JP2012030593A - 記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】温度センサから出力された信号に重畳されるノイズ信号を効果的に低減する記録装置を提供する。
【解決手段】温度センサを内蔵した記録ヘッドと、記録ヘッドを制御する制御部と、記録ヘッドと制御部とを接続するフレキシブルケーブルとを含む記録装置であって、フレキシブルケーブルに配線され、記録ヘッドの温度に応じた電圧を生じ、温度センサに接続された第１の信号線と第２の信号線と、制御部に内蔵され、第１の信号線と第２の信号線との電圧差を増幅して該増幅された電圧差を記録ヘッドの温度情報として出力する差動増幅回路と、記録ヘッドにおいて、第１の信号線と第２の信号線のいずれかを抵抗を介して接地することにより、第１の信号線の配線抵抗と第２の信号線の配線抵抗とを整合させる整合回路とを備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、記録ヘッドに温度センサを内蔵した記録装置に関する。

半導体集積回路によって構成されるインクジェット記録装置の記録ヘッドにおいては、記録ヘッドの温度上昇に伴って、インク吐出量が増大することが知られている。インクジェット記録装置では、連続印刷時においても記録画像の再現性、色安定性が求められ、記録ヘッドの駆動電圧および駆動パルスを精密に制御する技術が開発されている（特許文献１）。そのような技術により、記録ヘッドに内蔵する温度センサで検出された温度データに基づいて記録装置の信号処理回路で記録ヘッドの駆動条件（駆動電圧および駆動パルス）が調整され、インク吐出量が均一になるように制御される。

しかしながら、記録動作中には記録ヘッドに内蔵する温度センサの出力信号に、記録データ信号等のデジタル信号から高周波ノイズが重畳し、正確な温度を検出することができない。従って、従来、記録ヘッドの駆動条件（駆動電圧および駆動パルス）を制御できる期間が記録動作の間隙（紙端などのインク吐出が行われないタイミング）に限られていた。

特開２００７−６９５７５号公報 特開平８−１３６３５６号公報 特開２００５−１４７８９５号公報 特開２００２−２８０５５６号公報 特許３５０９６２３号公報

一般的に、記録ヘッドに内蔵される温度センサ等の温度検出構成において、順バイアスされたＰＮ接合の順方向電圧を検出するダイオード温度センサの構成が用いられる場合が多い。従って、ＰＮ接合の順方向電圧の温度特性（−２ｍＶ／℃）に伴う微弱な電圧変化を検出する必要があるが、温度センサが搭載された半導体集積回路には、データ信号やクロック信号等のデジタル信号が温度検出信号線に隣接して供給されている。それらのデジタル信号からのノイズが温度検出信号に重畳し、検出温度に誤差が生じてしまう。

特許文献２には、ダイオード温度センサのＰＮ接合を順バイアスする直流バイアス電流（Ｉｂｉａｓ）を規定の電流範囲とし、ダイオードの動作抵抗を規定の値にすると、検出電圧に生じるオフセットが低減できると記載されている。また、動作抵抗を規定の値にするために、ダイオードと直列に抵抗を配置することが記載されている。しかしながら、サブストレートトランジスタの構造として形成された場合には、直流バイアス電流がサブストレートに流れることになるので、サブストレートの電位が上がりラッチアップが生じる恐れがある。従って、直流バイアス電流をなるべく小さい値にしておく必要がある。更に、ダイオードに直列に抵抗を配置することは、温度変化に伴うダイオードの順方向電圧の検出感度を低下させることになり、Ｓ／Ｎ低下の方向に働くので望ましくない。

特許文献３には、ダイオード温度センサのアノードと電源との間、および、カソードとＧＮＤとの間に抵抗を配置することが記載されており、抵抗値を等しくすれば重畳されるノイズが低減されると記載されている。しかしながら、半導体集積回路内で順バイアスされたＰＮ接合によって形成するダイオード温度センサは、構造上、トランジスタの形となる。特に、通常のＣＭＯＳプロセスを用いた半導体集積回路では、順バイアスされるＰＮ接合を形成できるのはサブストレートトランジスタである。従って、Ｐ型基板の場合にはＧＮＤから浮いた状態のダイオード温度センサを作るために特別なプロセスを導入する必要がある。また、特許文献２では、抵抗の具体的な配置位置に関しては特に言及されていない。

特許文献４には、ダイオード温度センサのカソード部と半導体素子のサブストレートとの間、およびアノード部とサブストレートとの間にそれぞれコンデンサを設け、２つのコンデンサの容量値が等しくなるように構成することが記載されている。しかしながら、半導体集積回路内に形成できるコンデンサの容量値は数ｐＦ程度と小さく、重畳されるノイズを低減するのに十分とはいえない。

特許文献５には、半導体温度センサの読出信号線に対して、半導体チップ内にＲＣフィルタを構成してノイズを除去する構成が記載されている。ＲＣフィルタの抵抗は温度センサ素子と直列に接続され、コンデンサは並列に接続される。また、このコンデンサはコンタクトパッド部にゲート酸化膜を挟んで形成されることが記載されている。しかしながら、ダイオード温度センサに重畳されるノイズはダイオードの非線形性のため、上下非対称な電圧波形となり、ＲＣフィルタで平滑しても直流成分がオフセット電圧として発生し、温度検出誤差となってしまう。また、ダイオード温度センサと直列に抵抗を配置することは、温度検出感度を低下させることになり、望ましくない。

本発明の目的は、このような従来の問題点を解決することにある。上記の点に鑑み、本発明は、温度センサから出力された信号に重畳されるノイズ信号を効果的に低減する記録装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る記録装置は、温度センサを内蔵した記録ヘッドと、前記記録ヘッドを制御する制御部と、前記記録ヘッドと前記制御部とを接続するフレキシブルケーブルとを含む記録装置であって、
前記フレキシブルケーブルに配線され、前記記録ヘッドの温度に応じた電圧を生じ、前記温度センサに接続された第１の信号線と第２の信号線と、
前記制御部に内蔵され、前記第１の信号線と前記第２の信号線との電圧差を増幅して該増幅された電圧差を前記記録ヘッドの温度情報として出力する差動増幅回路と、
前記記録ヘッドにおいて、前記第１の信号線と前記第２の信号線のいずれかを抵抗を介して接地することにより、前記第１の信号線の配線抵抗と前記第２の信号線の配線抵抗とを整合させる整合回路とを備えることを特徴とする。

本発明によると、温度センサから出力された信号に重畳されるノイズ信号を効果的に低減することができる。

本実施例における記録ヘッドと制御部とを含む構成を示す図である。 従来における記録ヘッドと制御部とを含む構成を示す図である。 図１の制御部３の構成を示す図である。 図２の制御部３の構成を示す図である。 図３及び図４の伝送線路モデルを示す図である。 検証実験を行った回路モデルを示す図である。 図６に示す回路モデルの等価回路を示す図である。 ノイズ源の正弦波を変化させたときの出力電圧に生じるオフセット電圧の測定結果を示す図である。 ノイズ源として振幅２５０ｍＶｐｐの正弦波を入力した場合の測定結果を示す図である。 図２に示した構成により検出温度を実測した結果を示す図である。 温度センサの構造を示す図である。 温度センサの構成例を示す図である。 温度センサの他の構成例を示す図である。 バイアス電流源が記録ヘッド内に形成される定電流源回路である場合を示す図である。 図１に示す記録ヘッド及び制御部が搭載されるインクジェット記録装置の斜視図である。 図１５に示した記録装置の制御構成を示すブロック図である。 Ｒ_ＢＣの値を変えた場合の入力インピーダンスＲ_Ａ、入力インピーダンスＲ_Ｋを計算した計算結果を示す図である。

以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施例を詳しく説明する。尚、以下の実施例は特許請求の範囲に係る本発明を限定するものでなく、また本実施例で説明されている特徴の組み合わせの全てが本発明の解決手段に必須のものとは限らない。なお、同一の構成要素には同一の参照番号を付して、説明を省略する。

図１（ａ）は、本発明に係る実施例における記録ヘッドと制御部とを含む構成を示す図である。本実施例においては、温度センサとしてのＰＮＰトランジスタもしくはＮＰＮトランジスタのエミッタ・ベース間電圧を検出する構成を例として説明する。図１に示す記録ヘッド１は、例えばインクジェット記録装置の記録ヘッドであり、制御部３は、記録ヘッド１の駆動を制御する。温度センサ５は、ＰＮＰトランジスタあるいはＮＰＮトランジスタの構造を有する。図１（ａ）では、温度センサ５はＰＮＰトランジスタとして説明する。図１（ｂ）では、温度センサ５はＮＰＮトランジスタとして説明する。配線部材２は、記録ヘッド１と制御部３とを接続しており、信号伝送線路となるフレキシブルプリント基板（フレキシブルケーブル）等で形成されている。制御部３は、信号処理部１２と、温度センサから出力された信号線２２、２３間の電圧差を増幅する差動増幅回路１１とを含む。信号処理部１２は、クロック生成ユニット１８を備える。このクロック生成ユニット１８は、クロック信号を生成する。記録ヘッド１は、信号線２１を介して信号処理部１２から出力される、画像データおよびヘッド駆動信号等の複数のデジタル信号をロジック回路８で受信して駆動回路１０を駆動する。信号線２１は、クロック信号やデータ信号を送るための信号線である。その結果、記録ヘッド１に多数設けられたインク吐出ノズルのうち、受信したデータに基づいて定められたノズルからインクが吐出される。

記録ヘッド１は、ＣＭＯＳプロセスで製造されており、温度センサ５は、図１１に示すようなサブストレートＰＮＰトランジスタ構造によって形成されている。第１の信号線２２は、トランジスタ５のエミッタ端子に接続され、第２の信号線２３は、トランジスタ５のベース端子に接続されている。トランジスタ５のコレクタ端子は、最低電位であるＧＮＤ配線（ＶＳＳ配線２４）に接続されて接地されている。トランジスタ５のコレクタ端子は、導体７と接続されている。温度センサ５に順方向電流（直流バイアス電流）を供給するために、第１の信号線２２と電源Ｖｃｃ（例えば３．３Ｖ）との間に抵抗１３を配置する。また、第２の信号線２３は、トランジスタ５のベース端子と接続されるとともに、抵抗６を介して導体７と接続される。さらに、第２の信号線２３は、制御部３のＧＮＤパターンには接続されずに、抵抗１５を介して差動増幅回路１１の基準電圧側端子（Ｖ＋）と接続される。第２の信号線２３は、差動増幅回路１１の基準電圧側端子の基準電圧を定めるために、抵抗１４を介して電源Ｖｃｃと接続され、基準電圧として、さらに抵抗１５を用いてＶｃｃが分圧されるように構成される。差動増幅回路１１は、第１の信号線２２と第２の信号線２３との電圧差を増幅して、記録ヘッド１の温度情報Ｖｏとして出力する。

ここで、図２を参照して、従来の構成例との違いを説明する。従来は、図２に示すように、第２の信号線２３をＶＳＳ配線２４とは独立して記録ヘッド１から引き出して、制御部３のＧＮＤパターンに接続している。これは、ＶＳＳ配線２４に流れるロジック回路８のリターン電流の有／無、大／小によって生じる電圧変動ノイズを抑制するためである。

従って、図１（ａ）と図２とを比較して分かるように、第２の信号線２３及び抵抗６の構成において従来と異なる。つまり、本実施例においては、差動増幅回路１１の＋端子に入力される基準電圧Ｖｒｅｆの０Ｖ基準を記録ヘッド１の内部ＧＮＤとしている。従って、制御部３の電源電圧Ｖｃｃが、式１に示すように、３つの抵抗６、抵抗１４、抵抗１５によって分圧される。

Ｖｒｅｆ＝Ｖｃｃ×（Ｒ１５＋Ｒ６）／（Ｒ１４＋Ｒ１５＋Ｒ６） ・・・（１）
これに対して、図２に示す構成では、制御部３のＧＮＤ１７が、差動増幅回路１１の＋端子に入力される基準電圧Ｖｒｅｆの０Ｖ基準とされている。

図１（ａ）に示すように、温度センサ５から、第１の信号線２２、第２の信号線２３、ＧＮＤ配線（ＶＳＳ）２４が記録ヘッド１から配線部材２を介して、制御部３に接続されている。フレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）等で構成された信号伝送路２には、第１の信号線２２及び第２の信号線２３と隣接して、データ信号やクロック信号などのデジタル信号２１が配線されている。ここで、配線部材２において、デジタル信号２１からのノイズが、第１の信号線２２及び第２の信号線２３に重畳し、制御部３で検出される記録ヘッド１の温度に誤差が生じることが問題とされる。

図２に示した構成により温度に対応した電圧の波形を実測した結果を図１０に示す。この電圧波形は、ＡＤコンバータ（信号処理部１２）の入力におけるインクジェット記録装置の記録ヘッド１の温度検出波形の測定結果である。この電圧波形は、差動増幅回路１１の出力Ｖ_Ｏを示す。記録ヘッド１に内蔵された温度センサ５の出力を低域通過フィルタである差動増幅回路１１で約８倍に増幅し、高周波ノイズを除去された電圧波形を示している。図１０に示すように、左右の平坦な区間は記録ヘッド１が動作していない紙端部における期間であり、デジタル信号が休止している期間である。グランド１７を基準にすると、左右の平坦な区間は１．５ボルトである。一方、中央部の盛り上がった区間は、記録動作中の期間であり、デジタル信号が動作中の期間である。図１０に示されるように、デジタル信号ノイズＮが第１の信号線２２及び第２の信号線２３に重畳する。そのために、電圧レベルが２２０ミリボルト（ｍＶ）分高くなっている。この上昇分の電圧値をオフセット電圧と呼ぶ。この２２０ミリボルト（ｍＶ）の電圧値は、約１３度の温度誤差に対応する。この重畳したノイズ電圧Ｎは温度センサ５の非線形性により上下非対称なノイズ波形となるので、後段の回路によって電圧波形を処理しても、オフセット電圧を取り除くことはできない。

本実施例においては、そのようなオフセット電圧を低減し、デジタル信号が動作中であっても温度検出誤差を１℃程度まで大幅に抑制することができる。以下、本実施例における検出誤差が低減される構成を説明する。

図３、図４は、それぞれ図１、図２の制御部３の構成を示す図である。ノイズが重畳される第１の信号線２２及び第２の信号線２３の配線抵抗に着目する。図３に示すように、第１の信号線２２の温度センサ（トランジスタ）５のエミッタ端子側の入力インピーダンスをＲ_Ａ、第２の信号線２３の温度センサ（トランジスタ）５のベース端子側の入力インピーダンスをＲ_Ｋとする。また、第１の信号線２２の差動増幅回路１１側の入力インピーダンスをＲ_Ｘ、第２の信号線２３の差動増幅回路１１側の入力インピーダンスをＲ_Ｙとする。

各部の入力インピーダンスの詳細については後述する。図３及び図４の伝送線路モデルをそれぞれ示したものが、図５（ａ）及び図５（ｂ）である。信号線２１ｃは、クロック信号を転送するための信号線である。信号線２１ｃは、ノイズ源（クロック生成ユニット）１８と接続している。Ｒ_Ａは、第１の信号線２２の温度センサ（トランジスタ）５のエミッタ端子側の入力インピーダンスである。Ｒ_Ｋは、第２の信号線２３の温度センサ（トランジスタ）５のベース端子側の入力インピーダンスである。Ｒ_Ｘは、第１の信号線２２の制御部３側の入力インピーダンスである。Ｒ_Ｙは、第２の信号線２３の記録ヘッド１側の入力インピーダンスである。以下、ノイズ源１８を、配線部材２中を伝送するクロック信号ＣＬＫとする。図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、クロック信号ＣＬＫの記録ヘッド１側の終端部には等価容量コンデンサＣｉが構成され、等価容量コンデンサＣｉは記録ヘッドの交流的なグランド電位となる交流グランド２５と接続される。インピーダンスＲ_Ａ、インピーダンスＲ_Ｋは交流グランド２５に接続される。一方、ノイズ源１８、インピーダンスＲ_Ｘ、インピーダンスＲ_Ｙは交流グランド２６に接続される。

ここで、図５（ａ）と図５（ｂ）の伝送線路モデルについて考える。重畳するノイズ電圧は、ノイズ（クロック信号ＣＬＫ）を発生させる信号線２１ｃとノイズ被害配線（第１の信号線２２、第２の信号線２３）との結合インピーダンスと、ノイズ被害配線の両端の負荷インピーダンスによって決定される。ここで、第１の信号線２２と第２の信号線２３が隣接している場合、信号線２１ｃと第１の信号線２２との結合インピーダンスと信号線２１ｃと第２の信号線２３との結合インピーダンスは、等しくなる。しかし、第１の信号線２２と第２の信号線２３とのそれぞれの両端の負荷インピーダンスが異なるために、図１０に示した温度検出波形に重畳するノイズ電圧が生じる。

図５（ａ）に示すモデルにおいては、温度センサ５側の入力インピーダンスＲ_Ａと入力インピーダンスＲ_Ｋとの値が等しく、かつ、制御部３側の入力インピーダンスＲ_Ｘと入力インピーダンスＲ_Ｙとの値が等しい。その結果、制御部３側において発生する第１の信号線２２に重畳するノイズ電圧と第２の信号線２３に重畳するノイズ電圧とが平衡する。つまり、図１の制御部３内の差動増幅回路１１の２つの入力端子に生じるノイズ電圧は、同相ノイズとなるのでキャンセルされる。従って、差動増幅回路１１の出力電圧Ｖ_Ｏに生じるノイズ電圧が低減される。しかしながら、図５（ｂ）に示す従来のモデルにおいては、制御部３側の入力インピーダンスＲ_Ｙはゼロである。従って、制御部３側において発生する第１の信号線２２に重畳するノイズ電圧と第２の信号線２３に重畳するノイズ電圧とが平衡とならない。従って、差動増幅回路１１の出力電圧Ｖ_Ｏは、重畳するノイズ電圧をそのまま増幅して出力してしまう。

以上のように、重畳するノイズを低減するためには、第１の信号線２２及び第２の信号線２３とノイズ源信号とが干渉する伝送線路において、以下の２つの点を考慮することが重要である。第１点として、第１の信号線２２と第２の信号線２３とを隣接して配置する。第２点として、伝送路の両端において、第１の信号線２２と第２の信号線２３との入力インピーダンスを等しくする。但し、入力インピーダンスが完全に等しくなくても、差動増幅回路１１の２つの入力端子に生じるノイズの同相成分はキャンセルされるので、ノイズ低減効果は期待できる。従って、インピーダンスの平衡具合は、許容される温度検出誤差に基づいて決定すれば良い。図５（ａ）に示した伝送線路の終端部の抵抗値は、後述する等価回路モデルによる検証実験の結果に基づいて決定された値である。

図３は、図５（ａ）に示した伝送線路モデルを実現する回路を示す図である。本実施例においては、温度センサ５を構成するＰＮＰトランジスタのベース・コレクタ間に整合回路となる抵抗Ｒ_ＢＣを配置する。ベース・コレクタ間に挿入する抵抗Ｒ_ＢＣには、次の２つの目的がある。一つは、温度センサ５側のカソード入力インピーダンスＲ_Ｋをアノード入力インピーダンスＲ_Ａと等しく（整合）するために、温度センサ５のベース端子と、接地されたコレクタ端子との間に抵抗Ｒ_ＢＣを配置することである。一つは、差動増幅回路１１の基準電圧Ｖｒｅｆを設定するための０Ｖ基準を記録ヘッド１側のＧＮＤとするために、温度センサ５のベース端子と、接地されたコレクタ端子との間に抵抗Ｒ_ＢＣを配置することである。これにより、制御部３側の入力インピーダンスＲ_Ｙを図５（ｂ）に示すようなゼロではなく、抵抗１４（Ｒ２）および抵抗１５（Ｒ３）の値により任意に設定することが可能となる。ここで、ＰＮＰトランジスタのベース・コレクタ間に挿入する抵抗Ｒ_ＢＣは、記録ヘッド１の内部に半導体製造プロセスによって形成されるポリシリコン抵抗や拡散抵抗であっても良い。また、記録ヘッド１の外部に実装される抵抗素子であっても良い。

次に、図３に示す４つの入力インピーダンスＲ_Ａ、Ｒ_Ｋ、Ｒ_Ｘ、Ｒ_Ｙがどのように決定されるかについて図３を参照しながら詳細に説明する。

入力インピーダンスＲ_Ｘは、温度センサ５の直流バイアス電流を供給する抵抗１３（Ｒ１）と、差動増幅回路１１の入力抵抗１６（Ｒ４）の並列抵抗となる。ここで、Ｒ１＜＜Ｒ４の場合には、式（２）で示される。

Ｒ_Ｘ≒Ｒ１ ・・・（２）
また、入力インピーダンスＲ_Ｙは、抵抗１４（Ｒ２）と抵抗１５（Ｒ３）の直列接続であるので、入力インピーダンスＲ_Ｙは、式（３）で示される。

Ｒ_Ｙ＝Ｒ２＋Ｒ３ ・・・（３）
また、入力インピーダンスＲ_Ａは、式（４）で示される。

Ｒ_Ａ＝ｒｅ＋（ｒｂｂ＋Ｒ_ＢＣ／／Ｒ_Ｙ）／ｈｆｅ ・・・（４）
ここで、「Ｒ_ＢＣ／／Ｒ_Ｙ」は、Ｒ_ＢＣとＲ_Ｙの並列合成抵抗を示す。

また、入力インピーダンスＲ_Ｋは、式（５）で示される。

Ｒ_Ｋ＝Ｒ_ＢＣ／／｛ｒｂｂ＋（ｒｅ＋Ｒ_Ｘ）ｈｆｅ｝ ・・・（５）
ここで、ｒｅはエミッタ抵抗、ｒｂｂはベース拡がり抵抗、ｈｆｅはエミッタ接地電流増幅率である。エミッタ抵抗ｒｅは、ボルツマン定数ｋ、素電荷量ｑ、絶対温度Ｔで決定される熱電圧Ｖｔとダイオード温度センサのバイアス電流Ｉｂｉａｓとの比であり、式（６）で求められる。

ｒｅ＝Ｖｔ／Ｉｂｉａｓ＝（ｋＴ／ｑ）／Ｉｂｉａｓ ・・・（６）
仮に、電流増幅率ｈｆｅが十分に大きく（１００や２００等）、かつ、ｒｅ＜＜Ｒ_ＢＣ／ｈｆｅの場合には、Ｒ_Ａ≒ｒｅ、Ｒ_Ｋ≒Ｒ_ＢＣと近似できる。

図３の示す構成において、以下のように、抵抗値を設定する。まず、温度センサ５に流れる直流バイアス電流Ｉｂｉａｓを０．２ｍＡとする。これは、式（７）に示すとおり、抵抗１３（Ｒ１）によって求められる。

Ｉｂｉａｓ＝（Ｖｃｃ−Ｖｂｅ−Ｖｂｃ）／Ｒ１ ・・・（７）
ＰＮＰトランジスタのベース・エミッタ間電圧Ｖｂｅは約０．６５Ｖである。また、ベース・コレクタ間電圧Ｖｂｃは、抵抗６（Ｒ_ＢＣ）、抵抗１４（Ｒ２）、抵抗１５（Ｒ３）との分圧比で決定されるが、ほぼ０Ｖとみなして良い。

従って、抵抗１３（Ｒ１）は、Ｖｃｃ＝３．３Ｖとすると、式（８）で示される。

Ｒ１＝（３．３−０．６５）／０．２［ｍＡ］≒１３［ｋΩ］ ・・・（８）
差動増幅回路１１の入力抵抗１６（Ｒ４）は、Ｒ１の影響により増幅率が変化しないように十分大きな値とする。本実施例においては、Ｒ４＝１００［ｋΩ］とする。従って、入力インピーダンスＲ_Ｘは、式（２）からＲ_Ｘ≒Ｒ１＝１３［ｋΩ］となる。

次に、差動増幅回路１１の基準電圧Ｖｒｅｆを設定する抵抗１４（Ｒ２）、抵抗１５（Ｒ３）を以下のように求める。入力インピーダンスＲ_Ｙを入力インピーダンスＲ_Ｘと揃えるため、式（３）からＲ_Ｙ＝Ｒ２＋Ｒ３＝１３［ｋΩ］となる。差動増幅回路１１の基準電圧Ｖｒｅｆ及び電圧増幅率は、出力電圧Ｖ_Ｏの変動幅が次段の信号処理部１２のＡＤコンバータの入力電圧範囲に収まるように決定される。本実施例においては、温度センサ５の順方向電圧、つまりＰＮＰトランジスタのベース・エミッタ間電圧Ｖｂｅは、０．７Ｖ（０℃）〜０．５Ｖ（１００℃）となる。これは、温度特性を−２ｍＶ／℃、検出温度範囲を０℃〜１００℃、２５℃における順方向電圧を０．６５Ｖとした場合である。ここで、製造プロセスによるばらつきを±０．０５Ｖとすると、Ｖｂｅの変動範囲は、０．４５Ｖ〜０．７５Ｖとなる。また、ＡＤコンバータの入力電圧範囲が０．５Ｖ〜２．７５Ｖに設定されるとすると、電圧増幅率は７．５倍となる。また、基準電圧Ｖｒｅｆは、Ｖｂｅの変動範囲０．４５ｖ〜０．７５ｖの場合に、７．５倍した結果がＡＤコンバータの入力電圧範囲０．５Ｖ〜２．７５Ｖに収まるようにＶｒｅｆを定めると、Ｖｒｅｆ＝０．７２Ｖとなる。その際の、Ｒ２とＲ３は、Ｒ２＋Ｒ３＝１３［ｋΩ］から、分圧比によりＲ２＝１０［ｋΩ］、Ｒ３＝２．７［ｋΩ］として求められる。

最後に、温度センサ５のベース・コレクタ間に挿入する抵抗Ｒ_ＢＣの抵抗値の設定について説明する。上述したように、ＰＮＰトランジスタの電流増幅率ｈｆｅが十分に大きく、かつｒｅ＜＜Ｒ_ＢＣ／ｈｆｅの場合には、Ｒ_Ａ≒ｒｅ、Ｒ_Ｋ≒Ｒ_ＢＣと近似できる。従って、入力インピーダンスＲ_Ａと入力インピーダンスＲ_Ｋとを整合するためには、Ｒ_ＢＣ＝ｒｅとすれば良い。ここで、エミッタ抵抗ｒｅは式（６）から、ｒｅ≒２５．８［ｍＶ］／０．２［ｍＡ］＝１３０［Ω］となる。従って、Ｒ_ＢＣ＝1３０［Ω］とすれば良い。図５（ａ）に示した各終端抵抗値は、以上のように設定した場合の例である。

以上においては、電流増幅率ｈｆｅが十分に大きい場合に、式（４）及び式（５）がＲ_Ａ≒ｒｅ、Ｒ_Ｋ≒Ｒ_ＢＣと近似できることを説明した。以下、電流増幅率ｈｆｅが小さい（５や１０等）場合について説明する。

実際に重畳するノイズが問題とされる周波数は、実験検討の結果、１００ＭＨｚ〜１５０ＭＨｚであることが確認されている。そのような周波数においては、トランジスタの電流増幅率ｈｆｅは大きく低下し、上述の近似計算が成り立たなくなる。

そこで、入力インピーダンスＲ_Ａの式（４）および入力インピーダンスＲ_Ｋの式（５）を用いて、Ｒ_ＢＣの値を変えた場合の入力インピーダンスＲ_Ａ、入力インピーダンスＲ_Ｋを計算した。その計算結果を図１７に示す。ここで、計算条件として、温度センサ５のバイアス電流Ｉｂｉａｓ＝０．２［ｍＡ］、ＰＮＰトランジスタのベース拡がり抵抗ｒｂｂ＝５０［Ω］、入力インピーダンスＲ_Ｘ＝１３［ｋΩ］である。また、エミッタ抵抗ｒｅ＝１３０［Ω］である。

図１７に示すように、トランジスタの電流増幅率ｈｆｅが１、つまり、電流増幅作用がなくなる場合において、Ｒ_ＢＣが５０［Ω］以上の値であれば、入力インピーダンスＲ_Ａと入力インピーダンスＲ_Ｋとの値の比率が５倍程度の範囲に収まっている。つまり、ベース・コレクタ間の抵抗Ｒ_ＢＣは、エミッタ抵抗ｒｅに対して等しくなくとも、ある値以上であれば、ノイズ低減に有効であることが図１７から推定できる。

そのことを確かめるために、以下のような等価回路モデルにおいて実験検証を行った。検証実験を行った回路モデルを図６に、図６の回路モデルの等価回路を図７に示す。図７に示す等価回路において、インクジェット記録装置の記録ヘッドを取り付けるＦＰＣ１０２およびインクジェット記録装置本体との接続パッドを備えたプリント基板１０４がノイズ伝播経路とされ、制御部１０３の差動増幅回路１１１の出力電圧が測定される。このモデルでは、記録ヘッドの代わりにＰＮＰトランジスタ１０５、抵抗素子１０６、およびデジタル信号の終端容量として容量値１０ｐＦのコンデンサ１０９がＦＰＣ１０２上に実装される。さらに、ノイズ源１８の信号として、振幅２５０ｍＶｐｐの正弦波が入力される。そのような条件において、差動増幅回路１１１の出力電圧Ｖ_Ｏに生じるオフセット電圧を測定した。ノイズ源１８の正弦波を１００ＭＨｚ〜１５０ＭＨｚで変化させたときの出力電圧Ｖ_Ｏに生じるオフセット電圧を図８に示す。

図８に示すように、ベース・コレクタ間抵抗Ｒ_ＢＣを変えた場合のオフセット電圧が大きく異なることが確認できる。図８に示すように、オフセット電圧が大きい場合は、図２及び図４に示すような従来の構成とした場合である（図８に示す「Ｒ_ＢＣ＿オープン」の場合）。これは、上述したように、伝送線路の両端の入力インピーダンスが第１の信号線２２と第２の信号線２３とで異なっている場合であり、重畳するノイズの影響を大きく受けていることが確認できる。また、「Ｒ_ＢＣ＿ショート」と表示しているものは、回路構成は、図１（ａ）及び図３と同じであるが、ベース・コレクタ間を直接接続した場合である。これは、伝送線路の入力インピーダンスのうち、Ｒ_ＸとＲ_Ｙだけが等しくなっているが、温度センサ５側の入力インピーダンスＲ_ＡとＲ_Ｋは、入力インピーダンスＲ_Ｋ＝０［Ω］となるので、等しくなっていない場合である。しかしながら、Ｒ_ＢＣ＝１５０[Ω]とした場合は、出力電圧Ｖ_Ｏのオフセットは、理想的にほぼゼロとなった。つまり、伝送線路の両側の入力インピーダンスが第１の信号線２２と第２の信号線２３とで等しくなった状態では、重畳するノイズはほぼゼロまで低減できることが確認された。

次に、同じ図６の回路モデルを用いて、ベース・コレクタ間の抵抗Ｒ_ＢＣを０［Ω］から５［ｋΩ］まで変化させた場合の出力電圧Ｖ_Ｏのオフセット電圧を測定した。ノイズ源１８の信号として振幅２５０ｍＶｐｐの正弦波（１００ＭＨｚ〜１５０ＭＨｚ）を入力した場合の測定結果を図９（ａ）に示す。図９（ａ）において、１００ＭＨｚ〜１５０ＭＨｚの周波数範囲でオフセット電圧が最大となった周波数での値を縦軸の値としてプロットしている。また、ノイズ源として振幅３．３Ｖ、周波数１０ＭＨｚの矩形波（立上り／立下り時間を２．５ｎｓと５ｎｓの２通り）を入力した場合の結果を図９（ｂ）に示す。いずれのノイズ源に対しても、ベース・コレクタ間抵抗Ｒ_ＢＣが５０［Ω］以上であると、出力電圧Ｖ_Ｏのオフセット電圧は大きく低減していることが確認できる。

以上の検証実験結果より、ベース・コレクタ間に挿入する抵抗Ｒ_ＢＣは、バイアス電流Ｉｂｉａｓによって決定されるエミッタ抵抗ｒｅの１／３より大きい値にすると、重畳するノイズにより生じるオフセット電圧をほぼゼロに低減できるといえる。

本実施例においては、ノイズ低減効果を発揮する抵抗Ｒ_ＢＣの下限値は、エミッタ抵抗ｒｅの値に対してその１／３より大きい値としているが、制御部３を搭載したインクジェット記録装置に要求される検出温度の許容誤差に応じて任意に決定しても良い。例えば、図９（ａ）に示すＲ_ＢＣ＝１３［Ω］に対応するオフセット電圧４０［ｍＶ］が許容されるのであれば、エミッタ抵抗ｒｅの１／１０である１３［Ω］をＲ_ＢＣの値としても良い。

以上説明した温度センサ５および制御部３は、以下に述べる他の構成においても適用できる。温度センサ５のＰＮ接合に順方向バイアス電流を供給するバイアス電流源は、図１４に示すように、記録ヘッド１内に形成される定電流源回路であってもよい。また、温度センサ５はＮＰＮトランジスタで構成されていてもよい。Ｎ型半導体を基板（サブストレート）に用いたＣＭＯＳ半導体プロセスにおいて、順バイアスされたＰＮ接合を形成する最も簡単な構造は、図１２（ａ）に示したサブストレートＮＰＮトランジスタである。サブストレートＮＰＮトランジスタのベース・エミッタ間接合を温度センサ５として用いる構成を図１（ｂ）に示す。第１の信号線２２は、トランジスタ５のエミッタ端子と接続される。さらに、第１の信号線２２は、制御部３のＧＮＤパターン１７と抵抗１３を介して接続される。また、第２の信号線２３は、差動増幅回路１１の基準電圧側端子の基準電圧を定めるために、抵抗１４を介してＧＮＤパターン１７と接続され、さらに抵抗１５および記録ヘッド１内の抵抗６を用いてＶＤＤに接続されるように構成される。

温度センサ５に順方向バイアス電流を供給する抵抗１３は、エミッタ端子に接続された第１の信号線２２とＧＮＤ配線２４との間に配置される。第１の信号線２２および第２の信号線２３の両端の入力インピーダンスを等しくするための抵抗６は、第２の信号線２３に接続されるベース端子と、電源電圧ＶＤＤに接続されるコレクタ端子との間に配置される。

本実施例を適用できる記録ヘッド１の内部に形成される温度センサ５の他の構成例を示す。図１２（ｂ）、図１２（ｃ）、図１３（ａ）、図１３（ｂ）に示したトランジスタ構造は、Ｐ型半導体を基板に用いたバイポーラプロセスによって形成されたトランジスタの構成例である。これらに示したトランジスタのＰＮ接合に順方向バイアス電流を供給し、温度センサを構成することができる。これらの例についての制御部３の構成例は図示しないが、図１（ａ）および図１（ｂ）と同様の制御部３を構成する。

さらに、トランジスタのベース・コレクタ間のＰＮ接合に順バイアスを加えて温度センサ５として利用してもよい。この場合、挿入する抵抗は、ベース・エミッタ間に配置される。これは、つまり、トランジスタのコレクタとエミッタを逆にし、温度センサ５として用いるということである。

以上の実施例においては、温度センサ５が記録ヘッド１の内部に１つだけ搭載された例について説明したが、複数の温度センサ５が記録ヘッド１内に設けられても良い。また、制御部３の入力部にスイッチを構成し、複数の温度センサ５からの信号線を切り替えて制御部３に接続するようにしても良い。

また、さらに、複数の温度センサ５を記録ヘッド１内に設ける場合に、記録ヘッド１のコンタクトパッドおよび信号線を節約するために、ＰＮＰトランジスタ構成の温度センサ５の場合にはベース端子から出力される第２の信号線２３を１本に共通化しても良い。その場合、第１の信号線２２のみを各温度センサ５から別々の配線として取り出すようにしても良い。その場合には、第１の信号線２２および第２の信号線２３の両端の入力インピーダンスを揃えるために挿入する抵抗は、共通化された第２の信号線２３とサブストレートとの間に配置される。抵抗値については、上記の実施例で説明したような抵抗値とすれば良い。

図１（ａ）および図１（ｂ）に示した構成では、差動増幅回路１１を含む制御部３が記録ヘッド１の外部に設けられ、温度センサ５と制御部３との間をＦＰＣ等の配線部材で接続された例を示している。しかしながら、差動増幅回路１１を含む制御部３は、記録ヘッド１に内蔵されていても良い。その場合には、記録ヘッド１内の温度センサ５と差動増幅回路１１との間の配線を伝送線路と考える。また、第１の信号線２２および第２の信号線２３の両端の入力インピーダンスを揃えるために配置する抵抗６を、温度センサ５を構成するトランジスタのベース・コレクタ間に配置すれば良い。

図１５は、図１に示す記録ヘッド１及び制御部３が搭載されるインクジェット記録装置の斜視図を示す図である。

図１５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１５１を搭載したキャリッジ１５２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１５３より伝え、キャリッジ１５２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１５４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１５１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１５１の状態を良好に維持するためにキャリッジ１５２を回復装置１５５の位置まで移動させ、間欠的に記録ヘッド１５１の吐出回復処理を行う。

記録装置のキャリッジ１５２には記録ヘッド１５１を搭載するのみならず、記録ヘッド１５１に供給するインクを貯留するインクカートリッジ１５６を装着する。インクカートリッジ１５６はキャリッジ１５２に対して着脱自在になっている。

図１に示した記録装置はカラー記録が可能であり、そのためにキャリッジ１５２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１５２と記録ヘッド１５１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１５１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、この実施例の記録ヘッド１５１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１５に示されているように、キャリッジ１５２はキャリッジモータＭ１の駆動力を伝達する伝達機構１５３の駆動ベルト１５７の一部に連結されており、ガイドシャフト１５８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１５２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１５８に沿って往復移動する。また、キャリッジ１５２の移動方向（矢印Ａ方向）に沿ってキャリッジ１５２の絶対位置を示すためのスケール１５９が備えられている。この実施例では、スケール１５９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１６０に固着され、他方は板バネ（不図示）で支持されている。

また、記録装置には、記録ヘッド１５１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１５１を搭載したキャリッジ１５２が往復移動されると同時に、記録ヘッド１５１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の全幅にわたって記録が行われる。

さらに、記録装置は、記録媒体Ｐを搬送するために搬送モータＭ２によって駆動される搬送ローラ１６１、バネ（不図示）により記録媒体Ｐを搬送ローラ１６１に当接するピンチローラ１６２、ピンチローラ１６２を回転自在に支持するピンチローラホルダ１６３、搬送ローラ１６１の一端に固着された搬送ローラギア１６４を含む。そして、搬送ローラギア１６４に中間ギア（不図示）を介して伝達された搬送モータＭ２の回転により、搬送ローラ１６１が駆動される。

またさらに、記録ヘッド１５１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１６５を含み、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１６５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。拍車ホルダ１６６は、拍車ローラを回転自在に支持する。

またさらに、記録装置には、図１に示されているように、記録ヘッド１５１を搭載するキャリッジ１５２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１５１の吐出不良を回復するための回復装置１５５が配設されている。

回復装置１５５は、記録ヘッド１５１の吐出口面をキャッピングするキャッピング機構１６７と記録ヘッド１５１の吐出口面をクリーニングするワイピング機構１６８を備えており、キャッピング機構１６７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構成（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１５１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１５１の吐出口面をキャッピング機構１６７によるキャッピングすることによって、記録ヘッド１５１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１６８はキャッピング機構１６７の近傍に配され、記録ヘッド１５１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１６７及びワイピング機構１６８により、記録ヘッド１５１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。

図１６は、図１５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１６に示すように、図１の制御部３に相当する制御部２００は、ＭＰＵ２０１、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ＲＯＭ２０２、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１５１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）２０３、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ＲＡＭ２０４、ＭＰＵ２０１、ＡＳＩＣ２０３、ＲＡＭ２０４を相互に接続してデータの授受を行うシステムバス２０５、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ＭＰＵ２０１に供給するＡ／Ｄ変換器２０６などで構成される。

また、図１６において、２１０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２１０と本記録装置との間ではインタフェース（Ｉ／Ｆ）２１１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、スイッチ群２２０は、電源スイッチ２２１、プリント開始を指令するためのプリントスイッチ２２２、及び記録ヘッド１５１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２２３など、操作者による指令入力を受けるためのスイッチを含む。また、センサ群２３０は、ホームポジションｈを検出するためのフォトカプラなどの位置センサ２３１、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２３２等を含む。

さらに、キャリッジモータドライバ２４０は、キャリッジ１５２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。また、搬送モータドライバ２４１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。

ＡＳＩＣ２０３は、記録ヘッド１５１による記録走査の際に、ＲＯＭ２０２の記憶領域に直接アクセスしながら記録ヘッド１５１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。

なお、図１５に示す構成は、インクカートリッジ１５６と記録ヘッド１５１とが分離可能な構成であるが、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を構成しても良い。

Claims (6)

1. 温度センサを内蔵した記録ヘッドを制御する制御部と、前記記録ヘッドと前記制御部とを接続するケーブルとを含む記録装置であって、
   前記ケーブルに配線され、前記記録ヘッドの温度に応じた電圧を生じ、前記温度センサに接続された第１の信号線と第２の信号線と、
   前記制御部に内蔵され、前記第１の信号線と前記第２の信号線との電圧差を増幅して該増幅された電圧差を前記記録ヘッドの温度情報として出力する差動増幅回路と、
   前記記録ヘッドにおいて、前記第１の信号線と前記第２の信号線のいずれかを抵抗を介して接地することにより、前記第１の信号線の配線抵抗と前記第２の信号線の配線抵抗とを整合させる整合回路と、
   を備えることを特徴とする記録装置。
2. 前記温度センサは、ＰＮＰトランジスタであって、
   前記第１の信号線は前記トランジスタのベース端子と前記差動増幅回路の一つの入力端子とを接続し、前記第２の信号線は前記トランジスタのエミッタ端子と前記差動増幅回路の他方の入力端子とを接続しており、
   前記抵抗は、接地された前記トランジスタのコレクタ端子と、前記ベース端子との間に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の記録装置。
3. 温度センサを内蔵した記録ヘッドを制御する制御部と、前記記録ヘッドと前記制御部とを接続するケーブルとを含む記録装置であって、
   前記ケーブルに配線され、前記記録ヘッドの温度に応じた電圧を生じ、前記温度センサに接続された第１の信号線および第２の信号線と、
   前記制御部に内蔵され、前記第１の信号線と前記第２の信号線との電圧差を増幅して該増幅された電圧差を前記記録ヘッドの温度情報として出力する差動増幅回路と、
   前記記録ヘッドにおいて、前記第１の信号線と前記第２の信号線のいずれかを抵抗を介して電源と接続することにより、前記第１の信号線の配線抵抗と前記第２の信号線の配線抵抗とを整合させる整合回路と、
   を備えることを特徴とする記録装置。
4. 前記温度センサは、ＮＰＮトランジスタであって、
   前記第１の信号線は前記トランジスタのベース端子と前記差動増幅回路の一つの入力端子とを接続し、前記第２の信号線は前記トランジスタのエミッタ端子と前記差動増幅回路の他方の入力端子とを接続しており、
   前記抵抗は、電源に接続された前記トランジスタのコレクタ端子と、前記ベース端子との間に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の記録装置。
5. 前記記録装置は、インクジェット記録装置であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の記録装置。
6. 温度センサを内蔵した記録ヘッドを制御する制御部と、前記記録ヘッドと前記制御部とを接続するケーブルとを含む記録装置であって、
   前記ケーブルに配線され、前記記録ヘッドの温度に応じた電圧を生じ、前記温度センサに接続された第１の信号線と第２の信号線と、
   前記制御部に内蔵され、前記第１の信号線と前記第２の信号線との電圧差を増幅して該増幅された電圧差を前記記録ヘッドの温度情報として出力する差動増幅回路と、
   前記記録ヘッドにおいて、前記第１の信号線の配線抵抗と前記第２の信号線の配線抵抗とが等しくなるように、前記第１の信号線と前記第２の信号線のいずれかを抵抗を介してグランドと接続する回路と、
   を備えることを特徴とする記録装置。

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