JP3632329B2

JP3632329B2 - 記録ヘッド

Info

Publication number: JP3632329B2
Application number: JP29908996A
Authority: JP
Inventors: 邦仁佐藤; 徹三原; 広太中山
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd; Fujifilm Business Innovation Corp
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 1996-11-11
Filing date: 1996-11-11
Publication date: 2005-03-23
Anticipated expiration: 2016-11-11
Also published as: JPH10138482A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発熱素子に電気エネルギーを印加して発熱させる記録ヘッドに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在、大きく注目されている記録技術の一つとしてインクジェット記録方式がある。インクジェット記録方式は、記録品質、記録スピードと価格のバランスに優れており、さらにカラー化が容易、普通紙への記録が可能、静粛性がよいという利点を持つ。１９８５年以降、連続的に吐出しているインクを選択的に紙面に着弾させるコンティニュアス方式は陰を潜め、選択的にインクを吐出させるドロップオンデマンド方式が主流になった。現在、ドロップオンデマンド方式には、インクを急激に加熱し発生した気泡によりインクを吐出させるサーマル（バブル）方式と、電圧を印加すると変形するセラミックを用いてインクを吐出させるピエゾ方式がある。
【０００３】
サーマル方式の場合、ピエゾ方式に比べてインクに噴射エネルギーを加えるための発熱素子が比較的単純な薄膜プロセスで作成できることから、発熱素子と同一基板上に同一薄膜プロセスで作成された電子回路を搭載する構成が増えている。例えば、特開平５−３１８９８号公報では、発熱素子と同一基板上に、ドライバトランジスタとシリアル画像データに対応して選択的にドライバを駆動するための論理機能素子（シフトレジスタ、ラッチなど）回路を搭載する構成が提案されている。
【０００４】
サーマル方式の場合、記録に熱エネルギーを利用することから記録中に自己昇温する。インクは温度が高くなると粘度が低下するため、温度変化があると噴射滴量が変化し、画像劣化を引き起こす。このような問題に対して、例えば特開平５−３１９０６号公報などに見られるように、温度変化が生じても噴射滴量を一定にする手法として、発熱素子の駆動を単一パルスで行なうのではなく、プレパルスとメインパルスの２つで行ない、温度によりプレパルス幅を変更するという手法が提案されている。
【０００５】
発熱素子を搭載した基板の温度を検出するには、インクジェット記録ヘッドに精度の良い温度検知素子を外付けで設置して温度を検出する方法が一般的である。しかし、発熱素子を搭載した基板に温度検知素子を形成できれば、その方が応答性の高い温度検知が可能である。また、その基板内に形成した温度検知素子だけで温度検知が十分であれば、外付けの温度検知素子を設置するための工数、コストが削減できる。例えば、特開平７−２１４７９３号公報では、発熱素子を搭載した基板内にアルミニウムの温度検知素子を設け、抵抗値バラツキ補正を外部の可変抵抗器などにより行なう方法が提案されている。しかし、アルミニウムは低抵抗率であるため、温度検知素子として大面積を必要とするので、基板面積が大きくなってしまうという問題がある。
【０００６】
また、例えば、特開平６−３３６０７１号公報では、発熱素子を搭載した基板内のダイオード部分を温度検知素子として利用し、記録装置内の正確な温度検知素子と合わせて精度よく温度を検出する方法が提案されている。しかし、温度検知素子となるダイオード部分を作成するための特別なプロセスを必要とするため、プロセスコスト増大を招くという問題がある。
【０００７】
さらに、各インクジェット記録ヘッドごとにバラツキのない安定した温度検知素子が望まれるが、通常はそれぞれ抵抗等の特性が違うなど、プロセス的なバラツキを持っており、問題となっている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、個々の記録ヘッドごとの特性情報を保持することができる記録ヘッドを提供し、さらには、低コストで感度の良い温度検知を可能として画質を向上させるとともに、個々の記録ヘッドのプロセス的なバラツキを除去して、高信頼性の記録ヘッドを提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、熱エネルギーを発生する複数の発熱素子と、該発熱素子を駆動するドライバと、該ドライバを画像データに応じて制御する駆動回路を同一基板内に形成した記録ヘッドにおいて、前記基板内に、温度を検知する温度検知素子と、該温度検知素子の特性情報を保持する保持回路が設けられており、該保持回路は複数のヒューズ素子で構成されてなり、該ヒューズ素子の一方の端子は接地され、もう一方の端子にはヒューズ切断用パッドが接続され、該ヒューズ切断用パッドと電源との間にＮチャンネルＥ−ＭＯＳトランジスタが接続されており、かつ、前記特性情報は、前記温度検知素子による検知温度のバラツキ情報であることを特徴とするものである。
【００１９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の記録ヘッドにおいて、前記温度検知素子の出力と前記保持回路の出力は、同一信号線であることを特徴とするものである。
【００２０】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の記録ヘッドにおいて、さらに、前記温度検知素子の標準品用温度算出データと前記保持回路の出力に対応したオフセットデータを予め記憶する記憶手段と、該記憶手段に記憶されている前記標準品用温度算出データと前記オフセットデータを用いて前記温度検知素子の出力および前記保持回路の出力から前記基板内の温度を算出する温度算出手段を備えていることを特徴とするものである。
【００２１】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の記録ヘッドにおいて、前記オフセットデータは、温度であることを特徴とするものである。
【００２４】
【発明の実施の形態】
図２は、本発明のインクジェット記録ヘッドの実施の一形態における発熱素子基板に形成される発熱素子および駆動回路等の構成図である。図中、１は共通電極、２は発熱素子、３はドライバ素子、４はプリドライバ、５はＮＡＮＤ回路、６は１６ｂｉｔカウンタ、７は６４ｂｉｔラッチ、８は６４ｂｉｔシフトレジスタである。図２の構成では、発熱素子２を駆動するためのパルスが単一であってもダブルパルスであっても差し支えない。
【００２５】
この例では、６４個の発熱素子２を搭載している。ここで、６４個の発熱素子２と記述したが、厳密には６４個分の発熱素子２の領域を持ったということである。つまり、発熱素子２を置く領域だけがあって実際には発熱素子２がなかったり、通常の印字には使用しない特性の異なる素子であったり、いわゆるダミー素子である場合も含んでいる。例えば、異なる色のインクを一つの基板を使用して印字を行なう場合、異なる色の境界に幾つかのダミー素子を設けることが多い。この明細書では、以上のことを踏まえて、発熱素子の配置可能数を発熱素子数と呼ぶことにする。
【００２６】
図２では、６４個の発熱素子２を４つずつ１６個のブロックに分けて分割駆動する場合である。６４個の発熱素子２の一端はすべて共通電極１を介して電源に接続されている。また、他端はそれぞれドライバ素子３に接続されている。ドライバ素子３は、例えばＭＯＳ−トランジスタなどで構成することができ、発熱素子２を駆動する。プリドライバ４は、対応する発熱素子２の駆動信号を昇圧してドライバ素子３の制御電極、例えばＭＯＳ−ＦＥＴではゲート電極に入力する。ＮＡＮＤ回路５には、１６ｂｉｔカウンタ６からのブロック分割駆動信号の１本と、ＥＮＡＢＬＥ信号と、６４ｂｉｔラッチ７からのデータ信号が入力されており、対応する発熱素子２が選択され、印字すべきデータが存在し、さらにＥＮＡＢＬＥ信号が入力されたとき、プリドライバ４へ駆動信号を出力する。
【００２７】
１６ｂｉｔカウンタ６は、クロックをカウントしてブロック分割駆動信号を発生し、各ブロックに対応するＮＡＮＤ回路５に入力する。６４ｂｉｔラッチ７は、各発熱素子２に対応した印字データを保持する。６４ｂｉｔシフトレジスタ８は、シリアル入力された印字データを順次保持し、６４ｂｉｔラッチ７にパラレルに転送する。
【００２８】
図３は、本発明のインクジェット記録ヘッドの実施の一形態における動作の一例を示すタイミングチャートである。最初の印字を行なう前に、予め各発熱素子２に対応した６４個の印字データを６４ｂｉｔシフトレジスタ８にシリアルに入力する。その後、ＤＲＳＴ信号で６４ｂｉｔラッチ７をリセットし、ＬＣＬＫ信号により６４ｂｉｔシフトレジスタ８内の全ての印字データを６４ｂｉｔラッチ７に転送してラッチさせる。６４ｂｉｔラッチ７は、印字データをそれぞれのＮＡＮＤ回路５に出力している。
【００２９】
１６ｂｉｔカウンタ６は、ＢＲＳＴ信号でリセットされ、ＢＤＩＲ信号で駆動順序が選択された後、ＢＣＬＫ信号をカウントしてブロック分割駆動信号を選択的に送出する。図３ではＢＤＩＲ信号が‘Ｌ’で順方向印字、‘Ｈ’で逆方向印字を選択する。１６ｂｉｔカウンタ６は、まず最初のＢＣＬＫ信号によりブロック１に対するブロック分割駆動信号を１〜４番目のＮＡＮＤ回路５に対して出力する。外部よりプレパルスおよびメインパルスを有するＥＮＡＢＬＥ信号が入力されると、１〜４番目のＮＡＮＤ回路５のうち６４ｂｉｔラッチ７から印字データが出力されているもののみがＥＮＡＢＬＥ信号に従った駆動信号を出力し、プリドライバ４を介してドライバ素子３が駆動される。これにより１〜４番目の発熱素子２のうち印字データが存在するものに電流が流れ、発熱素子２が発熱する。このとき、プレパルスではインクは吐出されず、発熱素子２の発熱による昇温のみが行なわれ、次のメインパルスで発熱素子２の発熱によってインク中に気泡が発生し、インクが吐出されて印字が行なわれる。
【００３０】
続いて１６ｂｉｔカウンタ６は次のＢＣＬＫ信号をカウントしてブロック２に対するブロック分割駆動信号を５〜８番目のＮＡＮＤ回路５に対して出力し、５〜８番目の発熱素子２のうち印字データの存在するものが発熱して印字が行なわれる。以下、順にブロック１６まで駆動して印字を行なう。この間に、次の６４個分の印字データをシリアルに６４ｂｉｔシフトレジスタ８に入力する。
【００３１】
１６個のブロックの駆動が終了すると、ＢＲＳＴ信号により１６ｂｉｔカウンタがリセットされ、ＢＤＩＲ信号により駆動方向が設定される。図３では逆方向の駆動が設定されている。また、ＤＲＳＴ信号によって６４ｂｉｔラッチ７がリセットされ、ＬＣＬＫ信号によって６４ｂｉｔシフトレジスタ８内の印字データが６４ｂｉｔラッチ７にラッチされる。以後、１６番目のブロックから順に駆動され、最後に１番目のブロックが駆動される。これら一連の動作を繰り返し、印字を行なう。
【００３２】
インクジェット記録ヘッドでは、上述のようにインクの温度によりインクの粘度が変化し、噴射滴量が異なってくる。そのため、何らかの手段で温度を検知する必要がある。図１は、本発明のインクジェット記録ヘッドの実施の一形態における温度検知素子の説明図である。図中、１１はヒータチップ、１２はサーミスタ、２１はＳｉ基板、２２はＮ−拡散層、２３はＮ＋拡散層、２４はＬＯＣＯＳ、２５はＢＰＳＧ、２６は配線、２７はＰＳＧである。この実施の形態では、図１（Ａ）に示すように、発熱素子などを配置するヒータチップ１１上に温度検知素子としてサーミスタ１２を作製した。サーミスタ１２の片方の端子は基板内で接地されており、もう一方の端子に電流を印加して電圧を測定する。
【００３３】
サーミスタ１２は、図１（Ｂ）に示すように、Ｎ−（Ｎ型低濃度）拡散層２２を用いて作製した。Ｎ−拡散層２２は、２〜３×１０^１２／ｃｍ^２程度の濃度のＰイオンを約１８０ｅＶで注入して拡散させたものである。通常、２０Ｖ以上の耐高電圧ＭＯＳトランジスタを作製する場合には、これと同等なＮ−拡散層をゲート近傍オフセットドリフト領域として作製し、ＭＯＳトランジスタの耐電圧を向上させる。そのため、発熱素子２を駆動するためのドライバ３を高耐圧ＭＯＳトランジスタで作製する場合には、図１（Ｂ）に示す構造のＮ−拡散層２２を、特別なプロセスを用いなくても設けることができる。
【００３４】
図１（Ｂ）中のＮ＋（Ｎ型高濃度）拡散層２３は、４〜５×１０^１５／ｃｍ^２程度の濃度のＡｓイオンを約４０ｅＶで注入して拡散させたものである。通常のＭＯＳトランジスタを作製する場合、ドレインおよびソースにこれと同等のＮ＋拡散層を設けて、Ａｌ等の配線材にコンタクトを経由して接続する。図１（Ｂ）でＮ＋拡散層２３は、パッドからＡｌ配線２６で接続されている。
【００３５】
図１（Ｂ）において、Ｎ−拡散層２２のシート抵抗は約３．６ｋΩ／□、Ｎ＋拡散層２３のシート抵抗は約３０Ω／□である。大きさの具体例としては、図１（Ｃ）に示す平面図において、図中の上下方向の幅が６４μｍ、図中の左右方向のＮ−拡散層２２の長さが１２８μｍ、Ｎ＋拡散層２３の長さが９μｍとすることができる。これらからわかるように、支配的な抵抗成分にはＮ−拡散層２２の部分である。この部分が温度により抵抗変化を起こし、ＰＴＣ（ＰｏｓｉｔｉｖｅＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＣｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔＴｈｅｒｍｉｓｔｏｒ）素子となる。
【００３６】
ここで、Ｐイオンを５〜８×１０^１５／ｃｍ濃度程度で約１００ｋｅＶのエネルギーで注入したポリシリコンをサーミスタ１２として用いてもよい。一般にポリシリコンはＭＯＳトランジスタのゲートや配線材として利用される。ポリシリコンをサーミスタとして利用する場合、抵抗値バラツキが数十℃相当あるが、後述するようにクラス分け回路を利用することにより精度良く温度検出可能である。温度係数は、０．０５％／℃程度とかなり小さいが、外部読み取り装置の精度が十分ならサーミスタ素子として利用できる。
【００３７】
図４は、Ｎ−拡散層を用いたサーミスタの温度と抵抗値の関係の説明図であり、図４（Ａ）にはその関係をグラフとして示し、また図４（Ｂ）には表として示している。温度と抵抗値の関係は、温度Ｔ０（Ｋ）の時の抵抗値Ｒ０、温度Ｔ１（Ｋ）の時の抵抗値Ｒ１とするとき、
Ｒ１＝Ｒ０×ｅｘｐ（Ｂ×（Ｔ１−Ｔ０））
で近似可能である。しかし、図４（Ａ）に示すように直線で近似しても問題がない。なお、具体的な平均温度係数（ｋΩ／１０℃）を示すと、平均＝０．３８８９９５、標準偏差（σ）＝０．００９６７、３σ／平均＝０．０７４５７４、初期値（３０℃のときの抵抗値）に対する平均温度係数（％／℃）を示すと、平均＝０．０５４８０３、標準偏差（σ）＝０．０００３６６、３σ／平均＝０．０２００２１である。
【００３８】
図５は、Ｎ−拡散層を用いたサーミスタの所定温度（３８℃）の際の抵抗値のバラツキを示すヒストグラムである。ここでは、ある数ロットから抽出した発熱素子を搭載した基板内のＮ−拡散層を用いたサーミスタについて、３８℃の時の抵抗値を測定した。その結果、図５に示すように分布した。この分布から、平均値は７．３９７５ｋΩであった。標準偏差をσとしたとき、ほとんどのサンプルが含まれる±３σの間（すなわち６σ）では、抵抗値のバラツキは温度に換算すると約２０℃相当になる。
【００３９】
図６は、Ｎ−拡散層を用いたサーミスタの所定温度（３０℃）における抵抗値と温度係数（Ω／℃）の関係の一例の説明図である。この例では、図６（Ｂ）に示すように、３０℃におけるサーミスタの抵抗値の平均は約７．１０ｋΩであり、バラツキ（３σ／平均）は６．７８％であった。温度係数（Ω／℃）は３８．９Ωであり、バラツキ（３σ／平均）は７．４６％であった。また、３０℃の抵抗値を基準とする温度係数（％／℃）は０．５４８％、バラツキ（３σ／平均）は２．００％であった。
【００４０】
図６（Ａ）からわかるように、所定温度（３０℃）における抵抗値と温度係数（Ω／℃）は強い正の相関があることがわかる。したがって、サーミスタの所定温度における抵抗値をあらかじめ何らかの手段により保持しておくことにより、その抵抗値から温度係数が得られ、精度のよい温度検出が可能である。
【００４１】
図７は、Ｎ−拡散層を用いたサーミスタの温度誤差の説明図である。図６（Ｂ）から、所定温度（３０℃）における抵抗値の平均７．１０ｋΩ、バラツキ（３σ／平均）が６．７８％であることから、所定温度（３０℃）における抵抗値のバラツキは、図７（Ａ）に示すように温度に換算して２４．７℃相当ある。また、温度係数の平均が３８．９Ω／℃であり、バラツキ（３σ／平均）が７．４６％であるので、温度係数の＋３σ側が４１．８Ω／℃、−３σ側が３６．０Ω／℃となる。図６（Ａ）に示すように所定温度における抵抗値と温度係数とは強い正の相関があることから、所定温度における抵抗値の大きい側で温度係数が大きくなり、所定温度における抵抗値の小さい側で温度係数が小さくなる。そのため、発熱素子を形成した基板に搭載したサーミスタは、図７（Ａ）に示すような範囲の値を取りうることになる。しかし、所定温度（３０℃）における抵抗値が決まれば、温度係数もほぼ決まるので、抵抗値と温度との関係は１本の直線で近似できる。
【００４２】
さらに、所定温度（３０℃）における抵抗値に対する温度係数（％／℃）による誤差も生じる。この誤差は図６（Ｂ）より約０．５５％である。しかし、この誤差は所定温度（３０℃）における抵抗値にはあまり関係はなく、バラツキ（３σ／平均）は２．００％とほとんど変わらない。所定温度（３０℃）におけるある抵抗値について考えると、図７（Ｂ）に示すように、温度係数（％／℃）の誤差により温度変化に対する抵抗値の変化量、すなわちグラフの傾きが変化する。例えば、所定温度（３０℃）からＴ℃上昇したときの抵抗値は、所定温度（３０℃）における抵抗値を初期値とすれば、
初期値×０．００５５×（１±０．０２）×Ｔ＋初期値
である。３０℃〜６０℃の温度検出精度を考察してみると、初期値に対する温度係数（％／℃）のバラツキ（３σ／平均）は２．０％であるから温度係数の誤差は３０℃差で±０．６℃相当になる。
【００４３】
上述のように、サーミスタの所定温度（３０℃）における抵抗値と温度係数との関係を用いて、精度のよい温度検出が可能である。所定温度（３０℃）における抵抗値と温度係数との関係を求める際に、例えば関数を用いて計算により求める方法もあるが、例えばテーブル等を用いて求める方法も高速化の観点から現実的である。この場合、所定温度（３０℃）における抵抗値をある範囲ごとに区切り、その範囲ごとに温度係数との関係を定めればよい。この区切られた抵抗値の範囲をクラスと呼ぶことにする。
【００４４】
例えば、所定温度（３０℃）における抵抗値を２℃ごとにクラス分けすることを考える。所定温度（３０℃）における抵抗値のバラツキが上述のように２４．７℃であった場合、２℃ごとにクラス分けを行なうなら１３クラスで実現可能である。
【００４５】
図７（Ｃ）に示すように、所定温度（３０℃）における抵抗値が２℃の範囲内にあるとき、その中央の値で代表させると、代表値との誤差は±１℃以内である。図７（Ｂ）でも説明したように、所定温度（３０℃）におけるある抵抗値において、３０℃から６０℃に変化したときの温度の誤差は約±０．６℃であるから、代表値との誤差は６０℃において合計±１．６℃となる。
【００４６】
なお、温度の算出は、現在の抵抗値をＲ、３０℃の時の抵抗値をＲ３０として、
Ｔ（℃）＝（Ｒ−Ｒ３０）／（Ｒ３０×０．００５５）
で求めることができる。実際のインクジェット記録ヘッドの温度は２０〜７０℃になり得るが、それでも±２℃以内の誤差で温度を測定できる。もっとも、記録中のインクジェット記録ヘッドの温度は、ほとんど３０℃〜６０℃の範囲である。
【００４７】
上述のように所定温度（３０℃）における抵抗値をクラスに分け、各クラスごとに温度を求めるためには、作製したサーミスタがどのクラスに属するかを保持しておき、実際の温度測定の際に読み出す必要がある。以下、このクラス分けの情報を保持するための構成について説明する。この実施の形態では、このクラス分け回路も発熱素子を搭載した基板内に実現している。外部に設けるより、その方が工数、コスト的に有利である。
【００４８】
図８は、本発明のインクジェット記録ヘッドの実施の一形態におけるクラス分け回路の一例を示す回路図である。図中、３１はヒューズ、３２はＥ−ＭＯＳトランジスタ、３３はパッド、３４はＤラッチ、３５はＤ−フリップフロップである。この例では、ヒューズ３１を選択的に切断して情報を書き込む。この例では４つのヒューズ３１を示しており、４ｂｉｔで１６のステータスを実現している。情報の書込は、例えば電気的特性の評価時にサーミスタの抵抗値を読み取り、その抵抗値に基づいて選択的にヒューズを切断すればよい。
【００４９】
また、読み出す際にはヒューズ３１の状態を各Ｄ−フリップフロップ３５の初期状態（‘Ｈ’または‘Ｌ’状態）として設定し、クロックを入力してこれらのデータをシリアルに読み取る。もちろん、さらに多数のヒューズ３１およびＤ−フリップフロップ３５を用いればそれだけ多くのステータスを実現できる。
【００５０】
ヒューズ３１は、例えばＡｌを３〜５μｍ程度の幅で数百μｍ程度の長さのものを使用することができる。長さ／幅を５０〜１００程度に設置することが必要である。切断時の電圧は２〜５Ｖ程度、切断時の電流は５００ｍＡ〜１Ａ程度である。長さ／幅が小さ過ぎると、ヒューズ部の抵抗値が少なすぎて治具の破損等が発生し、また長さ／幅が大きすぎるとヒューズ部の抵抗値が大きすぎ、大電流を流すことができなくなりヒューズを切断できない。Ｐイオンを５〜８×１０^１５／ｃｍ程度の濃度で約１００ｋｅＶのエネルギーで注入したポリシリコンもヒューズとして利用可能である。ポリシリコンを用いる場合は、３μｍ程度の幅で５〜１０μｍ程度の長さにすればよい。
【００５１】
ヒューズ３１の一端は接地されており、他端はＥ−ＭＯＳトランジスタ３２、パッド３３、およびダイオードを介してＤ−フリップフロップ３５のＮＲＳＴ端子に接続されている。パッド３３はヒューズ３１の切断用の電流を流すためのものである。情報の書込時に切断するヒューズ３１に対応したパッド３３に書込用の電流を流し、ヒューズ３１を切断する。ヒューズ３１の切断時に、切断用のパッド３３から過電圧が印加され得るため、パッド３３と電源の間にＮチャンネル高耐圧Ｅ（Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ）−ＭＯＳトランジスタ３２を接続している。パッド３３に接続する外部の治具に過電圧吸収回路等を設けて、瞬間でも１０Ｖ程度まで印加されないようにすれば、通常のＥ−ＭＯＳトランジスタやＤ（Ｄｅｐｌｅｔｉｏｎ）−ＭＯＳでも可能である。
【００５２】
また、Ｅ−ＭＯＳトランジスタ３２とヒューズ３１との直列回路によって、ヒューズ３１が未切断時は、Ｅ−ＭＯＳトランジスタ３２とヒューズ３１との接続点の電位が‘Ｌ’レベルになり、またヒューズ３１の切断時は‘Ｈ’レベルになる。このようにヒューズ３１の導通状態によって、Ｄ−フリップフロップ３５への入力論理を変えることができる。
【００５３】
Ｄ−フリップフロップ３５は、ＣＬ端子に入力されるＢＲＳＴ信号の論理によって、ＢＲＳＴ信号が‘Ｈ’のとき‘Ｌ’をＱ端子に出力し、同時にＮＲＳＴ端子に入力された信号の負論理をＤ端子に出力し、ＢＲＳＴ信号が‘Ｌ’のときクロックの立ち上がり時のＤ端子の論理をＱ端子に出力する。最左端のＤ−フリップフロップ３５のＤ端子にはＤラッチ３４の出力が入力されている。また、最右端のＤ−フリップフロップ３５のＱ端子の出力が各ヒューズ３１に書き込まれた情報の読み出し出力となる。隣接するＤ−フリップフロップ３５間では、左側のＤ−フリップフロップ３５のＱ端子の出力が右側のＤ−フリップフロップ３５のＤ端子に入力されている。
【００５４】
図９は、本発明のインクジェット記録ヘッドの実施の一形態におけるクラス分け回路の動作の一例を示すタイミングチャートである。ここでは、ヒューズ３１は、左から非切断、切断、非切断、切断とする。例えば、実際の記録の際に、プリンタ側は電源投入時等にクラス分け回路の出力を読み取る。
【００５５】
ＢＲＳＴ信号が‘Ｈ’の時に各Ｄ−フリップフロップ３５にヒューズ３１の切断または非切断の状態に応じた論理が設定される。例えば、最右端のヒューズ３１は切断であるので、Ｄ−フリップフロップ３５のＮＲＳＴ端子は‘Ｌ’となり、Ｄに‘Ｈ’が設定される。そしてＢＲＳＴ信号が‘Ｌ’となり、ＤＣＬＫ信号をクロックにして各Ｄ−フリップフロップ３５に保持されている値が右隣のＤ−フリップフロップ３５へと送られ、最右端のＤ−フリップフロップ３５から出力される。この例では、‘Ｈ’，‘Ｌ’，‘Ｈ’，‘Ｌ’がシリアルに出力される。例えば、‘Ｈ’を１、‘Ｌ’を０とすれば、「１０１０」というデータが読み出されたことになる。なお、ＤＣＬＫ信号によるデータの右側への転送に従って、最左端のＤ−フリップフロップ３５にはＤラッチ３４から‘Ｌ’が常に供給される。
【００５６】
図８に示したようなヒューズ３１を用いるクラス分け回路は一例であって、他の記憶素子を用いた構成であってももちろんよい。また、ここではデータの出力をシリアルに行なったが、例えばパッド３３を用いてパラレルにデータを取り出すことも考えられる。さらに、電気的な読み出しの他にも、クラス分けデータをマーキングしておき、光学的に検出するなど、他の方法であってもよい。ただしこれらの方法では、別途読取手段が必要になるため、コストはアップする。
【００５７】
上述のようなクラス分け回路からの出力を読み取った後、その情報を保持しておき、サーミスタの抵抗値とクラス分け情報から温度の算出を行なう。すなわち、クラス分け情報から所定温度（３０℃）における抵抗値とそのときの温度係数がわかるので、上述のようにこれらの値から温度を算出できる。この時の温度の誤差は、図７（Ｃ）にも示したように、３０℃の昇温時に±１．６℃程度である。
【００５８】
図１０は、本発明のインクジェット記録ヘッドの実施の一形態におけるクラス分け出力とサーミスタ出力を同一端子から読み取る構成の一例の説明図である。図１０（Ａ）に示すように、電源ＶＤＤとサーミスタの出力との間にＦＥＴを挿入し、そのＦＥＴのゲートに図８に示すクラス分け回路の出力を接続する。クラス分け回路から出力される信号が‘Ｈ’レベルの時には、ＦＥＴが導通状態となり、サーミスタ出力は‘Ｈ’レベルとなる。また、クラス分け回路からの出力が‘Ｌ’レベルの時には、ＦＥＴが遮断状態となって実質的に‘Ｌ’レベルとなるとともに、サーミスタの出力を検出することができる。
【００５９】
あるいは、図１０（Ｂ）に示すように、サーミスタとＦＥＴを並列に接続し、ＦＥＴのゲートにクラス分け回路の出力を接続してもよい。この場合には、クラス分け回路の出力が‘Ｈ’のとき、ＦＥＴが導通してサーミスタ出力は‘Ｌ’レベルとなり、クラス分け回路の出力が‘Ｌ’のとき、ＦＥＴが遮断されて外部プルアップ抵抗により実質的に‘Ｈ’レベルとなるとともにサーミスタの出力を取り出すことができる。
【００６０】
このような構成によって、発熱素子を搭載した基板と接続される他の基板間あるいは本体との間の信号線を少なくすることができ、小型化、低コスト化の面で都合がよい。
【００６１】
図１１は、サーミスタの温度と抵抗値の関係の別の説明図である。図１１では、１０℃〜９０℃での温度とサーミスタの抵抗値の関係を、標準品と、あるデバイス群のほぼ最大抵抗の素子、ほぼ最小抵抗の素子について示したものである。標準品の場合を実線で、最大抵抗および最小抵抗の素子の場合を破線で示している。後述するように、便宜上、標準からの差異が同程度のものを選んだ。
【００６２】
上述の説明では、温度と抵抗値との関係を直線近似により求めた。すなわち、３０℃での抵抗値Ｒ３０を基準にして、抵抗値の変化率は一定（０．５５％×Ｒ３０）としている。ここでは、あらかじめ標準品の温度と測定するサーミスタの抵抗値の関係がわかっていて、また標準品の抵抗値では温度を求めることができるものとする。例えば、ある抵抗値刻みで温度と対応させたテーブルを記憶しておくことでも実現できる。
【００６３】
上述のように、Ｎ−拡散層を用いたサーミスタの抵抗値はバラツキがあるが、図１１はバラツキの特性も示している。ある温度の時、例えば２０℃のとき、抵抗値は最大抵抗品、標準品、最小抵抗品で違う。例えば、最大抵抗値と標準品の差異Ｒ１は３５０Ω、最小抵抗品と標準品の差異Ｒ２は３２７Ωである。同様に、例えば、８０℃の時、最大抵抗品と標準品の差異Ｒ３は４５６Ω、最小抵抗品と標準品の差異Ｒ４は４４０Ωである。このように、抵抗値の差異は温度により異なるし、標準品からのずれも異なる。
【００６４】
ところが、ある抵抗値、例えば７．２２ｋΩの時の最大抵抗品と標準品の差異Ｔ１は温度で１０℃、最小抵抗品と標準品の差異Ｔ２も温度で１０℃相当である。同様に、例えば９．６２８ｋΩの時、最大抵抗品と標準品の差異Ｔ３は温度で１０℃、最小抵抗品と標準品の差異Ｔ４も温度で１０℃相当である。要するに、この例では最大抵抗品はいつも１０℃相当標準品より高く、逆に最大抵抗品はいつも１０℃相当標準品より低く表示することがわかる。したがって、最初例えば３０℃の時標準品から何度相当違うかをオフセット値として保持しておけば、正確な温度検出が可能である。
【００６５】
図１２は、本発明のインクジェット記録ヘッドの実施の一形態におけるサーミスタ出力とシステムとの接続部の一例の説明図である。図１２に示すように、サーミスタの出力に、外部でプルアップ抵抗をつけ、Ａ／Ｄコンバータで読み取る。サーミスタの抵抗値を読み取る場合、定電流印加で電圧を読み取るようにするよりも、遥かに簡単に構成可能である。システム側では読み取りの間隔やタイミングにより、例えば入力抵抗１０ｋΩ、入力容量１０μＦ程度を設けた方がよい場合もある。
【００６６】
図１３は、サーミスタの出力電圧と温度との関係の一例を示すグラフである。図１２に示すプルアップ抵抗として適当な抵抗値のものを選択して取り付け、サーミスタの出力として電圧を測定すると、サーミスタの出力電圧は図１３に示すように温度に対し直線とすることができる。直線の場合、係数と切片だけを保持しておけばよく、メモリ節約になる。したがって、プルアップ抵抗は、振幅が大きくなることと、出力が直線近似できるように選べる場合はそのように設定するのがよい。ここでは、プルアップ抵抗を例えば７．５０ｋΩとした。
【００６７】
図１４は、サーミスタの出力電圧と温度との関係の一例の説明図である。ここでは、図１２に示す構成において、電源ＶＤＤ＝５Ｖとし、各温度におけるサーミスタの出力電圧ＶｏｕｔをＡ／Ｄコンバータによって１０ｂｉｔで分解し、１６進表示で表わしたものである。図１３に示したように、プルアップ抵抗の値を適当に競ってすることによってサーミスタの出力が直線になる。標準品の場合、
Ｔ（℃）＝０．８３３×Ｖｏｕｔ−３９９
で温度を算出可能である。個々のサーミスタの標準品からのずれは、切片値をオフセット値として保持すればよい。図１４に示したようなサーミスタの出力電圧Ｖｏｕｔと温度の関係をテーブルで保持することもできるが、切片値をオフセット値として保持した場合にはメモリの節約になる。しかし、図１４に示すような関係をテーブルで保持した方が若干計算時間が短いという利点がある。
【００６８】
また、図１３に示すように直線で近似できる場合で、テーブルから温度を求める場合、オフセットは温度とテーブルの刻みとで、どちらか分解能のよい方にするのが効果的である。図１４では、例えば、サーミスタの出力電圧Ｖｏｕｔ＝２０２（１６進）の時、温度＝３０℃であり、Ｖｏｕｔ＝２０Ａ（１６進）の時、温度＝３６℃である。温度差６℃の部分をサーミスタの出力電圧Ｖｏｕｔの刻みは８刻みになっているので、温度差を整数値で持つよりもサーミスタの出力電圧Ｖｏｕｔの刻みで持つ方が分解能がよい。したがって、テーブルの刻み数をオフセットに設けた方が分解能誤差の点で有利である。上述の説明で例示したサーミスタおよびプルアップ抵抗を使用した場合、読み取るＡ／Ｄコンバータが１０ｂｉｔ以上ならテーブルの刻み数の方が、９ｂｉｔ以下なら温度の方が分解能が高く、オフセットとして効率がよい。もちろん、オフセットとして温度を小数点以下まで保持することもできる。
【００６９】
図１５は、クラス分けとオフセット値の関係の説明図である。基板の電気的特性検査時にサーミスタの所定温度の抵抗値を読み取り、クラス分けを行なう。例えば、３０℃での電気的特性検査時に、サーミスタの抵抗値が７．５３３ｋΩ〜７．６２０ｋΩであった場合には、この抵抗値は標準品では１２℃高い４２℃の時の抵抗値である。したがって、オフセット温度として−１２℃を設定し、標準品として仮定して抵抗値から温度を算出し、オフセット温度−１２℃を足せば実際の温度が算出可能である。オフセット温度−１２℃に設定するためには、図１５よりクラス分けコードを“０１１０”としておけばよい。クラス分けコードの設定は、例えば図８に示したクラス分け回路にクロックＤＣＬＫ信号を入力した時に、出力論理が“０１１０”になるように、ヒューズ３１を選択的に切断しておけばよい。
【００７０】
実際の記録装置で印字を行なう際には、図１５に示すオフセット値とクラスコード部分の対応関係を、あらかじめ記録装置のＲＯＭなどに記憶させておく。電源投入時にクラス分け回路の出力を読み取り、クラスコードを保持しておく。温度を検出する際には、電圧を測定するなどして標準品と仮定した場合の温度を求める。例えば、図１４に示した関係をテーブル化しておき、サーミスタの出力電圧をＡ／Ｄコンバータでデジタル化してテーブルを参照し、標準品と仮定した場合の温度を求めることができる。オフセット値として温度が設定されている場合は、求めた標準品の温度に、図１５に示す関係から得られるオフセット値を足して実際の温度と認識すればよい。オフセット値がテーブルの刻み数である場合には、図１４に示す関係のテーブルにおいて、オフセット数分だけ前または後のエントリの値を取得し、その標準品の温度を実際の温度として認識すればよい。
【００７１】
そして、このようにして得られた温度に応じて記録制御を行なうことができる。図１６は、温度と駆動パルスの関係の一例の説明図である。上述のように、インクジェット記録方式では、記録中に発生する熱によってインクジェット記録ヘッドが昇温する。インクは温度によって粘度が変化するため、記録時の温度が異なると噴射されるインク滴量が変化し、濃度変化などの画質劣化を引き起こす。例えば、上述の特開平５−３１９０６号公報等に記載されているように、発熱素子に与える駆動パルスとして図１６（Ｂ）に示すようなプレパルスおよびメインパルスを与える場合には、検出した温度によってプレパルス幅を変化させることによってインクの温度をほぼ一定に保つことができる。すなわち、インクジェット記録ヘッドの温度が低い場合には、プレパルス幅を長くして発熱量を多くし、インクの温度を上げる。また、インクジェット記録ヘッドの温度が高い場合には、それほどインクの温度を上げる必要がないので、プレパルス幅を短くして発熱量を少なくする。さらにインクジェット記録ヘッドの温度が高く、プレパルス幅を０にしても発熱量が多い場合には、メインパルスの幅を短くしている。なお、ここでは全体の駆動時間を一定にするため、プレパルスとメインパルスの間の時間も変更している。
【００７２】
このように、検出した温度に応じて駆動制御を行なうことによって、噴射滴を一定に保ち、良好な画質を維持することができる。
【００７３】
なお、上述の説明では、インクジェット記録ヘッドについて説明したが、これに限らず、サーマル型の記録ヘッドなど、熱を用いる各種のヘッドや、熱によって影響を受けやすいタイプの記録ヘッドなどへの応用が可能である。
【００７４】
前述したクラス分け回路は、特にサーミスタのバラツキを補正するだけでなく、その他のデバイス特性の記憶や基板の種類を記録させることにも使用することが可能である。例えば、電気的特性検査時に発熱素子の抵抗値を測定し、その抵抗値に応じてクラスコードを設定し、記録を行なう時にはそのクラスに応じてパルス幅または駆動電圧を変更して使用することも可能である。また、解像度や白黒／カラー用など基板の種類／用途に応じてクラスコードを設定すれば、インクジェット記録ヘッドを装着後、クラスコードを読み取り、基板の種類を検出し、基板種類の取付け間違い等を防止することなども可能である。
【００７５】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、基板ごとに異なる仕様を基板内に容易に保持させることができ、これにより最適条件による駆動や、基板／ヘッドの取付ミスなどを防止することが可能である。また、発熱素子を搭載した基板の温度を、基板に内蔵した温度検知素子を利用して精度良く検知可能である。また、外側に温度検知素子を設ける必要がないのでコスト削減になる。したがって、低コストで印字品質に有利な記録装置を提供できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のインクジェット記録ヘッドの実施の一形態における温度検知素子の説明図である。
【図２】本発明のインクジェット記録ヘッドの実施の一形態における発熱素子基板に形成される発熱素子および駆動回路等の構成図である。
【図３】本発明のインクジェット記録ヘッドの実施の一形態における動作の一例を示すタイミングチャートである。
【図４】Ｎ−拡散層を用いたサーミスタの温度と抵抗値の関係の説明図である。
【図５】Ｎ−拡散層を用いたサーミスタの所定温度（３８℃）の際の抵抗値のバラツキを示すヒストグラムである。
【図６】Ｎ−拡散層を用いたサーミスタの所定温度（３０℃）における抵抗値と温度係数（Ω／１０℃）の関係の一例の説明図である。
【図７】Ｎ−拡散層を用いたサーミスタの温度誤差の説明図である。
【図８】本発明のインクジェット記録ヘッドの実施の一形態におけるクラス分け回路の一例を示す回路図である。
【図９】本発明のインクジェット記録ヘッドの実施の一形態におけるクラス分け回路の動作の一例を示すタイミングチャートである。
【図１０】本発明のインクジェット記録ヘッドの実施の一形態におけるクラス分け出力とサーミスタ出力を同一端子から読み取る構成の一例の説明図である。
【図１１】サーミスタの温度と抵抗値の関係の別の説明図である。
【図１２】本発明のインクジェット記録ヘッドの実施の一形態におけるサーミスタ出力とシステムとの接続部の一例の説明図である。
【図１３】サーミスタの出力電圧と温度との関係の一例を示すグラフである。
【図１４】サーミスタの出力電圧と温度との関係の一例の説明図である。
【図１５】クラス分けとオフセット値の関係の説明図である。
【図１６】温度と駆動パルスの関係の一例の説明図である。
【符号の説明】
１…共通電極、２…発熱素子、３…ドライバ素子、４…プリドライバ、５…ＮＡＮＤ回路、６…１６ｂｉｔカウンタ、７…６４ｂｉｔラッチ、８…６４ｂｉｔシフトレジスタ、１１…ヒータチップ、１２…サーミスタ、２１…Ｓｉ基板、２２…Ｎ−拡散層、２３…Ｎ＋拡散層、２４…ＬＯＣＯＳ、２５…ＢＰＳＧ、２６…配線、２７…ＰＳＧ、３１…ヒューズ、３２…Ｅ−ＭＯＳトランジスタ、３３…パッド、３４…Ｄラッチ、３５…Ｄ−フリップフロップ。

Claims

熱エネルギーを発生する複数の発熱素子と、該発熱素子を駆動するドライバと、該ドライバを画像データに応じて制御する駆動回路を同一基板内に形成した記録ヘッドにおいて、前記基板内に、温度を検知する温度検知素子と、該温度検知素子の特性情報を保持する保持回路が設けられており、該保持回路は複数のヒューズ素子で構成されてなり、該ヒューズ素子の一方の端子は接地され、もう一方の端子にはヒューズ切断用パッドが接続され、該ヒューズ切断用パッドと電源との間にＮチャンネルＥ−ＭＯＳトランジスタが接続されており、かつ、前記特性情報は、前記温度検知素子による検知温度のバラツキ情報であることを特徴とする記録ヘッド。
前記温度検知素子の出力と前記保持回路の出力は、同一信号線であることを特徴とする請求項１に記載の記録ヘッド。
さらに、前記温度検知素子の標準品用温度算出データと前記保持回路の出力に対応したオフセットデータを予め記憶する記憶手段と、該記憶手段に記憶されている前記標準品用温度算出データと前記オフセットデータを用いて前記温度検知素子の出力および前記保持回路の出力から前記基板内の温度を算出する温度算出手段を備えていることを特徴とする請求項１に記載の記録ヘッド。
前記オフセットデータは、温度であることを特徴とする請求項３に記載の記録ヘッド。