JP2004017587A

JP2004017587A - 駆動回路、記録ヘッド及び記録装置

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Publication number: JP2004017587A
Application number: JP2002178830A
Authority: JP
Inventors: Motoaki Kawasaki; 川崎　素明; Hiroyuki Maru; 丸　博之
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Priority date: 2002-06-19
Filing date: 2002-06-19
Publication date: 2004-01-22
Anticipated expiration: 2022-06-19
Also published as: JP4035385B2; US20040004647A1; US6860576B2

Abstract

【課題】駆動する抵抗体の抵抗値のバラツキや電源電圧等に影響されず、抵抗体で消費される電力値がほぼ一定となる駆動回路を提供する。
【解決手段】抵抗体ＲＨに流れる電流値が変動したときに、抵抗体の抵抗値が設定値であるときと同じ電力が消費されるように、電力駆動回路１から駆動制御手段の制御端子へ出力する電流Ｉｄの値が制御される。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、駆動回路、記録ヘッド及び記録装置に関し、特に、駆動する抵抗体の抵抗値のバラツキや電源電圧等に影響されず、抵抗体で消費される電力値を制御する記録ヘッドの駆動回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
抵抗体に電流を流して熱エネルギーを発生させる駆動回路は、様々な機器や装置に応用されている。そのような代表的な装置としてインクジェットプリンタがあり、この種のインクジェットプリンタでは、記録ヘッド内に抵抗体であるヒータを設け、ヒータに電流を流すことによって発生した熱エネルギーを利用してインクを吐出口から記録媒体上に吐出させて画像を記録する。
【０００３】
図１１は、インクジェットプリンタで用いられる記録ヘッドの駆動回路の概要を示す回路図である。
【０００４】
抵抗体であるヒータＲＨａ〜ＲＨｘの一端はそれぞれ、電源配線抵抗ｒｘ２を介して第１の電源ＶＣＣに接続されている。ヒータＲＨａ〜ＲＨｘの他端は駆動用トランジスタＭ３４ａ〜Ｍ３４ｘのドレイン端子に接続され、各トランジスタのソース端子は電源配線抵抗ｒｘ３を介して電源ＧＮＤに接続され、各トランジスタのゲート端子には駆動制御信号Ｆａ〜Ｆｘが入力される。
【０００５】
例えば駆動制御信号ＦａがＨ（ハイ）レベルになるとトランジスタＭ３４ａがＯＮとなり、ヒータＲＨａは電源ＶＣＣと電源ＧＮＤとの間の電流経路となり、ヒータＲＨａには電流が流れ、これによって消費された電力に応じてヒータが熱エネルギーを発生する。他のヒータＲＨｂ〜ＲＨｘも、それぞれに対応する駆動制御信号がハイレベルとなることで同様に動作する。
【０００６】
また、記録ヘッド全体では、例えば吐出口数に対応したヒータ数が５１２個であると、これらを３２個毎に１６ブロックに分割し、記録ヘッドの移動（走査）にともなって各ブロックを時分割で駆動することにより、スキャン（記録走査）が行われる。
【０００７】
このような構成のインクジェットプリンタの記録ヘッドの駆動回路において、記録される画像によっては、同じブロック内の３２個のヒータが同時に駆動される場合が生じる。この場合に、トランジスタＭ３４ａ〜Ｍ３４ｘのＯＮ抵抗が十分小さく、また配線抵抗ｒｘ２及びｒｘ３の値がヒータＲＨａからＲＨｘの抵抗値に比べて十分に小さいとすると、各ヒータＲＨａ〜ＲＨｘが消費する電力Ｐｃの理論値は、以下の式（１）で示される。すなわち、
Ｐｃ＝（ＶＣＣ−ＶＥＥ）^２÷ＲＨ×ｋ　　　（１）
となる。
【０００８】
ここでｋは駆動制御信号Ｆａ〜ＦｘによってトランジスタＭ３４ａ〜Ｍ３４ｘがＯＮとなる期間の比率を示す係数である。従って、駆動制御信号Ｆａ〜Ｆｘのパルス幅を制御することにより、ヒータＲＨａ〜ＲＨｘで消費される電力を所望の値とすることができる。
【０００９】
以上説明したようなインクジェットプリンタの記録ヘッドの駆動回路において、インクの吐出動作を正確に行わせるためには、各ヒータから発生する熱量が所定の閾値を越えるように駆動する必要がある。
【００１０】
しかしながら、各ヒータで消費される電力により発生する熱量がインク吐出動作に必要な熱量を十分に越えるように設定すると、ヒータの抵抗値にばらつきがある場合、一部のヒータとその周辺（吐出部）が高温となってしまい、その結果、記録ヘッドの寿命が短くなってしまう。
【００１１】
これを防ぐためには、ヒータで消費される電力を適切に制御すると共に、ヒータＲＨａ〜ＲＨｘの抵抗値ができるだけ均一となるように設計する必要がある。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の記録ヘッドの駆動回路では、以下のような問題がある。ヒータＲＨを含む駆動回路がシリコンチップ上に形成されるため、ヒータＲＨの抵抗値におよそ±２０％のばらつきが存在し、式（１）に示す消費電力が約４０％ばらついてしまう。このため、ヒータＲＨを抵抗値の範囲毎にランク分けし、さらに駆動制御信号Ｆの入力期間（パルス幅）をそれぞれのランクに応じた長さとなるように制御している。このようにすると、記録ヘッドの生産性が悪化するだけでなく、制御が複雑となり装置全体のコストが上昇してしまう。
【００１３】
各ランク内においてもヒータＲＨの抵抗値について±２％程度のばらつきが存在するが、これに対しては何ら手段を講じておらず、各ヒータで消費される電力が所定の値以上となるように余裕を持って設定されている。このため記録ヘッドの寿命を長くすることが困難となっている。
【００１４】
駆動用のトランジスタＭ３４ａ〜Ｍ３４ｘは、ＯＮ抵抗を小さくするためにゲート幅が非常に大きく設計されており、駆動回路が搭載されたシリコンチップのサイズが大きくなってしまうと共に、コストが上昇してしまう。
【００１５】
駆動用トランジスタＭ３４ａ〜Ｍ３４ｘのサイズを小さくするためには、特殊でコストのかかるＤ（Ｄｏｕｂｌｅ　Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ）ＭＯＳプロセスを採用しなければならない。しかしながら、この場合にもトランジスタＭ３４ａ〜Ｍ３４ｘに対して、上記の式（１）に基づいた制御ができない。これはＭＯＳトランジスタＭ３４ａ〜Ｍ３４ｘの電流駆動能力が温度上昇ともに小さくなる、つまりＯＮ抵抗値が動作温度で変動してしまうためである。このため各ヒータで消費される電力が所定の値以上となるように余裕を持って設定されており、記録ヘッドの寿命を長くすることが困難となっている。
【００１６】
ヒータＲＨａ〜ＲＨｘに流れる電流の合計値は、記録する画像によって変化し常に一定ではない。つまり電源配線抵抗ｒｘ３及びｒｘ４を流れる電流値は一定ではないので、各ヒータで消費される電力が上記の式（１）で示される値とならない。このため各ヒータで消費される電力が所定の値以上となるように余裕を持って設定されており、記録ヘッドの寿命を長くすることが困難となっている。
【００１７】
更に、電源配線抵抗ｒｘ２、ｒｘ３の値を小さくするため、駆動回路が搭載されるシリコンチップ上の電源配線及び外部電源からの配線に考慮する必要があり、設計の際の負荷が大きくなっている。
【００１８】
上記の式（１）で示されるように、ヒータで消費される電力は電源電圧に影響される。従って、外部電源電圧（ＶＣＣ−ＶＥＥ）の値を安定させる必要があり、電源が高価となると共にサイズが大きく重くなってしまう。
【００１９】
本発明は以上のような状況に鑑みてなされたものであり、駆動する抵抗体の抵抗値のバラツキや電源電圧等に影響されず、抵抗体で消費される電力値を制御することができる駆動回路、該駆動回路を有する記録ヘッド並びに記録装置を提供することを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の一態様としての駆動回路は、一端が第１の電源に接続された抵抗体と、
前記抵抗体の他端に接続されており、該抵抗体の駆動を制御する駆動制御手段と、
第２の電源に接続されており、前記駆動制御手段の制御端子に供給する電流値によって前記抵抗体で消費される電力を制御する電力駆動回路と、を備えており、
前記電力駆動回路が、
前記抵抗体の抵抗値が設定値であるときに、前記抵抗体で消費される電力が所定の値となるときの該抵抗体の両端の電圧に対応する第１の電圧値と、前記抵抗体の抵抗値が設定値から変動したときに、前記抵抗体で消費される電力が前記所定の値とほぼ等しくなるときの該抵抗体の両端の電圧に対応する第２の電圧値と、前記抵抗体を流れる電流に対応する電流値と、が入力され、前記抵抗体の両端の電圧値に対応した制御信号によって出力する電流値を制御する第１の電圧電流変換回路と、
前記制御信号によって出力する電流値を制御し、前記第１の電圧電流変換回路と同様な電圧電流変換特性を有し、前記駆動制御手段の前記制御端子に電流を出力する第２の電圧電流変換回路と、
を有している。
【００２１】
また、上記目的は上記の駆動回路を有する記録ヘッド、該記録ヘッドを用いる記録装置によっても達成される。
【００２２】
すなわち、本発明では、抵抗体に流れる電流値が変動したときに、抵抗体の抵抗値が設定値であるときと同じ電力が消費されるように、電力駆動回路から駆動制御手段の制御端子へ出力する電流値が制御される。
【００２３】
このようにすると、駆動する抵抗体の抵抗値のバラツキや電源電圧等に影響されず、抵抗体で消費される電力値がほぼ一定となるように制御できる。
【００２４】
従って、このような駆動回路を記録装置の記録ヘッドの駆動に用いると、最小限のマージンで安定した駆動が実現でき、消費電力を抑制することができると共に、記録ヘッドの長寿命化が図れる。
【００２５】
更に、記録ヘッドの駆動回路の設計における、抵抗体の抵抗値の絶対値におけるバラツキ及び相対的なバラツキ、電源配線抵抗に起因する問題、電源電圧の安定化に関する問題などの様々な問題から開放されるので、記録ヘッドの設計及び製造に関するコストが低減できる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
また、以下に用いる「素子基体」という語は、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、各素子や配線などが設けられた基体を示すものである。
【００３１】
さらに、以下の説明で用いる「素子基体上」という表現は、単に素子基体の上を指し示すだけでなく、素子基体の表面、表面近傍の素子基体内部側をも示すものである。また、本発明でいう「作りこみ（ビルトイン（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などによって素子基体上に一体的に形成、製造することを示すものである。
【００３２】
始めに、以下で説明する本発明の記録ヘッドの駆動回路を用いる記録装置の代表的な全体構成および制御構成について説明する。
【００３３】
＜装置本体の概略説明＞
図１２は、本発明の代表的な実施の形態である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１２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５００４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ＩＪＨ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。
【００３４】
５００２は紙押え板であり、キャリッジＨＣ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。
【００３５】
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、５０１５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。５０１７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。
【００３６】
又、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５０２０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。
【００３７】
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。
【００３８】
＜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。
【００３９】
図１３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はトランジスタＭＰＵ、１７０２はトランジスタＭＰＵ１７０１が実行する制御プログラムを格納するＲＯトランジスタＭ、１７０３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ＤＲＡトランジスタＭである。１７０４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、トランジスタＭＰＵ１７０１、ＲＡトランジスタＭ１７０３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。
【００４０】
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１７０４とトランジスタ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１７０６、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。
【００４１】
ここでは、トランジスタＭＰＵ１７０１が実行する制御プログラムをＲＯトランジスタＭ１７０２に格納するものとしたが、ＥＥＰＲＯトランジスタＭ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。
【００４２】
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。
【００４３】
＜インクカートリッジの説明＞
図１４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１４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ＩＪＣ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。
【００４４】
なお、図１４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。
【００４５】
以下、上記に示すようなインクジェットプリンタで使用される本発明の記録ヘッドの駆動回路について説明する。
【００４６】
＜駆動回路の構成＞
図１は、本発明は本発明の記録ヘッドの駆動回路の実施形態の回路図であり、上記で従来例に関して説明した図１１と同様な部分には同じ参照符号を付けている。
【００４７】
図１１に示した従来の駆動回路と同様に、抵抗体であるヒータＲＨの一端は、電源ＶＣＣに電源配線抵抗ｒｘ２を介して接続され、他端は、ソースが電源ＧＮＤに接続されたトランジスタＭ３４のドレインに接続されている。なお、図１にはヒータＲＨが１つだけ示されているが、後述するように、図１１と同様に複数のヒータを並列に接続できるのはもちろんである。
【００４８】
図１において点線で囲んだ部分は電力制御回路１である。電力制御回路１において、抵抗Ｒ１及びＲ２は配線抵抗ｒｘ１を介してヒータＲＨに接続され、各々の抵抗には定電流Ｉ１が流れ、各々の抵抗はトランジスタＭ１のゲート及びトランジスタＭ３のゲートに接続されている。この電力制御回路１には、ヒータ駆動用電源ＶＣＣも配線抵抗ｒｘ１を介して供給されるが、これに加え、第２の電源として内部電源ＶＤＤを有している。
【００４９】
トランジスタＭ１のソースとトランジスタＭ３のソースとは、いずれも内部電源ＶＤＤに接続されたトランジスタＭ２のドレインに接続され、トランジスタＭ１のドレインは、内部電源ＶＥＥに接続されている。トランジスタＭ３のドレインは、ソースが内部電源ＶＥＥに接続されたトランジスタＭ４のドレインと、定電流源Ｉｍに接続されており、更にソースが内部電源ＶＥＥに接続されたトランジスタＭ８のドレイン及びゲートにも接続されている。
【００５０】
トランジスタＭ８のゲート及びドレインは、ソースが内部電源ＶＥＥに接続されたトランジスタＭ９のゲートに接続され、トランジスタＭ９のドレインは、ソースが内部電源ＶＤＤに接続されたトランジスタＭ１０のドレイン及びゲートに接続され、更にソースが内部電源ＶＤＤに接続されたトランジスタＭ１１のゲートに接続されている。また、トランジスタＭ１１のドレインは、ソースが内部電源ＶＥＥに接続されたトランジスタＭ１２のドレイン及びゲートに接続されており、更にトランジスタＭ１３のゲートに接続されている。
【００５１】
ソースが内部電源ＶＤＤに接続されておりゲートがトランジスタＭ２のゲートに接続されたトランジスタＭ７のドレインは、ゲートがトランジスタＭ３のゲートに接続されたトランジスタＭ５のソースに接続され、トランジスタＭ５のドレインは、ソースが内部電源ＶＥＥに接続されたトランジスタＭ６のドレイン及びゲートに接続されており、更にトランジスタＭ４のゲートに接続されている。
【００５２】
定電流源Ｉｘｏは、ソースが内部電源ＶＥＥに接続されたトランジスタＭ１７のドレイン及びゲートと、トランジスタＭ１５のゲートに接続されている。トランジスタＭ１３のソースとトランジスタＭ１５のソースとは、共に定電流源Ｉ２に接続されている。
【００５３】
トランジスタＭ１５のドレインは、ソースが内部電源ＶＥＥに接続されたトランジスタＭ１６のドレイン及びゲートに接続されており、更にソースが内部電源ＶＥＥに接続されたトランジスタＭ１８のゲートに接続されている。トランジスタＭ１８のドレインは、ソースが内部電源ＶＤＤに接続されたトランジスタＭ１９のドレイン及びゲートに接続されており、更にソースが内部電源ＶＤＤに接続されたトランジスタＭ２０のゲートに接続されている。
【００５４】
一方トランジスタＭ１３のドレインは、ソースが内部電源ＶＥＥに接続されたトランジスタＭ１４のドレイン及びゲートに接続されており、更にソースが内部電源ＶＥＥに接続されたトランジスタＭ２１のゲートに接続されている。
【００５５】
トランジスタＭ２１のドレインとトランジスタＭ２０のドレインとは接続されており、更にこの接続点には、各々ソースが内部電源ＶＤＤに接続されたトランジスタＭ２のゲート、トランジスタＭ７のゲート、トランジスタＭ２３のゲート、及びトランジスタＭ２６のゲートが接続されている。トランジスタＭ２２のソースとトランジスタＭ２４のソースとは、いずれもトランジスタＭ２３のドレインに接続され、トランジスタＭ２４のゲートは、トランジスタＭ３のゲートに接続されている。
【００５６】
また、トランジスタＭ２２のドレインは、内部電源ＶＥＥに接続されており、トランジスタＭ２４のドレインは、ソースが内部電源ＶＥＥに接続されたトランジスタＭ２５のドレインに接続されているとともに、定電流源Ｉｍに接続されており、更にソースが内部電源ＶＥＥに接続されたトランジスタＭ２９のドレイン及びゲートにも接続されている。
【００５７】
トランジスタＭ２６のドレインは、ゲートがトランジスタＭ３のゲートに接続されたトランジスタＭ２８のソースに接続され、トランジスタＭ２８のドレインは、ソースが内部電源ＶＥＥに接続されたトランジスタＭ２７のドレイン及びゲートに接続され、更にトランジスタＭ２５のゲートに接続されている。
【００５８】
トランジスタＭ２９のドレイン及びゲートは、ソースが内部電源ＶＥＥに接続されたトランジスタＭ３０のゲートに接続されており、トランジスタＭ３０のドレインは、ソースが内部電源ＶＤＤに接続されたトランジスタＭ３１のドレイン及びゲートに接続され、更にソースが内部電源ＶＤＤに接続されたトランジスタＭ３２のゲートにも接続されている。
【００５９】
トランジスタＭ３２のドレインは、ソースが電源ＧＮＤに配線抵抗ｒｘ１を介して接続されたトランジスタＭ３３のドレイン及びゲートに接続され、トランジスタＭ３３のゲートは、ソースがトランジスタＭ３３のソースに接続されたトランジスタＭ３４のゲートに接続されている。トランジスタＭ３４のドレインは、ヒータＲＨに接続されているとともに、トランジスタＭ２２のゲートに接続されている。
【００６０】
＜電力制御回路１の動作説明＞
次に電力制御回路１の動作について説明する。ここでは、説明を簡単にするため、図１の回路における各トランジスタの電流駆動特性は、以下の関係にあると想定する。
Ｍ１＝Ｍ３＝Ｍ５＝Ｍ２２＝Ｍ２４＝Ｍ２８
Ｍ４＝Ｍ６＝Ｍ２５＝Ｍ２７
Ｍ８＝Ｍ９＝Ｍ２９＝Ｍ３０
Ｍ１０＝Ｍ１１＝Ｍ３１＝Ｍ３２
Ｍ２＝２×Ｍ７＝Ｍ２３＝２×Ｍ２６
Ｍ１２＝Ｍ１７
Ｍ１３＝Ｍ１５
Ｍ１４＝Ｍ１８
Ｍ１６＝Ｍ２１
Ｍ１９＝Ｍ２０
Ｍ３３＝Ｎ×Ｍ３４
また抵抗Ｒ１とＲ２の抵抗値は、相対関係にあるとする。
【００６１】
配線抵抗ｒｘ１を流れる電流の値（２×Ｉ１）は、配線抵抗ｒｘ１による電圧降下を無視できるほど小さくすることは容易であるので、ＶＣＣ１＝ＶＣＣ、であると想定する。また集積回路においては、不図示のバンドギャップ電圧回路によって定電圧Ｖｂｇ（約１．２６ｖ）を発生させることができる為、この電圧から集積回路の内部抵抗Ｒｘによって定電流Ｉ１＝Ｖｂｇ÷Ｒｘを生成し、抵抗Ｒ１及びＲ２の端子間電圧Ｖｍ及びＶｘとして安定な電圧が得られる。これは、集積回路の内部抵抗であるＲｘ、Ｒ１及びＲ２の値は、相対的な精度が良いからであり、またバンドギャップ電圧Ｖｂｇの係数電圧を、抵抗Ｒｘ、Ｒ１及びＲ２の抵抗値比で容易に設定できる。
【００６２】
電圧Ｖｍ及びＶｘを発生させる方法としては、集積回路内にＤＡＣ回路を設けることによって容易に実現することもできる。また定電流源Ｉｍ及びＩｘｏとしては、バンドギャップ電圧Ｖｂｇの出力に精度の良い外付け抵抗を接続して高精度の基準電流を発生させ、この係数電流をトランジスタのサイズ比によって生成するように構成すれば、容易に高精度の定電流源を実現できる。
【００６３】
図１においてトランジスタＭ８に供給される電流Ｉｘについて、関連する部分だけを抜き出した図３を参照して説明する。ここでは説明を簡単にするために、トランジスタＭ１及びＭ３が、ドレイン−ソース間電圧をＶｄｓ、ゲート−ソース間電圧をＶｇｓ、遷移電圧をＶｔｈとしたときに、Ｖｄｓ＞Ｖｇｓ−Ｖｔｈ、で表わされる５極管領域で動作するものとする。
【００６４】
図３において、トランジスタＭ１及びＭ３について、それぞれ以下の式（２）及び（３）で示す関係が成り立つ。
Ｉａ＝β×（Ｖｇｓ１−Ｖｔｈ）^２　　　　　（２）
Ｉｂ＝β×（Ｖｇｓ３−Ｖｔｈ）^２　　　　　（３）
ここで、βは電流駆動係数であり、Ｖｇｓ１及びＶｇｓ３は、トランジスタＭ１及びＭ３のゲート−ソース間電圧をそれぞれ表わしている。
【００６５】
式（２）及び（３）より、次の式（４）が成り立つ。
ΔＶｘ＝Ｖｇｓ３−Ｖｇｓ１＝（１÷√β）×（√Ｉａ−√Ｉｂ）（４）
なお、
Ｉａ＝Ｉｓ＋ΔＩｘ
Ｉｂ＝Ｉｓ−ΔＩｘ
であり、
ΔＩｘ＝（Ｉａ−Ｉｂ）÷２
である。
【００６６】
式（４）を更に変形してゆくと、

となる。
【００６７】
ところで、ヒータＲＨの標準抵抗値がＲｍであり、抵抗値ＲｍのときにヒータＲＨで電力Ｐが消費されるときの端子間電圧をＶｏとしたとき、抵抗値がｍ倍に変動すると想定すると、ヒータＲＨで消費される電力Ｐが同じであれば、
Ｐ＝［√ｍ×Ｖｏ÷（ｍ×Ｒｍ）］×［√ｍ×Ｖｍ］
で表わされるので、ヒータＲＨの端子間電圧Ｖｘと電流Ｉｘは、
Ｖｘ＝√ｍ×Ｖｍ　　　　　　　　　　（６）
Ｉｘ＝√ｍ×Ｖｍ÷（ｍ×Ｒｍ）　　　（７）
を満たす必要がある。
【００６８】
図１０は、ヒータＲＨの抵抗値が約±２０％変化したときの端子間電圧Ｖｘの値と電流Ｉｘの値と関係を、ヒータＲＨの値が標準抵抗値ＲｍのときのＶｍ及びＩｍの値を「１」として、正規化して表わしたグラフである。また、この正規化された端子間電圧Ｖｘと正規化された電流値Ｉｘとの関係を図８のグラフの（ｂ）に示している。このように、図３に示した回路は、消費される電力が一定であると、電圧電流変換回路として動作する。
【００６９】
図３に示した電圧電流変換回路の動作特性は、式（５）から明らかなように、トランジスタＭ１及びＭ３の温度及び製造工程での条件によって大きく変動する電流駆動係数βに依存するので、安定した特性とはならない。そこで以下のように動作条件を設定する。
【００７０】
＜動作条件＞
抵抗Ｒ２の端子間電圧を、ヒータＲＨの値が標準抵抗値Ｒｍのときの端子間電圧Ｖｍとし、抵抗Ｒ１の端子間電圧Ｖｘを、ヒータＲＨの抵抗値が０．８×Ｒｍのときの所望の消費電力における端子間電圧の値、すなわち、
Ｖｘ＝√０．８×Ｖｍ＝０．８９４×Ｖｍ
とし、このとき出力電流Ｉｘを、
Ｉｘ＝（１／√０．８）×Ｉｍ＝１．１１８×Ｉｍ
となるように、電流２Ｉｓ及びＩｓを設定する。
【００７１】
ここで、制御電流Ｉｓの値が、Ｉｓ＝ＩｍとなるようにトランジスタＭ１及びＭ３の電流駆動係数βを設定する。つまり、
Ｖｘ＝０．８９４×Ｖｍ
のとき、誤差電流ΔＩｘの値が、
ΔＩｘ＝０．１１８×Ｉｓ
となるように設定する。
【００７２】
このようにすると式（５）においてΔＩｘに−０．１２〜＋０．１２までの値を順次代入することでΔＶｘを求めることにができ、端子間電圧Ｖｘ＝Ｖｍ−ΔＶｘ、に対する出力電流Ｉｘ＝ΔＩｘ＋Ｉｍの値を導き出すことができる。このときの電圧電流特性は図８のグラフの（ａ）のような特性となり、ヒータ抵抗値の変動に対応して規格化電力（＝１）を得るための、抵抗の端子間電圧と電流値との関係を示す（ｂ）との差がわずかであることが示されている。このとき式（５）において、２／√β＝１．７６となる。図８の（ａ）に示す特性の場合、誤差電流ΔＩｘの値は、制御電流Ｉｓの値の±１２％程度であり、端子間電圧Ｖｘの変化に対して直線的に変化する。
【００７３】
次に図１の電力制御回路１におけるこの動作条件の設定方法を説明する。まず、上記と同様に抵抗Ｒ１の端子間電圧Ｖｘを、
Ｖｘ＝√ｍ×Ｖｍ＝０．８９４×Ｖｍ
となるように設定する。そして定電流Ｉｘｏが、
Ｉｘｏ＝１．１１８×Ｉｍ
となるように設定する。
【００７４】
このようにすると、トランジスタＭ１３及びＭ１５からなる電圧比較動作と、トランジスタＭ１４、Ｍ１６、Ｍ１８、Ｍ１９、Ｍ２０及びＭ２１から構成されるチャージポンプ回路によって、トランジスタＭ２及びＭ７の電流２Ｉｓ及びＩｓが制御され、トランジスタＭ１１の出力電流Ｉｘ、すなわち、
Ｉｘ＝ΔＩｘ＋Ｉｍ
が上記の定電流Ｉｘｏと等しくなるように制御される。
【００７５】
この動作は、使用されるトランジスタの電流駆動係数βとその温度特性に関わらず保証される。つまり図１におけるトランジスタＭ１１の出力電流特性が、図８の（ａ）に示すような直線となるように制御される。
【００７６】
トランジスタＭ２３及びＭ２６には同様に出力電流２Ｉｓ及びＩｓが発生し、トランジスタＭ１及びＭ３を含む電圧電流変換回路と同じ構成のトランジスタＭ２２及びＭ２４を含む電圧電流変換回路に入力されているため、トランジスタＭ３２の出力電流と相関のあるヒータＲＨを流れる電流と、ヒータＲＨの端子間電圧の関係も、図８の（ａ）と同様になる。
【００７７】
図８の（ａ）に示した電圧電流特性は、ヒータＲＨの抵抗値が±２０％変動した時の特性を示しているが、これを図１の駆動回路における、抵抗値の変動に対するヒータＲＨで消費される電力の変動を示すグラフに変換したのが図９である。
【００７８】
上記従来例において説明した、式（１）で示されるように、従来の駆動回路においては電力が４０％変動するが、図９のグラフで示されるように、本実施形態の駆動回路では、電力の変動を約３％に抑えることができる。
【００７９】
また、トランジスタＭ１１及びＭ３２の出力電流特性を、電力変動が更に小さくなるように設定することも可能である。具体的な例を挙げると、図１に示す電力制御回路１において、電流Ｉｘｏ＝１．１０５×Ｉｍに設定した場合の、電流と電圧との関係を図４のグラフの（ａ）に示す。なお、（ｂ）はヒータ抵抗値の変動に対応して規格化電力（＝１）を得るための、抵抗の端子間電圧と電流値との関係を示している。この場合、２／√β＝１．９８となる。また、電圧電流特性が図４の（ａ）に示す場合における、ヒータＲＨの抵抗値の変動に対する消費電力の変動を図５に示す。図５から理解できるように、この場合はヒータＲＨの抵抗値の変動４０％（２０％）に対して、消費電力の変動は約１．５％に抑えることができる。
【００８０】
このように、式（５）から理解できるように、トランジスタＭ１１及びＭ３２の出力電流特性は、トランジスタＭ１、Ｍ３、Ｍ２２、Ｍ２４の電流駆動係数βに影響される。
【００８１】
本実施形態の駆動回路の電圧電流特性が、電流駆動係数βの値の変化によってどのように変化するのか説明する。
【００８２】
ここでは仮に、電流駆動係数βが大きくなり、抵抗値の変動による端子間電圧Ｖｘの変動に応じて、誤差電流ΔＩｘが制御電流の±８４％の範囲で変化するときを例に挙げて説明する。このとき係数２／√β＝０．２４９となり、電流と電圧との関係は、図６のグラフの（ａ）に示すようになる。なお、（ｂ）はヒータ抵抗値の変動に対応して規格化電力（＝１）を得るための、抵抗の端子間電圧と電流値との関係を示している。
【００８３】
この場合、トランジスタＭＯＳ差動回路における出力電流特性は、図の様にＳ字形状を呈し始める。しかしながら、このように電流駆動係数βの値をかなり大きく変動させても、図６の（ｂ）に示す、ヒータ抵抗値の変動に対応して規格化電力（＝１）を得るための、抵抗の端子間電圧と電流値との関係から大きく外れることが無い。
【００８４】
図７は、このときの抵抗値の変動に対する電力の変動を示すグラフであり、電力の変動も同様にＳ字形状を示すが、その変動範囲は依然としてわずかであり、１．５％程度に抑えられている。
【００８５】
このように、本実施形態の駆動回路によれば、トランジスタの電流駆動係数βの幅広い範囲に対して、適切な電圧電流変換特性が得られるので、素子基体上に半導体製造工程によって図１の電力制御回路を作りこむ（形成する）場合にも、所望の特性が実現できることを意味する。
【００８６】
なお、本実施形態では各トランジスタをＭＯＳトランジスタで構成したが、各トランジスタをバイポーラトランジスタで構成することも、もちろん可能である。
【００８７】
＜記録ヘッド駆動回路＞
図２は、インクジェットプリンタの記録ヘッド駆動回路に、図１に示した電力制御回路１を適用した例を示す回路図である。
【００８８】
この例では、ブロック単位で制御されるヒータ群における１ブロック内のヒータＲＨａ〜ＲＨｍに対して、１つの電力制御回路１を用いる。ブロック内のヒータＲＨａ〜ＲＨｍは、対応する駆動制御信号Ｆａ〜ＦｍによってＯＮ／ＯＦＦ制御される。
【００８９】
ここで留意しなければならないことは、トランジスタＭ３４はヒータＲＨのＯＮ／ＯＦＦによって発熱状態が異なり、これにより電流駆動特性が変動してしまうことである。この点を考慮して、本実施形態の電力制御回路１では、トランジスタＭ３２より出力される電力制御電流Ｉｄを、トランジスタＭ３３及びＭ３４からなるカレントミラー回路に供給して各ヒータＲＨａ〜ＲＨｍの駆動を行うようにしている。このようにすると、トランジスタＭ３４及びＭ３３の発熱状態に関わる問題は発生せず、また電源配線抵抗ｒｘ３に起因する電圧変動も生じない。
【００９０】
なお、図２において、トランジスタＭ３５ａ〜Ｍ３５ｍと、トランジスタＭ３６ａ〜Ｍ３６ｍとは、制御信号Ｆａ〜Ｆｍによって選択されたヒータＲＨａ〜ＲＨｍを駆動する為の選択回路を構成している。その他の部分の動作は、図１に関して説明したのと同様である。
【００９１】
このように、記録ヘッド駆動回路に本発明に係る電力制御回路１を適用することにより、インク吐出に必要な電力に対して最小限のマージンで安定した吐出動作が実現でき、消費電力を抑制することができると共に、記録ヘッドの長寿命化が図れる。
【００９２】
更に、記録ヘッドの駆動回路の設計における、ヒータＲＨの抵抗値の絶対値におけるバラツキ及び相対的なバラツキ、電源配線抵抗ｒｘ２及びｒｘ３に起因する問題、電源電圧の安定化に関する問題などの様々な問題から開放されるので、記録ヘッドの設計及び製造に関するコストが低減できる。
【００９３】
［その他の実施形態］
以上の実施形態は、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やレーザ光等）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。
【００９４】
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４７４０７９６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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
このような場合インクは、特開昭５４−５６８４７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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、駆動する抵抗体の抵抗値のバラツキや電源電圧等に影響されず、抵抗体で消費される電力値がほぼ一定となるように制御できる。
【０１０７】
従って、このような駆動回路を記録装置の記録ヘッドの駆動に用いると、最小限のマージンで安定した駆動が実現でき、消費電力を抑制することができると共に、記録ヘッドの長寿命化が図れる。
【０１０８】
更に、記録ヘッドの駆動回路の設計における、抵抗体の抵抗値の絶対値におけるバラツキ及び相対的なバラツキ、電源配線抵抗に起因する問題、電源電圧の安定化に関する問題などの様々な問題から開放されるので、記録ヘッドの設計及び製造に関するコストが低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る駆動回路の実施形態を示す回路図である。
【図２】図１の駆動回路を記録ヘッドの駆動回路として用いて例を示す回路図である。
【図３】図１の駆動回路の動作を説明するための図である。
【図４】図１の駆動回路の電圧電流特性を示すグラフである。
【図５】図１の駆動回路の抵抗値の変動と消費される電力との関係を示すグラフである。
【図６】図１の駆動回路の電圧電流特性を示すグラフである。
【図７】図１の駆動回路の抵抗値の変動と消費される電力との関係を示すグラフである。
【図８】図１の駆動回路の電圧電流特性を示すグラフである。
【図９】図１の駆動回路の抵抗値の変動と消費される電力との関係を示すグラフである。
【図１０】抵抗値が変化したときの電圧と電流との関係を示すグラフである。
【図１１】従来の記録ヘッドの駆動回路の例を示す回路図である。
【図１２】インクジェットプリンタの外観を示す図である。
【図１３】図１２のプリンタの制御構成を示すブロック図である。
【図１４】図１２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。
【符号の説明】
１　電流駆動回路
ＲＨ　ヒータ（抵抗体）
Ｍ１〜Ｍ３４　トランジスタ
ｒｘ１〜ｒｘ３　配線抵抗

Claims

一端が第１の電源に接続された抵抗体と、
前記抵抗体の他端に接続されており、該抵抗体の駆動を制御する駆動制御手段と、
第２の電源に接続されており、前記駆動制御手段の制御端子に供給する電流値によって前記抵抗体で消費される電力を制御する電力駆動回路と、を備えており、
前記電力駆動回路が、
前記抵抗体の抵抗値が設定値であるときに、前記抵抗体で消費される電力が所定の値となるときの該抵抗体の両端の電圧に対応する第１の電圧値と、前記抵抗体の抵抗値が設定値から変動したときに、前記抵抗体で消費される電力が前記所定の値とほぼ等しくなるときの該抵抗体の両端の電圧に対応する第２の電圧値と、前記抵抗体を流れる電流に対応する電流値と、が入力され、前記抵抗体の両端の電圧値に対応した制御信号によって出力する電流値を制御する第１の電圧電流変換回路と、
前記制御信号によって出力する電流値を制御し、前記第１の電圧電流変換回路と同様な電圧電流変換特性を有し、前記駆動制御手段の前記制御端子に電流を出力する第２の電圧電流変換回路と、
を有することを特徴とする駆動回路。
前記駆動制御手段が、カレントミラー回路を含むことを特徴とする請求項１に記載の駆動回路。
前記抵抗体を複数有し、前記電力駆動回路を所定数の抵抗体毎に複数備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の駆動回路。
半導体製造工程によって素子基体上に作りこまれていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の駆動回路。
請求項１から４のいずれか１項に記載の駆動回路を有し、前記抵抗体から発生する熱エネルギーを利用してインクを吐出することを特徴とする記録ヘッド。
請求項５に記載の記録ヘッドによって記録を行うことを特徴とする記録装置。