JP4459024B2

JP4459024B2 - 記録ヘッドと記録ヘッド用基板及びインクカートリッジ、及び前記記録ヘッドを有する記録装置

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Publication number: JP4459024B2
Application number: JP2004328058A
Authority: JP
Inventors: 信之平山
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Priority date: 2003-11-11
Filing date: 2004-11-11
Publication date: 2010-04-28
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Description

本発明は、特に複数の記録素子を備える記録ヘッド、記録ヘッド用基板及びインクカートリッジ、及び前記記録ヘッドを有する記録装置に関するものである。

記録ヘッドのノズル内に配置されたヒータにより熱エネルギーを発生させ、その熱エネルギーを利用してヒータ近傍のインクを発泡させ、その発泡によりノズルからインクを吐出させて記録を行うインクジェットヘッドが知られている。このようなインクジェット方式の記録ヘッドにおけるヒータ駆動回路の一例を図６に示す。

このような記録ヘッドを用いて高速に記録を行うためには、なるべく多くのヒータを同時に発熱駆動して、より多くのノズルから同時にインクを吐出させることが望ましい。しかしながら、プリンタ装置の電源の電力供給能力には制限があり、また電源からヒータに至る配線の抵抗に起因する電圧降下などにより、一度に流すことができる電流値が制限される。このため複数のヒータを時分割で駆動してインクを吐出させる時分割駆動が一般的である。このような時分割駆動では例えば、隣接して配置された複数のヒータで構成される複数のグループに分割し、各グループ内で同時に２つ以上のヒータを駆動しないように駆動を時分割し、ヒータを流れる電流の総和を抑えることにより、一度に大電力を供給する必要をなくしている。このようなヒータの駆動を行う駆動回路の動作について図６を用いて説明する。

ヒータ１１０１a1〜１１０１mxと、これらヒータのそれぞれに対応する各ＭＯＳトランジスタ１１０２a1〜１１０２mxとは、図６に示すようにそれぞれ同数（ｘ）づつ収容するグループａ〜ｍに分けられている。即ち、グループａでは、正極側の電源パッド１１０４からの電源配線は、ヒータ１１０１a1〜１１０１axに共通に接続されており、ＭＯＳトランジスタ１１０２a1〜１１０２axのそれぞれは、電源供給ラインとグランドの間で、対応するヒータ１１０１a1〜１１０１axのそれぞれと直列に接続されている。また、ヒータ１１０１a1〜１１０１axのそれぞれは、制御回路１１０５から、対応するＭＯＳトランジスタ１１０２a1〜１１０２axのゲートに制御信号が印加されたときに、そのＭＯＳトランジスタ１１０２a1〜１１０２axがオンすることにより、そのトランジスタに直列に接続されているヒータを通って、電源配線から電流が流れることにより、そのヒータが加熱される。

図７は、図６に示すヒータ駆動回路の各グループのヒータに通電駆動するタイミングを示すタイミングチャートである。図７は、各トランジスタのベースに印加される電圧と、それに対応して各ヒータを流れる電流を示している。

例えば、図６のグループａを例にとると、制御信号ＶＧ1〜ＶＧxは、グループａに属する第１〜第ｘ番目のヒータ１１０１a1〜１１０１axを駆動させるためのタイミング信号である。即ち、ＶＧ1〜ＶＧxは、グループａのＭＯＳトランジスタ１１０２a1〜１１０２axの制御端子（ベース）に入力される信号の波形を示し、ハイレベルの時に、対応するＭＯＳトランジスタ１１０２をオンし、ロウレベルの時に、対応するＭＯＳトランジスタをオフする。他のグループｂ〜ｍの場合も同様である。図７において、Ｉｈ1〜Ｉｈxのそれぞれは、ヒータ１１０１a1〜１１０１axのそれぞれに流れる電流値を示している。

このように各グループ内のヒータを順次、時分割で通電駆動することにより、各グループ内で通電駆動されるヒータは、常に１個以下になるように制御することができるので、一度に大電流をヒータ基板に供給する必要はない。

図８は、図６のヒータ駆動回路が形成されているヒータ基板（記録ヘッドを構成する基板）のレイアウト例を示す図である。この図８は、図６に示す電源パッド１１０４からグループａ〜ｍに接続される電源配線のレイアウトを示したものである。

グループａ〜ｍの各グループに対し電源パッド１１０４より個別に電源配線１３０１a〜１３０１m及び１３０２a〜１３０２mが接続されている。前述のように、各グループで同時に駆動されるヒータ数を１以下にすることで、各グループ別に分割された配線を流れる電流値は、常に１つのヒータに流れる電流以下にすることができる。これにより複数のヒータを同時駆動した場合でも、ヒータ基板内での配線における電圧降下量を一定とすることができる。これと同時に、複数のヒータを同時駆動した場合でも、各ヒータへの投入エネルギー量をほぼ一定にすることができる。

近年、プリンタは高速化、高精細化が要求されているため、プリンタの記録ヘッドは高密度で多ノズル化が図られており、記録ヘッドにおけるヒータ駆動に際しては、記録速度の点から、なるべく多くのヒータを同時に高速に駆動することが求められている。

またヒータ基板は、多数のヒータと、その駆動回路を同一の半導体基板上に形成している。このためヒータの駆動回路の形成には、従来のバイポーラ型半導体プロセスに比較してデバイスの高密度・小型化が可能で製造工程が簡略なため、低コストであるＭＯＳ型の半導体プロセスが用いられている。更に、１つのウエハから取れるヒータ基板の個数を増加させてコストダウンを図る必要があるため、ヒータ基板を小型化することも求められている。

ところが前述のように、同時に駆動されるヒータ数を増やした場合、ヒータ基板内では同時に駆動されるヒータの数に対応した配線が必要となる。このため配線の数が増すと共に、ヒータ基板の面積が限られている場合には、配線一本当りの配線領域が減少するため配線抵抗が増加する。また同時に、各配線幅が細くなることにより、ヒータ基板内の配線相互での抵抗のバラツキも増加することになる。このような問題はヒータ基板を小型化する場合にも同様に生じ、更に、配線抵抗の増加及び抵抗のバラツキが増加することになる。前述のように、ヒータ基板内では、ヒータと電源配線は電源に対して直列に接続されているため、配線抵抗とその抵抗のバラツキが増加することにより、各ヒータに印加される電圧の変動割合が増加する。

ヒータへの投入エネルギーは、過小であればインクの吐出が不安定になり、また過剰であれば、ヒータの耐久性が低下することになる。このため高画質な記録を行うためには、ヒータへの投入エネルギーが一定であることが望ましい。しかしながら上述のように、ヒータに印加される電圧の変動が大きい場合には、ヒータの耐久性を低下させたり、インク吐出が不安定になったりする。

また、ヒータ基板外部での配線は、複数のヒータに対して共通となっているため、同時に駆動するヒータの数によって、共通の配線での電圧降下が異なるものになる。このような電圧降下の変動に対して、各ヒータでの投入エネルギーを一定にするために、電圧の印加時間により各ヒータへの投入エネルギーが調整される。しかしながら、同時駆動のヒータの数が増すことにより共通配線での電圧降下が増加しているため、ヒータ駆動時の電圧の印加時間が増し、高速でヒータを駆動することが困難になっている。

このようなヒータへの投入エネルギー変動による問題を解決する方法が特許文献１に提案されている。図９は、この特許文献１に記載されているヒータの駆動回路を示す図である。ここでは記録素子に対応するヒータ（Ｒ1〜Ｒn）毎に設けられた定電流源（Ｔｒ14〜Ｔｒ(n+13)）とスイッチング素子（Ｑ1〜Ｑn）により、各ヒータ（Ｒ1〜Ｒn）を定電流駆動するものである。この構成により、ヒータの駆動数の増加に伴う基板外部での電圧降下の変動によらずに、常に一定電流でヒータを駆動することができる。
特開２００１−１９１５３１公報

この場合には、記録素子と同数の定電流源が必要となるため、著しくヒータ基板上の面積が増大し、ヒータ基板のコストアップとなる。またヒータへの投入エネルギーを安定化するためには、複数の定電流源の間で出力電流が一定であることが求められるが、定電流源の数が増えるほど定電流源間の出力電流の相対的なバラツキ量が増加する。特にプリンタの高速化や高精細化により、著しくヒータ数の増加した場合、それに伴って定電流源回路が増し、出力電流のバラツキ量を低減することが困難になる。

本発明は上記従来例に鑑みてなされたもので、本願発明の特徴は、各記録素子に流れる電流をほぼ一定にして、高速でかつ安定した記録を行うことができる記録ヘッド、記録ヘッド用基板及びインクカートリッジ、及び前記記録ヘッドを有する記録装置を提供することにある。

本発明の一態様に係る記録ヘッドは以下のような構成を備える。即ち、
複数の記録素子を有する記録ヘッドであって、
前記複数の記録素子のそれぞれに直列に接続され、前記複数の記録素子のそれぞれへの通電を制御する複数のスイッチング素子と、
基準電圧を発生する基準電圧回路と、
前記基準電圧回路から発生される前記基準電圧に基づいて基準電流を生成する電流生成回路と、
前記電流生成回路で生成された前記基準電流に応じて、前記複数の記録素子のそれぞれに直列に接続された前記スイッチング素子を介して定電流を流す複数の定電流源とを有し、
前記複数の記録素子及び複数のスイッチング素子は複数のグループに分割され、前記複数の定電流源のそれぞれは前記複数のグループのそれぞれに対して直列に接続されており、前記複数のグループの各グループに含まれる複数のスイッチング素子のそれぞれは、前記複数のグループに共通する互いに異なるタイミングで通電するように制御され、各グループの各記録素子は各対応するグループに直列に接続された定電流源の定電流により通電駆動されることを特徴とする。

本発明の一態様に係る記録ヘッド用基板は以下のような構成を備える。即ち、
複数の記録素子を有する記録ヘッド用基板であって、
前記複数の記録素子のそれぞれに直列に接続され、前記複数の記録素子のそれぞれへの通電を制御する複数のスイッチング素子と、
基準電圧を発生する基準電圧回路と、
前記基準電圧回路から発生される前記基準電圧に基づいて基準電流を生成する電流生成回路と、
前記電流生成回路で生成された前記基準電流に応じて、前記複数の記録素子のそれぞれに直列に接続された前記スイッチング素子を介して定電流を流す複数の定電流源とを有し、
前記複数の記録素子及び複数のスイッチング素子は複数のグループに分割され、前記複数の定電流源のそれぞれは前記複数のグループのそれぞれに対して直列に接続されており、前記複数のグループの各グループに含まれる複数のスイッチング素子のそれぞれは、前記複数のグループに共通する互いに異なるタイミングで通電するように制御され、各グループの各記録素子は各対応するグループに直列に接続された定電流源の定電流により通電駆動されることを特徴とする。

本発明によれば、各記録素子に流れる電流を一定にして、高速でかつ安定した記録を行うことができるという効果がある。

以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態を詳細に説明する。尚、以下に用いる「ヒータ基板」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基体を示すものである。また「ヒータ基板上」とは、単にヒータ基板の表面上を指し示すだけでなく、表面近傍の素子基体内部側をも示すものである。また、本実施の形態に係る「作り込み（built-in）」とは、別体の各素子を単に基体上に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ヒータ基板上に一体的に形成、製造することを示すものである。

［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態１に係るインクジェット記録ヘッドのヒータ基板に設けられているヒータ駆動回路の構成を示すブロック図である。このヒータ駆動回路は、大きく分けて、基準電圧源回路１０５、電圧電流変換回路１０４、電流源ブロック１０６を備えている。

図２は、図１に示す駆動回路の具体例を示す回路図である。

本実施の形態では、それぞれがｘ個のヒータ１０１を収容するｍ個のヒータグループで構成されており、総数が（ｘ×ｍ）個のヒータ１０１を有する記録ヘッドの場合で説明する。

図１において、基準電圧源回路１０５は、電圧−電流変換回路１０４の基準となる基準電圧Ｖrefを生成する。この基準電圧源回路１０５としては、電源電圧や温度変化に対し安定な電圧を出力することが望ましく、例えば図２に示すようにバンドギャップ電圧を用いることにより、電源や温度変化に対し安定な電圧を得ることができる。図２の例の場合は、ＣＭＯＳ半導体プロセスに固有に寄生するＰＮＰトランジスタを用いた基準電圧回路である。ダイオード接続された２つのＰＮＰトランジスタの差電圧は正の温度係数をもち、またダイオード接続されたＰＮＰトランジスタの端子間の電圧は負の温度係数を持つため、この2つの電圧を温度係数を打ち消すように足し合わせることで温度に対して変化のない電圧を作りだすことができる。この電圧は半導体の固有の電圧になることから製造上のバラツキの影響を受けにくいメリットもあるため基準電圧には最適である。

電圧電流変換回路１０４は、基準電圧回路１０５からの基準電圧Ｖrefを基に電圧から電流への変換を行う電圧−電流変換回路であり、基準電圧Ｖrefから基準電流Ｉrefを生成する。この電圧−電流変換の一例として、図２の実施の形態では、基準電圧Ｖrefをオペアンプを介して抵抗Ｒ4に印加し、この抵抗Ｒ4に流れる電流を基準電流Ｉrefとして基準電流Ｉrefを生成する。ここで抵抗Ｒ4の抵抗値をＲrefとすると、この場合のＩrefは、
Ｉref＝Ｖref／Ｒref
となる。

この基準電流Ｉrefと定電流源１０３1〜１０３mとはカレントミラー回路を構成しており、この基準電流Ｉrefを基に、各定電流源１０３1〜１０３mは、それぞれ基準電流Ｉrefに比例する定電流Ｉｈ1〜Ｉｈmのそれぞれを出力する。図２の例では、ＭＯＳトランジスタＭrefとＭＯＳトランジスタＭ1〜Ｍmとがゲートを共通としたカレントミラー回路を構成している。ここでＭＯＳトランジスタＭ1〜Ｍmのそれぞれは、その内の１つだけが所定のタイミングでオンされており、そのオンされたトランジスタのドレイン端子より基準電流Ｉrefに対応する定電流（Ｉｈ1〜Ｉｈm）が出力される。

電流源ブロック１０６は、（ｘ×ｍ）個の抵抗体などで構成されたヒータ（発熱素子）１０１（１０１11〜１０１mx）、それと同数のスイッチング素子１０２（１０２11〜１０２mx）、グループ１〜ｍ分の定電流源１０３1〜１０３mを備えている。各スイッチング素子１０２は、後述するプリンタ本体の制御回路からの制御信号により、記録する画像信号に応じて端子間の電流の短絡及び開放が制御される。（ｘ×ｍ）個のヒータ１０１及び、各ヒータに対応して設けられたスイッチング素子１０２は、それぞれｘ個が収容される１〜ｍ個のグループで構成されている。ヒータ抵抗１０１11〜１０１mxのそれぞれと、ヒータ抵抗１０１11〜１０１mxのそれぞれに対応する駆動制御用のスイッチング素子１０２11〜１０２mxのそれぞれとはそれぞれ直列に接続され、各グループ内の定電流源１０３1〜１０３mのグランド側端子及び電源供給ライン（高電位側配線）１１０側端子はそれぞれ共通に接続されている。これらグループ１〜ｍ毎に設けられた定電流源１０３1〜１０３mの出力端子は、各グループにおいて、ヒータ１０１とスイッチング素子１０２が直列接続された各グループの共通接続端にそれぞれ接続され、各定電流源１０３はグランド線（低電位側配線）１１１に接続されている。各ヒータへの通電制御は、各グループ内のスイッチング素子１０２を制御信号ＶＧn（n=1〜x）により切り替えることにより、各グループ毎に設けられた定電流源１０３1〜１０３mの出力電流Ｉｈ1〜Ｉｈmを、所望のヒータへ接続することにより行われる。尚、図２において、各スイッチング素子１０２としてＭＯＳトランジスタを用いており、そのゲート端子は、上述の制御回路に接続され、制御信号ＶＧによりＭＯＳトランジスタのドレイン−ソース間のスイッチング制御を行うものである。

高電位側である電源供給ライン側に直列接続されたヒータとスイッチング素子を接続し、低電位側（本実施の形態ではグランド線１１１側）に定電流源を接続することにより、以下のようなメリットがある。スイッチ素子１０２がオフ（開放）しているときには、定電流源に使用されているＭＯＳトランジスタ１０３のドレインには電源電圧は印加されず、またスイッチ素子がオン（通電）している時は、ヒータに流れる電流による電圧降下により定電流源に使用されているＭＯＳトランジスタのドレインには高電圧が印加されない。このため、定電流源のＭＯＳトランジスタには、スイッチング素子に使用されるＭＯＳトランジスタに対して電圧耐圧の低いＭＯＳトランジスタを使用できる。こうして耐圧を向上させるための特別な工程を要しないシンプルな構造のＭＯＳトランジスタが定電流源として使用できるため、定電流源の相互でのＭＯＳトランジスタの特性のばらつきが少なくなり、出力電流のばらつきを低く抑えることができる。

また本実施の形態のように、定電流源とスイッチング素子とを別のトランジスタで構成することにより、定電流に対するスイッチングに伴う影響を抑えることができ、また、スイッチング素子と定電流源とを別にすることにより、低電流源を構成するトランジスタを上述のように低耐圧にすることができるので、定電流源同士でのばらつきによる影響を少なくすることができる。

［ヒータ駆動回路の動作］
図１に示すヒータ駆動回路において、グループ１に収容されるｘ個のヒータ１０１11〜１０１1xに着目し、図３（Ａ）（Ｂ）のタイミングチャートを用いて説明する。

図３（Ａ）は、各スイッチング素子１０２のゲートに印加されるゲート制御信号ＶＧnの波形例を示す図で、図３（Ｂ）は、各ヒータ１０１を流れる電流量を説明する図である。

図３（Ａ）における制御信号ＶＧ1〜ＶＧxの波形は、図１のスイッチング素子１０２11〜１０２1xのそれぞれを、オン（短絡）又はオフ（開放）するように制御するゲート制御信号を示す。このＶＧn信号の信号レベルが「ハイレベル」のときに対応するスイッチング素子１０２がオン（導通）し、「ロウレベル」のときに対応するスイッチング素子１０２がオフ（非導通）するものとして説明する。

図３（Ａ）の例では、グループ１の全てのヒータ１０１11〜１０１1xが順次駆動されるものとして説明する。尚、図１及び図２においては、スイッチング素子１０２11〜１０２1xの制御信号ＶＧ1〜ＶＧxが省略されて示されている。

図３（Ａ）において、時間ｔ1までの期間では、制御信号ＶＧ1〜ＶＧxは全て「ロウレベル」であるため、定電流源１０３1の出力とヒータ１０１11〜１０１1xとは開放されている。このため、ヒータ１０１11〜１０１1xには電流が流れない。次に時間ｔ1からｔ2までの期間では、ゲート制御信号ＶＧ1だけが「ハイレベル」になっている。このためスイッチング素子１０２11だけが短絡し、定電流源１０３1の出力電流Ｉｈ1がヒータ１０１11を流れる。これは図３（Ｂ）においてＩｈ1で示されている。そして時間ｔ2から制御信号ＶＧ1が「ロウレベル」となり、ヒータ１０１11への通電が遮断される。

こうして時間ｔ1から時間ｔ2の期間、ヒータ１０１11にのみ電流が印加されてヒータ１０１11による加熱が実行される。これにより、ヒータ１０１11の近傍のインクが加熱されて発泡し、そのヒータ１０１11が配置されているノズルからインクが吐出されることにより所定画素（ドット）を記録することができる。

続いて、ゲート制御信号ＶＧ2が「ハイレベル」となるとスイッチング素子１０２12が短絡され、定電流源１０３1の出力電流Ｉｈ1がヒータ１０１12に印加される。これは図３（Ｂ）においてＩｈ2で示されている。

以下同様にして、ゲート制御信号ＶＧnが順次「ハイレベル」となることにより、スイッチング素子１０２11〜１０２1xが順次オンされて、定電流源１０３1の出力電流Ｉｈ1がヒータ１０１11〜１０１1xに順次印加され、グループ１に収容される全てのヒータ１０１11〜１０１1xが駆動される。尚、ここではグループ１の全てのヒータ１０１11〜１０１1xが順次駆動される場合について説明したが、実際には所望のドットを形成するためのヒータのみが駆動されるものであるため、制御信号ＶＧnにより所望のドットを記録するときのみ、そのスイッチング素子に対応するＶＧn信号が「ハイレベル」となる。

以上の動作をグループ２〜ｍのそれぞれに収容される各ヒータについても同様にして実行することにより各ヒータへの通電制御が行われて（ｘ×ｍ）個のヒータに対し任意のヒータの駆動ができる。

［実施の形態２］
図４は、本発明の実施の形態２に係るインクジェット記録ヘッドのヒータ基板に設けられているヒータ駆動回路の構成を示すブロック図である。このヒータ駆動回路は、大きく分けて、基準電圧回路１０５、電圧電流変換回路１０４、電流源ブロック１０６を備えている。

図５は、図４の具体的な回路例を示す回路図である。

図４は、前述の実施の形態１に対し電圧電流変換回路１０４と電流源ブロック１０６との間に基準電流回路１０７が設けられており、また電流源ブロック１０６が複数設けられている点が前述の実施の形態１の構成と異なっている。

基準電圧回路１０５及び電圧電流変換回路１０４の動作は、前述の実施の形態１の場合と同様である。電圧電流変換回路１０４で生成された基準電流Ｉrefを基に、基準電流回路１０７において複数の基準電流ＩＲ1〜ＩＲnを生成する。実際には図５に示すように、カレントミラー回路により、基準電流Ｉrefに比例する電流ＩＲ1〜ＩＲnを生成しており、これら電流ＩＲ1〜ＩＲnのそれぞれは、ｎ個の電流源ブロック１０６1〜１０６nに対して供給されている。

各電流源ブロック１０６1〜１０６nでは、これら基準電流ＩＲ1〜ＩＲnを基準としてｎ個の電流源ブロック１０６1〜１０６nのそれぞれにおける電流源１０３1〜１０３mより基準電流ＩＲ1〜ＩＲnに比例する定電流Ｉｈ1〜Ｉｈmを出力する。

定電流源ブロック１０６の構成は、前述の実施の形態１の電流源ブロック１０６と同一であり、（ｘ×ｍ）個のヒータ１０１、それと同数のスイッチング素子１０２、そしてｍグループ分の定電流源１０３1〜１０３mを備えている。スイッチング素子１０２は、プリンタ本体の制御回路からの制御信号により、端子間の電流の短絡及び開放の制御がなされる。これら（ｘ×ｍ）個のヒータ１０１及びスイッチング素子１０２はそれぞれｘ個が収容されるｍ個のグループで構成される。各グループにおいては、各ヒータ抵抗１０１と各ヒータ抵抗の駆動制御用のスイッチング素子１０２とは直列接続され、各グループ内での電源供給側端子及びグランド側端子は共通接続される。

各定電流源ブロック１０６のグループ１〜ｍのそれぞれに設けられた各定電流源（１０３1〜１０３m）の出力端子は、ヒータ１０１とスイッチング素子１０２が直列接続されたグループ１〜ｍのそれぞれの共通接続端に接続される。ヒータ１０１への電流の駆動制御は、各グループ内のスイッチング素子１０２を制御信号によりオン／オフすることにより、グループ毎に設けられた定電流源１０３1〜１０３mの出力電流Ｉｈ1〜Ｉｈmを所望のヒータへ印加するものである。

このような同一構成の電流源ブロック１０６が複数（ｎ個）配設されており、各電流源ブロック１０６でのヒータの駆動動作は、前述の実施の形態１の場合と同様である。こうしてｎ個の電流源ブロック１０６1〜１０６nに対して同様の動作を行うことで（ｘ×ｍ×ｎ）個のヒータの内の、任意のヒータを発熱駆動することができる。

高画質な印刷画像を得るため、及びヒータの耐久性を向上させるには、各ヒータに投入する電力が複数のヒータ間で一定であること、つまり各ヒータの抵抗値が等しいのであれば、複数の電流源ブロックの間での出力電流が等しいことが求められる。

実施の形態２の場合、電流源ブロック１０６内の電流源１０３1〜１０３mの出力電流が、電流源ブロック１０６1〜１０６nのいずれにおいても等しいことが必要とされる。

各電流源ブロック１０６内での定電流出力Ｉｈ1〜Ｉｈmは、基準電流ＩＲnを基に決定されるため、基準電流ＩＲnと電流源１０３1〜１０３mとを隣接して配置することにより、電流源ブロック１０６内での出力電流Ｉｈ1〜Ｉｈmの相対精度が向上する。

また複数の電流源ブロック１０６間において定電流の出力を等しくするためには、電流源ブロック１０６における基準電流ＩＲ1〜ＩＲnが電流源ブロック１０６間において等しくなる必要がある。そのためには基準電流ＩＲ1〜ＩＲnを生成する基準電流源１０７を、電流源ブロック１０６に隣接して配置することにより基準電流ＩＲ1〜ＩＲnの相対精度を向上させることができる。

また電流源ブロック１０６内の電流源１０３1〜１０３mを隣接して配置し、基準電流回路１０７の基準電流源１０８（１０８1〜１０８n）を隣接して配置することで、複数の電流源ブロック１０６間での定電流源の出力電流の相対精度を向上させることができる。基準電流回路１０７や複数の電流源ブロック１０６間の相対的な位置関係は、定電流源間の出力電流の相対精度には大きな影響を与えないため、複数の電流源ブロック１０６の配置については自由度が増し面積的に効率が高い配置がとなる。

なお、上述した各実施の形態おいて定電流源としては、ドレイン電圧に対してのドレイン電流の変化が少ない領域である飽和領域で動作するＭＯＳトランジスタを用いればよい。

また、上述した各実施の形態で説明した回路構成は上述のヒータ基板に一体的に作りこむことができ、これにより、インクを吐出するための発熱素子を持つヒータ基板内部で各発熱素子を一定電流で制御駆動することができる。

またグループごとに定電流源を持つ本実施の形態に係る構成では、定電流源の数を減らすことができるため、回路規模を小型化することができると共に定電流源自体のばらつきによる影響を少なくすることができる。

次に、上述した構成のヒータ基板を備えるインクジェットヘッドと、そのインクジェットヘッドを搭載したインクジェット記録装置の例を説明する。

図１０は、本発明の代表的な実施の形態に係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。

図１０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なう記録ヘッド２０３を搭載したキャリッジ２０２にキャリッジモータＭ１によって発生する駆動力を伝達機構２０４により伝え、キャリッジ２０２を矢印Ａ方向に往復移動させるとともに、例えば、記録紙などの記録媒体Ｐを給紙機構２０５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２０３から記録媒体Ｐにインクを吐出することで記録を行なう。また、記録ヘッド２０３の状態を良好に維持するためにキャリッジ２０２を回復装置２１０の位置まで移動させ、間欠的に記録ヘッド２０３の吐出回復処理を行う。

記録装置２０１のキャリッジ２０２には記録ヘッド２０３を搭載するのみならず、記録ヘッド２０３に供給するインクを貯留するインクカートリッジ２０６を装着する。インクカートリッジ２０６はキャリッジ２０２に対して着脱自在になっている。

図１０に示した記録装置２０１はカラー記録が可能でり、そのためにキャリッジ２０２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。

さて、キャリッジ２０２と記録ヘッド２０３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２０３は、記録信号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、この実施形態の記録ヘッド２０３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、熱エネルギーを発生するために電気熱変換体を備え、その電気熱変換体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。この電気熱変換体は各吐出口のそれぞれに対応して設けられ、記録信号に応じて対応する電気熱変換体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。

図１０に示されているように、キャリッジ２０２はキャリッジモータＭ１の駆動力を伝達する伝達機構２０４の駆動ベルト２０７の一部に連結されており、ガイドシャフト２１３に沿って矢印Ａ方向に摺動自在に案内支持されるようになっている。従って、キャリッジ２０２は、キャリッジモータＭ１の正転及び逆転によってガイドシャフト２１３に沿って往復移動する。また、キャリッジ２０２の移動方向（矢印Ａ方向）に沿ってキャリッジ２０２の絶対位置を示すためのスケール２０８が備えられている。この実施形態では、スケール２０８は透明なＰＥＴフィルムに必要なピッチで黒色のバーを印刷したものを用いており、その一方はシャーシ２０９に固着され、他方は板バネ（不図示）で支持されている。

また、記録装置２０１には、記録ヘッド２０３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）が設けられており、キャリッジモータＭ１の駆動力によって記録ヘッド２０３を搭載したキャリッジ２０２が往復移動されると同時に、記録ヘッド２０３に記録信号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の全幅に亘って記録が行われる。

さらに、２２０は記録ヘッド２０３によって画像が形成された記録媒体Ｐを記録装置外ヘ排出するための排出ローラであり、搬送モータＭ２の回転が伝達されることで駆動されるようになっている。なお、排出ローラ２２０は記録媒体Ｐをバネ（不図示）により圧接する拍車ローラ（不図示）により当接する。２２２は拍車ローラを回転自在に支持する拍車ホルダである。

またさらに、記録装置２０１には、図１０に示されているように、記録ヘッド２０３を搭載するキャリッジ２０２の記録動作のための往復運動の範囲外（記録領域外）の所望位置（例えば、ホームポジションに対応する位置）に、記録ヘッド２０３の吐出不良を回復するための回復装置２１０が配設されている。

この回復装置２１０は、記録ヘッド２０３の吐出口面をキャッピングするキャッピング機構２１１と記録ヘッド２０３の吐出口面をクリーニングするワイピング機構２１２を備えており、キャッピング機構２１１による吐出口面のキャッピングに連動して回復装置内の吸引手段（吸引ポンプ等）により吐出口からインクを強制的に排出させ、それによって、記録ヘッド２０３のインク流路内の粘度の増したインクや気泡等を除去するなどの吐出回復処理を行う。

また、非記録動作時等には、記録ヘッド２０３の吐出口面をキャッピング機構２１１によるキャッピングすることによって、記録ヘッド２０３を保護するとともにインクの蒸発や乾燥を防止することができる。一方、ワイピング機構２１２はキャッピング機構２１１の近傍に配され、記録ヘッド２０３の吐出口面に付着したインク液滴を拭き取るようになっている。

これらキャッピング機構２１１及びワイピング機構２１２により、記録ヘッド２０３のインク吐出状態を正常に保つことが可能となっている。

＜インクジェット記録装置の制御構成（図１１）＞
図１１は、図１０に示した記録装置２０１の制御構成を示すブロック図である。

図１１に示すように、コントローラ６００は、ＭＰＵ６０１、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したＲＯＭ６０２、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２０３の制御のための制御信号を生成する特殊用途集積回路（ＡＳＩＣ）６０３、画像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を設けたＲＡＭ６０４、ＭＰＵ６０１、ＡＳＩＣ６０３、ＲＡＭ６０４を相互に接続してデータの授受を行うシステムバス６０５、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Ａ／Ｄ変換器６０６などを備えている。

また、図１１において、６１０は画像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を介して画像データ、コマンド、ステータス信号等を送受信する。

さらに、６２０はスイッチ群であり、電源スイッチ６２１、プリント開始を指令するためのプリントスイッチ６２２、及び記録ヘッド２０３のインク吐出性能を良好な状態に維持するための処理（回復処理）の起動を指示するための回復スイッチ６２３など、操作者による指令入力を受けるためのスイッチから構成される。６３０はホームポジションを検出するためのフォトカプラなどの位置センサ６３１、環境温度を検出するために記録装置の適宜の箇所に設けられた温度センサ６３２等から構成される装置状態を検出するためのセンサ群である。

さらに、６４０はキャリッジ２０２を矢印Ａ方向（図１０）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。

ＡＳＩＣ６０３は、記録ヘッド２０３による記録走査の際に、ＲＡＭ６０４の記憶領域に直接アクセスしながら記録ヘッドに対して記録素子（吐出ヒータ）の駆動データ（ＤＡＴＡ）を転送する。

更に記録装置には、上述のヘッドに電力を供給するための電力回路を有している。

図１２は、本実施の形態に係る記録ヘッド２０３を含む記録ヘッドカートリッジの構成を示す概観斜視図である。

この実施の形態における記録ヘッドカートリッジ１２００は、図に示すようにインクを貯留するインクタンク１３００と、このインクタンク１３００から供給されるインクを記録情報に応じてノズルから吐出させる記録ヘッド２０３とを有し、記録ヘッド２０３は、キャリッジ２０２に対して着脱可能に搭載される、いわゆるカートリッジ方式を採るものとなっている。そして記録に際しては、記録ヘッドカートリッジ１２００はキャリッジ軸に沿って往復走査され、それに伴って記録シートＰ上にカラー画像が記録される。ここに示す記録ヘッドカートリッジ１２００では、写真調の高画質なカラー記録を可能とするため、インクタンクとして、例えば、ブラック、ライトシアン（ＬＣ）、ライトマゼンタ（ＬＭ）、シアン、マゼンタ及びイエローの各色独立のインクタンクが用意されており、それぞれが記録ヘッド２０３に対して着脱自在となっている。

尚、この図１２では、６色のインクを使用する場合を示しているが、図１１のように、例えばブラック、シアン、マゼンタ及びイエローの４色のインクを使用して記録を行なうものでもよい。その場合には、４色それぞれ独立のインクタンクが、それぞれ記録ヘッド２０３に対して着脱自在となっていても構わない。

［他の実施の形態］
本発明の目的は前述したように、実施形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記録した記憶媒体をシステム或は装置に提供し、そのシステム或は装置のコンピュータ（又はＣＰＵやＭＰＵ）が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出し実行することによっても達成される。この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が前述した実施形態の機能を実現することになり、そのプログラムコードを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。このようなプログラムコードを供給するための記憶媒体としては、例えば、フロッピィ（登録商標）ディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ，ＣＤ−Ｒ、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭなどを用いることができる。

また、コンピュータが読み出したプログラムコードを実行することにより、前述した実施の形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼動しているＯＳ（オペレーティングシステム）などが実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって前述した実施の形態の機能が実現される場合も含まれている。

更に、記憶媒体から読み出されたプログラムコードが、コンピュータに挿入された機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書きこまれた後、そのプログラムコードの指示に基づき、その機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵなどが実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって前述した実施の形態の機能が実現される場合も含む。

以上説明したように本実施の形態によれば、全て半導体基板上に構成可能であるため、ヒータの定電流駆動に係る駆動や制御機能を非常にコンパクトにまとめることができ、定電流駆動方式によるヒータ基板を低コストで実現できる。

また一つの基板に機能を集約することで、基板外部との配線が減り、外来のノイズの影響を受けにくくなり、誤動作に対しても強くなる効果が得られる。

また制御にかかわる配線長が短くなることにより配線による遅延が減少し、ヒータ駆動の高速化も可能となる。

本発明の実施の形態１に係る記録ヘッドに設けられたヒータ駆動回路の回路概要を示すブロック図である。本発明の実施の形態１に係るヒータ駆動回路の具体例を説明する回路図である。図２の回路の動作タイミングを説明するタイミングチャートである。本発明の実施の形態２に係る記録ヘッドに設けられたヒータ駆動回路の回路概要を示すブロック図である。本発明の実施の形態２に係るヒータ駆動回路の具体例を説明する回路図である。従来のヒータ駆動回路を示す回路図である。従来のヒータ駆動回路を動作させる信号のタイミングチャートである。従来のヒータ基板の配線レイアウトを示す図である。従来のヒータ駆動回路の構成を示す回路図である。本実施の形態に係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。本実施の形態に係るインクジェット記録装置の機能構成を示すブロック図である。本実施の形態に係る記録ヘッドの構成を示す概観斜視図である。

Claims

複数の記録素子を有する記録ヘッドであって、
前記複数の記録素子のそれぞれに直列に接続され、前記複数の記録素子のそれぞれへの通電を制御する複数のスイッチング素子と、
基準電圧を発生する基準電圧回路と、
前記基準電圧回路から発生される前記基準電圧に基づいて基準電流を生成する電流生成回路と、
前記電流生成回路で生成された前記基準電流に応じて、前記複数の記録素子のそれぞれに直列に接続された前記スイッチング素子を介して定電流を流す複数の定電流源とを有し、
前記複数の記録素子及び複数のスイッチング素子は複数のグループに分割され、前記複数の定電流源のそれぞれは前記複数のグループのそれぞれに対して直列に接続されており、前記複数のグループの各グループに含まれる複数のスイッチング素子のそれぞれは、前記複数のグループに共通する互いに異なるタイミングで通電するように制御され、各グループの各記録素子は各対応するグループに直列に接続された定電流源の定電流により通電駆動されることを特徴とする記録ヘッド。
前記複数の定電流源のそれぞれは、前記電流生成回路の電流出力回路部分とカレントミラー回路を構成することを特徴とする請求項１に記載の記録ヘッド。
前記スイッチング素子は、ＭＯＳトランジスタであることを特徴とする請求項１又は２に記載の記録ヘッド。
前記基準電圧回路は、バンドギャップ電圧を増幅した電圧を前記基準電圧とすることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の記録ヘッド。
前記定電流源は、ドレイン電圧に対してドレイン電流の変化が少ない領域である飽和領域で動作するＭＯＳトランジスタで構成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の記録ヘッド。
前記記録素子を駆動するための高電位配線から低電位配線に向けて記録素子、スイッチング素子、定電流源の順に配置されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の記録ヘッド。
複数の記録素子を有する記録ヘッド用基板であって、
前記複数の記録素子のそれぞれに直列に接続され、前記複数の記録素子のそれぞれへの通電を制御する複数のスイッチング素子と、
基準電圧を発生する基準電圧回路と、
前記基準電圧回路から発生される前記基準電圧に基づいて基準電流を生成する電流生成回路と、
前記電流生成回路で生成された前記基準電流に応じて、前記複数の記録素子のそれぞれに直列に接続された前記スイッチング素子を介して定電流を流す複数の定電流源とを有し、
前記複数の記録素子及び複数のスイッチング素子は複数のグループに分割され、前記複数の定電流源のそれぞれは前記複数のグループのそれぞれに対して直列に接続されており、前記複数のグループの各グループに含まれる複数のスイッチング素子のそれぞれは、前記複数のグループに共通する互いに異なるタイミングで通電するように制御され、各グループの各記録素子は各対応するグループに直列に接続された定電流源の定電流により通電駆動されることを特徴とする記録ヘッド用基板。
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の記録ヘッドと、
前記ヘッドに供給されるインクを収容するインクタンクと、
を有することを特徴とするヘッドカートリッジ。
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の記録ヘッドと、
記録信号に応じて前記記録ヘッドを駆動する駆動手段と、
を有することを特徴とする記録装置。