JP2002370363A - インクジェット記録ヘッド用基板、インクジェット記録ヘッド、インクジェット記録装置 - Google Patents

インクジェット記録ヘッド用基板、インクジェット記録ヘッド、インクジェット記録装置

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JP2002370363A
JP2002370363A JP2001182465A JP2001182465A JP2002370363A JP 2002370363 A JP2002370363 A JP 2002370363A JP 2001182465 A JP2001182465 A JP 2001182465A JP 2001182465 A JP2001182465 A JP 2001182465A JP 2002370363 A JP2002370363 A JP 2002370363A
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ink jet
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一郎 斉藤
Yoshiyuki Imanaka
良行 今仲
Tatsuo Furukawa
達生 古川
Nobuyuki Hirayama
信之 平山
Takaaki Yamaguchi
孝明 山口
Muga Mochizuki
無我 望月
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 供給される電圧が３．３Ｖ、あるいはそ
れ以下の電圧条件においてでもドライバの誤動作を無く
し、安定した動作を実現する。 【解決手段】 インクを吐出するインク吐出口と、イン
クを吐出するために利用される熱エネルギーを発生する
複数の発熱素子と、その発熱素子を内包するとともにイ
ンク吐出口に連通するインク流路と、を有するインクジ
ェット記録ヘッドは、発熱素子を駆動するためのドライ
バー及びそのドライバーを制御するためのロジック回路
が同一基板上に形成されており、そのドライバを形成す
るエンハンスメント形ＮＭＯＳトランジスタのゲート酸
化膜厚が、ロジック回路を形成するエンハンスメント形
ＮＭＯＳトランジスタのゲート酸化膜厚より厚い構成と
した。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は記録ヘッド用基板及
びその基板を用いた記録ヘッド、並びにその記録ヘッド
を搭載する記録装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】インクジェット方式による記録は、その
記録時における騒音の発生が極めて小さく、高速記録が
可能である点において、他の記録方式に比べて顕著な特
徴を有する記録方式である。
【０００３】従来、この記録方式が適用される記録装置
の記録ヘッドは、インクなどの液体を吐出するために設
けられたオリフィスと、そのオリフィスに連通し、イン
クを吐出するためのエネルギー発生素子として、インク
等の液滴を加熱し、吐出させるために所定の熱エネルギ
を発生させるための電気熱変換体（ヒーター）が記録ヘ
ッド素子基板（ヒーターボード「ＨＢ」ともいう。）上
に設けられた構成となっている。
【０００４】更に、従来においては、その基板（ＨＢ）
に、複数のヒーターを形成するだけではなく、それぞれ
のヒーターを駆動するための複数のドライバと、記録装
置から入力される、シリアルに配列した記録データをそ
れぞれのドライバに並列に転送するために、その記録デ
ータを一時的に格納するメモリや、そのメモリから出力
されたデータを所定のタイミングで出力させるために、
保持するラッチ回路等のロジック回路を、その同一基板
上に実装していた。
【０００５】すなわち、記録ヘッド用の基板には、ヒ
ーターを駆動するための電源と、メモリ、ロジック等
を駆動するための２系統の電源の供給が必要とされてい
た。ロジック回路用電源としては、一般的には５Ｖの電
源電圧が使用され、記録装置本体側のＣＰＵ、メモリ等
のＩＣ電源と統一することで、ロジック用の電源を専用
に用意する必要をなくし、回路配置の省スペース化、小
型化、更にはコスト削減が図られた。
【０００６】
【従来技術における課題】ところで、これまでインクジ
ェットプリンターとプリンタを制御する例えばパーソナ
ルコンピュータなどとを接続するためのインターフェー
スとしてはパラレルインターフェースが一般的に用いら
れてきた。この場合、プリンター本体のロジック用の電
源としては５Vが用いられ、ヘッド内のインクジェット
記録ヘッド用基板もロジック電源にその５Vを用いてい
たため、前述の従来の技術の例においてＶＬを５Ｖとし
た。またプリンター内部回路のICにおいて、一部のICが
５Vの電源を必要としていたこともロジック電圧VLが５V
で発展してきた背景でもある。
【０００７】しかしながら、近年においてIC技術の向上
と新しいインターフェースの採用等も加わり、プリンタ
ー本体のロジック電源に５Vを用意することは、コスト
面、サイズ面において不利な状況となってきた。ここで
プリンター本体のロジック電源電圧VLの主流として最近
は３．３Vが用いられるようになった。しかしながらヘ
ッド用基板にはヒーターを駆動するための高耐圧ドライ
バーとロジック回路が混在しており、単純にはロジック
電源電圧３．３Vに最適化することが難しい。
【０００８】以下、これまで実績のあるヘッド用基板の
ロジック電源電圧を５Vから３．３Vに低下させた場合に
発生するいくつかの課題について説明する。
【０００９】動作速度の問題 課題のひとつであるインクジェット記録ヘッド基板の画
像データ転送能力（動作速度）の低下について以下に説
明する。
【００１０】図１５は、インクジェット記録ヘッド用基
板内の構成例である。図中1003は、外部から信号を受け
取るパッドであり、このパッド1003は、ロジック電源電
圧を受け取るVDD端子1006、ヒーター駆動電源電圧を受
け取るVH端子1008、グランドにつながるGWDH端子1005、
CSS端子1007等を有している。また、画像データをシリ
アルで受け取りパラレル出力するシフトレジスタ等のロ
ジック回路1002、ヒーターを駆動するためのドライバ10
01、ヒーター1004等がひとつのシリコン基板上に構成さ
れている。
【００１１】６２０ビットのヒーターが形成されている
場合について図１６にさらに詳しく記載した。ここで
は、６２０ビットのヒーターを最大同時に４０ビット駆
動し、これを１６回繰り返すことで６２０ビット全ての
ヒーターを駆動する（１周期分）構成となっている。図
１７にそのタイミングを記述した。ここで一定の高速記
録を行う場合に必要な駆動周波数１５ｋHz（既存の製品
でも使用）で６２０ビットを全て駆動する時にどの程度
のスピードで画像データを送ることが必要かを説明す
る。
【００１２】１５ｋHzは６６．６７μSの周期となる。
この時間内に４０ビットの画像データ転送を１６時分割
（ブロック）分行わなくてはならない。これを計算する
と画像データの転送速度は少なくとも１２MHｚ以上は必
要となる。この速度は、一般的なCPU等から考えると大
きな値ではないが、インクジェット記録ヘッドの場合、
稼動するキャリッジと本体を長いフレキシブル基板等で
つないでいると友に、プリンターの小型化からキャリッ
ジを小型化しなくてはならないニーズもあり、１２MHz
という数字は決して小さい値ではなかった。
【００１３】このような状況のもと、ロジック電源電圧
を５Vから３．３Vに低下させた場合の転送能力の低下に
ついて図１８を用いて説明する。図１８の(ａ)には、ロ
ジック信号（電源）の電圧と画像データ転送可能である
最大のCLK周波数について記述した。
【００１４】図にあるようにロジック信号（電源）電圧
の低下に伴い、CLK周波数が落ちていく傾向がある。こ
れは、画像データ転送を行うためのCLK等の入力回路
部、シフトレジスター部に用いているMOSトランジスタ
の駆動能力がCMOSのゲート電圧としてそのまま利用され
るロジック電源電圧の低下により同時に下がることによ
り低下することによる。図によればゲート電圧の低下に
より駆動能力（ドレイン電流Iｄ）が低下することがわ
かる。
【００１５】さらにインクジェット記録ヘッド基板にお
いては、基板上においてヒーターを駆動することによ
り、温度面でもスピードを満足することが必要である。
これはインクをヒーターによって吐出するインクジェッ
ト記録ヘッド用基板に特徴的に求められる能力である。
図１８の（ｂ）に基板の温度とCLK最大周波数の関係を
示した。ここでは３．３V化した場合の能力の低下とそ
れだけでなく、温度が高くなるにつれてさらに能力が低
下する傾向があることを示している。
【００１６】以上のように、これまで５Vでは１２MHｚ
のCLK周波数での回路動作に問題はなかったもが、ロジ
ック電源電圧の低電圧化、たとえば３．３V化に伴い動
作速度を向上する必要性が出てきている。
【００１７】 ノイズ問題 さらに最近の記録ヘッドおよび記録ヘッドを用いた記録
装置（プリンタ）においては高速化や多bit化の影響か
ら、電源ラインのインピーダンスにより発生する電圧降
下やオーバーシュート等のノイズ成分による誤動作が問
題になる場合がある。
【００１８】例えば代表的なA4プリンタの場合、本体電
源からヘッドに至るまでのフレキシブル基板などの電源
配線ケーブルの長さは約40cm程度になり、その抵抗(R)
成分はケーブルの材質や並行に接続する本数により変化
するがおよそ20mΩ〜100mΩ、またインダクタンス(L)成
分は0.1μH〜0.5μH程になる。さらに電源ラインに寄生
するインピーダンスとしてヘッドとのコンタクト部分に
付く接触抵抗やヘッド自身が持つ容量(C)成分がある。
接触抵抗としてはコンタクト部分の材質や電源端子とし
て使用するパッドの数により変化するがおよそ30mΩ〜2
00mΩ、また容量としてはおよそ10pF〜100pF程になる。
【００１９】電源ラインに流れる電流としては1セグメ
ントにつき約150mA程度であり、1色あたりの最大同時駆
動のセグメント数を16とした場合0.9Aとなる。したがっ
て最近の6色カラープリンタにおいては瞬間的な総電流
は5.4Aにもなる。
【００２０】前述のインピーダンス成分R,L,Cからなる
電源ラインに5.4Aの電流が流れた場合、オーバーシュー
トによるリンギングが発生しこれが電源ラインの電圧を
揺らすことになる。その電圧変動は実測および電気回路
シミュレーションから0.5V〜1.0V程度である。
【００２１】この電圧変動が特にドライバートランジス
タのGNDラインに発生した場合には電流駆動のファンク
ションに誤動作を生じる可能性が大きい。このためこの
電圧変動が起こった場合にも誤動作が起きないような手
段をとる必要がある。
【００２２】 ロジック部電圧共通化問題 最近の記録ヘッドおよび記録ヘッドを用いた記録装置
（プリンタ）においてはヒーター駆動回路やCPUなどの
外部信号処理回路の高速化や設計ルールの微細化等によ
りロジック信号電圧は低電圧化する方向にあり、現状の
5Vから3.3V化への転換が急速に進んでいる。
【００２３】さらにCPUの低電圧化はその製造プロセス
の微細化度の進行とともに進むことになり、例えば0.5u
mルールのプロセスを用いた場合の電源電圧は2.0V程
度、0.15〜0.18umルールのプロセスを用いた場合の電源
電圧は1.5Vあるいはそれ以下になることが予想される。
このとき外部処理回路の信号電圧とヘッド内部のロジッ
ク信号電圧を等しくしておくことは共通化の観点から装
置全体のコストダウンにとって重要であり、このことか
らヘッド内部のロジック信号電圧も今後3.3V→2.0V→1.
5V→それ以下と低電圧化が進んでいくことになる。これ
に伴い特にロジック信号に従い、ドライバートランジス
タの駆動を行う回路ブロックにおいて低電圧化に伴い誤
動作が発生する可能性が高まるため低電圧に対応する手
段を講じることや弊害を除去するための手段をとる必要
がある。
【００２４】記録装置本体側のＩＣの電源電圧を５Ｖか
ら３．３Ｖあるいは、それ以下の２Ｖ等で使用する低電
圧化の流れの中で、基板（ＨＢ）の回路構成を変更せず
に、上述の低電圧化に対応する場合は、（１）、（２）
に列記するようにな問題が生じる。
【００２５】（１）基板（ＨＢ）のロジック回路を駆動
するために、記録装置本体側に、ロジック回路専用の電
源電圧（５Ｖ）電源を新たに用意して、この電圧供給を
受けるようにする場合は、機内の電源系統が更に増え
て、記録装置本体のサイズが大きくなり、装置の小型化
に不利となるばかりでなく、コスト的にも高くなり、現
在の低価格化の流れにおいては、製品設定上困難な問題
を抱えることになる。
【００２６】（２）基板（ＨＢ）の回路構成をそのまま
にして、装置本体側から電源電圧３．３Ｖを供給して使
用する場合は、ロジック回路用ＩＣの設計仕様が５Ｖ等
の高い電源値で設定されているとき、単純に３．３Ｖに
電圧を下げるとロジック回路の駆動電圧が下がり、ロジ
ック回路を駆動するＯＮ−ＯＦＦのドライブ能力（すな
わちスピード）が低下することになる。図８は駆動電圧
とデータ転送速度の関係を定性的に示す図である。電圧
が５Ｖから３．３Ｖになると、データ転送速度も低下す
る傾向を示している。
【００２７】現在、高速記録のためにロジック回路のク
ロック等の転送をさらに速くしなくてはならない状況に
おいては、ロジックの駆動性能を低下させることとな
り、結果として記録性能をスペックダウンすることとな
る。すなわち、画像データ転送速度の維持、更には向上
のニーズに対応することが困難となる。
【００２８】一方、上記の（２）と関連し、駆動電圧の
低下と、ロジック回路の駆動性能の維持をバランスさせ
る対応として基板（ＨＢ）の回路構成を変更して、ロジ
ック回路を構成するトランジスタの閾値を下げる対応も
考えられるが、以下の（３）のような問題がある。
【００２９】図５（ａ），（ｂ），（ｃ）は基板（Ｈ
Ｂ）に形成されているパワートランジスタの例を示す。
インクジェット用記録ヘッドの基板（ＨＢ）は、コスト
面、ドライバ能力面から、現在はヒーター駆動用ドライ
バとしてＮＭＯＳトランジスタが主流として採用されて
いる。
【００３０】この基板（ＨＢ）には、上記のドライバを
制御するためのロジック回路がドライバのＮＭＯＳトラ
ンジスタと同一の閾値をもつ、エンハンスメント形ＮＭ
ＯＳトランジスタとロジックＣＭＯＳ回路を形成するた
めのＰＭＯＳトランジスタ（あるいは、ロジックをＮＭ
ＯＳトランジスタのみで形成する場合、すなわちデプレ
ーション形のＮＭＯＳトランジスタや、純粋な拡散等に
よる抵抗）により現状構成されている。図６はＮＭＯＳ
トランジスタの伝達特性を示す図であり、図７はヒータ
ーと接続するエンハンスメント形ＮＭＯＳトランジスタ
と、その構造を示す図である。
【００３１】（３）エンハンスメント形ＮＭＯＳトラン
ジスタの動作閾値を下げることにより、従来より低い電
圧供給においても、ロジック回路の駆動能力を維持する
ことが可能となるが、低コスト化のため、半導体製造プ
ロセスを共通化した場合、ゲート酸化膜厚は等しくなる
ためにヒーターのドライバー部分のトランジスタの閾値
も同時に低下することになる。このことは、インクジェ
ット方式の記録装置の特有性として以下のような問題を
発生させる可能性がある。
【００３２】図９（ａ）は記録装置本体と記録ヘッドの
接続関係を概略的に説明する図であり、図９（ｂ）は、
画像データ（ＤＡＴＡ）とクロック（ＣＬＫ）を出力す
る回路を等価的に表現するＬＣＲ回路である。図９
（ａ）を例にすると、記録装置本体は画像データ（ＤＡ
ＴＡ）をクロック（ＣＬＫ）に同期してシリアルに記録
ヘッドに出力すると、そのデータは、シフトレジスタ９
０１に取り込まれる。その取り込んだ画像データ（ＤＡ
ＴＡ）はラッチ回路９０２で一時記憶され、その画像デ
ータの値（「０」又は「１」）に応じたＯＮ／ＯＦＦ出
力がラッチ回路より出力される。ＯＮ出力に基づき、選
択されたヒーターに対するヒータードライバ９０３が、
その入力されたＯＮ出力の時間だけ駆動され、これによ
って、対応するヒーター９０４に電流が流れて記録動作
が実行される。
【００３３】高速記録を実現するためには、多数の記録
素子を配列させる必要がある。この記録素子は、記録ヘ
ッド側のキャリッジに搭載され、記録装置本体と記録ヘ
ッドとを接続するフレキシブルケーブル９０５によりヘ
ッド制御信号等と共に、ヘッド駆動電源の供給を受ける
ことになる。
【００３４】時分割駆動されるヒーターの数によって、
更には、ヒーターを駆動するパターンのデューティによ
りフレキシブルケーブルを流れる、ヒーターを駆動する
ヘッド駆動電圧は変化し、電源配線には等価回路のリア
クタンス（Ｌ）成分がノイズとして重畳して、ヒーター
ドライバーの誤動作が発生し易くなる。
【００３５】このような場合、ヒーター素子に異常電流
が流れて、素子破壊につながり、致命的な欠陥となる。
【００３６】従来における５Ｖ電圧を基軸とする設計条
件を３．３Ｖ、あるいはそれ以下の電圧の使用に適用し
た場合、ロジック回路とドライバー回路の機能をそれぞ
れ担保することは極めて困難である。低消費電力化のト
レンドにおいて、両回路の機能を同時に満たすためには
基板内の接続バランスを同時に維持することが必要とな
る。
【００３７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するべ
く、本発明にかかる、記録ヘッド用基板及びその基板を
用いた記録ヘッド、並びにその記録ヘッドを搭載する記
録装置は主として、以下の構成からなることを特徴とす
る。
【００３８】すなわち、インクを吐出するために利用さ
れるエネルギーを発生する複数のエネルギー発生素子
と、該エネルギー発生素子を駆動するためのドライバー
と、前記ドライバーを制御するためのロジック回路と、
を備え、前記ロジック回路及びドライバーはエンハンス
メント形ＮＭＯＳトランジスタを有するインクジェット
記録ヘッド用基板において、前記ロジック回路を形成す
るエンハンスメント形ＮＭＯＳトランジスタの電圧閾値
が、前記ドライバーを形成するエンハンスメント形ＮＭ
ＯＳトランジスタのめの電圧閾値よりも低いことを特徴
とする。
【００３９】あるいは、インクを吐出するために利用さ
れるエネルギーを発生する複数のエネルギー発生素子
と、該エネルギー発生素子を駆動するためのドライバー
と、前記ドライバーを制御するためのロジック回路と、
を備え、該ロジック回路及びドライバーがエンハンスメ
ント形ＮＭＯＳトランジスタを有するインクジェット記
録ヘッド用基板において、前記ドライバーを形成するエ
ンハンスメント形ＮＭＯＳトランジスタのゲート酸化膜
厚が、前記ロジック回路を形成するエンハンスメント形
ＮＭＯＳトランジスタのゲート酸化膜厚よりも厚いこと
を特徴とする。
【００４０】あるいは、インクを吐出するために利用さ
れるエネルギーを発生する複数のエネルギー発生素子
と、該エネルギー発生素子を駆動するためのドライバー
と、前記ドライバーを制御するためのロジック回路と、
を備え、前記ロジック回路及びドライバーはエンハンス
メント形ＮＭＯＳトランジスタを有するインクジェット
記録ヘッド用基板において、前記ドライバーを形成する
エンハンスメント形ＮＭＯＳトランジスタのチャネル部
分の濃度が、前記ロジック回路を形成するエンハンスメ
ント形ＮＭＯＳトランジスタのチャネル部分の濃度と異
なることを特徴とする。
【００４１】あるいは、インクを吐出するインク吐出口
と、インクを吐出するために利用されるエネルギーを発
生する複数のエネルギー発生素子と、該エネルギー発生
素子を内包するとともに前記インク吐出口に連通するイ
ンク流路と、前記エネルギー発生素子を駆動するための
ドライバーと、前記ドライバーを制御するためのロジッ
ク回路と、を備え、前記ロジック回路及びドライバーは
エンハンスメント形ＮＭＯＳトランジスタを有するとと
もに前記発熱素子、ドライバー及びロジック回路が同一
基板上に形成されているインクジェット記録ヘッドにお
いて、前記ロジック回路を形成するエンハンスメント形
ＮＭＯＳトランジスタの電圧閾値が、前記ドライバーを
形成するエンハンスメント形ＮＭＯＳトランジスタのめ
の電圧閾値よりも低いことを特徴とする。
【００４２】あるいは、インクを吐出するインク吐出口
と、インクを吐出するために利用されるエネルギーを発
生する複数のエネルギー発生素子と、該エネルギー発生
素子を内包するとともに前記インク吐出口に連通するイ
ンク流路と、前記エネルギー発生素子を駆動するための
ドライバーと、前記ドライバーを制御するためのロジッ
ク回路と、を備え、前記ロジック回路及びドライバーは
エンハンスメント形ＮＭＯＳトランジスタを有するとと
もに前記発熱素子、ドライバー及びロジック回路が同一
基板上に形成されているインクジェット記録ヘッドにお
いて、前記ドライバーを形成するエンハンスメント形Ｎ
ＭＯＳトランジスタのゲート酸化膜厚が、前記ロジック
回路を形成するエンハンスメント形ＮＭＯＳトランジス
タのゲート酸化膜厚よりも厚いことを特徴とする。
【００４３】あるいは、インクを吐出するインク吐出口
と、インクを吐出するために利用されるエネルギーを発
生する複数のエネルギー発生素子と、該エネルギー発生
素子を内包するとともに前記インク吐出口に連通するイ
ンク流路と、前記エネルギー発生素子を駆動するための
ドライバーと、前記ドライバーを制御するためのロジッ
ク回路と、を備え、前記ロジック回路及びドライバーは
エンハンスメント形ＮＭＯＳトランジスタを有するとと
もに前記発熱素子、ドライバー及びロジック回路が同一
基板上に形成されているインクジェット記録ヘッドにお
いて、前記ドライバーを形成するエンハンスメント形Ｎ
ＭＯＳトランジスタのチャネル部分の濃度が、前記ロジ
ック回路を形成するエンハンスメント形ＮＭＯＳトラン
ジスタのチャネル部分の濃度と異なることを特徴とす
る。
【００４４】あるいは、インクを吐出するインク吐出口
と、インクを吐出するために利用されるエネルギーを発
生する複数のエネルギー発生素子と、該エネルギー発生
素子を内包するとともに前記インク吐出口に連通するイ
ンク流路と、前記エネルギー発生素子を駆動するための
ドライバーと、前記ドライバーを制御するためのロジッ
ク回路と、を備え、前記ロジック回路及びドライバーは
エンハンスメント形ＮＭＯＳトランジスタを有するとと
もに前記発熱素子、ドライバー及びロジック回路が同一
基板上に形成されている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から吐出されるインクを受
ける記録媒体を搬送するための搬送手段と、を備えるイ
ンクジェット記録装置において、前記ロジック回路を形
成するエンハンスメント形ＮＭＯＳトランジスタの電圧
閾値が、前記ドライバーを形成するエンハンスメント形
ＮＭＯＳトランジスタのめの電圧閾値よりも低いことを
特徴とする。
【００４５】あるいは、インクを吐出するインク吐出口
と、インクを吐出するために利用されるエネルギーを発
生する複数のエネルギー発生素子と、該エネルギー発生
素子を内包するとともに前記インク吐出口に連通するイ
ンク流路と、前記エネルギー発生素子を駆動するための
ドライバーと、前記ドライバーを制御するためのロジッ
ク回路と、を備え、前記ロジック回路及びドライバーは
エンハンスメント形ＮＭＯＳトランジスタを有するとと
もに前記発熱素子、ドライバー及びロジック回路が同一
基板上に形成されている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から吐出されるインクを受
ける記録媒体を搬送するための搬送手段と、を備えるイ
ンクジェット記録装置において、前記ドライバーを形成
するエンハンスメント形ＮＭＯＳトランジスタのゲート
酸化膜厚が、前記ロジック回路を形成するエンハンスメ
ント形ＮＭＯＳトランジスタのゲート酸化膜厚よりも厚
いことを特徴とする。
【００４６】あるいは、インクを吐出するインク吐出口
と、インクを吐出するために利用されるエネルギーを発
生する複数のエネルギー発生素子と、該エネルギー発生
素子を内包するとともに前記インク吐出口に連通するイ
ンク流路と、前記エネルギー発生素子を駆動するための
ドライバーと、前記ドライバーを制御するためのロジッ
ク回路と、を備え、前記ロジック回路及びドライバーは
エンハンスメント形ＮＭＯＳトランジスタを有するとと
もに前記発熱素子、ドライバー及びロジック回路が同一
基板上に形成されている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から吐出されるインクを受
ける記録媒体を搬送するための搬送手段と、を備えるイ
ンクジェット記録装置において、前記ドライバーを形成
するエンハンスメント形ＮＭＯＳトランジスタのチャネ
ル部分の濃度が、前記ロジック回路を形成するエンハン
スメント形ＮＭＯＳトランジスタのチャネル部分の濃度
と異なることを特徴とする。
【００４７】
【発明の実施の形態】以下添付図面を参照して本発明の
好適な実施形態について詳細に説明する。
【００４８】なお、以下に説明する実施形態では、イン
クジェット記録方式を用いた記録装置としてプリンタを
例に挙げ説明する。
【００４９】本明細書において、「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、有意無意を問わず、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。
【００５０】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。
【００５１】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、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。
【００５２】＜装置本体の概略説明＞図１０は、インク
ジェットプリンタＩＪＲＡの構成の概要を示す外観斜視
図である。図１０において、駆動モータ５０１３の正逆
回転に連動して駆動力伝達ギア５００９〜５０１１を介
して回転するリードスクリュー５００５の螺旋溝５００
４に対して係合するキャリッジＨＣはピン（不図示）を
有し、ガイドレール５００３に支持されて矢印ａ，ｂ方
向を往復移動する。キャリッジＨＣには、記録ヘッドＩ
ＪＨとインクタンクＩＴとを内蔵した一体型インクジェ
ットカートリッジＩＪＣが搭載されている。
【００５３】５００２は紙押え板であり、キャリッジＨ
Ｃの移動方向に亙って記録用紙Ｐをプラテン５０００に
対して押圧する。５００７，５００８はフォトカプラ
で、キャリッジのレバー５００６のこの域での存在を確
認して、モータ５０１３の回転方向切り換え等を行うた
めのホームポジション検知器である。
【００５４】５０１６は記録ヘッドＩＪＨの前面をキャ
ップするキャップ部材５０２２を支持する部材で、５０
１５はこのキャップ内を吸引する吸引器で、キャップ内
開口５０２３を介して記録ヘッドの吸引回復を行う。５
０１７はクリーニングブレードで、５０１９はこのブレ
ードを前後方向に移動可能にする部材であり、本体支持
板５０１８にこれらが支持されている。ブレードは、こ
の形態でなく周知のクリーニングブレードが本例に適用
できることは言うまでもない。
【００５５】また、５０２１は、吸引回復の吸引を開始
するためのレバーで、キャリッジと係合するカム５０２
０の移動に伴って移動し、駆動モータからの駆動力がク
ラッチ切り換え等の公知の伝達機構で移動制御される。
【００５６】これらのキャッピング、クリーニング、吸
引回復は、キャリッジがホームポジション側の領域に来
た時にリードスクリュー５００５の作用によってそれら
の対応位置で所望の処理が行えるように構成されている
が、周知のタイミングで所望の動作を行うようにすれ
ば、本例にはいずれも適用できる。
【００５７】＜制御構成の説明＞次に、上述した装置の
記録制御を実行するための制御構成について説明する。
【００５８】図１１はインクジェットプリンタＩＪＲＡ
の制御回路の構成を示すブロック図である。制御回路を
示す同図において、１７００は記録信号を入力するイン
ターフェース、１７０１はＭＰＵ、１７０２はＭＰＵ１
７０１が実行する制御プログラムを格納するＲＯＭ、１
７０３は各種データ（上記記録信号やヘッドに供給され
る記録データ等）を保存しておくＤＲＡＭである。１７
０４は記録ヘッドＩＪＨに対する記録データの供給制御
を行うゲートアレイ（Ｇ．Ａ．）であり、インターフェ
ース１７００、ＭＰＵ１７０１、ＲＡＭ１７０３間のデ
ータ転送制御も行う。１７１０は記録ヘッドＩＪＨを搬
送するためのキャリアモータ、１７０９は記録紙搬送の
ための搬送モータである。１７０５は記録ヘッドを駆動
するヘッドドライバ、１７０６，１７０７はそれぞれ搬
送モータ１７０９、キャリアモータ１７１０を駆動する
ためのモータドライバである。
【００５９】上記制御構成の動作を説明すると、インタ
ーフェース１７００に記録信号が入るとゲートアレイ１
７０４とＭＰＵ１７０１との間で記録信号がプリント用
の記録データに変換される。そして、モータドライバ１
７０６、１７０７が駆動されると共に、ヘッドドライバ
１７０５に送られた記録データに従って記録ヘッドが駆
動され、記録が行われる。
【００６０】ここでは、ＭＰＵ１７０１が実行する制御
プログラムをＲＯＭ１７０２に格納するものとしたが、
ＥＥＰＲＯＭ等の消去／書き込みが可能な記憶媒体を更
に追加して、インクジェットプリンタＩＪＲＡと接続さ
れたホストコンピュータから制御プログラムを変更でき
るように構成することもできる。
【００６１】なお、上述のように、インクタンクＩＴと
記録ヘッドＩＪＨとは一体的に形成されて交換可能なイ
ンクカートリッジＩＪＣを構成しても良いが、これらイ
ンクタンクＩＴと記録ヘッドＩＪＨとを分離可能に構成
して、インクがなくなったときにインクタンクＩＴだけ
を交換できるようにしても良い。
【００６２】図１２は、インクタンクとヘッドとが分離
可能なインクカートリッジＩＪＣの構成を示す外観斜視
図である。インクカートリッジＩＪＣは、図１２に示す
ように、境界線Ｋの位置でインクタンクＩＴと記録ヘッ
ドＩＪＨとが分離可能である。インクカートリッジＩＪ
ＣにはこれがキャリッジＨＣに搭載されたときには、キ
ャリッジＨＣ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。
【００６３】なお、図１２において、５００はインク吐
出口列である。また、インクタンクＩＴにはインクを保
持するために繊維質状もしくは多孔質状のインク吸収体
が設けられている。
【００６４】＜実施形態１：酸化膜厚＞本実施形態にか
かる記録ヘッド用基板を図１Ａに示す。２５６ｂｉｔの
ヒーターを含むヒーターアレイ２０１とヒーターをそれ
ぞれ駆動するためのドライバ−を有するドライバーアレ
イ２０２と、そのドライバを駆動するためのロジック回
路２０３とが同一基板２００上に設けられ、更に、基板
外部と電気的に接続するためのパッド２０４が、基板２
００上に設けられている。
【００６５】また、図３は、上述した本実施形態にかか
る記録ヘッド用基板を用いて構成された記録ヘッドの一
例を示す外観斜視図である。同図に示すように、記録ヘ
ッドは図１Ａに示すインク供給口２０５の両側に配され
るヒーターアレイ２０１に対応して、２列の吐出口２１
０の配列を有するものである。すなわち、吐出口プレー
ト２０６にはそれぞれの配列において所定のピッチで吐
出口２１０が配設される。なお、本実施形態の記録ヘッ
ドに対しては、2点鎖線で図示するインクタンクＩＴが
着脱自在に取付けられる。
【００６６】図４は図３に示した記録ヘッドおよびイン
クタンクを装着して記録を行うインクジェット記録装置
の一例を示す概略斜視図である。
【００６７】イエロー（Ｙ），マゼンタ（Ｍ），シアン
（Ｃ）およびブラック（Ｂ）の各インクに対応した記録
ヘッド２１Ｙ，２１Ｍ，２１Ｃおよび２１Ｂ（およびそ
れぞれのインクタンクＩＴ）はキャリッジ２０に着脱自
在に設けられる。キャリッジ２０はガイドシャフト２３
と摺動自在に係合し、またキャリッジ２０にはプーリー
２５，２６およびベルト２８を介してモータ２７の駆動
力が伝えられる。これにより、各ヘッド２１Ｙ，２１
Ｍ，２１Ｃおよび２１Ｂは被記録媒体として、記録紙Ｐ
に対する走査を行うことができる。記録紙Ｐは、一対の
搬送ローラ２２Ａ，２２Ｂにより、上記走査の間に所定
量づつ搬送される。また、記録ヘッドの移動範囲の一端
には、各記録ヘッドの吐出回復処理を行うための回復ユ
ニット２４が設けられている。
【００６８】＜記録ヘッド用基板の製造プロセス＞図１
３は半導体デバイスの全体的な製造プロセスのフローを
示す。ステップＳ１３０１（回路設計）では半導体デバ
イスの回路設計を行なう。ステップＳ１３０２（マスク
製作）では設計した回路パターンを形成したマスクを製
作する。一方、ステップＳ１３０３（ウエハ製造）では
シリコン等の材料を用いてウエハを製造する。ステップ
Ｓ１３０４（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、上記
用意したマスクとウエハを用いて、リソグラフィ技術に
よってウエハ上に実際の回路を形成する。
【００６９】次のステップＳ１３０５（組み立て）は後
工程と呼ばれ、ステップＳ１３０４によって作製された
ウエハを用いて半導体チップ化する工程であり、アッセ
ンブリ工程（ダイシング、ボンディング）、パッケージ
ング工程（チップ封入）等の組立て工程を含む。ステッ
プＳ１３０６（検査）ではステップＳ１３０５で作製さ
れた半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等
の検査を行なう。こうした工程を経て半導体デバイスが
完成し、これを出荷（ステップＳ１３０７）する。
【００７０】図１４は上記ウエハプロセス（Ｓ１３０
４）の詳細なフローを示す図である。
【００７１】ステップＳ１４１０（酸化）ではウエハの
表面を酸化させ、酸化膜を形成する。形成する酸化膜厚
によって、デバイスが動作する動作電圧の閾値は変化す
るので、複数の酸化工程を経ることにより異なる酸化膜
厚のデバイスを作り込むことができる。
【００７２】ステップＳ１４２０（ＣＶＤ）ではウエハ
表面に絶縁膜を成膜し、ステップＳ１４３０（電極形
成）ではウエハ上に電極を蒸着によって形成する。
【００７３】ステップＳ１４４０（イオン打込み）では
不純物原子をイオン化し、それを数〜数百ｋＶの範囲で
加速し、ウエハ中に打込む処理を行なう。イオン打込み
をＭＯＳトランジスタのチャンネルドープに適用するこ
とにより、トランジスタの閾値電圧の調整が可能とな
る。
【００７４】ステップＳ１４５０（レジスト処理）では
ウエハに感光剤を塗布する。
【００７５】ステップＳ１４６０（露光）では露光装置
によってマスクの回路パターンをウエハに焼付露光し、
ステップＳ１４７０（現像）では露光したウエハを現像
する。ステップＳ１４８０（エッチング）では現像した
レジスト像以外の部分を削り取り、ステップＳ１４９０
（レジスト剥離）ではエッチングが済んで不要となった
レジストを取り除く。これらのステップを繰り返し行な
うことによって、ウエハ上に多重に回路パターンを形成
することができる。
【００７６】以下、図１９を用いて異なる酸化膜厚のト
ランジスタを同一基板上に形成する代表的なプロセスの
工程フローを基板の断面図を用いて説明する。まず半導
体基板6001上に素子分離絶縁膜6002を有する素子分離領
域(LOCOS)と第一の酸化膜6003を有する素子領域とを熱
酸化により形成する（図中.(a)）。
【００７７】続いて窒素ガス雰囲気中で熱処理を行ない
全面を窒化する（図中.(b)）。
【００７８】その後にフォトレジスト4を用いて選択的
に窒化された第一の酸化膜6006を例えばフッ酸を用いて
除去する（図中.(c)）。それから第二の酸化膜6005を熱
酸化により形成する。このとき窒化された第一の酸化膜
6006はほとんど酸化されずに膜厚の増大はない（図中.
(d)）。
【００７９】そして多結晶Si膜からなるゲート電極6010
を形成し（図中.(e)）、ソースおよびドレインとなる拡
散層6011を形成し、層間絶縁膜6012を形成し、コンタク
トホールを形成して配線電極6013を形成し、さらにその
上に絶縁膜6014を形成する（図中.(f)）。このあと記録
ヘッドに必要なヒータ、最上部の保護膜となる絶縁膜を
形成して工程は完了する。
【００８０】またトランジスタのスレッショルド電圧を
コントロールするためにゲート電極の下に異なる濃度の
不純物を拡散する所謂チャネルドープの工程を挿入する
場合には、図中.aにおいて第一の酸化膜形成後に全面に
拡散を行なう方法（ロジック部、ドライバー部共通）や
図中.aにおいて第一の酸化膜形成後にロジック部、ドラ
イバー部どちらか一方にマスクを用いて拡散を行なう方
法、またさらにはそれぞれ個別のマスクを用いて拡散を
行なう方法（ロジック部、ドライバー部別々）が考えら
れる。またその後の工程で行なう熱処理による影響を考
慮してチャネルドープ工程を挿入する場所をゲート電極
形成の直前に行なう構成も考えられる。
【００８１】＜酸化膜厚による閾値電圧の調整＞ＭＯＳ
トランジスタの特性として、動作電圧の閾値Ｖthは、以
下の（１）式で与えられる。
【００８２】 Ｖth＝ＶFB+2φF+2ＴOX×（１／εOX）×√（ｑεSiＮAφF） （１） ＶFB：フラットバンド電圧 φF：チャネル領域のフェルミレベル ＴOX：酸化膜厚 εOX：酸化膜の誘電率 ｑ：電子の電荷量 εSi：Siの誘電率 ＮA：チャネルの不純物濃度。
【００８３】ここで、図１４のステップＳ１４１０の工
程での処理において、上記（１）式のうち、酸化膜厚を
キーパラメータとして、この酸化膜厚ＴOXを異なるもの
とするプロセスを適用する。この場合、ステップＳ１４
１０に相当する特定の膜厚を形成する酸化工程を複数回
に分けて適用してもよい。デバイスに対して、特定の酸
化工程を適用することで、各デバイスごとに所望の膜厚
を形成することができ、その結果、ヒーターを駆動する
ためのドライバを構成するエンハンスメント形ＮＭＯＳ
トランジスタと、そのドライバを駆動するためのロジッ
ク回路を構成するエンハンスメント形ＮＭＯＳトランジ
スタの動作閾値を変えることが可能となる。
【００８４】（１）式の関係より、酸化膜厚ＴOXが厚い
ほうがトランジスタの動作電圧閾値は高くなる。図２Ａ
（ａ），（ｂ）はそれぞれ、酸化膜厚を変えたロジック
回路部及びドライバ回路部のＮＭＯＳトランジスタを概
略的に示す図である。
【００８５】本実施形態では、図２Ａ（ｂ）のようにド
ライバーを構成するエンハンスメント形ＮＭＯＳトラン
ジスタのゲート酸化膜厚を７０ｎｍで形成し、図２Ａ
（ａ）のようにロジック回路を構成するエンハンスメン
ト形ＮＭＯＳトランジスタのゲート酸化膜厚を３５nmで
形成した。
【００８６】ドライバ側の酸化膜厚はロジック回路側の
トランジスタに比べて厚いため、この条件で形成された
デバイスは閾値が１．５Ｖ、ドライバ側が高くなる。こ
の基板ではヒーター１ｂｉｔあたり１４０ｍＡの電流が
流れ、瞬間的には、最大１６ｂｉｔ分のヒーターを同時
駆動した場合、約２．２Ａがスイッチングされ、０．５
Ｖほどのノイズが発生するが、ドライバの誤動作もな
く、安定して動作が可能となった。
【００８７】また、ロジック回路は酸化膜厚がドライバ
回路に比べて薄いため、閾値が低くなり、装置本体側か
ら供給される３．３Ｖ、あるいはそれ以下の電圧におい
ても素子のドライバビリティを向上させることが可能で
あり、電源電圧を５Ｖから３．３Ｖに変えても、１２Ｍ
Ｈｚ以上のデータ転送速度を維持し、高速記録に対応す
ることが可能となった。
【００８８】本実施形態によれば、ドライバー部分の酸
化膜厚を現行のドライバーのそれよりもさらに厚くする
ことができることで、ドライバビリティの向上に加え耐
圧をも上げることが可能である。その結果、電流を減ら
すことができ、ロス、ノイズ面でメリットを享受できる
ものである。
【００８９】＜実施形態２：チャンネル不純物濃度＞本
実施形態にかかる記録ヘッド用基板の構成は第１の実施
形態における図１Ａと共通であり、詳細な説明はここで
は省略する。
【００９０】ヒーター素子の誤動作防止し、異常電流が
流れることを防止するために、第２の実施形態では、図
１４のステップＳ１４４０の処理において、上記（１）
式において、チャンネルの不純物濃度ＮAをキーパラメ
ータとして、トランジスタの動作電圧閾値を制御する。
すなわち、同一基板上に形成されるヒーターを駆動する
ためのドライバを構成するエンハンスメント形ＮＭＯＳ
トランジスタと、そのドライバを駆動するためのロジッ
ク回路を構成するエンハンスメント形ＮＭＯＳトランジ
スタの動作閾値を、チャンネルの不純物濃度ＮAを変え
て、インクジェット記録装置の記録性能を担保できるよ
うに両トランジスタのチャンネルの不純物濃度を制御す
る。
【００９１】上記（１）式の関係式によると、チャネル
の不純物濃度ＮAが高くなると閾値Ｖthは高くなる。
【００９２】図２Ｂ（ａ），（ｂ）はそれぞれ、チャン
ネル濃度を変えたロジック回路部及びドライバ回路部の
ＮＭＯＳトランジスタを概略的に示す図である。ドライ
バ及びロジック回路のエンハンスメント形ＮＭＯＳトラ
ンジスタのゲート形成の際に,Ｂイオンの打ち込み量を
コントロールして、チャネル不純物濃度ＮAをドライバ
用のトランジスタでは高く（濃く）、ロジック回路用の
トランジスタでは低く（薄く）制御して形成する。
【００９３】この場合、ドライバ側のチャンネル不純物
濃度はロジック回路側のトランジスタに比べて高いた
め、ドライバ側の閾値が１．５Ｖ、ロジック側より高く
なる。この基板ではヒーター１ｂｉｔあたり１４０ｍＡ
の電流が流れ、瞬間的には、最大１６ｂｉｔ分のヒータ
ーを同時駆動した場合、約２．２Ａがスイッチングさ
れ、０．５Ｖほどのノイズが発生するが、ドライバの誤
動作もなく、安定して動作が可能となった。
【００９４】また、ロジック回路はチャンネル不純物濃
度をドライバ回路より低くしたことにより、閾値が低く
なり、装置本体側から供給される３．３Ｖ、あるいはそ
れ以下の電圧においてもドライバビリティを向上させる
ことが可能であり、電源電圧を５Ｖから３．３Ｖに変え
ても、１２ＭＨｚ以上のデータ転送速度を維持し、高速
記録に対応することが可能となった。
【００９５】そして、本実施形態では、現行の製造工程
にロジックのチャネル濃度コントロールを行うだけで対
応できるため、先の実施形態に比べ容易に製造すること
ができるというメリットを有する。
【００９６】＜実施形態３：酸化膜厚＋チャンネル不純
物濃度＞ヒーター素子の誤動作を防止し、異常電流が流
れることを防止するために、第３の実施形態としては、
図１４のステップＳ１４１０及びＳ１４４０の処理にお
いて、上記（１）式より、酸化膜厚ＴOXの制御及びチャ
ンネルの不純物濃度ＮAの２つをキーパラメータとし
て、トランジスタの動作電圧閾値を制御する。すなわ
ち、ヒーターを駆動するためのドライバを構成するエン
ハンスメント形ＮＭＯＳトランジスタと、そのドライバ
を駆動するためのロジック回路を構成するエンハンスメ
ント形ＮＭＯＳトランジスタの動作閾値を、酸化膜厚と
チャンネルの不純物濃度ＮAを重畳的に変えて、インク
ジェット記録装置の記録性能を担保できるように両トラ
ンジスタの閾値電圧を制御する。
【００９７】本実施形態にかかるインクジェット記録ヘ
ッド用基板である図１Ｂは、５１２ｂｉｔのヒーターを
含むヒーターアレイ２０１Ｂとヒーターをそれぞれ駆動
するためのドライバを有するドライバーアレイ２０２Ｂ
と、そのドライバを駆動するためのロジック回路２０３
Ｂとが、同一基板２００Ｂ上に設けられ、更に、基板外
部と電気的に接続するためのパッド２０４Ｂが、基板２
００Ｂ上に設けられている。また、インク供給口２０５
Ｂは基板中央部に設けられている。
【００９８】図２Ｃ（ａ），（ｂ）はそれぞれ、酸化膜
厚を変え、さらにチャンネル不純物濃度を変えたロジッ
ク回路部及びドライバ回路部のＮＭＯＳトランジスタを
概略的に示す図である。
【００９９】本実施形態では、図２Ｃ（ｂ）のようにド
ライバーを構成するエンハンスメント形ＮＭＯＳトラン
ジスタのゲート酸化膜厚を７０ｎｍで形成し、更に、チ
ャネル不純物濃度を高く（濃く）形成する。
【０１００】ＮＭＯＳトランジスタの動作電圧閾値は、
（１）式において、酸化膜厚ＴOXが厚いほうがトランジ
スタの動作電圧閾値は高くなり、チャネルの不純物濃度
ＮAが高くなると閾値Ｖthは高くなる。
【０１０１】酸化膜厚とチャンネル不純物濃度とを制御
するパラメータとして選び、これらをそれぞれ変化させ
て、両因子による重畳的な効果によりそれぞれのデバイ
スの閾値を変えることができる。
【０１０２】これにより、例えば、ドライバの閾値は、
どちらか一方のパラメータで調整したときよりも高い閾
値の素子を形成することができる。この基板ではヒータ
ー１ｂｉｔあたり１４０ｍＡの電流が流れ、瞬間的に
は、最大３２ｂｉｔ分のヒーターを同時駆動した場合、
約４．４Ａがスイッチングされ、１．０Ｖほどのノイズ
が発生するが、ドライバの誤動作もなく、安定して動作
が可能となった。
【０１０３】また、ロジック回路を構成するエンハンス
メント形ＮＭＯＳトランジスタはゲート酸化膜厚を１０
ｎｍとし、チャネル不純物濃度を低く形成することによ
り、閾値はどちらか一方の因子で調整したときよりも低
い閾値の素子を形成することができる。従って、装置本
体側から供給される電源電圧が２Ｖでも素子のドライバ
ビリティを向上させることが可能であり、２０ＭＨｚ〜
３０ＭＨｚのデータ転送速度が可能となり、更なる高速
記録に対応することが可能となった。
【０１０４】本実施形態では、ゲートの酸化膜厚とチャ
ネル不純物濃度をそれぞれ個別に設定することで、両者
の最適な組み合わせで閾値を設定でき、安定的に大電流
をスイッチングしながらも高速記録に対応可能な基板と
することが可能となった。
【０１０５】なお、本実施形態においては、チャネル不
純物濃度の設定に関しては、ドライバーを形成するエン
ハンスメント形ＮＭＯＳトランジスタのチャネル部分の
不純物濃度を、前記ロジックを形成するエンハンスメン
ト形ＮＭＯＳトランジスタのチャネル部分の不純物濃度
よりも高くするように行うだけでなく、ドライバーを形
成するエンハンスメント形ＮＭＯＳトランジスタのチャ
ネル部分の不純物濃度が、前記ロジックを形成するエン
ハンスメント形ＮＭＯＳトランジスタのチャネル部分の
不純物濃度よりも低くなるように行うものも包含する。
【０１０６】なお、以上の実施形態において、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。
【０１０７】以上の実施形態において、インクを吐出す
るためのエネルギー発生素子としては、ピエゾ素子や発
熱素子等の素子を用いることができるが特にインクジェ
ット記録方式の中でも、インク吐出を行わせるために利
用されるエネルギーとして熱エネルギーを発生する手段
（例えば電気熱変換体等）を備え、前記熱エネルギーに
よりインクの状態変化を生起させる方式を用いることに
より記録の高密度化、高精細化が達成できる。
【０１０８】その代表的な構成や原理については、例え
ば、米国特許第４７２３１２９号明細書、同第４７４０
７９６号明細書に開示されている基本的な原理を用いて
行うものが好ましい。この方式はいわゆるオンデマンド
型、コンティニュアス型のいずれにも適用可能である
が、特に、オンデマンド型の場合には、液体（インク）
が保持されているシートや液路に対応して配置されてい
る電気熱変換体に、記録情報に対応していて核沸騰を越
える急速な温度上昇を与える少なくとも１つの駆動信号
を印加することによって、電気熱変換体に熱エネルギー
を発生せしめ、記録ヘッドの熱作用面に膜沸騰を生じさ
せて、結果的にこの駆動信号に１対１で対応した液体
（インク）内の気泡を形成できるので有効である。
【０１０９】この気泡の成長、収縮により吐出用開口を
介して液体（インク）を吐出させて、少なくとも１つの
滴を形成する。この駆動信号をパルス形状とすると、即
時適切に気泡の成長収縮が行われるので、特に応答性に
優れた液体（インク）の吐出が達成でき、より好まし
い。
【０１１０】このパルス形状の駆動信号としては、米国
特許第４４６３３５９号明細書、同第４３４５２６２号
明細書に記載されているようなものが適している。な
お、上記熱作用面の温度上昇率に関する発明の米国特許
第４３１３１２４号明細書に記載されている条件を採用
すると、さらに優れた記録を行うことができる。
【０１１１】記録ヘッドの構成としては、上述の各明細
書に開示されているような吐出口、液路、電気熱変換体
の組み合わせ構成（直線状液流路または直角液流路）の
他に熱作用面が屈曲する領域に配置されている構成を開
示する米国特許第４５５８３３３号明細書、米国特許第
４４５９６００号明細書に記載された構成も本発明に含
まれるものである。加えて、複数の電気熱変換体に対し
て、共通するスロットを電気熱変換体の吐出部とする構
成を開示する特開昭５９−１２３６７０号公報や熱エネ
ルギーの圧力波を吸収する開口を吐出部に対応させる構
成を開示する特開昭５９−１３８４６１号公報に基づい
た構成としても良い。
【０１１２】さらに、記録装置が記録できる最大記録媒
体の幅に対応した長さを有するフルラインタイプの記録
ヘッドとしては、上述した明細書に開示されているよう
な複数記録ヘッドの組み合わせによってその長さを満た
す構成や、一体的に形成された１個の記録ヘッドとして
の構成のいずれでもよい。
【０１１３】加えて、上記の実施形態で説明した記録ヘ
ッド自体に一体的にインクタンクが設けられたカートリ
ッジタイプの記録ヘッドのみならず、装置本体に装着さ
れることで、装置本体との電気的な接続や装置本体から
のインクの供給が可能になる交換自在のチップタイプの
記録ヘッドを用いてもよい。
【０１１４】また、以上説明した記録装置の構成に、記
録ヘッドに対する回復手段、予備的な手段等を付加する
ことは記録動作を一層安定にできるので好ましいもので
ある。これらを具体的に挙げれば、記録ヘッドに対して
のキャッピング手段、クリーニング手段、加圧あるいは
吸引手段、電気熱変換体あるいはこれとは別の加熱素子
あるいはこれらの組み合わせによる予備加熱手段などが
ある。また、記録とは別の吐出を行う予備吐出モードを
備えることも安定した記録を行うために有効である。
【０１１５】さらに、記録装置の記録モードとしては黒
色等の主流色のみの記録モードだけではなく、記録ヘッ
ドを一体的に構成するか複数個の組み合わせによってで
も良いが、異なる色の複色カラー、または混色によるフ
ルカラーの少なくとも１つを備えた装置とすることもで
きる。
【０１１６】以上説明した実施の形態においては、イン
クが液体であることを前提として説明しているが、室温
やそれ以下で固化するインクであっても、室温で軟化も
しくは液化するものを用いても良く、あるいはインクジ
ェット方式ではインク自体を３０°Ｃ以上７０°Ｃ以下
の範囲内で温度調整を行ってインクの粘性を安定吐出範
囲にあるように温度制御するものが一般的であるから、
使用記録信号付与時にインクが液状をなすものであれば
よい。
【０１１７】加えて、積極的に熱エネルギーによる昇温
をインクの固形状態から液体状態への状態変化のエネル
ギーとして使用せしめることで積極的に防止するため、
またはインクの蒸発を防止するため、放置状態で固化し
加熱によって液化するインクを用いても良い。いずれに
しても熱エネルギーの記録信号に応じた付与によってイ
ンクが液化し、液状インクが吐出されるものや、記録媒
体に到達する時点では既に固化し始めるもの等のよう
な、熱エネルギーの付与によって初めて液化する性質の
インクを使用する場合も本発明は適用可能である。
【０１１８】このような場合インクは、特開昭５４−５
６８４７号公報あるいは特開昭６０−７１２６０号公報
に記載されるような、多孔質シート凹部または貫通孔に
液状または固形物として保持された状態で、電気熱変換
体に対して対向するような形態としてもよい。本発明に
おいては、上述した各インクに対して最も有効なもの
は、上述した膜沸騰方式を実行するものである。
【０１１９】さらに加えて、本発明に係る記録装置の形
態としては、コンピュータ等の情報処理機器の画像出力
端末として一体または別体に設けられるものの他、リー
ダ等と組み合わせた複写装置、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取るものであっても良
い。
【０１２０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明にかかるイ
ンクジェット記録ヘッド用基板、インクジェット記録ヘ
ッド、インクジェット記録装置は、ドライバ側のトラン
ジスタの閾値がロジック回路側のトランジスタに比べて
高いため、記録装置本体側から供給される電圧が３．３
Ｖ、あるいはそれ以下であった場合でも、ドライバの誤
動作はなく、かかる電圧条件の下でも安定した動作を実
現することが可能となる。
【０１２１】また、素子のドライバビリティを向上させ
ることが可能であり、電源電圧を５Ｖから３．３Ｖに変
えても、高速のデータ転送速度を維持し、高速記録に対
応することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】本発明にかかる記録ヘッド用基板のレイアウ
トを説明する図である。
【図１Ｂ】本発明にかかる記録ヘッド用基板のレイアウ
トを説明する図である。
【図２Ａ】（ａ），（ｂ）はそれぞれ、酸化膜厚を変え
たロジック回路部及びドライバ回路部のＮＭＯＳトラン
ジスタを概略的に示す図である。
【図２Ｂ】（ａ），（ｂ）はそれぞれ、チャンネル濃度
を変えたロジック回路部及びドライバ回路部のＮＭＯＳ
トランジスタを概略的に示す図である。
【図２Ｃ】（ａ），（ｂ）はそれぞれ、酸化膜厚を変
え、さらにチャンネル不純物濃度を変えたロジック回路
部及びドライバ回路部のＮＭＯＳトランジスタを概略的
に示す図である。
【図３】本発明の実施形態にかかる基板を用いて構成さ
れた記録ヘッドの一例を示す外観斜視図である。
【図４】図３に示した記録ヘッドおよびインクタンクを
装着して記録を行うインクジェット記録装置の一例を示
す概略斜視図である。
【図５】基板（ＨＢ）に形成されているパワートランジ
スタの例を示す図である。
【図６】ＮＭＯＳトランジスタの伝達特性を示す図であ
る。
【図７】ヒーターと接続するエンハンスメント形ＮＭＯ
Ｓトランジスタと、その構造を示す図である。
【図８】駆動電圧とデータ転送速度の関係を定性的に示
す図である。
【図９】（ａ）は記録装置本体と記録ヘッドの接続関係
を概略的に説明する図であり、（ｂ）は、画像データ
（ＤＡＴＡ）とクロック（ＣＬＫ）を出力する回路を等
価的に表現するＬＣＲ回路である。
【図１０】本発明の好適な実施形態であるプリンタの外
観を示す図である。
【図１１】図１０のプリンタの制御構成を示すブロック
図である。
【図１２】図１０のプリンタのインクジェットカートリ
ッジを示す図である。
【図１３】半導体デバイスの製造プロセスのフローを説
明する図である。
【図１４】ウエハプロセスを説明する図である。
【図１５】従来のインクジェット記録ヘッド用基板のレ
イアウトを示す図である。
【図１６】インクジェット記録ヘッド用基板のブロック
図である。
【図１７】インクジェット記録ヘッド用基板の駆動タイ
ミング例である。
【図１８】ロジック電源電圧に対する画像転送可能最大
CLK周波数を示す図である。
【図１９】異なる酸化膜厚のトランジスタを同一基板上
に形成する代表的なプロセスの工程フローを説明する図
である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 古川 達生 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 平山 信之 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 山口 孝明 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 望月 無我 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 Ｆターム(参考） 2C057 AF82 AG46 AG70 AG83 AK07 AR03 BA13 5F048 AB03 AB07 AB10 AC01 AC02 BB05 BB16 BB18 BD04

Claims (21)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 インクを吐出するために利用されるエネ
    ルギーを発生する複数のエネルギー発生素子と、該エネ
    ルギー発生素子を駆動するためのドライバーと、前記ド
    ライバーを制御するためのロジック回路と、を備え、前
    記ロジック回路及びドライバーはエンハンスメント形Ｎ
    ＭＯＳトランジスタを有するインクジェット記録ヘッド
    用基板において、 前記ロジック回路を形成するエンハンスメント形ＮＭＯ
    Ｓトランジスタの電圧閾値が、前記ドライバーを形成す
    るエンハンスメント形ＮＭＯＳトランジスタのめの電圧
    閾値よりも低いことを特徴とするインクジェット記録ヘ
    ッド用基板。
  2. 【請求項２】 インクを吐出するために利用されるエネ
    ルギーを発生する複数のエネルギー発生素子と、該エネ
    ルギー発生素子を駆動するためのドライバーと、前記ド
    ライバーを制御するためのロジック回路と、を備え、該
    ロジック回路及びドライバーがエンハンスメント形ＮＭ
    ＯＳトランジスタを有するインクジェット記録ヘッド用
    基板において、 前記ドライバーを形成するエンハンスメント形ＮＭＯＳ
    トランジスタのゲート酸化膜厚が、前記ロジック回路を
    形成するエンハンスメント形ＮＭＯＳトランジスタのゲ
    ート酸化膜厚よりも厚いことを特徴とするインクジェッ
    ト記録ヘッド用基板。
  3. 【請求項３】 インクを吐出するために利用されるエネ
    ルギーを発生する複数のエネルギー発生素子と、該エネ
    ルギー発生素子を駆動するためのドライバーと、前記ド
    ライバーを制御するためのロジック回路と、を備え、前
    記ロジック回路及びドライバーはエンハンスメント形Ｎ
    ＭＯＳトランジスタを有するインクジェット記録ヘッド
    用基板において、 前記ドライバーを形成するエンハンスメント形ＮＭＯＳ
    トランジスタのチャネル部分の濃度が、前記ロジック回
    路を形成するエンハンスメント形ＮＭＯＳトランジスタ
    のチャネル部分の濃度と異なることを特徴とするインク
    ジェット記録ヘッド用基板。
  4. 【請求項４】 前記ドライバーを形成するエンハンスメ
    ント形ＮＭＯＳトランジスタのチャネル部分の不純物濃
    度は、前記ロジックを形成するエンハンスメント形ＮＭ
    ＯＳトランジスタのチャネル部分の不純物濃度よりも高
    いことを特徴とする請求項３に記載のインクジェット記
    録ヘッド用基板。
  5. 【請求項５】 前記ドライバーを形成するエンハンスメ
    ント形ＮＭＯＳトランジスタのゲート酸化膜厚が、前記
    ロジック回路を形成するエンハンスメント形ＮＭＯＳト
    ランジスタのゲート酸化膜厚よりも厚いことを特徴とす
    る請求項３に記載のインクジェット記録ヘッド用基板。
  6. 【請求項６】 前記ロジック回路は、３．３Ｖ以下で動
    作することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか1項
    に記載のインクジェット記録ヘッド用基板。
  7. 【請求項７】 前記エネルギー発生素子は、インクを吐
    出するために必要な熱エネルギーを発生する電気熱変換
    素子であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか
    1項に記載のインクジェット記録ヘッド用基板。
  8. 【請求項８】 インクを吐出するインク吐出口と、イン
    クを吐出するために利用されるエネルギーを発生する複
    数のエネルギー発生素子と、該エネルギー発生素子を内
    包するとともに前記インク吐出口に連通するインク流路
    と、前記エネルギー発生素子を駆動するためのドライバ
    ーと、前記ドライバーを制御するためのロジック回路
    と、を備え、前記ロジック回路及びドライバーはエンハ
    ンスメント形ＮＭＯＳトランジスタを有するとともに前
    記発熱素子、ドライバー及びロジック回路が同一基板上
    に形成されているインクジェット記録ヘッドにおいて、 前記ロジック回路を形成するエンハンスメント形ＮＭＯ
    Ｓトランジスタの電圧閾値が、前記ドライバーを形成す
    るエンハンスメント形ＮＭＯＳトランジスタのめの電圧
    閾値よりも低いことを特徴とするインクジェット記録ヘ
    ッド。
  9. 【請求項９】 インクを吐出するインク吐出口と、イン
    クを吐出するために利用されるエネルギーを発生する複
    数のエネルギー発生素子と、該エネルギー発生素子を内
    包するとともに前記インク吐出口に連通するインク流路
    と、前記エネルギー発生素子を駆動するためのドライバ
    ーと、前記ドライバーを制御するためのロジック回路
    と、を備え、前記ロジック回路及びドライバーはエンハ
    ンスメント形ＮＭＯＳトランジスタを有するとともに前
    記発熱素子、ドライバー及びロジック回路が同一基板上
    に形成されているインクジェット記録ヘッドにおいて、 前記ドライバーを形成するエンハンスメント形ＮＭＯＳ
    トランジスタのゲート酸化膜厚が、前記ロジック回路を
    形成するエンハンスメント形ＮＭＯＳトランジスタのゲ
    ート酸化膜厚よりも厚いことを特徴とするインクジェッ
    ト記録ヘッド。
  10. 【請求項１０】 インクを吐出するインク吐出口と、イ
    ンクを吐出するために利用されるエネルギーを発生する
    複数のエネルギー発生素子と、該エネルギー発生素子を
    内包するとともに前記インク吐出口に連通するインク流
    路と、前記エネルギー発生素子を駆動するためのドライ
    バーと、前記ドライバーを制御するためのロジック回路
    と、を備え、前記ロジック回路及びドライバーはエンハ
    ンスメント形ＮＭＯＳトランジスタを有するとともに前
    記発熱素子、ドライバー及びロジック回路が同一基板上
    に形成されているインクジェット記録ヘッドにおいて、 前記ドライバーを形成するエンハンスメント形ＮＭＯＳ
    トランジスタのチャネル部分の濃度が、前記ロジック回
    路を形成するエンハンスメント形ＮＭＯＳトランジスタ
    のチャネル部分の濃度と異なることを特徴とするインク
    ジェット記録ヘッド。
  11. 【請求項１１】 前記ドライバーを形成するエンハンス
    メント形ＮＭＯＳトランジスタのチャネル部分の不純物
    濃度は、前記ロジックを形成するエンハンスメント形Ｎ
    ＭＯＳトランジスタのチャネル部分の不純物濃度よりも
    高いことを特徴とする請求項１０に記載のインクジェッ
    ト記録ヘッド。
  12. 【請求項１２】 前記ドライバーを形成するエンハンス
    メント形ＮＭＯＳトランジスタのゲート酸化膜厚が、前
    記ロジック回路を形成するエンハンスメント形ＮＭＯＳ
    トランジスタのゲート酸化膜厚よりも厚いことを特徴と
    する請求項１０に記載のインクジェット記録ヘッド。
  13. 【請求項１３】 前記ロジック回路は、３．３Ｖ以下で
    動作することを特徴とする請求項８乃至１２のいずれか
    1項に記載のインクジェット記録ヘッド。
  14. 【請求項１４】 前記エネルギー発生素子は、インクを
    吐出するために必要な熱エネルギーを発生する電気熱変
    換素子であることを特徴とする請求項８乃至１２のいず
    れか1項に記載のインクジェット記録ヘッド。
  15. 【請求項１５】 インクを吐出するインク吐出口と、イ
    ンクを吐出するために利用されるエネルギーを発生する
    複数のエネルギー発生素子と、該エネルギー発生素子を
    内包するとともに前記インク吐出口に連通するインク流
    路と、前記エネルギー発生素子を駆動するためのドライ
    バーと、前記ドライバーを制御するためのロジック回路
    と、を備え、前記ロジック回路及びドライバーはエンハ
    ンスメント形ＮＭＯＳトランジスタを有するとともに前
    記発熱素子、ドライバー及びロジック回路が同一基板上
    に形成されている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から吐出されるインクを受
    ける記録媒体を搬送するための搬送手段と、を備えるイ
    ンクジェット記録装置において、 前記ロジック回路を形成するエンハンスメント形ＮＭＯ
    Ｓトランジスタの電圧閾値が、前記ドライバーを形成す
    るエンハンスメント形ＮＭＯＳトランジスタのめの電圧
    閾値よりも低いことを特徴とするインクジェット記録装
    置。
  16. 【請求項１６】 インクを吐出するインク吐出口と、イ
    ンクを吐出するために利用されるエネルギーを発生する
    複数のエネルギー発生素子と、該エネルギー発生素子を
    内包するとともに前記インク吐出口に連通するインク流
    路と、前記エネルギー発生素子を駆動するためのドライ
    バーと、前記ドライバーを制御するためのロジック回路
    と、を備え、前記ロジック回路及びドライバーはエンハ
    ンスメント形ＮＭＯＳトランジスタを有するとともに前
    記発熱素子、ドライバー及びロジック回路が同一基板上
    に形成されている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から吐出されるインクを受
    ける記録媒体を搬送するための搬送手段と、を備えるイ
    ンクジェット記録装置において、 前記ドライバーを形成するエンハンスメント形ＮＭＯＳ
    トランジスタのゲート酸化膜厚が、前記ロジック回路を
    形成するエンハンスメント形ＮＭＯＳトランジスタのゲ
    ート酸化膜厚よりも厚いことを特徴とするインクジェッ
    ト記録装置。
  17. 【請求項１７】 インクを吐出するインク吐出口と、イ
    ンクを吐出するために利用されるエネルギーを発生する
    複数のエネルギー発生素子と、該エネルギー発生素子を
    内包するとともに前記インク吐出口に連通するインク流
    路と、前記エネルギー発生素子を駆動するためのドライ
    バーと、前記ドライバーを制御するためのロジック回路
    と、を備え、前記ロジック回路及びドライバーはエンハ
    ンスメント形ＮＭＯＳトランジスタを有するとともに前
    記発熱素子、ドライバー及びロジック回路が同一基板上
    に形成されている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から吐出されるインクを受
    ける記録媒体を搬送するための搬送手段と、を備えるイ
    ンクジェット記録装置において、 前記ドライバーを形成するエンハンスメント形ＮＭＯＳ
    トランジスタのチャネル部分の濃度が、前記ロジック回
    路を形成するエンハンスメント形ＮＭＯＳトランジスタ
    のチャネル部分の濃度と異なることを特徴とするインク
    ジェット記録装置。
  18. 【請求項１８】 前記ドライバーを形成するエンハンス
    メント形ＮＭＯＳトランジスタのチャネル部分の不純物
    濃度は、前記ロジックを形成するエンハンスメント形Ｎ
    ＭＯＳトランジスタのチャネル部分の不純物濃度よりも
    高いことを特徴とする請求項１７に記載のインクジェッ
    ト記録装置。
  19. 【請求項１９】 前記ドライバーを形成するエンハンス
    メント形ＮＭＯＳトランジスタのゲート酸化膜厚が、前
    記ロジック回路を形成するエンハンスメント形ＮＭＯＳ
    トランジスタのゲート酸化膜厚よりも厚いことを特徴と
    する請求項１７に記載のインクジェット記録装置。
  20. 【請求項２０】 前記ロジック回路は、３．３Ｖ以下で
    動作することを特徴とする請求項１５乃至１９のいずれ
    か1項に記載のインクジェット記録装置。
  21. 【請求項２１】 前記エネルギー発生素子は、インクを
    吐出するために必要な熱エネルギーを発生する電気熱変
    換素子であることを特徴とする請求項１５乃至１９のい
    ずれか1項に記載のインクジェット記録装置。
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