記インク供給口に近く、相対的に大きい抵抗値のヒータは前記インク供給口より遠くになるように、前記相対的に小さい抵抗値のヒータと前記相対的に大きい抵抗値のヒータとを交互に配置しつつ、前記複数のヒータを前記インク供給口の長手方向に沿って千鳥状に配置し、前記複数のトランジスタの内、前記相対的に小さい抵抗値のヒータには前記インク供給口の長手方向とは直角の方向に大きなサイズをもつトランジスタを接続し、前記相対的に大きい抵抗値のヒータには前記インク供給口の長手方向とは直角の方向に小さなサイズをもつトランジスタを接続するように、前記大きなサイズをもつトランジスタと前記小さなサイズをもつトランジスタとを交互に配置しつつ、前記複数のトランジスタを前記インク供給口の長手方向に沿って配置することを特徴とする。
【００３４】
また他の発明によれば、上記構成のヘッド基板を用いた記録ヘッドを備える。
【００３５】
さらに他の発明によれば、上記記録ヘッドとその記録ヘッドに供給するインクを収容したインクタンクとを一体化したヘッドカートリッジを備える。
【００３６】
またさらに他の発明によれば、上記記録ヘッド又はヘッドカートリッジを搭載した記録装置を備える。
【発明の効果】
【００３７】
従って本発明によれば、相対的に抵抗値の小さいヒータをインク供給口に近くに、相対的に抵抗値の大きいヒータをインク供給口より遠くになるようにしてこれらを交互にインク供給口の長手方向に複数、千鳥状にヘッド基板上に配列する。相対的に抵抗値の小さいヒータにはインク供給口の長手方向の直角方向に関しサイズの大きいトランジスタを、相対的に抵抗値の大きいヒータにはインク供給口の長手方向の直角方向に関しサイズの小さいトランジスタを接続するようこれらを交互に複数配列する。このようにヒータとトランジスタとをレイアウト配置することで、ヘッド基板におけるインク供給口の長手方向の直角方向に対してサイズを短くすることができる。
【００３８】
これにより、ヒータを高密度に配置する時にも、ヘッドの性能を保持しつつ、ヘッド基板の増大を最小限に抑えることができる。そして、ヘッド基板のサイズ増大を抑えることでヘッド基板の生産コストの削減にも貢献する。
【００３９】
加えて、ヒータを高密度に配置することで、記録の高速化や高精細化にも資する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
以下添付図面を参照して本発明の好適な実施例について、さらに具体的かつ詳細に説明する。
【００４１】
なお、この明細書において、「記録」（「プリント」という場合もある）とは、文字、図形等有意の情報を形成する場合のみならず、有意無意を問わない。また人間が視覚で知覚し得るように顕在化したものであるか否かを問わず、広く記録媒体上に画像、模様、パターン等を形成する、または媒体の加工を行う場合も表すものとする。
【００４２】
また、「記録媒体」とは、一般的な記録装置で用いられる紙のみならず、広く、布、プラスチック・フィルム、金属板、ガラス、セラミックス、木材、皮革等、インクを受容可能なものも表すものとする。
【００４３】
さらに、「インク」（「液体」と言う場合もある）とは、上記「記録（プリント）」の定義と同様広く解釈されるべきものである。従って、記録媒体上に付与されることによって、画像、模様、パターン等の形成または記録媒体の加工、或いはインクの処理（例えば記録媒体に付与されるインク中の色剤の凝固または不溶化）に供され得る液体を表すものとする。
【００４４】
以下に用いる記録ヘッド用基板（ヘッド基板）とは、シリコン半導体からなる単なる基体を指し示すものではなく、各素子や配線等が設けられた構成を差し示すものである。
【００４５】
さらに、基板上とは、単に素子基板の上を指し示すだけでなく、素子基板の表面、表面近傍の素子基板内部側をも示すものである。
【００４６】
また、本発明でいう「作り込み」とは、別体の各素子を単に基体表面上に別体として配置することを指し示している言葉ではなく、各素子を半導体回路の製造工程等によって素子板上に一体的に形成、製造することを示すものである。
【００４７】
＜インクジェット記録装置の説明（図１）＞
図１は本発明の代表的な実施例であるインクジェット記録装置１の構成の概要を示す外観斜視図である。
【００４８】
図１に示すように、インクジェット記録装置（以下、記録装置という）は、インクジェット方式に従ってインクを吐出して記録を行う記録ヘッド３をキャリッジ２に搭載している。そして、キャリッジ２を矢印Ａ方向に往復移動させて記録を行う。記録時には、例えば、記録紙などの記録媒体Ｐを給紙機構５を介して給紙し、記録位置まで搬送し、その記録位置において記録ヘッド３から記録媒体Ｐにインクを吐出することで記録を行う。
【００４９】
記録装置１のキャリッジ２には記録ヘッド３を搭載するのみならず、記録ヘッド３に供給するインクを貯留するインクカートリッジ６を装着している。
【００５０】
図１に示した記録装置１はカラー記録が可能であり、そのためにキャリッジ２にはマゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、イエロ（Ｙ）、ブラック（Ｋ）のインクを夫々、収容した４つのインクカートリッジを搭載している。これら４つのインクカートリッジは夫々独立に着脱可能である。
【００５１】
さて、キャリッジ２と記録ヘッド３とは、両部材の接合面が適正に接触されて所要の電気的接続を達成維持できるようになっている。記録ヘッド３は、記録データに応じてエネルギーを印加することにより、複数の吐出口からインクを選択的に吐出して記録する。特に、この実施例の記録ヘッド３は、熱エネルギーを利用してインクを吐出するインクジェット方式を採用している。このため、記録ヘッド３には熱エネルギーを発生するために電気熱変換素子を備えている。その電気熱変換素子に印加される電気エネルギーが熱エネルギーへと変換され、その熱エネルギーをインクに与えることにより生じる膜沸騰による気泡の成長、収縮によって生じる圧力変化を利用して、吐出口よりインクを吐出させる。この電気熱変換素子は各吐出口のそれぞれに対応して設けられ、記録データに応じて対応する電気熱変換素子にパルス電圧を印加することによって対応する吐出口からインクを吐出する。
【００５２】
また、記録装置１には、記録ヘッド３の吐出口（不図示）が形成された吐出口面に対向してプラテン（不図示）が設けられている。そして、キャリッジモータＭ１の駆動力によって記録ヘッド３を搭載したキャリッジ２が往復移動されると同時に、記録ヘッド３に記録データを与えてインクを吐出することによって、プラテン上に搬送された記録媒体Ｐの全幅にわたって記録が行われる。
【００５３】
＜インクジェット記録装置の制御構成（図２）＞
図２は図１に示した記録装置の制御構成を示すブロック図である。
【００５４】
図２に示すように、コントローラ６００は、ＭＰＵ６０１、ＲＯＭ６０２、特殊用途集積回路（ＡＳＩＣ）６０３、ＲＡＭ６０４、システムバス６０５、Ａ／Ｄ変換器６０６などで構成される。ここで、ＲＯＭ６０２は後述する制御シーケンスに対応したプログラム、所要のテーブル、その他の固定データを格納する。ＡＳＩＣ６０３は、キャリッジモータＭ１の制御、搬送モータＭ２の制御、及び、記録ヘッド３の制御のための制御信号を生成する。ＲＡＭ６０４は、記録データの展開領域やプログラム実行のための作業用領域等として用いられる。システムバス６０５は、ＭＰＵ６０１、ＡＳＩＣ６０３、ＲＡＭ６０４を相互に接続してデータの授受を行う。Ａ／Ｄ変換器６０６は以下に説明するセンサ群からのアナログ信号を入力してＡ／Ｄ変換し、デジタル信号をＭＰＵ６０１に供給する。
【００５５】
また、図２において、６１０は記録データの供給源となるコンピュータ（或いは、画像読取り用のリーダやデジタルカメラなど）でありホスト装置と総称される。ホスト装置６１０と記録装置１との間ではインタフェース（Ｉ／Ｆ）６１１を介して記録データ、コマンド、ステータス信号等を送受信する。この記録データは、例えば、ラスタ形式で入力される。
【００５６】
さらに、６２０はスイッチ群であり、電源スイッチ６２１、プリントスイッチ６２２、回復スイッチ６２３などから構成される。
【００５７】
６３０は装置状態を検出するためのセンサ群であり、位置センサ６３１、温度センサ６３２等から構成される。
【００５８】
さらに、６４０はキャリッジ２を矢印Ａ方向に往復走査させるためのキャリッジモータＭ１を駆動させるキャリッジモータドライバ、６４２は記録媒体Ｐを搬送するための搬送モータＭ２を駆動させる搬送モータドライバである。６４４は記録ヘッド３を駆動させるヘッドドライバである。
【００５９】
加えて、ヘッドドライバ６４４を介して、ＭＰＵ６０１やＡＳＩＣ６０３からの制御信号を記録ヘッド３に供給する。また、電源部（不図示）からの電力も記録ヘッド３に供給される。
【００６０】
＜記録ヘッドの構成（図３〜図５）＞
また、記録ヘッド３は、電気信号に応じて膜沸騰をインクに対して生じさせるための熱エネルギーを生成するヒータを用いて記録を行う方式の記録ヘッドであって、ヒータ面に対向する側にインクを吐出する、所謂、サイドシューター型の記録ヘッドである。
【００６１】
図３は記録ヘッド３の詳細な構成を示す分解斜視図である。
【００６２】
図３に示すように、記録ヘッド３は複数の電気熱変換素子（ヒータ）を実装した記録素子ユニット１００２と、インク供給ユニット１００３と、４つのインクタンクを受容するタンクホルダ２０００とから構成されている。なお、記録素子ユニット１００２のインク連通口（不図示）とインク供給ユニット１００３のインク連通口２３０１とをインクがリークしないように連通させるため、各部材を圧着するようジョイントシール部材２３００を介してビス２４００で固定している。
【００６３】
図４は記録素子ユニット１００２の詳細な構成を示す分解斜視図である。
【００６４】
図４に示すように、記録素子ユニット１００２は二つの記録ヘッド用基板（以下、ヘッド基板）１１００とプレート１２００と電気配線テープ（可撓性の配線基板）１３００と電気コンタクト基板２２００とプレート１４００とから構成されている。
【００６５】
また、ヘッド基板１１００は、図４に示すように、プレート１２００のインク連通口１２０１のある部分に接着され固定されている。さらに、プレート１２００には開口部を有するプレート１４００が接着され固定されており、プレート１４００には電気配線テープ１３００が接着され固定されており、ヘッド基板１１００に対して所定の位置関係が保持されている。
【００６６】
電気配線テープ１３００はヘッド基板１１００にインクを吐出するための電気信号を印加するものである。それは、ヘッド基板１１００に対応する電気配線を持ち、記録装置本体からフレキシブルケーブルを介して電気信号を受け取る外部信号入力端子１３０１を有する電気コンタクト基板２２００と接続している。電気コンタクト基板２２００は、インク供給ユニット１００３に、端子位置決め穴１３０９（２ヶ所）により位置決めされ、固定されている。
【００６７】
なお、図４ではカラーインク吐出に用いるために３つのインク供給口を備えたヘッド基板とブラックインク吐出に用いるために１つのインク供給口を備えたヘッド基板とを総称してヘッド基板１１００として言及した。
【００６８】
図５はヘッド基板１１００の構成を説明するための部分破断斜視図である。
【００６９】
この図は１つのインク供給口を備えたヘッド基板について代表的な例として示しているが、３つのインク供給口を備えた構成も図示した構成が３組並ぶ構成となる以外はほぼ同様の構成となっている。
【００７０】
ヘッド基板１１００は、例えば、厚さ０．５ｍｍ〜１ｍｍのＳｉ基板に、インクをその基板の裏面から流すための貫通口であるインク供給口１１０２を形成した基板１１１０を有している。
【００７１】
基板１１１０には、インク供給口１１０２を挟んでその両側に、このインク供給口に沿って電気熱変換素子（ヒータ）１４０３Ｌ（相対的に抵抗値が小）及び１４０５（相対的に抵抗値が大）が千鳥状に配置されている。さらに、電気熱変換素子１４０３Ｌ及び１４０５に電力を供給するアルミニウム（Ａｌ）などで構成される電気配線（不図示）がインク供給口１１０２から所定の距離を離して並設されている。これら電気熱変換素子１４０３Ｌ及び１４０５と電気配線は、既存の成膜技術を利用して形成することができる。この実施例における各列の電気熱変換素子１４０３Ｌ及び１４０５は、インク供給口を挟んだ互いの素子が千鳥状になるように配列されていても良いし、インク供給口を挟んで対称に配列されていても良い。
【００７２】
また、基板１１１０には、電気配線に電力を供給したり、ヒータ１４０３Ｌ及び１４０５を駆動するための電気信号を供給したりするための電極部（接続端子）１１０４がヒータ１４０３Ｌ及び１４０５の列の両端に位置する側の辺部に沿って配列されている。各電極部１１０４にはＡｕなどからなるバンプ１１０５が形成されていても良い。なお、本発明においては、電気抵抗の異なるヒータ１４０３Ｌ及び１４０５に同じ電圧を印加することにより、相対的に抵抗値の小さいヒータ１４０３Ｌの方が相対的に抵抗値の大きいヒータ１４０５よりも多くのエネルギーを発生させることができる。
【００７３】
また、配線パターン、ヒータ１４０３Ｌ及び１４０５などで構成される記録素子のパターンが形成された基板１１１０の面上には、ヒータ１４０３Ｌ及び１４０５に対応してインク流路を構成する樹脂材料からなる構造体が形成されている。この形成にはフォトリソグラフィー技術が用いられる。この構造体は、各インク流路を区切るインク流路壁１１０６とその上方を覆う天井部１１１７とを有し、天井部には吐出口１１０７が開口されている。吐出口１１０７は、電気熱変換素子１４０３Ｌ及び１４０５のそれぞれに対向して設けられており、これにより吐出口群１１０８を形成している。
【００７４】
上記構成の記録ヘッド３において、インク供給口１１０２から供給されたインクは、各電気熱変換素子１４０３Ｌ及び１４０５の発熱によって発生した気泡の圧力によって、各電気熱変換素子１４０３Ｌ及び１４０５に対向する吐出口１１０７から吐出される。
【００７５】
＜インクタンクと記録ヘッドの関係（図６〜図７）＞
図６はインクタンクをタンクホルダ２０００に取り付けるようすを示す斜視図である。
【００７６】
図６（ａ）はマゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、イエロ（Ｙ）、ブラック（Ｋ）のインクを夫々収容した４つのインクカートリッジ６Ｍ、６Ｃ、６Ｙ、６Ｋをタンクホルダ２０００に取り付けた様子を示している。一方、図６（ｂ）は４つのインクカートリッジ６Ｍ、６Ｃ、６Ｙ、６Ｋをタンクホルダ２０００に取り付けようとしている様子を示している。
【００７７】
図６（ｂ）から分かるように、４つのインクカートリッジは矢印方向にタンクホルダ２０００に挿入し、タンクホルダ２０００に固定される。
【００７８】
なお、上述のように、インクカートリッジ６と記録ヘッド３と分離可能に構成しても良いが、これらが一体的に形成されて交換可能なヘッドカートリッジＩＪＣを構成しても良い。
【００７９】
図７は、インクタンクと記録ヘッドとが一体的に形成されたヘッドカートリッジＩＪＣの構成を示す外観斜視図である。図７において、点線ＫはインクタンクＩＴと記録ヘッドＩＪＨの境界線である。ヘッドカートリッジＩＪＣにはこれがキャリッジ２に搭載されたときには、キャリッジ２側から供給される電気信号を受け取るための電極（不図示）が設けられており、この電気信号によって、前述のように記録ヘッドＩＪＨが駆動されてインクが吐出される。
【００８０】
なお、図７において、５００はインク吐出口列である。
【００８１】
以下、上記の構成の記録装置に搭載される記録ヘッドのヘッド基板の実施例について説明する。
【００８２】
図８はヘッド基板１１００のレイアウト構成を模式的に示す図である。
【００８３】
図８に示すように、ヘッド基板１１００にはヒータと駆動回路とを半導体プロセス技術により一体形成している。ヒータ／ドライバアレイ５０１は、複数のヒータとこれらに対応したスイッチング素子として用いられる複数のトランジスタとからなる。このトランジスタとして、この実施例ではＮＭＯＳトランジスタを用いる。これらのアレイはヘッド基板１１００の裏面よりインクを供給するためのインク供給口５０２の長手方向両側に沿って配置される。図８に示す構成では、ヘッド基板１１００には２つのインク供給口５０２が設けられているので、４つのヒータ／ドライバアレイが設けられる。
【００８４】
また、ヘッド基板１１００の長手方向の端部には記録データを一時的に保持して出力するシフトレジスタ及びラッチ回路５０３が設けられる。さらに、シフトレジスタ及びラッチ回路５０３の位置とは反対側の端部にはヒータ／ドライバアレイ５０１中のヒータを時分割駆動によりヒータブロック毎に駆動するための、ヒータブロック選択信号を出力するデコーダ５０７が設けられる。またさらに、シフトレジスタ及びラッチ回路やデコーダの位置よりさらに端部側には、シフトレジスタ及びラッチ回路５０３及びデコーダ５０７にデジタル信号を入力するためのバッファ回路を含む入力回路５０４が設けられる。そして、ヘッド基板１１００の長手方向の最も外側には、論理素子用電圧ＶＤＤの供給端子、クロックＣＬＫの入力端子、記録データＤＡＴＡの入力端子等を含む入力端子５１０が設けられる。なお、時分割駆動とは、複数のヒータを複数のブロックに分割し、ブロック毎にヒータを同時に順次駆動させる駆動方式である。
【００８５】
ヒータ／ドライバアレイ５０１のインク供給口５０２より離れる方向には順に、電圧変換回路５０５と、デコーダ５０７からの出力とシフトレジスタ及びラッチ回路５０３からの出力とのＡＮＤを演算するＡＮＤ回路５０６とが設けられる。また、入力端子より入力されるＶＨ電圧に基づいてヒータ／ドライバアレイ５０１のトランジスタのゲート電圧を供給するためのＶＨＴ電圧を発生するＶＨＴ発生回路５３０がヘッド基板の長手方向の端部に設けられる。
【００８６】
図９は図８に示したシフトレジスタ及びラッチ回路５０３に記録データを転送しヒータに電流を供給して記録ヘッドを駆動するまでの一連の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【００８７】
入力されたクロック信号ＣＬＫに同期して記録データＤＡＴＡが入力端子（ＤＡＴＡ＿Ａ、ＤＡＴＡ＿Ｂ）に供給される。シフトレジスタ５０３は供給された記録データを一時的に格納し、ラッチ入力端子に印加されるラッチ信号ＬＴによりラッチ回路が記録データを保持する。その後、所望のブロックに分割されたヒータブロック群を選択するためのブロック制御データが入力端子（ＢＥ＿０，ＢＥ＿１，ＢＥ＿２，ＢＥ＿３）より入力される。このブロック制御データがデコーダ５０７によりデコードされてブロック選択信号（Block0-15）となる。そして、この信号とラッチ信号ＬＴで保持された記録データ信号とのＡＮＤがとられ、入力端子（ＨＥ＿Ａ、ＨＥ＿Ｂ）から入力される電流駆動時間を決定するヒートイネーブル信号ＨＥに同期してヒータ電流が流れる。
【００８８】
この一連の動作を各ブロックで繰り返して記録が行なわれる。
【００８９】
図１０はヒータ／ドライバアレイ５０１の１セグメント分の電圧変換回路とＡＮＤ回路の構成と記録データ１ビット分のシフトレジスタの構成を示す等価回路図である。
【００９０】
図１０において、（ａ）はヒータ／ドライバアレイ５０１の１セグメント分の電圧変換回路とＡＮＤ回路の等価回路図である。また、（ｂ）は、記録データ１ビット分のシフトレジスタ及びラッチ回路の等価回路図である。
【００９１】
ここで、ＡＮＤ回路７０１に入力されるブロック選択信号は、デコーダ５０７から送られてくるブロックに分割されたヒータブロックを選択するための信号である。また、記録データＤＡＴＡがシフトレジスタ及びラッチ回路５０３に転送、保持され、ラッチ信号ＬＴで保持された信号が記録データ信号としてＡＮＤ回路７０１に入力される。記録データ信号により選択的に各セグメントをオンさせるため、ブロック選択信号と記録データ信号とはＡＮＤ回路７０１によって論理積がとられる。
【００９２】
また、図１０（ａ）において、７０５はヒータ駆動用電源となるＶＨ電源ライン、７０６はヒータ、７０７はヒータ７０６に電流を流すためのドライバトランジスタ、７０２はＡＮＤ回路７０１の出力をバッファするためのインバータ回路である。７０３はインバータ回路７０２の電源となるＶＤＤ電源ラインである。７０８はインバータ回路７０２の出力をバッファするインバータ回路である。７０４はインバータ回路７０８に供給され、ドライバトランジスタ７０７のゲート電圧を供給するための電源となるＶＨＴ電源ラインである。
【００９３】
一般的にインバータ回路７０２、シフトレジスタ及びラッチ回路５０３等はデジタル回路であり、基本的にはローレベル／ハイレベルのパルス信号により動作する。また、記録データ信号やヒートイネーブル信号の印加パルスも同じくデジタル信号であり、外部との信号のやり取りはすべてローレベル／ハイレベルの論理パルスにより行なわれる。これらの論理パルス信号の振幅は０Ｖ／５Ｖや０Ｖ／３．３Ｖのものが一般的であり、デジタル回路の電源ＶＤＤはこれらのうち、単一の電圧で供給されている。従って、ＶＤＤ電圧の振幅をもったパルスがＡＮＤ回路７０１には入力され、さらに２段のインバータ回路７０２によって構成されたバッファを通って次段のインバータ回路７０８に入力される。
【００９４】
なお、図１０（ｂ）に示したシフトレジスタとラッチ回路の構成は公知のものなので、詳細な説明は省略する。
【００９５】
図１１はヒータ配列密度１２００ｄｐｉのヘッド基板での隣り合う４セグメント分についてヒータ配列方向と垂直方向の位置関係を示す図である。なお、図１１において、図示される構成要素そのものは、従来例の図１５に図示したものと同じなので、同じ参照番号を付している。
【００９６】
この実施例のヘッド基板にはインク供給口１４０１に近い側から抵抗値の小さいヒータ１４０３Ｌと抵抗値の大きいヒータ１４０５が１２００ｄｐｉピッチで交互に配置されている。尚、ヒータ抵抗値はヒータ縦横比によって決定されるものであり、同一工程で成膜されたものである。またヒータの上部には後工程で形成されるノズル（図中１４０２、１４０４）及び吐出口（図中ヒータの上部の点線）が配置される。そして、ヒータは配線及びスルーホール１４０６を介してトランジスタのドレイン１４０７に接続されている。このトランジスタはドレイン１４０７と接地ライン１４１０に接続されているソース１４０９とトランジスタのオン／オフ制御信号が入ってくるゲート１４０８とから成る。
【００９７】
尚、接地ライン１４１０はインク供給口との間の距離を可能な限り縮めるためにヒータ列方向と平行に配置される。つまり、ヒータの千鳥配置に合わせて接地ラインも千鳥状配置にすると接地ラインをヒータ列方向に接続できなくなるからである。そして、ドレイン、即ち、ヒータに電気的に接続するスルーホール１４０６側はヒータの千鳥配置にあわせて千鳥状にパターンを形成する。また、ゲート１４０８に入力される信号は論理回路１４１１で生成され、その制御信号はロジック信号ライン１４１２から入力される。
【００９８】
さて、図１１に示されているように、ヒータを１２００ｄｐｉピッチで配置される場合には、１セグメント分として約２１μｍの幅しか確保できない。従って、ノズル１４０２と１４０４の壁の領域を確保するためにヒータ１４０３Ｌとヒータ１４０５とは必然的にインク供給口１４０１に対して一列に並べることはできなくなり千鳥配置となっている。このように千鳥配置をした分、必然的にヒータ領域は広がり、インク供給口との間の距離も大きくなってしまう。
【００９９】
更に、従来例のように、トランジスタの能力に寄与するゲート１４０８の幅の領域を同じにすると、ヒータのピッチを６００ｄｐｉから１２００ｄｐｉにするとその配列密度が倍になる。このため、ゲート幅を等しくするためにそのトランジスタ領域も倍のサイズになってしまう。
【０１００】
この実施例では、従来の問題点に鑑み、図１１に示すようにヒータの千鳥配置と合わせてトランジスタのドレイン側も千鳥配置にすることで最適なオン抵抗値を設定するようにしている。
【０１０１】
このことについて、図１２を参照して説明する。
【０１０２】
図１２はスイッチング素子として用いるトランジスタのヒータ電流とオン抵抗値との関係を示す図である。
【０１０３】
図１２から分かるように、ヒータのバラツキなどによってヒータ電流値がばらついた場合でもオン抵抗のバラツキを小さくする必要がある。即ち、ヒータの配列密度が１２００ｄｐｉの場合には、ヒータのバラツキなどによってヒータ電流値がばらつくことを考慮する。図１２（ａ）に示すように、抵抗値の大きいヒータ１４０５には流れる電流が小さくなるので飽和領域に達する電流値が小さい小型のトランジスタを搭載する。
【０１０４】
これに対して、図１２（ｂ）に示すように、抵抗値の小さいヒータ１４０３Ｌには流れる電流が大きくなるので、ヒータ１４０５に比べて飽和領域に達する電流量が大きい大型のトランジスタを接続する。このようにヒータの千鳥配置と合わせて、サイズの異なるトランジスタを千鳥配置することでヒータ電流値に応じて、最適なトランジスタを効率よくヘッド基板に配置することができる。
【０１０５】
これまで述べてきたように、ヒータの配列密度が高密度になった場合、ヘッド基板上においてヒータは必然的に千鳥配置になってしまう。
【０１０６】
しかしながら、この実施例では、スイッチング素子として用いるトランジスタについてヒータ電流が大きい抵抗値の小さいヒータには大型のトランジスタを、ヒータ電流が小さい抵抗値の大きいヒータには大型のトランジスタを接続する。
【０１０７】
図１３は、従来のヘッド基板とこの実施例に従うヘッド基板のサイズを比較する図である。図１３において、（ａ）は従来例のヘッド基板の上面図、（ｂ）はこの実施例に従うヘッド基板の上面図を示している。また、図１３において、既に説明したのと同じ構成要素には同じ参照番号を付している。
【０１０８】
図１３（ａ）と図１３（ｂ）の比較から分かるようにこの実施例に従えば、ヒータの千鳥配置に合わせてトランジスタも千鳥配置するようにレイアウトを最適化し、その結果ヘッド基板１１００のインク供給口５０２の長手方向とは直角方向のサイズが短くなる。
【０１０９】
以上説明した実施例に従えば、トランジスタの電流密度に応じた最適なトランジスタを選択し、これを千鳥状に配置するようにレイアウト設計することで、ヘッド基板の小型化を達成することができる。
【０１１０】
言い換えると、この実施例では、トランジスタの駆動能力に効くパラメータである電流密度に着目し、電流密度が大きくない抵抗値の大きなヒータはインク供給口から遠い側に配置し、そのヒータを接続するトランジスタのサイズは許容範囲内で小さくする。これに対して、電流密度が大きい抵抗値の小さなヒータはインク供給口から近い側に配置し、そのヒータを接続するトランジスタのサイズは許容範囲内で大きくする。これにより、電流密度によるトランジスタの駆動能力の低下、即ち、吐出特性のバラツキを招くことなくトランジスタのサイズとレイアウトの最適化を図ることが可能になる。
【０１１１】
なお、以上の実施例において、記録ヘッドから吐出される液滴はインクであるとして説明し、さらにインクタンクに収容される液体はインクであるとして説明したが、その収容物はインクに限定されるものではない。例えば、記録画像の定着性や耐水性を高めたり、その画像品質を高めたりするために記録媒体に対して吐出される処理液のようなものがインクタンクに収容されていても良い。
【０１１２】
以上の実施例は、特にインクジェット記録方式の中でも、インク吐出のために熱エネルギーを発生する手段（例えば電気熱変換素子等）を備え、その熱エネルギーによりインクの状態変化を生起させる方式を用いて記録の高密度化、高精細化が達成できる。
【０１１３】
さらに加えて、本発明のインクジェット記録装置の形態としては、コンピュータ等の情報処理機器の画像出力装置として用いられるものの他、リーダ等と組合せた複写装置、さらには送受信機能を有するファクシミリ装置の形態を採るもの等であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１１４】
【図１】本発明の代表的な実施例であるインクジェット記録装置の構成の概要を示す外観斜視図である。
【図２】図１に示した記録装置の制御構成を示すブロック図である。
【図３】記録ヘッド３の詳細な構成を示す分解斜視図である。
【図４】記録素子ユニット１００２の詳細な構成を示す分解斜視図である。
【図５】ヘッド基板１１００の構造を示す部分破断斜視図である。
【図６】インクタンクとタンクホルダとの関係を示す斜視図である。
【図７】インクタンクと記録ヘッドとが一体的に形成されたヘッドカートリッジＩＪＣの構成を示す外観斜視図である。
【図８】ヘッド基板のレイアウト構成を示すブロック図である。
【図９】シフトレジスタに記録データを転送しヒータに電流を供給して記録ヘッドを駆動するまでの一連の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図１０】ヒータ／ドライバの１セグメント分の等価回路と記録データ１ビット分のシフトレジスタの等価回路とを示す図である。
【図１１】ヒータ配列密度１２００ｄｐｉのヘッド基板での隣り合う４セグメント分についてヒータ配列方向と垂直方向の位置関係を示す拡大レイアウト図である。
【図１２】スイッチング素子として用いるトランジスタのヒータ電流とオン抵抗値との関係を示す図である。
【図１３】従来のヘッド基板と本発明の実施例に従うヘッド基板のサイズを比較する図である。
【図１４】サイドシューター型インクジェット記録ヘッド（以下、記録ヘッド）に内蔵するヘッド基板の従来の構成を示すレイアウト上面図である。
【図１５】従来のヘッド基板の数個の近接するヒータ周辺の拡大レイアウト図である。
【図１６】ヒータ電流とスイッチング素子として用いるトランジスタのオン抵抗との関係を示す図である。
【符号の説明】
【０１１５】
３  インクジェット記録ヘッド
５０１  ヒータ／ドライバアレイ
５０２  インク供給口
５０３  シフトレジスタ
５０４  入力回路
５０７  デコーダ
５１０  入力端子
１１００  ヘッド基板
１４０１  インク供給口
１４０２、１４０４  ノズル
１４０３Ｌ、１４０５  ヒータ
１４０６  スルーホール
１４０７  ドレイン
１４０８  ゲート
１４０９  ソース
１４１０  接地ライン
１４１１  論理回路
１４１２  ロジック信号ライン
【図１】
2009101532.tif 000003
【図２】
2009101532.tif 000004
【図３】
2009101532.tif 000005
【図４】
2009101532.tif 000006
【図５】
2009101532.tif 000007
【図６】
2009101532.tif 000008
【図７】
2009101532.tif 000009
【図８】
2009101532.tif 000010
【図９】
2009101532.tif 000011
【図１０】
2009101532.tif 000012
【図１１】
2009101532.tif 000013
【図１２】
2009101532.tif 000014
【図１３】
2009101532.tif 000015
【図１４】
2009101532.tif 000016
【図１５】
2009101532.tif 000017
【図１６】
2009101532.tif 000018