JP5166970B2 - 記録ヘッド用素子基板及びその処理方法、記録ヘッド、並びに記録装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数の記録要素が所定数の記録要素を単位としたグループに分割されて配置されている構成の素子基板に関する。さらに、本発明は、該グループ単位で記録データが供給されると共に、記録時にはグループ内で隣接する記録素子が同時に駆動されない構成の素子基板に関する。また、この素子基板を有する記録ヘッドに関する。

インク滴を吐出するためのエネルギーとして熱を利用するインクジェット記録ヘッドとして熱エネルギーを発生する発熱抵抗体（ヒータ）が形成された面の垂直方向にインク滴を吐出する記録ヘッドが知られている。一般にこのタイプの記録ヘッドでは、吐出するためのインクの供給を、上記発熱抵抗体が設けられた素子基板の裏側から、素子基板を貫通するインク供給口を介して行うものである。

ところで、複数個の記録要素を一列に配列した記録ヘッドが特許文献１〜３に開示されている。この種の記録ヘッドは、複数の記録要素を１ブロックとしてブロック内の記録要素を同時に駆動可能とする駆動用集積回路が同一の素子基板上に数個ないし数十個配設されている。そして、画像データを各記録要素に対応させて整列させることにより、記録媒体上に任意の記録を行うことが可能である。

このような記録ヘッドとしては、記録要素を駆動するために必要な最大電力を低下させる等の理由で、前述のように記録要素を複数のブロックに分割し、ブロック毎に順次駆動するブロック分割駆動方式が広く用いられている。

特に、同一の記録要素が連続して駆動されると熱が蓄積され、記録濃度の変化などを生じさせる可能性がある。またこのような記録要素は、隣接する記録要素を構成する発熱抵抗体の熱の影響も受ける。

また、隣接する記録要素を同時に駆動すると、インク吐出の際に生じる圧力により、各記録要素の液路は相互に圧力干渉（クロストーク）する。このようなクロストークにより、記録濃度に変化が生じる場合がある。このため、記録素子を駆動した後、クロストークを避けるための休止時間を設けることが望ましい。

以上のような問題を防止するため、同時駆動可能な記録要素を記録要素の配列方向に分散させる分散駆動が知られている。分散駆動によれば、隣接した記録要素が同時に駆動することがないため、休止時間が設けられたことになり、隣接記録要素からの影響を排除することが可能となる。

一方、高画質化に対しては記録要素の一部を構成するヒータのサイズを小さくすることにより、１ドット当りの吐出量を少なくし小ドット化により画質を向上する方法が提案されている。また、高速記録を行うために、従来の駆動より一層パルス幅を短くした駆動を行うことにより、駆動周波数を上げる方法もある。しかしながら、上述のように高画質化に対応するためヒータサイズを小さくした構成で、高周波数でヒータを駆動させるためには、シート抵抗値を大きくする必要がある。

そこで、図１３（ａ）によりこのようなヒータサイズの差異による各種駆動条件の関係を概略的に説明する。図１３（ｂ）は駆動電圧が一定の時に、ヒータサイズが大きいもの（Ａ）と小さいもの（Ｂ）における、駆動パルス幅（μＳ）に対するヒータのシート抵抗値（Ω／□）及び電流値（Ａ）の変化を示すものである。また図１３（ｃ）は、駆動パルス幅が一定の時に、ヒータサイズが大きいもの（Ａ）と小さいもの（Ｂ）における、駆動電圧（Ｖ）に対するヒータのシート抵抗値（Ω／□）及び電流値（Ａ）との関係を示すものである。

これらの図における駆動条件とヒータサイズとの関係から明らかな通り、ヒータサイズを小さくした場合、ヒータサイズが大きい場合と同一条件で駆動させるためにはシート抵抗値を大きくする必要がある。また、シート抵抗値を大きくし駆動電圧を高くして駆動させることにより、消費される電流値が小さくなり、ヒータ以外の抵抗部分におけるエネルギー消費が少なくなり、省エネルギー化が達成できる。特に、ヒータを複数配置した構成の記録ヘッドではその効果は大きくなる。

そこで、ＴａxＳｉyＮz（原子数の比率でｘ：ｙ：ｚ＝２０〜８０：３〜２５：１０〜６０）の薄膜で構成されるヒータが特許文献４，５に開示されている。このような構成により、小ドット化に対応した高抵抗のヒータ特性を可能とし、記録ヘッドに用いた場合に省エネルギー化を可能にすることができる。

更に、記録ヘッドに使用されるヒータに求められる特性には、高抵抗化できることと共に、所望の性能が維持されることがある。すなわち、記録ヘッドのヒータは、短パルスが与えられて６００〜７００℃の温度まで到達し、インク中に気泡を発生させインクを吐出する。そしてこのような高温状態と室温状態とが高周波で繰り返されるため、性能の維持ができなくなると、ヒータの抵抗値が変化しインクを吐出する上で問題となる場合がある。

すなわち、一般的に記録ヘッドは定電圧駆動を行っているので、例えば、抵抗値が減少した場合にはヒータに流れる電流が増加し、過剰電流によりヒータの寿命が極端に短くなる。また、逆に抵抗値が増大した場合には、電流が減少してインク吐出ができなくなる可能性がある。そこでヒータは、上述した使用履歴を経た後でも、その抵抗値変動が極小であることが必要である。

このような性能の変化がヒータに生じるか否かについては、ヒータの構成材料の抵抗温度係数（ＴＣＲ特性）を評価することである程度予測可能である。一般的に、ヒータのＴＣＲ特性が小さい（理想的にはゼロが望ましい）ほど、その性能を維持できることがわかっている。ヒータの構成材料の開発においては、高抵抗化と性能の維持を同時に満足することが非常に重要になる。特許文献４，５には、比抵抗が２５００μΩ・ｃｍ以下とすることにより、このＴＣＲ特性を好ましいものとすることができると記載されている。また、高いシート抵抗が得られる材料として、特許文献６〜９には、ＣｒＳｉＮ膜の構成が開示されている。
特開平３−２４７４５５号公報 特開平１０−１１４０７１号公報 特公平２−１８５６１号公報 米国特許第４３９２９９２号明細書 米国特許第４５１０１７８号明細書 米国特許第４５９１８２１号明細書 特開平５―０３１８９９号公報

近年、記録画像の高画質化の傾向として粒状感を実質的になくすことに主眼が置かれ、そのための液滴の吐出量としては、１ｐｌ以下の吐出量が望まれている。

１ｐｌ以下の吐出量で、高駆動周波数、多記録要素でのインク吐出を行うためには、駆動電圧を下げずに記録ヘッドの昇温を抑え、吐出を安定化する必要がある。例えば、駆動電圧２４Ｖ、パルス幅１μｓ、ヒータサイズ１７μｍ×１７μｍとすると、７００Ω／□以上のシート抵抗が必要と考えられる。

ところが、上述のＴａＳｉＮでは、特許文献４，５に記載のように、このＴＣＲ特性を好ましいものとするためには、比抵抗が２５００μΩ・ｃｍ以下とすることが記載されている。すなわち、上述のＴａＳｉＮで近年求められている７００Ω／□以上のシート抵抗（比抵抗にして３０００μΩ・ｃｍ以上）を達成しようとすると、その時のＴＣＲ特性は低下し、性能の維持ができなくなってしまう。また、性能を維持するために抵抗を上げた場合には、比抵抗のばらつきが大きくなる等の生産性の問題も生じる。このため、更なる高抵抗と性能の維持とを同時に満足する材料として新規な材料を見出す必要性が生じていた。また生産性の面からも比抵抗のばらつきに対して性能を維持するためのマージンが十分とれる新たな材料が必要とされていた。

上述のような高いシート抵抗を得られる材料としては、特許文献６〜９に記載のようにＣｒＳｉＮ膜の構成がある。しかしながら、これらのＣｒＳｉＮ膜では、図９に示すように、１．０×１０⁴（１．Ｅ＋０４）程度の回数、実際の記録におけるパルス幅の電圧を印加してしまうと、初期抵抗値から抵抗値が変化してしまう。このような状況では記録の際にヒータにかかるパワーが過剰になってしまい、ヒータが断線してしまうことも考えられる。

ブロック分割駆動を行うサーマルプリンタにおいて、ヒータの駆動を安定化させるために、印字時よりも供給電圧を低くしたヒータ加熱モードを備えたサーマルインクジェットヘッドが知られている。特許文献７に記載のヒータ加熱モードでは、印字時よりも低い電圧で、全てのヒータを同時に駆動させることによって、ヒータの駆動を安定化させている。

ここで、インクジェット記録ヘッドに用いられているヒータ（発熱抵抗体）を備えた記録チップは、図１４（ａ）で示すようなＳi基板上に複数形成される。

この発熱抵抗体は例えば６インチ、８インチ等のＳｉ基板上に窒素ガス及びアルゴンガスを含む混合ガス雰囲気中でＣｒＳｉ合金をターゲットとしたスパッタリング法などを用いて薄膜状に一括で形成されるものである。６インチ、８インチ等のＳｉ基板上にチップを形成している状態の例を図１４（ａ）に示す。発熱抵抗体は、基板上につくられた各チップそれぞれに複数個数が作り込まれている。このような発熱抵抗体は、６インチや８インチの基板上において、その抵抗値に面内分布を持つものである。つまり同一基板内、ひいては同一チップ内でも基板上の場所あるいはチップ内に配置された場所により発熱抵抗体の抵抗値に分布をもつ特徴を有する。特許文献７に記載のヒータ加熱方法では、全てのヒータを同時に駆動させてヒータの安定化を図っている。Ｓi基板上の位置における発熱抵抗体の抵抗値ばらつき、あるいはチップ内に作り込まれている複数の発熱抵抗体間の抵抗値ばらつきが大きい場合チップ内の記録要素列内のヒータ抵抗値ばらつきに応じた細かい処理制御ができなかった。

そこで本発明は以上のような状況に鑑みてなされたものである。本発明の主たる目的は、従来の記録ヘッド用ヒータの構成材料や抵抗値のばらつきにかかる上述した問題を解決し、高品位な記録画像を長期にわたって得ることが可能な素子基板を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、この素子基板を用いた記録ヘッド、ヘッドカートリッジを提供することにある。

上記課題を解決するための本発明は、通電されることで熱エネルギーを発生する複数の発熱抵抗体であって、隣接して配設された前記複数の発熱抵抗体を１つのグループとして、複数の前記グループに区分けされた前記複数の発熱抵抗体を有する記録ヘッド用素子基板であって、前記複数の発熱抵抗体に通電し記録を行うための記録モードと、前記複数の発熱抵抗体に通電し前記発熱抵抗体の抵抗値を安定化するための安定化処理モードと、を切り替えるための回路であって、前記記録モードでは同じ前記グループに属する前記複数の発熱抵抗体を異なるタイミングで時分割駆動し、前記安定化処理モードでは同じ前記グループに属する前記複数の発熱抵抗体を共通に駆動するための前記回路を有することを特徴とする。

また、上記課題を解決するための別の本発明は、上記記録ヘッド用素子基板を有する記録ヘッドである。

本発明では、記録を行う際には、隣接するヒータの熱やクロストークの影響を低減させるために各ブロックのヒータを１個ずつ同時駆動する。一方、ヒータ抵抗値安定化のための処理を行う際には、グループ毎にヒータを同時駆動する。このため本発明によれば、高いシート抵抗を得られる材料を使用したヒータを用いた場合でも、初期抵抗値ばらつきに応じてエリア毎に最適なヒータ抵抗値安定化の処理が可能になり、高い信頼性を得ることが可能になった。そしてこのことにより、高品位な記録画像を長期にわたって得ることが可能になった。グループを一つの単位としてエリア毎にヒータ抵抗値安定化のための処理ができるので、チップ内の記録要素列内のばらつきに応じた細かい安定化処理が可能になった。

次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する。

なお、この明細書において、「記録」（以下、「プリント」とも称する）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、広く記録媒体上に画像、模様、パターン等を形成する、又は媒体の加工を行う場合も表すものとする。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ない。

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。

また、「インク」とは、上記「記録」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、パターン等の形成又は記録媒体の加工、或いはインクの処理に供され得る液体を表すものとする。インクの処理としては、例えば記録媒体に付与されるインク中の色剤の凝固又は不溶化させることが挙げられる。

なお、説明に用いる「素子基板」とは、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、各素子や配線等が設けられた基体を示すものである。

「素子基板上」とは、単に素子基板の表面上を指し示すだけでなく、素子基板の表面上、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「作り込み」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等によって素子基板上に一体的に形成、製造することを示すものである。

（インクジェット記録装置）
図１１は、本発明の代表的な実施例であるインクジェット記録装置（ＩＪＲＡ）の構成の概要を示す外観斜視図である。

図１１において、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、矢印ｂ方向を往復移動する。キャリッジＨＣには、記録ヘッドＩＪＨとインクを内包したインクタンク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。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媒体Ｐをプラテン５０００に対して押圧する。

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。

図１２はインクジェット記録装置（以下プリンタとも言う）ＩＪＲＡの制御回路の構成を示すブロック図である。

図１２において、１７００は記録信号を入力するインタフェース、１７０１はＭＰＵ、１７０２はＭＰＵ１７０１が実行する制御プログラムを格納するＲＯＭである。また、１７０３は各種データ（上記記録信号や記録ヘッドＩＪＨに供給される記録データ等）を保存しておくＤＲＡＭ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は記録ヘッドを搬送するためのキャリアモータ、１７０９は記録媒体搬送のための搬送モータである。１７０５は記録ヘッドＩＪＨを駆動するヘッドドライバ、１７０６は、搬送モータ１７０９を駆動するためのモータドライバ、１７０７は、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。

なお、ヘッドドライバを介して後述する記録データ、ブロック制御データ、駆動モードの選択信号が記録装置本体から記録ヘッドや素子基板に対して出力される。

上記制御構成の動作を説明すると、インタフェース１７００に記録信号が入るとゲートアレイ１７０４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１７０６、モータドライバ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ＩＪＨが駆動され、記録が行われる。

（記録ヘッド）
次に、インクジェット記録ヘッドについて説明する。

本実施例のインクジェット用の記録ヘッドＩＪＨは、図５（ａ）及び図５（ｂ）の斜視図でわかるように、記録ヘッドカートリッジＩＪＣを構成する一構成要素となっている。図５（ｂ）は、インクタンクを記録ヘッドに組み込む説明図である。この記録ヘッドカートリッジＩＪＣは、記録ヘッドＩＪＨと、該記録ヘッドＩＪＨに着脱自在に設けられたインクタンクＩＴ（Ｈ１９０１，Ｈ１９０２，Ｈ１９０３，Ｈ１９０４）とから構成されている。記録ヘッドＩＪＨは、インクタンクＩＴから供給されるインク（記録液）を、記録情報に応じて吐出口から吐出する。

この記録ヘッドカートリッジＩＪＣは、インクジェット記録装置本体ＩＪＲＡに載置されているキャリッジＨＣの位置決め手段及び電気的接点によって固定支持されるとともに、キャリッジＨＣに対して着脱可能となっている。

また、図６の分解斜視図に示すように、記録ヘッドＩＪＨは、記録素子ユニットＨ１００２と、インク供給ユニット（記録液供給手段）Ｈ１００３と、タンクホルダーＨ２０００とから構成されている。なお、記録ヘッドＩＪＨは、記録素子ユニットＨ１００２のインク連通口とインク供給ユニットＨ１００３のインク連通口とをインクがリークしないように連通させる必要がある。このため、それぞれの部材を圧着するようジョイントシール部材Ｈ２３００を介してビスＨ２４００で固定している。

また、図７の分解斜視図に示すように、第１の素子基板Ｈ１１００は、ブラックインクを吐出させるための素子基板であり、第１のプレートＨ１２００に接着され固定されている。さらに、第１のプレートＨ１２００は、開口部を有する第２のプレートＨ１４００が接着され固定されている。そして、この第２のプレートＨ１４００は、ＴＡＢ方式によって、電気配線テープＨ１３００が接着され固定されており、第１の素子基板Ｈ１１００に対しての位置が決められている。この電気配線テープＨ１３００は、第１の素子基板Ｈ１１００にインクを吐出するための電気信号を印加するものであり、第１の素子基板Ｈ１１００に対応する電気配線を含む。そして、電気配線テープＨ１３００は、インクジェット記録装置本体からの電気信号を受け取る外部信号入力端子Ｈ１３０１を有する電気コンタクト基板Ｈ２２００と接続している。電気コンタクト基板Ｈ２２００は、インク供給ユニットＨ１００３に、端子位置決め穴Ｈ１３０９（２ヶ所）により位置が決められ、固定されている。なお、Ｈ１２０１ａはブラックインクを吐出する吐出口、Ｈ１２０１ｂはカラーインクを吐出する吐出口、Ｈ１３１０はＨ１３０９以外の位置決め穴であり、このような位置決め穴を設けても良い。

図８は、第２の素子基板Ｈ１１０１の構成を説明するために一部破断して示す斜視図である。この第２の素子基板Ｈ１１０１は、３色のカラーインクを吐出させるための３個のインク供給口Ｈ１１０２が並列して形成されている。それぞれのインク供給口Ｈ１１０２を挟んでその両側に記録要素の一部を構成する発熱抵抗体Ｈ１１０３と吐出口Ｈ１１０７とが列状（一列の千鳥状）に並んで配列されている。吐出口Ｈ１１０７が列状に並んだものがＨ１１０８である。Ｓｉ基板Ｈ１１１０上には、電気配線、ヒューズ、発熱抵抗体、電極部や、後述する駆動モードを選択するための選択信号や記録データ、時分割制御データなどを入力するための入力端子などが形成されている。さらに、Ｓｉ基板Ｈ１１１０上には、フォトリソグラフィ技術によって、樹脂材料よりなるインク流路壁Ｈ１１０６や記録要素の一部を構成する吐出口Ｈ１１０７が形成されている。電気配線に電力を供給するための電極部Ｈ１１０４には、Ａｕ等のバンプＨ１１０５が形成されている。

（ヘッドカートリッジ）
図１０は、インクタンクと記録ヘッドとが一体的に形成されたヘッドカートリッジＩＪＣの構成を示す外観斜視図である。図１０において、点線ＫはインクタンクＩＴと記録ヘッドＩＪＨの境界線である。ヘッドカートリッジ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）が設けられている。そして、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。

なお、図１０において、５００はインク吐出口列である。

次に、本発明の要部であるインクジェット記録基板Ｈ１１０１について図１〜３を参照して詳細に説明する。

（実施例１）
図２（ａ）は一般的なインクジェット記録ヘッド用の素子基板内部の概略回路構成の例を示すブロック図であり、ここでは１つの記録要素列に対する構成を示している。記録ヘッドが複数の記録要素列で構成される場合は、この１つの記録要素列に対する構成が記録要素列数分存在することになる。なお、図示した例では、記録要素列は１６０個の記録要素からなる。隣接若しくは近接する記録要素からインクが同時に吐出されることによる吐出パワーダウンを防ぎ、安定的にインクを吐出して記録を行う必要がある。そのために、夫々記録データに応じて同時駆動可能な所定数（１０個）の記録要素（セグメント）を含む１６のブロックに分割されて、ブロック毎に異なるタイミングで時分割で分散駆動できるように構成されている。

なおそれぞれの記録要素にはインクを吐出するための発熱抵抗体や吐出口が設けられている。

図中１００は、クロック信号（ＣＬＫ）に従って入力されたデータ（ＤＡＴＡ）をシフトする６ビットシフトレジスタである。１０１は、６ビットラッチであり、ラッチ信号（ＬＴ）によって規定されたタイミングで６ビットシフトレジスタ１００に格納されたブロック制御データをラッチする。１０２は、６ビットラッチ１０１でラッチされたブロック制御データの内、予備のビットを除いた４ビットの信号をデコードしてブロック選択信号を出力するブロック選択回路としてのデコーダである。このデコーダ１０２から出力されるブロック選択信号により、１６のブロックの内、どのブロックを駆動すべきかが決定される。１０３は、１０ビットシフトレジスタであり、ここに入力される記録データは、６ビットシフトレジスタ１００を介してシフトされたデータである。

１０４は、１０ビットラッチであり、ＬＴによって規定されたタイミングで１０ビットシフトレジスタ１０３に格納された記録データをラッチする。１０５〜１１４は、各々の記録要素に設けられヒータ（発熱抵抗体）を選択的に駆動する為の駆動素子（ドライバ）をセグメント数分有するドライバ部（１６ＳＥＧ ＤＲＩＶＥＲ）である。このドライバ部には、ブロック選択信号と記録データの信号とのＡＮＤを取ってヒータの駆動素子に信号を出力する不図示のＡＮＤ回路等を含むものである。なお、図２（ａ）では、この１６セグメント（ＳＥＧ）用のドライバが１０個有ることを表している。駆動すべき記録要素は、デコーダ１０２から出力されたブロック選択信号と１０ビットラッチ１０４から出力される画像データによって決定される。駆動信号としてのヒートイネーブル信号（ＨＥ）によって規定される時間（パルス幅）だけスイッチングトランジスタであるドライバがＯＮすることで対応するヒータが駆動される。

ここで、１０ビットのラッチ１０４から出力される画像信号１ビットは、１つのドライバ部においてその構成要素である１６個のＡＮＤ回路に共通に入力される。そしてこの１つのドライバ部に対応した単位を１つのグループとしている。１つのグループ内のヒータは、１６のブロックに分割されて時分割駆動されるため、通常の記録時には同時に選択され駆動されることはないように構成されている。本発明の素子基板はこのグループを複数有するが、本実施例の素子基板は１０のグループを有している。

図２（ｂ）は、以上のような構成における記録ヘッドへのデータ転送に関する信号のタイミングの例を示すタイミングチャートである。

この例において、ＬＴ信号はＬＯＷ（Ｌ）：スルー、ＨＩＧＨ（Ｈ）：アクティブの信号であり、ＬＴ信号がＨの場合にのみラッチ１０１と１０４内にＤＡＴＡの取り込みを行う。そして、そのＤＡＴＡは図２（ｂ）に示すように、ＣＬＫに同期して転送がシリアルで行われる。なお、本例ではＣＬＫの立ち上がりと立ち下がりの両方のタイミングでＤＡＴＡが転送される。１ブロックのＤＡＴＡは、１つの記録要素列に対して１６ビットからなり、図示するようなタイミングで行われる。ＤＡＴＡ０〜ＤＡＴＡ９は記録データ、ＢＥ０〜ＢＥ３はブロック制御データをそれぞれ示している。

このような制御方式で、ドライバ部の数に対応する記録データをブロック制御データと合わせて転送し、ブロック毎に駆動タイミングを設定することにより、１工程の記録ヘッドの駆動（インクの吐出）が行われる。これをブロック数分繰り返すことで全記録素子に対応した記録を行うことができる。

しかし、先述したように今後要求される更なる高速高画質で記録を行う際には、駆動電圧を下げずに記録ヘッドの昇温を抑え、吐出を安定化することが必要と考えられる。なお、高速高画質で記録を行う方法として、具体的には、１ｐｌ以下の吐出量のインク滴を高駆動周波数で多くの記録要素から吐出して画像を形成する方法が挙げられる。これを実現するためのヒータ材としてＣｒＳｉＮ膜を使用したヒータが提案されている。しかし、ＣｒＳｉＮは図９の示すように１．０×１０⁴程度の回数、実際の記録におけるパルス幅の電圧を印加する過程で抵抗値が変化してしまう。そして、最終的にヒータにかかるパワーが過剰になってしまい、吐出不良や断線に至ることが考えられる。

そこで、実際の記録を行う前にヒータの抵抗値安定化処理を行い（具体的には１．０×１０⁴程度の回数パルスを印加）、抵抗値変化が安定した状態になってから記録を行うことが考えられる。以下、ヒータの抵抗値安定化処理のことをアニ−ル処理として説明する。なお、本明細書におけるアニール処理とは、一定の長い期間ヒータに一定以上の熱をかけることによりヒータを安定させる処理をいう。例えば、記録動作においてヒータを駆動するのに要する駆動周期より長い期間にわたり、ヒータが４００〜７００℃となるように、ヒータを駆動するための駆動信号を与えることを言う。具体的には駆動信号を１．０×１０⁴程度の回数、連続的にヒータに投入する処理である。

この場合のアニ−ル処理は全セグメントに対して行う必要があるが、チップ内の記録要素（ノズル）列内のばらつきに応じた細かいアニ−ル処理制御ができなくなることが考えられる。

図１４（ａ）は６インチあるいは８インチのＳi基板と、基板上に配列されたチップを示している。図１４（ｂ）、（ｄ）、（ｄ）は、Ｉ −Ｉ’、ＩＩ−ＩＩ’、ＩＩＩ−ＩＩＩ’断面上における発熱抵抗素子の抵抗値の分布をそれぞれグラフ化して示している。このグラフによると基板中央部分を縦切りしたＩ−Ｉ’部では図１４（ｂ）で示すように抵抗値の分布が大きくなっている。ＩＩ−ＩＩ’部やＩＩＩ−ＩＩＩ’部では図１４（ｃ）および図１４（ｄ）に示すように、図１４（ｂ）のＩ−Ｉ’部と比べて相対的に分布が少なくなっている。また、Ｉ−Ｉ’部のグラフを詳細に見ると勾配（傾き）が急な部分と勾配が比較的フラットな領域があることが分かる。つまり同一チップ内でも発熱抵抗素子の抵抗値の分布が大きいエリア、分布が小さいエリアが混在することになるのでエリア毎に適切なアニ−ル処理をすることが重要となる。そこで、１記録要素ずつ順番にアニール処理を行えば前記課題は解決できるが、今度はアニ−ル処理のための時間が増えてしてしまい。量産性を考えると現実的ではない。そこで、本実施例では以下の構成により課題の解決を図った。

図３（ａ）は本実施例におけるインクジェット記録ヘッド用素子基板内部の概略回路構成の例を示すブロック図であり、ここでは１つの記録要素列に対する構成を示している。したがって、記録ヘッドが、複数の記録要素列で構成される場合は、１つの記録要素列に対する構成が記録素子列数分存在することになる。なお、本図の例でも図２（ａ）で示した一般的なインクジェット記録ヘッド用の素子基板と同じように時分割による駆動が可能な回路構成を有している。

図２（ａ）では４ビットの信号を使用してデコード行っていたが、本実施例では更に１ビットの信号である駆動モードの選択信号（ＳＥＬ）を用いている。このＳＥＬが論理回路である６ビットラッチ１０１から、各ドライバ部に共通に接続された信号線に出力され、各ドライバ部の駆動モードが決定される。本実施例においてはＳＥＬがＬＯＷ（Ｌ）のときは通常の記録モード（第１の駆動モード）である時分割駆動方式を採用する。ＳＥＬがＨＩＧＨ（Ｈ）の場合にはアニール処理モード（第２の駆動モード）としてグループ毎にグループ内の全てのヒータを同時に駆動可能とする構成としている。なお、論理の組み合わせはこの図３（ａ）の構成に限られない。また、本実施例においては、デコードされた後のブロック選択信号は記録モードの時にのみ使用し、アニール処理モードの時には使用しないこととする。

図１に、本実施例のドライバ部を構成する１つのヒータに対応した１ビット分のドライバ（駆動素子）を示す。さらに図１に駆動モードの選択信号（ＳＥＬ）と、ブロック選択信号（ＢＬＥ）と、記録データの信号（ＤＡＴＡ）とを受取ってドライバに与える信号を出力する論理回路（本実施例ではＡＮＤ回路）を示す。図１に示すように、通常記録時に駆動するヒータは、図３（ａ）のデコーダ１０２から出力されたブロック選択信号（ＢＬＥ）と１０ビットラッチ１０４から出力されるＤＡＴＡによって決定され、ＨＥによって規定される時間だけヒータが駆動される。

ＤＡＴＡ信号線は、図１に示すような構成になっており、通常記録時とアニ−ル処理時の両方に活用される。図１のＤＡＴＡ信号線を通る具体的な信号例を図３（ｂ）に示す。図３（ｂ）は、記録ヘッドへのデータ転送に関する信号のタイミングの例を示すタイミングチャートである。図３（ｂ）に示すＤＡＴＡ信号は、ＤＡＴＡ０〜ＤＡＴＡ９が記録データ、ＢＥ０〜ＢＥ３がブロック制御データである。さらにこれに続くＳＥＬがアニールするためのドライバ部を複数のドライバ部の中から選択するためのデータである。また、アニール処理時は、同じく図１に示すように、図３（ａ）の６ビットラッチ１０１でＳＥＬをＨとし、所望のＤＡＴＡを１０ビットラッチを介して与える。このことでアニールするドライブ部を選択し、その上でＨＥによって規定される時間だけヒータを駆動することでアニール処理を行う。

この通常の記録モード（第１の駆動モード）、アニール処理モード（第２の駆動モード）の切換えはドライバゲート前段部分に搭載されるＸＯＲ回路やマルチプレクサ等のスイッチング回路によって達成される。

このような制御方式で、全てのドライバ部の数に対応するデータをブロック制御データと合わせて転送し、ブロック毎に駆動タイミングを設定することにより、アニール処理及び通常記録時の記録ヘッドの駆動が行われる。また、ＳＥＬでアニール処理モードと記録モードとの切り替えを行っているので、記録モードでの駆動セグメント選択論理と、アニール処理モードでの駆動セグメント選択論理とは排他論理となり、モード毎の排他的駆動も可能になった。

次に本発明で用いられるヒータ（発熱抵抗体）について説明する。本実施例においては、ヒータを、Ｃｒ及びＳｉからなる合金ターゲットを用いた反応性スパッタリング法を用いて形成している。この形成方法において成膜された直後のＣｒＳｉＮ薄膜（Ｃｒ、Ｓｉ及びＮからなる膜）は、一般にアモルファス構造の薄膜である。抵抗値の高いアモルファス（非晶質）構造のＣｒＳｉＮ薄膜は、４００〜７００℃の熱処理を行うと、Ｃｒ及びＳｉからなる低抵抗のＣｒＳｉの微結晶が形成され、安定した構造の薄膜となることがわかっている。

（実施例２）
本発明の好適な別の実施例について次に図４を用いて説明することとする。本実施例においても、図には示していないがシフトレジスタ、ラッチを用いることは実施例１と同じである。実施例１の場合は、図１に示すように論理回路を用いてヒータに対応した１個のドライバを駆動していた。本実施例においてはドライバ部に対応した１グループ内の発熱抵抗体の一括アニール処理を行うためのアニール用ドライバ（第２の駆動素子）をセグメント毎に別途搭載することを特徴とする。更には、記録用、アニール用ドライバソースを共通にすることで大幅なサイズ増なしで複数ドライバを搭載することも可能にしている。
その駆動方法としてはまず通常駆動時は駆動素子として通常記録時用ドライバ（第１の駆動素子）を使用して時分割による分散駆動を行う。また、アニール処理時にはグループ毎に同時オンするドライバ（第２の駆動素子）を別途搭載し、それを使用することでアニール処理を行う。尚、記録モードでの駆動セグメント選択論理と、アニール処理モードでの駆動セグメント選択論理とは排他論理となり、モードごとに排他的駆動する必要があることは先程述べた通りである。以上のような構成を有することでも通常記録時は時分割による分散駆動、アニール処理時はブロックグループ毎に同時オンが可能になった。

以上のように本発明の実施例を示したが、チップサイズ、レイアウトなどに応じて適したものを組み合わせて使用することができる。

また、本発明に係る記録装置の形態として、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又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、更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も良い。

また、上記実施例はインクジェット記録ヘッド用の素子基板を例に説明したが、熱転写方式の記録ヘッド用、昇華型の記録ヘッド用等の素子基板に用いることが可能である。

実施例の素子基板における駆動論理を説明するための等価回路図である。 一般的な素子基板内の概略構成を示すブロック図（ａ）及び素子基板のデータ転送に関する信号のタイミングチャート（ｂ）である。 第１実施例における素子基板内の概略構成を示すブロック図（ａ）及び素子基板のデータ転送に関する信号のタイミングチャート（ｂ）である。 第２実施例の素子基板における駆動論理を説明するための等価回路図である。 一般的なインクジェット記録ヘッドの斜視図（ａ）及びインクタンクをインクジェット記録ヘッドに組み込む方法を説明する斜視図（ｂ）である。 一般的なインクジェット記録ヘッドの斜視図である。 一般的なインクジェット記録ヘッドの斜視図である。 素子基板の一部を破断して示す斜視図である。 ＣｒＳｉＮを用いたヒータの短パルス印加による抵抗値変化を示す図である。 一般的なヘッドカートリッジの斜視図である。 一般的なインクジェット記録装置の構成の概要を示す図である 一般的なインクジェット記録装置の制御構成を示す図である ヒータサイズの違いを説明する図（ａ）、ヒータサイズの違いによる駆動パルス幅とシート抵抗値の変化を説明する図（ｂ）、ヒータサイズの違いによる駆動電圧とシート抵抗値の変化を説明する図（ｃ）である。 Ｓｉ基板上にチップが配列された図（ａ）、（ａ）のＩ−Ｉ’、ＩＩ−ＩＩ’、ＩＩＩ−ＩＩＩ’断面における発熱抵抗体の抵抗値を示す図（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）である。

符号の説明

ＩＪＨ 記録ヘッド
Ｈ１１００ 第１の素子基板
Ｈ１１０１ 第２の素子基板
Ｈ１１０３ 発熱抵抗体
Ｈ１１０４ 電極部
Ｈ１１０５ バンプ
Ｈ１３０１ 外部信号入力端子
１０１ ６ビットラッチ
１０２ デコーダ
１１５ 通常記録時用ドライバ

Claims (10)

1. 通電されることで熱エネルギーを発生する複数の発熱抵抗体であって、隣接して配設された前記複数の発熱抵抗体を１つのグループとして、複数の前記グループに区分けされた前記複数の発熱抵抗体を有する記録ヘッド用素子基板であって、
   前記複数の発熱抵抗体に通電し記録を行うための記録モードと、前記複数の発熱抵抗体に通電し前記発熱抵抗体の抵抗値を安定化するための安定化処理モードと、を切り替えるための回路であって、前記記録モードでは同じ前記グループに属する前記複数の発熱抵抗体を異なるタイミングで時分割駆動し、前記安定化処理モードでは同じ前記グループに属する前記複数の発熱抵抗体を共通に駆動するための前記回路を有することを特徴とする記録ヘッド用素子基板。
2. 前記発熱抵抗体は、Ｃｒ、Ｓｉ及びＮからなる非晶質の薄膜であることを特徴とする請求項１に記載の記録ヘッド用素子基板。
3. 前記安定化処理モードでは、前記発熱抵抗体への通電を行うためのパルス信号が所定時間以上にわたって連続的に印加されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の記録ヘッド用素子基板。
4. 前記安定化処理モードでは、同じ前記グループに属する前記複数の発熱抵抗体が同時に駆動されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の記録ヘッド用素子基板。
5. 前記複数の発熱抵抗体に対応して設けられ、前記複数の発熱抵抗体を選択的に駆動するための駆動素子を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の記録ヘッド用素子基板。
6. 前記駆動素子は、前記記録モードの場合に同じ前記グループに属する前記複数の発熱抵抗体を時分割駆動するための第１の駆動素子と、前記安定化処理モードの場合に同じ前記グループに属する前記複数の発熱抵抗体を共通に駆動するための第２の駆動素子をさらに有することを特徴とする請求項５に記載の記録ヘッド用素子基板。
7. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の記録ヘッド用素子基板を有することを特徴とする記録ヘッド。
8. 前記記録ヘッドは、インクジェット記録ヘッドであることを特徴とする請求項７に記載の記録ヘッド。
9. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の記録ヘッド用素子基板の処理方法であって、
   前記記録モードの前に前記安定化処理モードで前記複数の発熱抵抗体の抵抗値を安定化させることを特徴とする記録ヘッド用素子基板の処理方法。
10. 通電されることで熱エネルギーを発生する複数の発熱抵抗体であって、隣接して配設された前記複数の発熱抵抗体を１つのグループとして、複数の前記グループに区分けされた前記複数の発熱抵抗体を備えた記録ヘッド用素子基板を有する記録ヘッドと、
    前記複数の発熱抵抗体に通電し記録を行うための記録モードと、前記複数の発熱抵抗体に通電し前記発熱抵抗体の抵抗値を安定化するための安定化処理モードと、を切り替えるための回路であって、前記記録モードでは同じ前記グループに属する前記複数の発熱抵抗体を異なるタイミングで時分割駆動し、前記安定化処理モードでは同じ前記グループに属する前記複数の発熱抵抗体を共通に駆動するための前記回路と、
    を有することを特徴とする記録装置。

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