JP2020097181A

JP2020097181A - Recording element substrate and liquid discharge head

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Publication number: JP2020097181A
Application number: JP2018236803A
Authority: JP
Inventors: 俊雄根岸; Toshio Negishi; 亮治大橋; Ryoji Ohashi; 洋平小薄; Yohei Kousu
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2018-12-18
Filing date: 2018-12-18
Publication date: 2020-06-25

Abstract

To provide a recording element substrate that can control a temperature of ink in good response to temperature variation of a recording element substrate, and a liquid discharge head.SOLUTION: A recording element substrate that discharges liquid comprises: a heating part 112 that heats liquid; a driving circuit 111 comprising an MOS transistor for driving the heating part 112; and a voltage generating part 110 that generates voltages for driving the driving circuit 111 and applies the voltages to a gate of the MOS transistor. The MOS transistor and the heating part 112 constitute a source follower circuit, and the voltage generating part 110 varies voltages to be applied to the gate in response to temperature variation of the recording element substrate.SELECTED DRAWING: Figure 5

Description

本発明は、液体を吐出する記録素子基板及び液体吐出ヘッドに関する。 The present invention relates to a recording element substrate that ejects liquid and a liquid ejection head.

インクジェットプリンタは液体を吐出するための記録素子基板の吐出口からインクを吐出して記録を行っている。そのため、インクの粘度が適切でない場合には吐出口からインクを適切に吐出することができない恐れがあるため、インクの粘度を適切な状態に維持するためにインクを適宜加熱してインクの温度を制御することがある。 Ink jet printers perform recording by ejecting ink from ejection ports of a recording element substrate for ejecting liquid. Therefore, if the viscosity of the ink is not appropriate, it may not be possible to properly eject the ink from the ejection port. Therefore, in order to maintain the viscosity of the ink in an appropriate state, the ink is appropriately heated to adjust the temperature of the ink. To control.

そこで特許文献１には、それ自身の温度変化に応じて抵抗値が変化する温度特性を有するＮＴＣサーミスタを用いることにより、インクの粘度が大きい場合にはインクを加熱して粘度を小さくし、かつ、インクの過熱を抑制できる方法が記載されている。 Therefore, in Patent Document 1, by using an NTC thermistor having a temperature characteristic in which a resistance value changes according to a temperature change of itself, when the viscosity of the ink is large, the ink is heated to reduce the viscosity, and , A method capable of suppressing overheating of ink is described.

特開２００３−２００５８９号公報JP, 2003-200589, A

しかしながら、特許文献１に記載のＮＴＣサーミスタはインクジェットヘッドの記録素子基板内部には形成されていないため、記録素子基板の温度変化に対して応答性良くインクの温度制御をすることが困難である。 However, since the NTC thermistor described in Patent Document 1 is not formed inside the recording element substrate of the inkjet head, it is difficult to control the temperature of the ink with good responsiveness to the temperature change of the recording element substrate.

そこで本発明は上記の課題を鑑み、記録素子基板の温度変化に対して応答性良くインクの温度制御をすることができる記録素子基板及び液体吐出ヘッドを提供することを目的とする。 Therefore, in view of the above problems, it is an object of the present invention to provide a recording element substrate and a liquid ejection head capable of controlling the temperature of ink with high responsiveness to the temperature change of the recording element substrate.

上記課題を解決するための本発明は、液体を吐出する記録素子基板において、前記記録素子基板は、前記液体を加熱するための発熱部と、前記発熱部を駆動するためのＭＯＳトランジスタを備える駆動回路と、前記駆動回路を駆動するための電圧を生成し、該電圧を前記ＭＯＳトランジスタのゲートに印加する電圧生成部と、を有し、前記ＭＯＳトランジスタと前記発熱部とでソースフォロワ回路を構成しており、前記電圧生成部は、前記記録素子基板の温度変化に伴い前記ゲートに印加する前記電圧を変化させることを特徴とする。 The present invention for solving the above-mentioned problems provides a recording element substrate for ejecting a liquid, wherein the recording element substrate is provided with a heat generating portion for heating the liquid and a MOS transistor for driving the heat generating portion. A circuit and a voltage generator that generates a voltage for driving the drive circuit and applies the voltage to the gate of the MOS transistor, and the MOS transistor and the heat generator form a source follower circuit. Therefore, the voltage generation unit changes the voltage applied to the gate according to a temperature change of the recording element substrate.

本発明によれば、記録素子基板の温度変化に対して応答性良くインクを加熱したりインクの過熱の抑制をしたりすることができる記録素子基板及び液体吐出ヘッドを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a recording element substrate and a liquid ejection head capable of heating the ink and suppressing the overheating of the ink with good response to the temperature change of the recording element substrate.

液体吐出ヘッドの斜視図。FIG. 3 is a perspective view of a liquid ejection head. 記録素子基板の斜視図。FIG. 3 is a perspective view of a recording element substrate. 記録素子基板の平面図。FIG. 3 is a plan view of the recording element substrate. 記録素子基板の拡大平面図。FIG. 3 is an enlarged plan view of the recording element substrate. 記録素子基板の電気回路図。The electric circuit diagram of the recording element substrate. 第１の実施形態に係る電圧生成部の電気回路図。The electric circuit diagram of the voltage generation part concerning a 1st embodiment. 温度特性を示す概略図。Schematic which shows a temperature characteristic. 第１の実施形態に係る電圧生成部の電気回路図の変形例。The modification of the electric circuit diagram of the voltage generation part which concerns on 1st Embodiment. 第２の実施形態に係る電圧生成部の電気回路図。The electric circuit diagram of the voltage generation part concerning a 2nd embodiment. 第３の実施形態に係る電圧生成部の電気回路図。The electric circuit diagram of the voltage generation part concerning a 3rd embodiment. 第４の実施形態に係る電圧生成部の電気回路図。The electric circuit diagram of the voltage generation part concerning a 4th embodiment. 第４の実施形態に係る記録素子基板の平面図。FIG. 6 is a plan view of a recording element substrate according to a fourth embodiment.

以下、本発明に係る、インク等の液体を吐出する記録素子基板及び液体吐出ヘッドについて図を参照しながら説明する。尚、本発明の一例として、サーマル方式の記録素子基板及び液体吐出ヘッドを用いて説明を行うが、本発明はこれに限らず、ピエゾ方式の記録素子基板及び液体吐出ヘッドにも適用することができる。 Hereinafter, a recording element substrate for ejecting a liquid such as ink and a liquid ejection head according to the present invention will be described with reference to the drawings. As an example of the present invention, a thermal type recording element substrate and a liquid ejection head will be described, but the present invention is not limited to this, and may be applied to a piezo type recording element substrate and a liquid ejection head. it can.

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態について、図を参照しながら以下説明する。 (First embodiment)
A first embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

（液体吐出ヘッド）
図１に本実施形態に係る液体吐出ヘッド１の斜視図を示す。液体吐出ヘッド１は主に、筐体２、液体を吐出する記録素子基板２００から構成されている。筐体２には、記録素子基板２００に供給する液体を保持するインクタンク３、記録素子基板２００と電気的に接続される電気配線部材５、不図示の記録装置本体と電気的に接続される電気配線基板４が搭載されている。 (Liquid discharge head)
FIG. 1 shows a perspective view of a liquid ejection head 1 according to this embodiment. The liquid ejection head 1 mainly includes a housing 2 and a recording element substrate 200 that ejects liquid. An ink tank 3 for holding a liquid to be supplied to the recording element substrate 200, an electric wiring member 5 electrically connected to the recording element substrate 200, and an unillustrated recording apparatus main body are electrically connected to the housing 2. An electric wiring board 4 is mounted.

（記録素子基板）
図２に記録素子基板２００の斜視図を示す。記録素子基板２００は主に、液体を吐出する吐出口２５６を有する吐出口形成部材２５１、吐出口に液体を供給するための流路を有する流路形成部材２５２、電気配線部材５と電気的に接続される接続パッド２０１を備えるシリコンの基体部２５０から構成される。基体部２５０には、吐出口２５６に対応する位置に設けられ、液体を加熱して気泡を発生させることで吐出口２５６から液体を吐出する発熱素子（メインヒータ）２０５、及び流路形成部材２５２にインクを供給するためのインク供給口１０６が設けられている。 (Recording element substrate)
FIG. 2 shows a perspective view of the recording element substrate 200. The recording element substrate 200 is mainly electrically connected to an ejection port forming member 251 having an ejection port 256 for ejecting a liquid, a flow channel forming member 252 having a flow channel for supplying a liquid to the ejection port, and an electric wiring member 5. It is composed of a silicon base portion 250 having connection pads 201 to be connected. A heat generating element (main heater) 205, which is provided at a position corresponding to the ejection port 256, ejects the liquid from the ejection port 256 by heating the liquid to generate bubbles, and the flow path forming member 252. An ink supply port 106 is provided for supplying ink to the.

図３に本実施形態に係る記録素子基板２００を吐出口側から見たときの回路構成を示す。回路構成を説明するため、吐出口形成部材２５１等を省略した図で説明する。また、図２においては、記録素子基板２００に１つのインク供給口１０６が設けられる例を示したが、図３においては１つの記録素子基板２００に２つのインク供給口１０６を備える例を示す。記録素子基板２００には、メインヒータ２０５、メインヒータ２０５を駆動するためのメインヒータ駆動回路１０３、駆動するメインヒータを選択するためのメインヒータ選択回路１０４が形成されている。さらに、記録素子基板２００を加熱してインクの温度を調整するための発熱部（サブヒータ）１１２、サブヒータ１１２を駆動するためのサブヒータ駆動回路１１１、サブヒータ駆動回路１１１に電圧を供給するための電圧生成部１１０が形成されている。本実施形態においては、インク供給口１０６から順にメインヒータ２０５、電圧生成部１１０、メインヒータ駆動回路１０３、メインヒータ選択回路１０４、サブヒータ１１２がそれぞれ並置して配置される。すなわち、電圧生成部１１０はメインヒータ２０５の近傍に沿うように配置される。なお、記録素子基板２００の温度を検知する温度検出素子１０２は接続パッド２０１の近傍に配置される。詳しくは後述するが、サブヒータ駆動回路１１１に電圧を供給するための電圧生成部１１０が記録素子基板２００内に形成されていることにより、記録素子基板の温度変化に対して応答性良くインクの温度制御をすることができる。すなわち、インクの温度が低い場合にはインクを加熱し、インクが過熱状態となった場合にはインクの加熱を弱めることにより過熱を抑制することができる。 FIG. 3 shows a circuit configuration of the printing element substrate 200 according to the present embodiment when viewed from the ejection port side. In order to explain the circuit configuration, a diagram in which the ejection port forming member 251 and the like are omitted will be described. 2 shows an example in which the recording element substrate 200 is provided with one ink supply port 106, but FIG. 3 shows an example in which one recording element substrate 200 is provided with two ink supply ports 106. A main heater 205, a main heater drive circuit 103 for driving the main heater 205, and a main heater selection circuit 104 for selecting a main heater to be driven are formed on the printing element substrate 200. Further, a heating portion (sub-heater) 112 for heating the printing element substrate 200 to adjust the temperature of the ink, a sub-heater drive circuit 111 for driving the sub-heater 112, and a voltage generation for supplying a voltage to the sub-heater drive circuit 111. The part 110 is formed. In the present embodiment, the main heater 205, the voltage generator 110, the main heater drive circuit 103, the main heater selection circuit 104, and the sub heater 112 are arranged side by side in this order from the ink supply port 106. That is, the voltage generator 110 is arranged along the vicinity of the main heater 205. The temperature detecting element 102 for detecting the temperature of the recording element substrate 200 is arranged near the connection pad 201. As will be described later in detail, since the voltage generation unit 110 for supplying a voltage to the sub-heater drive circuit 111 is formed in the printing element substrate 200, the ink temperature is high in response to the temperature change of the printing element substrate. You can control. That is, overheating can be suppressed by heating the ink when the temperature of the ink is low and weakening the heating of the ink when the temperature of the ink is overheated.

図４に図３の領域Ａを拡大した図を示す。電圧生成部１１０は抵抗体３０１及びダイオード３０３から主に構成されており、メインヒータ２０５の近傍に、メインヒータ２０５に沿うように配置されている。したがって、メインヒータ２０５による記録素子基板の温度変化が迅速に抵抗体３０１及びダイオード３０３に伝わる。またダイオード３０３はメインヒータ２０５の配列方向に沿って略等間隔に配置されており、図４においてはダイオード３０３の図示を途中省略しているが、本実施形態においてダイオードを２０個用いている。なお、２０個のダイオードを使用しなければ本実施形態の効果が得られないわけではない。 FIG. 4 shows an enlarged view of the area A in FIG. The voltage generator 110 is mainly composed of a resistor 301 and a diode 303, and is arranged near the main heater 205 and along the main heater 205. Therefore, the temperature change of the printing element substrate by the main heater 205 is quickly transmitted to the resistor 301 and the diode 303. Further, the diodes 303 are arranged at substantially equal intervals along the arrangement direction of the main heater 205, and although the illustration of the diodes 303 is omitted in the middle of FIG. 4, 20 diodes are used in the present embodiment. Note that the effect of the present embodiment cannot be obtained unless 20 diodes are used.

（サブヒータ駆動回路）
図５に本実施形態におけるサブヒータ駆動回路１１１及びその周辺部における電気回路を示す。本実施形態におけるサブヒータ駆動回路１１１はＮＭＯＳトランジスタで構成され、ゲートＧにはレベル変換回路（電圧変換回路）４０１が接続されている。レベル変換回路４０１には記録装置本体から出力されるサブヒータ選択信号を信号線４０５を介して受信する選択回路４０２が接続されている。レベル変換回路４０１は、信号線４０４を介して選択回路４０２からの電圧値を電圧生成部１１０の出力電圧４０３と略同じになるよう変換し、サブヒータ駆動回路１１１のゲートＧに印加するものである。ここでサブヒータ選択信号は、温度検出素子１０２を用いて記録素子基板２００の温度を検出した結果をもとに出力される。 (Sub-heater drive circuit)
FIG. 5 shows an electric circuit in the sub-heater drive circuit 111 and its peripheral portion in the present embodiment. The sub-heater drive circuit 111 in this embodiment is composed of an NMOS transistor, and a level conversion circuit (voltage conversion circuit) 401 is connected to the gate G. The level conversion circuit 401 is connected to a selection circuit 402 that receives a sub-heater selection signal output from the printing apparatus main body via a signal line 405. The level conversion circuit 401 converts the voltage value from the selection circuit 402 via the signal line 404 so as to be substantially the same as the output voltage 403 of the voltage generation unit 110, and applies it to the gate G of the sub-heater drive circuit 111. .. Here, the sub-heater selection signal is output based on the result of detecting the temperature of the printing element substrate 200 using the temperature detection element 102.

図５に示すように、サブヒータ駆動回路１１１は、ドレインＤにサブヒータ電源端子１０１ｂを接続し、ソースＳにサブヒータ１１２を介してサブヒータグランド端子１０１ａを接続した、ソースフォロワ回路となっている。したがって、サブヒータ１１２に印加される電圧はサブヒータ駆動回路１１１のゲートＧに印加される電圧とほぼ同等になるため、サブヒータ１１２の駆動を電圧生成部１１０の出力電圧により制御することができる。サブヒータ電源端子１０１ｂに印加される電圧は、一例としてメインヒータを駆動する電圧と同じ電源電圧２４Ｖである。なお、サブヒータ駆動回路１１１として図５にはＮＭＯＳトランジスタしか図示していないが、電圧の調整等により適宜抵抗等を接続してもよい。 As shown in FIG. 5, the sub-heater drive circuit 111 is a source follower circuit in which the sub-heater power supply terminal 101b is connected to the drain D and the sub-heater ground terminal 101a is connected to the source S via the sub-heater 112. Therefore, the voltage applied to the sub-heater 112 is almost the same as the voltage applied to the gate G of the sub-heater drive circuit 111, so that the driving of the sub-heater 112 can be controlled by the output voltage of the voltage generation unit 110. The voltage applied to the sub heater power supply terminal 101b is, for example, the same power supply voltage 24 V as the voltage for driving the main heater. Although only the NMOS transistor is shown in FIG. 5 as the sub-heater drive circuit 111, a resistor or the like may be appropriately connected by adjusting the voltage or the like.

（電圧生成部）
図６に本実施形態における、温度特性を有する電圧生成部１１０の電気回路図を示す。なお、説明のために図６においてはダイオード３０３を３つだけ図示している。電圧生成部１１０は分圧回路構成となっており、本実施形態では基体部２５０（図２）上に形成されたＡｌ又はＡｌＣｕ等の配線材から成る抵抗体３０１、及び少なくとも１つのダイオード３０３から構成される。電圧生成部１１０用の電源側に接続されている電源端子１０１ｃに印加された電圧は抵抗体３０１及びダイオード３０３を直列に接続したダイオード群とで分圧される。分圧された電圧はサブヒータ駆動回路１１１の入力端であるＮＭＯＳトランジスタのゲートＧに供給される電圧として電圧生成部１１０の出力端４０３から出力される。 (Voltage generator)
FIG. 6 shows an electric circuit diagram of the voltage generator 110 having temperature characteristics in the present embodiment. For the sake of explanation, only three diodes 303 are shown in FIG. The voltage generation unit 110 has a voltage dividing circuit configuration. In this embodiment, the voltage generation unit 110 includes a resistor 301 formed of a wiring material such as Al or AlCu formed on a base portion 250 (FIG. 2) and at least one diode 303. Composed. The voltage applied to the power supply terminal 101c connected to the power supply side for the voltage generator 110 is divided by the diode group in which the resistor 301 and the diode 303 are connected in series. The divided voltage is output from the output end 403 of the voltage generation unit 110 as the voltage supplied to the gate G of the NMOS transistor that is the input end of the sub-heater drive circuit 111.

ここで、ダイオード３０３は図７（ａ）に示すようにダイオード自身の温度が上昇すると順方向電圧ＶＦが減少する温度勾配７０１を有し、その温度勾配の代表的な値としては−２．１ｍＶ／℃が知られている。また抵抗体３０１は図７（ｂ）に示すように抵抗体自身の温度が上昇すると抵抗値が上昇する正の温度勾配８０１を有し、代表的なＡｌの抵抗の温度係数は４．０×１０^−３（１／℃）が知られている。そして、抵抗体３０１及びダイオード３０３は基体部２５０上に形成されているため、基体部２５０の温度上昇に伴い抵抗体３０１及びダイオード３０３自身の温度も上昇する。すなわち、電圧生成部１１０の出力端４０３の電圧（ゲート電圧）は、基体部２５０の温度上昇とともに線形的に減少する（図７（ｃ）の９０１）。一例として、基体部の温度が３０℃から６０℃に上昇した際には、出力端４０３の電圧は１Ｖ〜２Ｖ低下する。なお、図７（ａ）に示すような負の温度特性を有する部材として、ＰＮ接合型ダイオード及びＳｉが挙げられる。また図７（ｂ）に示すような正の温度特性を有する部材として、ＡｌＣｕ、ＡｌＳｉ及びＰｏｌｙ−Ｓｉが挙げられる。 Here, the diode 303 has a temperature gradient 701 in which the forward voltage VF decreases as the temperature of the diode itself rises as shown in FIG. 7A, and a typical value of the temperature gradient is -2.1 mV. /°C is known. Further, the resistor 301 has a positive temperature gradient 801 in which the resistance value increases as the temperature of the resistor itself rises as shown in FIG. 7B, and a typical Al temperature coefficient of resistance is 4.0×. 10 ⁻³ (1/° C.) is known. Since the resistor 301 and the diode 303 are formed on the base portion 250, the temperature of the resistor 301 and the diode 303 itself also rises as the temperature of the base portion 250 rises. That is, the voltage (gate voltage) at the output end 403 of the voltage generation unit 110 linearly decreases as the temperature of the base 250 increases (901 in FIG. 7C). As an example, when the temperature of the base portion rises from 30° C. to 60° C., the voltage at the output end 403 decreases by 1V to 2V. A PN junction diode and Si can be cited as members having a negative temperature characteristic as shown in FIG. Moreover, AlCu, AlSi, and Poly-Si are mentioned as a member which has a positive temperature characteristic as shown in FIG.7(b).

また、サブヒータ駆動回路１１１はＭＯＳトランジスタから構成されるソースフォロワ回路であるため、ゲート電圧９０１（図７（ｃ））に対してソースＳに印加されるソース電圧には−１Ｖ〜−２Ｖのオフセット電圧が含まれる。したがって、サブヒータ駆動回路１１１のソース電圧９０２（図７（ｃ））としては、ゲート電圧９０１から１〜２Ｖ低い負の温度勾配を有する電圧９０２となる。また、サブヒータ１１２にはソース電圧９０２が印加されるため、図７（ｄ）に示すようにサブヒータ１１２に流れる電流（サブヒータ電流）１００１も負の温度勾配を有する。したがって、基体部２５０、即ち記録素子基板２００の温度上昇に伴いサブヒータ１１２に流す電流を小さくすることができるため、記録装置本体の制御によらずにインクの加熱を制御することができる。反対に、記録素子基板２００の温度が下がった場合にはソースに印加される電圧が増加し、より記録素子基板を加熱することもできる。 Since the sub-heater drive circuit 111 is a source follower circuit composed of MOS transistors, the source voltage applied to the source S with respect to the gate voltage 901 (FIG. 7C) is offset by -1V to -2V. Voltage is included. Therefore, the source voltage 902 (FIG. 7C) of the sub-heater drive circuit 111 is a voltage 902 having a negative temperature gradient that is 1 to 2 V lower than the gate voltage 901. Since the source voltage 902 is applied to the sub-heater 112, the current (sub-heater current) 1001 flowing through the sub-heater 112 also has a negative temperature gradient as shown in FIG. Therefore, the current flowing through the sub-heater 112 can be reduced as the temperature of the base portion 250, that is, the printing element substrate 200 rises, so that the heating of the ink can be controlled without controlling the printing apparatus main body. On the contrary, when the temperature of the recording element substrate 200 is lowered, the voltage applied to the source is increased, and the recording element substrate can be further heated.

また上述したように、本実施形態においては電圧生成部１１０を構成する抵抗体３０１及びダイオード３０３はメインヒータ２０５の近傍に、メインヒータ２０５に沿うように配置される（図４）。ここで、温度検出素子１０２は接続パッド２０１の近くに配置されているため、記録を行う画像パターンによっては温度検出素子１０２から遠い位置にあるメインヒータ２０５のみが駆動される場合がある。したがってこの場合には、温度検出素子１０２が記録素子基板２００の温度上昇を検知するのに時間を要してしまう。しかしながら、電圧生成部１１０がメインヒータの近傍に、メインヒータ２０５に沿うように配置されることにより、温度検出素子１０２が記録素子基板２００の昇温を検知する前に電圧生成部１１０が速やかに温度に反応し、サブヒータ１１２の駆動を抑えることができる点で好ましい。また、記録装置本体を介さずに速やかに記録素子基板２００の温調が行うことができるため、記録素子基板の温度変化に対して応答性良くインクの温度制御をすることができる。 Further, as described above, in the present embodiment, the resistor 301 and the diode 303 forming the voltage generation unit 110 are arranged near the main heater 205 and along the main heater 205 (FIG. 4). Here, since the temperature detecting element 102 is arranged near the connection pad 201, only the main heater 205 located far from the temperature detecting element 102 may be driven depending on the image pattern to be printed. Therefore, in this case, it takes time for the temperature detection element 102 to detect the temperature rise of the printing element substrate 200. However, by disposing the voltage generation unit 110 in the vicinity of the main heater along the main heater 205, the voltage generation unit 110 promptly detects the temperature rise of the printing element substrate 200 by the temperature detection element 102. It is preferable in that it can react with temperature and suppress the driving of the sub-heater 112. Further, since the temperature of the recording element substrate 200 can be quickly adjusted without using the main body of the recording apparatus, it is possible to control the ink temperature with good responsiveness to the temperature change of the recording element substrate.

以上本実施形態の説明では、電圧生成部１１０の構成として正の温度特性をもつ抵抗体３０１と負の温度特性を持つダイオード３０３を用いたが、ダイオード３０３の代わりに負の温度特性を持つ別の素子を用いても同様の効果が得られる。また図８に示すように、ダイオード３０３の代わりに、正の温度特性を有する抵抗体１１４を用いてもよい。この場合には、記録素子基板２００の温度上昇に伴いゲート電圧を小さくさせるため抵抗体３０１よりも大きな温度勾配を有する抵抗体を用いる必要がある。また同様に、抵抗体３０１及びダイオード３０３の代わりに負の温度特性を有する抵抗体を２つ用いてもよい。この場合には、電源端子１０１ｃ側に配置される抵抗体として、負の温度特性を有する他方の抵抗体よりも大きな温度勾配を有する抵抗体を用いる必要がある。すなわち本実施形態は、電源端子１０１ｃ側に接続される抵抗体の温度係数よりも小さい温度係数を有する抵抗体を接地配線側に接続すればよい。 In the above description of the present embodiment, the resistor 301 having a positive temperature characteristic and the diode 303 having a negative temperature characteristic are used as the configuration of the voltage generation unit 110. The same effect can be obtained by using the above element. Further, as shown in FIG. 8, a resistor 114 having a positive temperature characteristic may be used instead of the diode 303. In this case, it is necessary to use a resistor having a temperature gradient larger than that of the resistor 301 in order to reduce the gate voltage as the temperature of the recording element substrate 200 rises. Similarly, instead of the resistor 301 and the diode 303, two resistors having negative temperature characteristics may be used. In this case, it is necessary to use a resistor having a larger temperature gradient than the other resistor having the negative temperature characteristic as the resistor arranged on the power supply terminal 101c side. That is, in this embodiment, a resistor having a temperature coefficient smaller than that of the resistor connected to the power supply terminal 101c side may be connected to the ground wiring side.

また図６においては、電源端子１０１ｃ側に抵抗体３０１を接続したが、電源端子１０１ｃ側にダイオード３０３を接続し接地側に負の温度特性を有する抵抗体３０１を接続することにより同様の効果が得られる。すなわち本実施形態は、記録素子基板２００の温度上昇に伴い出力端４０３からの電圧が小さくなるような構成であればよい。また、本実施形態において、ＮＭＯＳトランジスタを用いて説明をしたが、本実施形態はこれに限らず、ＰＭＯＳトランジスタを用いてもよい。その際には、ＰＭＯＳトランジスタのソースと電源配線との間にサブヒータを配置する事により、ＰＭＯＳトランジスタのゲートに印加される電圧に応じてサブヒータに流れる電流を制御する事ができる。ＰＭＯＳトランジスタを用いる際には、記録素子基板２００の上昇に伴い出力端４０３からの電圧が大きくなるような構成である必要がある。 Further, in FIG. 6, the resistor 301 is connected to the power supply terminal 101c side, but the same effect can be obtained by connecting the diode 303 to the power supply terminal 101c side and the resistor 301 having a negative temperature characteristic to the ground side. can get. That is, this embodiment may have a configuration in which the voltage from the output end 403 decreases as the temperature of the printing element substrate 200 rises. Further, in the present embodiment, the description is given using the NMOS transistor, but the present embodiment is not limited to this, and a PMOS transistor may be used. In that case, by arranging the sub-heater between the source of the PMOS transistor and the power supply wiring, the current flowing through the sub-heater can be controlled according to the voltage applied to the gate of the PMOS transistor. When the PMOS transistor is used, it is necessary to have a configuration in which the voltage from the output terminal 403 increases as the recording element substrate 200 rises.

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態について、図９を参照しながら以下説明する。なお、第１の実施形態と同様の構成については同一の符号を付し、説明を省略する。本実施形態の特徴部は図９に示すように、電圧生成部１１０がダイオード３０３を複数有し、並列に複数配置されていることである。並列に複数接続することにより、メインヒータ２０５列の一部分で発熱してそのメインヒータの近傍に配置されたダイオード３０３の順方向電圧ＶＦが下降した場合に、並列で接続された他のダイオードに流れていた電流のうちの多くがメインヒータ近傍のダイオード３０３に流れるようになる。すなわち並列に接続されたダイオード３０３のうち一つでも熱に反応すると、電圧生成部１１０の出力端４０３の電圧がそれに伴い下降し、より局所的な発熱に反応しやすくなるという効果が得られる。 (Second embodiment)
A second embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. The same components as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted. As shown in FIG. 9, the characteristic part of the present embodiment is that the voltage generator 110 has a plurality of diodes 303 and is arranged in parallel. When a plurality of main heaters 205 are connected to each other in parallel to generate heat and the forward voltage VF of the diode 303 arranged near the main heater drops, the current flows to another diode connected in parallel. Most of the current that has flowed flows to the diode 303 near the main heater. That is, when even one of the diodes 303 connected in parallel reacts with heat, the voltage of the output terminal 403 of the voltage generation unit 110 drops accordingly, which makes it easier to react with local heat generation.

したがって、並列に接続された複数のダイオード３０３は、それぞれサブヒータを駆動する吐出口列毎に列内に分割して配置されることが好ましい。より広範囲な領域の温度変化を検知し、それに基づいて出力端４０３からの電圧を制御することができるからである。 Therefore, it is preferable that the plurality of diodes 303 connected in parallel be divided and arranged in a row for each ejection opening row that drives the sub-heater. This is because it is possible to detect a temperature change in a wider range and control the voltage from the output end 403 based on the detected temperature change.

（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態について、図１０を参照しながら以下説明する。なお、第１の実施形態と同様の構成については同一の符号を付し、説明を省略する。本実施形態の特徴部は図１０に示すように、電圧生成部１１０を直列に複数接続したことである。本実施形態の構成によれば、第１の実施形態の出力端４０３の電圧と比較して出力端４０３の電圧は、負の温度勾配が大きくなる。また、低温時はよりサブヒータ電流を流し、高温時はよりサブヒータ電流を制限するため、温度調整をより顕著に行うことが可能になる。なお図１０においては三段構成で説明をしているが、それ以外の段数でも同様の効果が得られる。 (Third Embodiment)
A third embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. The same components as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted. A characteristic part of this embodiment is that a plurality of voltage generation units 110 are connected in series as shown in FIG. According to the configuration of this embodiment, the voltage of the output terminal 403 has a larger negative temperature gradient than the voltage of the output terminal 403 of the first embodiment. Further, when the temperature is low, the sub-heater current is made to flow more, and when the temperature is high, the sub-heater current is further restricted, so that the temperature can be adjusted more remarkably. It should be noted that although a three-stage configuration has been described in FIG. 10, similar effects can be obtained with other numbers of stages.

（第４の実施形態）
本発明の第４の実施形態について、図１１及び図１２を参照しながら以下説明する。なお、第１の実施形態と同様の構成については同一の符号を付し、説明を省略する。本実施形態の特徴部は図１１に示すように、ＭＯＳトランジスタ１３０８、１３０９のオン抵抗で分圧された電圧を出力端４０３から出力することである。具体的には、抵抗体１３０５、１３０６、１３０７で分圧された電圧をｐＭＯＳトランジスタ１３０８のゲートおよびｎＭＯＳトランジスタ１３０９のゲートに入力し、出力端４０３から各々のＭＯＳトランジスタのオン抵抗で分圧された電圧を出力する。 (Fourth Embodiment)
A fourth embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 11 and 12. The same components as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted. As shown in FIG. 11, the characteristic part of this embodiment is that the voltage divided by the ON resistances of the MOS transistors 1308 and 1309 is output from the output terminal 403. Specifically, the voltage divided by the resistors 1305, 1306, and 1307 is input to the gate of the pMOS transistor 1308 and the gate of the nMOS transistor 1309, and is divided by the ON resistance of each MOS transistor from the output terminal 403. Output voltage.

図１２に本実施形態の記録素子基板２００の平面図を示す。抵抗体１３０５、１３０６、１３０７は各々のメインヒータ２０５列に沿って近傍に配置される。抵抗体１３０５は負の温度係数を持つように構成され、抵抗体１３０７は正の温度係数を持つように構成される。温度上昇と共にｐＭＯＳトランジスタ１３０８のゲート電圧は上昇しオン抵抗は大きくなる。一方で、ｎＭＯＳトランジスタ１３０９のゲート電圧は上昇しオン抵抗は小さくなる。即ち温度上昇と共に各々のＭＯＳトランジスタのオン抵抗が変化し、結果的に出力端４０３の電圧は小さくなる。更に抵抗体１３０６に関しても正または負の温度係数を持つように構成する事で、各々のＭＯＳトランジスタのオン抵抗をより積極的に偏らせることで出力電圧を制御してもよい。本実施形態では各々のＭＯＳトランジスタのゲート電圧に対するオン抵抗の変化量が大きくなるように予め設定しておく必要があるが、第１及び第２の実施形と比較して、出力端４０３の電圧値の温度勾配をより大きくすることが可能になる。 FIG. 12 shows a plan view of the recording element substrate 200 of this embodiment. The resistors 1305, 1306, 1307 are arranged in the vicinity along each main heater 205 row. The resistor 1305 is configured to have a negative temperature coefficient, and the resistor 1307 is configured to have a positive temperature coefficient. As the temperature rises, the gate voltage of the pMOS transistor 1308 rises and the on-resistance increases. On the other hand, the gate voltage of the nMOS transistor 1309 increases and the on-resistance decreases. That is, the on resistance of each MOS transistor changes as the temperature rises, and as a result, the voltage at the output terminal 403 decreases. Further, the resistor 1306 may be configured to have a positive or negative temperature coefficient, so that the on-resistance of each MOS transistor may be more positively biased to control the output voltage. In the present embodiment, it is necessary to set in advance so that the amount of change in the on-resistance with respect to the gate voltage of each MOS transistor becomes large. However, compared with the first and second embodiments, the voltage at the output terminal 403 It is possible to make the temperature gradient of values larger.

以上の説明では、インクの温度制御を行う発熱部としてサブヒータ１１２を用いたが、本発明はこれに限られず、例えばメインヒータ２０５を用いてインクの温度制御を行ってもよい。つまりメインヒータ２０５により、インクを加熱することで気泡を発生させてインクを吐出させるための発熱素子としての機能と、記録素子基板を加熱してインクの温調を調整するためのサブヒータとしての機能とを兼用してもよい。サブヒータとして機能させる場合には、メインヒータ２０５に対して、インクを吐出しない程度のエネルギー（例えば、短パルス）を付与することでインクを加熱できる。その際には、メインヒータ２０５を駆動するＭＯＳトランジスタとは別に、インク加熱用のＭＯＳトランジスタをソースフォロワ接続し、ＭＯＳトランジスタのゲートＧに電圧が印加されるように電圧生成部１１０を接続すればよい。 In the above description, the sub-heater 112 is used as the heat generating portion that controls the temperature of the ink, but the present invention is not limited to this, and the temperature of the ink may be controlled using the main heater 205, for example. That is, the main heater 205 functions as a heating element for generating bubbles by heating the ink to eject the ink, and as a sub-heater for heating the recording element substrate to adjust the temperature control of the ink. And may be combined. When functioning as a sub heater, the ink can be heated by applying energy (for example, a short pulse) to the main heater 205 to the extent that ink is not ejected. At that time, in addition to the MOS transistor that drives the main heater 205, a MOS transistor for heating ink is connected as a source follower, and a voltage generation unit 110 is connected so that a voltage is applied to the gate G of the MOS transistor. Good.

２００記録素子基板
１１２発熱部
１１１駆動回路
１１０電圧生成部 200 Recording Element Substrate 112 Heat Generation Section 111 Drive Circuit 110 Voltage Generation Section

Claims

In a recording element substrate that ejects liquid,
The recording element substrate generates a heat generating portion for heating the liquid, a drive circuit including a MOS transistor for driving the heat generating portion, a voltage for driving the drive circuit, and the voltage A voltage generator applied to the gate of the MOS transistor,
A source follower circuit is configured by the MOS transistor and the heat generating section,
The printing element substrate, wherein the voltage generator changes the voltage applied to the gate according to a temperature change of the printing element substrate.

The recording element substrate according to claim 1, wherein the voltage generation unit reduces the voltage applied to the gate as the temperature of the recording element substrate rises.

The voltage generator has a voltage dividing circuit configuration,
A first resistor is connected to the power supply side of the voltage generating unit, and a second resistor having a temperature coefficient smaller than the temperature coefficient of the first resistor is connected to the ground side of the voltage generating unit. The recording element substrate according to claim 1 or 2, wherein

4. The recording element substrate according to claim 3, wherein the first resistor has a positive temperature characteristic and the second resistor has a negative temperature characteristic.

The recording element substrate according to claim 3, wherein the first resistor and the second resistor have a positive temperature coefficient.

The recording element substrate according to claim 3, wherein the first resistor and the second resistor have negative temperature characteristics.

The recording element substrate according to claim 4, wherein the resistor having the positive temperature characteristic includes any of AlCu, AlSi, and Poly-Si.

7. The recording element substrate according to claim 4, wherein the resistor having the negative temperature characteristic includes a PN junction type diode or Si.

9. A plurality of at least one of the first or second resistors is provided, and the plurality of first or second resistors are connected in parallel, any one of claims 3 to 8. The recording element substrate according to item 1.

The printing element substrate according to claim 1, wherein the printing element substrate includes a plurality of the voltage generation units, and the plurality of voltage generation units are connected in series.

11. The recording element substrate according to claim 1, further comprising a heating element that heats the liquid to discharge the liquid to generate bubbles in the liquid.

The recording element substrate according to claim 11, wherein at least one of the first resistor and the second resistor is disposed along the heating element.

A discharge port for discharging the liquid, a supply port for supplying the liquid to the discharge port, a second drive circuit for driving the heating element, and a selection circuit for selecting the heating element. Further has,
When the recording element substrate is viewed from the ejection port side, the supply port, the second heating unit, the voltage generation unit, the second drive circuit, and the selection circuit are arranged in this order. The recording element substrate according to claim 11 or 12, which is characterized in that.

The heating unit includes a discharge port for discharging the liquid, and the heat generating unit generates thermal energy used to generate bubbles in the liquid for discharging the liquid from the discharge port. The recording element substrate according to any one of claims 1 to 10.

A liquid ejection head comprising the recording element substrate according to claim 1.