JP5300446B2 - ヘッド基板及びインクジェット記録ヘッド - Google Patents

Description

本発明はヘッド基板及びインクジェット記録ヘッドに関し、特に、ヒータ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ヘッド基板とそのヘッド基板を用いたインクジェット記録ヘッドに関する。

従来よりインクを加熱し発泡させることでインクを吐出し記録を行うインクジェット記録装置（以下、記録装置）が知られている。そのような装置において、良好な画質を得るために、記録される画像等における濃度変動や濃度むらの発生を極力抑える目的で、特に記録ヘッドから吐出されるインクの吐出量に関してその安定化を行うための制御が種々行われていた。

これら制御に採用された主な方法によれば、インクの温度が高いとインクの粘度が低くなりインクが吐出しやすくなり吐出量が多くなることから、インクの温度を調整することにより、吐出量等に影響を及ぼすインク粘性を制御する。

このような吐出量等の制御に関する具体的な方法は、例えば、特許文献に開示されている。この方法によれば、エネルギーを発生するための電気熱変換体（以下、ヒータ）に複数のパルスを印加して一つのドット（インク液滴）を形成する。実際に、インクを発泡させるためのパルス（メインパルス）を印加する前に、ヒータ近傍のインクの温度を調節するためのパルス（プレパルス）を印加する。これにより、インクの発泡時のエネルギーが一定となり、インク温度によらず吐出するインク液滴の体積が安定化するのである。

さて、上記の制御では、一つのインク液滴を吐出するために複数のパルスをヒータに印加する必要があるため、一回のインクの吐出に対し必要なプレパルスを含めた時間が、単一のパルスでインクを吐出させる場合に比べて長くなる。

ヒータを加熱する時間は複数のパルスを印加してインクを吐出させる場合でも１〜数μ秒である。一方、実際にインクがヒータの加熱により発泡しインクが吐出し、その発泡による泡が消滅し次のインクを吐出するまでの時間は数１０μ秒必要なため、ヒータに印加するパルスの時間はインクの吐出する周期に対して十分に短い。

しかしながら、記録ヘッドを駆動するために、記録装置本体の電源の電流供給能力に限界があることなどにより、同時駆動可能なヒータの数には制限がある。このため、全ヒータを同時駆動するのではなく、従来より、複数のヒータを複数のブロックに分割し、ブロック毎に時間をずらして駆動する時分割駆動が採用されている。時分割駆動により一ブロックの駆動周期の間に、他のブロックに関してもブロック分割数分の駆動が行われる。

この結果、インク吐出に必要な周期に比べ、ヒータへのパルス印加時間は短いものの、全ヒータを駆動するためには、その時間にブロックの分割数を乗じた時間が必要なる。そして、一回のインクの吐出に必要なパルス幅が長くなると、全ヒータを駆動するのに必要な時間が同時に長くなってしまう。

近年の記録画像の高精細化に応えるため、ヒータの数が著しく増加した記録ヘッドではヒータの同時駆動の数が制限されヒータのブロックの時分割数が増加している。また、記録の高速化に応えるため、一回のインクの吐出に必要なパルスの印加時間を短くすることも特に重要となっている。

しかしながら、前述のように、インクの温度による吐出量変動をおさえるために、ヒータへの複数のパルスの印加により一回のインクの吐出を行うと、結果として、全ヒータを駆動するために必要な時間が増大してしまい、記録の高速化の妨げとなってしまう。

このような問題を回避するために、ヒータに単一のパルスを印加する際、ヒータに印加する電圧または電流を変化させて、温度によるインクの吐出量変動を抑える方法も提案されている。この場合、ヒータに印加する電圧を一定とし、パルスの印加時間のみ変化させると、インクの発泡が不安定になるためパルスの印加時間に応じてヒータに印加する電圧または電流を変化させる。即ち、インクの温度が高い場合、ヒータへの印加電圧（電流）を高くして、インクの温度が低い場合、ヒータへの印加電圧（電流）を低くしてインクの吐出量を一定にするのである。
特開平５−１６９６５９号公報

さて、基板上に配列された複数のヒータに対し、駆動されるヒータの位置がその基板上で一様である場合には、基板上の温度分布は一様になものとなる。しかしながら、実際に記録する画像によっては、駆動されるヒータの基板上での位置的な偏りが生じるる。駆動するヒータの位置的な偏りが生じると、基板上での温度分布が一様なものとはならない。

近年、記録画像の高精細化や記録の高速化に応えるため、ヒータの数が著しく増加した記録ヘッドでは、ヒータの配列方向の基板のサイズも大きくなっている。また、カラー記録のために複数のヒータ列を同一の基板上に平行に配列した場合、ヒータの配列方向に直行する基板サイズも同時に大きくなっている。

このように、サイズの増大した基板の場合、その基板上のヒータの駆動に関し、位置的な偏りが大きく、また基板上での熱伝導に時間を要する。このため、基板上の温度分布に偏りが生じやすく、その温度差も大きいものとなる。この結果、生じた温度分布に応じて、基板上に接するインクにも大きな温度差が発生する。

このような大きな温度差をもつ基板において、従来からなされている基板上の一部の温度を検知することや平均的な温度を用いて基板上の複数のヒータに対し同じ駆動制御を行うと次の問題が生じる。即ち、基板上の温度分布の偏りにより生じた異なる粘度をもつインクに対して同一の条件でヒータ駆動すると、インクの吐出量に差を生じてしまい、記録画像に濃度むらが発生、その画質が劣化する。

加えて、上記従来例のように、ヒータへのパルスの印加時間と電圧を制御した場合、以下の問題が生じる。

近年、高抵抗化が可能なことやヒータの耐久性が比較的高いため、ヒータの材料としてＴａＮやＴａＳｉＮが用いられている。この材料は、その抵抗値に関して数百ｐｐｍ／℃のマイナスの温度係数を持つ。

ヒータに対しパルス電圧を印加してインクを発泡させた場合のヒータの温度は、インクが発泡するまでは緩やかに上昇し、インクが発泡した瞬間、ヒータ面上のインクがなくなり急激に温度が上昇する。ＴａＮやＴａＳｉＮ等、その抵抗値がマイナスの温度係数を持つものは、温度上昇により抵抗値が減少し、発泡直後急激に抵抗値が低下する。ヒータに印加する電圧をＶ、ヒータの抵抗値をＲとすると単位時間あたりの発熱量（Ｑ）は、Ｑ＝Ｖ²／Ｒになる。従って、電圧が一定の場合、発熱量は抵抗に反比例する。

インクの発泡直後のヒータは、インクがヒータ上面になくなり断熱による効果と、それによる抵抗値の減少による発熱量の上昇の効果により、急激に温度が上昇する。特に、従来のように、インクの温度が上昇し、ヒータへの印加パルス時間を短くし、印加電圧を上げる制御をした場合、短時間でインクの発泡する温度まで上昇させるため、単位時間あたりの温度上昇は大きくなる。特に、発泡直後のヒータでの温度上昇は大きいものとなる。

このようなヒータの過剰な温度上昇は、ヒータ劣化を促進し、ヒータの耐久性を落とす要因となってしまう。

本発明は上記従来例に鑑みてなされたもので、ヘッド基板上の温度によらずインク吐出量の変動を抑えることを可能なヘッド基板と、その基板を用いたインクジェット記録ヘッドとを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明のヘッド基板は、以下のような構成からなる。

即ち、複数のヒータと、前記複数のヒータを駆動する複数のスイッチング素子とを有するヘッド基板であって、前記複数のスイッチング素子を制御して、前記複数のヒータに定電流を供給して駆動させる複数の定電流源を有し、前記複数の定電流源それぞれは、該定電流源から供給する定電流の値を、前記ヘッド基板の温度に依存して調整する回路を有し、前記複数の定電流源それぞれはＭＯＳトランジスタを含み、前記回路は、温度依存性をもつダイオードを含み、前記ダイオードが前記ＭＯＳトランジスタのソースに接続されていることを特徴とする。

また他の発明によれば、上記構成のヘッド基板を用いるインクジェット記録ヘッドを備える。

従って本発明によれば、ヒータが配置されるヘッド基板上の温度に応じて、ヒータに供給する電流値を調整することができる。特に、例えば、その調整をヒータの近傍に配置した定電流源に含まれる回路により行なうので、局所的な温度に応じた調整が可能になり、ヘッド基板の温度分布に偏りが生じている場合にもより正確な調整が可能になる。これにより、インクの吐出量を安定化させることができ、高品位の記録が可能となる。

また、ヒータに単一パルスを印加して駆動する場合においても、温度依存性のある基準電圧より定電流を生成して供給するので、インクの温度変化に対して適切な定電流駆動の制御を行うことができる。これにより、温度変化によらず高画質な記録と記録の高速化に貢献することができる。また、定電流駆動を行なうことにより、記録時にヒータの温度が過剰に上昇することもを抑えられるので、ヒータの耐久性も向上する。

以下添付図面を参照して本発明の好適な実施例について、さらに具体的かつ詳細に説明する。なお、既に説明した部分には同一符号を付し重複説明を省略する。

なお、この明細書において、「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、有意無意を問わない。さらに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も問わず、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。

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。

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ある。従って、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。

またさらに、「記録要素」とは、特にことわらない限り吐出口ないしこれに連通する液路およびインク吐出に利用されるエネルギーを発生する素子を総括して言うものとする。

以下に用いるヘッド基板とは、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構成を差し示すものである。

さらに、基板上とは、単に素子基板の上を指し示すだけでなく、素子基板の表面、表面近傍の素子基板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表面上に別体として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の説明（図１）＞
図１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１の構成の概要を示す外観斜視図である。

図１に示すように、インクジェット記録装置（以下、記録装置）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インクジェット記録ヘッド（以下、記録ヘッド）３をキャリッジ２に搭載し、キャリッジ２を矢印Ａ方向に往復移動させて記録を行う。記録紙などの記録媒体Ｐを給紙機構５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３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。

記録装置１のキャリッジ２には記録ヘッド３を搭載するのみならず、記録ヘッド３に供給するインクを貯留するインクカートリッジ６を装着する。インクカートリッジ６はキャリッジ２に対して着脱自在になっている。

図１に示した記録装置１はカラー記録が可能であり、そのためにキャリッジ２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。

この実施例の記録ヘッド３は、熱エネルギ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ている。このため、電気熱変換体を備えている。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。

＜インクジェット記録装置の制御構成（図２）＞
図２は図１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２に示すように、コントローラ６００は、ＭＰＵ６０１、ＲＯＭ６０２、特殊用途集積回路（ＡＳＩＣ）６０３、ＲＡＭ６０４、システムバス６０５、Ａ／Ｄ変換器６０６などで構成される。ここで、ＲＯＭ６０２は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する。ＡＳＩＣ６０３は、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３の制御のための制御信号を生成する。ＲＡＭ６０４は、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として用いられる。システムバス６０５は、ＭＰＵ６０１、ＡＳＩＣ６０３、ＲＡＭ６０４を相互に接続してデータの授受を行う。Ａ／Ｄ変換器６０６は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ＭＰＵ６０１に供給する。

また、図２において、６１０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６１０と記録装置１との間ではインタフェース（Ｉ／Ｆ）６１１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。この画像データは、例えば、ラスタ形式で入力される。

さらに、６２０はスイッチ群であり、電源スイッチ６２１、プリントスイッチ６２２、回復スイッチ６２３などから構成される。

６３０は装置状態を検出するためのセンサ群であり、位置センサ６３１、温度センサ６３２等から構成される。

さらに、６４０はキャリッジ２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を駆動させるキャリッジモータドライバ、６４２は記録媒体Ｐを搬送するための搬送モータＭ２を駆動させる搬送モータドライバである。

ＡＳＩＣ６０３は、記録ヘッド３による記録走査の際に、ＲＡＭ６０４の記憶領域に直接アクセスしながら記録ヘッドに対して記録素子（吐出用のヒータ）を駆動するためのデータを転送する。

なお、記録ヘッド３に内蔵するヘッド基板に備えられたヒータはＭＯＳトランジスタなどのスイッチング素子により駆動されるが、この駆動には定電流駆動が用いられる。

定電流駆動では電流は定電流であり、電圧やヒータの抵抗値の変動に対して常に一定電流が流される。ヒータに一定電流をパルスで印加した場合、単位時間あたりの発熱量（Ｑ）は、定電流値をＩ、ヒータの抵抗値をＲとすると、Ｑ＝Ｉ²×Ｒとなる。

ヒータの材料としてＴａＮやＴａＳｉＮ等のその抵抗値にマイナスの温度係数を持つ場合、ヒータの発熱によりヒータの抵抗値が低下するため、電流値を一定にしてヒータを駆動すると、単位時間あたりの発熱量は減少する。このため、定電圧駆動でパルスを印加した場合はインクの発泡直後、急激に温度上昇していたのに対し、一定電流値を印加する場合はインクの発泡直後、ヒータでの急激な温度上昇をおさえることができる。

ヒータへのパルス印加時間が一定の場合、インクの温度が１℃上昇するとインクの吐出量は０．５％〜数％変化する。この吐出量の変動をおさえるためには、温度の上昇に対しヒータへのパルス印加電圧（電流）を変化させることで可能となる。

図３はインクの吐出量を安定化させた時の温度に対するヒータへの印加パルス電流の関係を示す図である。

次に、以上の構成の記録装置と記録ヘッドに用いられる定電流駆動するヘッド基板のいくつかの実施例について説明する。

図４は本発明の実施例１に従うヘッド基板の回路構成を示す図である。

このヘッド基板は、大きく分けて、基準電圧回路１０５、電圧電流変換回路１０４、定電流源ブロック１０６から構成されている。この実施例のヘッド基板には（ｘ×ｍ）個のヒータが設けられ、夫々がｘ個のヒータを収容するｍ個のグループで構成されている。

図４において、基準電圧回路１０５は電圧電流変換回路１０４の基準となる電圧Ｖrefを生成する。電圧電流変換回路１０４は基準電圧Ｖrefを元に電流変換を行い、基準電流Ｉrefを生成する。

基準電流Ｉrefと定電流源１０３ａ〜１０３ｍはカレントミラー回路を構成し、定電流源１０３ａ〜１０３ｍはそれぞれ基準電流Ｉrefに基づいて、定電流Ｉｈａ〜Ｉｈｍを出力する。定電流源１０３ａ〜１０３ｍは個別にその配置される周辺温度に応じて、その出力電流をＩｈａ〜Ｉｈｍを可変する手段を有する。

定電流源ブロック１０６はヒータ１０１ａ１〜１０１ｍｘ、スイッチング素子１０２ａ〜１０２ｍｘ、定電流源１０３ａ〜１０３ｍからなる。定電流源ブロック１０６はｍ個のグループに対応して、ｍ個のグループ１０６ａ、１０６ｂ、……１０６ｍに分けられる。

図５は定電流源ブロックとこれを駆動制御する制御回路との関係を示す図である。

図５において、図４に示したのと同じ構成には同じ参照番号を付している。

スイッチング素子（図５ではＭＯＳトランジスタとして示されている）は制御回路１０８からの制御信号により、端子間の電流の短絡および開放の制御がなされる。

図４〜図５に示されるように、ヒータ抵抗１０１ａ１〜ｍｘと各ヒータ抵抗の駆動制御用のスイッチング素子（図５ではＭＯＳトランジスタ）１０２ａ１〜ｍｘとは直列接続され、グループ内でのスイッチング素子側端子とヒータ側端子は共通接続される。一方、グループ１０６ａ〜１０６ｍ毎に設けられた定電流源１０３ａ〜１０３ｍの出力端子はヒータとスイッチング素子が直列接続されたグループ１０３ａ〜１０３ｍの共通接続端にそれぞれ接続される。ヒータへの電流の駆動制御は、グループ内のスイッチング素子を制御信号により切り替えることで、グループ毎に設けられた定電流源１０３ａ〜１０２ｍの出力電流Ｉｈａ〜Ｉｈｍを所望のヒータへ印加することでなされる。

次に、ヒータの駆動回路の動作について説明する。

図６は、グループ１０６ａに収容されるｘ個のヒータに着目し、ｘ個のヒータに印加される電圧と供給される電流についてのタイミングチャートである。

図６におけるＶＧ１〜ＶＧｘの波形は、スイッチング素子１０２ａ１〜１０２ａｘそれぞれ対応したオン（短絡）またはオフ（開放）の制御を行う制御信号を示している。以下の説明では、制御信号ＶＧｉ（ｉ＝１〜ｘ）のレベルが“Ｈ”でオンし、“Ｌ”でオフするものとする。また、ここではグループ１０６ａの全てのヒータが駆動されるものとして説明する。

図６に示されるように、時刻ｔ＝ｔ１までの期間で制御信号ＶＧｉのレベルは全て“Ｌ”であり、定電流源１０３ａの出力とヒータとは開放されておりヒータには電流が流れない。次に、時刻ｔ＝ｔ１〜ｔ２までの期間で制御信号ＶＧ１が“Ｈ”になり、スイッチング素子１０２ａ１は短絡し定電流源の出力電流Ｉｈａがヒータ１０１ａ１に印加される。さらに、時刻ｔ＝ｔ２から制御信号ＶＧ１のレベルが“Ｌ”となり、ヒータ１０１ａ１への電流が遮断される。時刻ｔ＝ｔ１〜ｔ２の期間、ヒータ１０１ａ１に電流が印加され、ヒータ上面のインクは加熱・発泡し、ノズルからインクが吐出することにより、記録媒体にドットを記録する。

続いて、制御信号ＶＧ２のレベルが“Ｈ”となり、スイッチング素子１０２ａ２は短絡し、定電流源１０３ａの出力電流Ｉｈａがヒータに印加される。以下同様に、制御信号ＶＧ３〜ＶＧｘのレベルが順次“Ｈ”となることでスイッチング素子１０２ａ１〜１０２ａｘを通じて定電流源１０３ａの出力電流Ｉｈａがヒータ１０１ａ１〜１０１ａｘ順次印加される。このようにして、グループ１０６ａに収容される全てのヒータが駆動される。

以上、グループ１０６ａの全てのヒータが駆動される場合について述べたが、実際には所望のドットを形成するためのヒータのみが駆動される。従って、所望のドットを記録するときに、これに対応するヒータに電流を供給する制御信号ＶＧｉだけが“Ｈ”となる。

以上の動作は、グループ１０６ｂ〜１０６ｍに収容されるヒータについても同時に行われ、その結果、（ｘ×ｍ）個のヒータの内、任意のヒータを駆動できる。

次に、電流の温度依存制御について説明する。

この実施例では、ヒータへの印加電流（ヒータ電流）Ｉｈａ〜Ｉｈｍを、図３に示す温度特性に従って、インク温度に対し変化させる。これにより、温度変化によるインクの吐出量の変動を安定化させることができる。

このような制御を行う具体的な回路構成の一例は図５に示されている。

前述のように、基準電流回路１０４と定電流源１０３ａ〜１０３ｍとはカレントミラー回路を構成し、基準電流Ｉrefに基づいてヒータ電流Ｉｈａ〜Ｉｈｍを生成する。

図５に示すように、基準電流回路１０４と定電流源１０３ａ〜１０３ｍのカレントミラー回路は互いのＭＯＳトランジスタのゲートを共通に接続し、それぞれのソースとグランド電源との間にダイオードが接続されている。

図７は定電流源の１つを拡大し、各部に印加される電圧を示す図である。

図８は１つの定電流源の電圧と電流の温度依存性を示す図である。

図７に示す電圧Ｖｇは、基準電流回路１０４の基準電流Ｉrefに基づいて、基準電流回路１０４内のＭＯＳトランジスタのゲート−ソース間電圧Ｖgsとダイオードの順方向電圧Ｖｆの和より生成される。

ここで、生成される電圧Ｖｇが一定であるとして１つの定電流源の回路動作について説明する。

ダイオードの順方向電圧は温度上昇に対し流れる電流が一定である場合、約２ｍＶ／℃で減少する。従って、順方向電圧Ｖｆも図８に示すように温度に対して減少する。一方、図８に示すように、電圧Ｖｇは一定であるから、ＭＯＳトランジスタのゲート−ソース間の電圧Ｖgsは温度上昇により増加する。ＭＯＳトランジスタのゲート−ソース間の電圧Ｖgsはヒータ電流Ｉｈを決定するので、温度上昇によりＶgsが増加することで、ヒータ電流Ｉｈも増加する。

なお、順方向電圧Ｖｆの温度による減少量は電流一定のもとで約２ｍＶ／℃としたが、実際にはＶgs電圧が上昇することで電流が増加するため、順方向電圧Ｖｆの変化量は約２ｍＶ／℃より小さいものとなる。

このＭＯＳトランジスタのサイズを適切に選択することで、温度に対するヒータ電流Ｉｈの変化量を図３に示す特性と一致させることができる。

図９にこの実施例に従うヘッド基板に実装される各要素のレイアウトを示す図である。

なお、図９においても、図４〜図５で説明したのと同じ構成要素には同じ参照番号を用いている。

図９に示すレイアウトは、インク供給口１００に関し、ヘッド基板の上下対称に構成要素が配置されているようになっている。

このレイアウト構成によれば、ヒータ１０１ａ１〜１０１ｍｘの近傍に、そのヒータに電流を供給する定電流源１０３ａ〜１０３ｍがそれぞれ配置される。

このように、この実施例に従うヘッド基板では、ヒータとそれに電流を供給する定電流源の位置を相対的に等しく配置する
従って以上説明した実施例に従えば、ヘッド基板上の温度分布に偏りが生じても、駆動するヒータの近傍の温度に応じた電流値を定電流源が供給することができる。これにより温度変化によらない安定的なインク吐出が実現する。

図１０は、本発明の実施例２に従うヘッド基板の回路構成を示す図である。

なお、図１０において、実施例１に示したヘッド基板と同じ構成要素には同じ参照番号を付し、その説明は省略する。

このヘッド基板に特徴的な構成は、電圧電流変換回路１０４と同じ構成をもつｎ個の定電流源ブロック１０６−１〜１０６−ｎとの間に設けられた基準電流回路１０７である。定電流源ブロック１０６−１〜１０６−ｎの夫々は実施例１で説明した定電流源ブロック１０６とほぼ同じ構成であるが、各定電流源ブロックには異なる基準電流ＩＲ１、ＩＲ２、……ＩＲｎが供給される。

図１１は図１０に示すヘッド基板のレイアウトを示す図である。

なお、図１１においても、実施例１に示したヘッド基板やレイアウトと同じ構成要素には同じ参照番号を付し、その説明は省略する。このレイアウトで実施例１と異なる点は、３つのインク供給口が備えられ、各インク供給口に関し、ヘッド基板の上下対称に構成要素が配置されているようになっている点である。

さて、この実施例では、電圧電流変換回路１０４で生成された基準電流Ｉrefに基づいて基準電流回路１０７において複数の基準電流ＩＲ１〜ＩＲｎを生成する。実際には、図１０に示すように、電圧電流変換回路１０４と基準電流回路１０７とはカレントミラー回路を構成し、基準電流Ｉrefに比例するｎ個の基準電流ＩＲ１〜ＩＲｎを生成し、これらをｎ個の定電流源ブロック１０６−１〜１０６−ｎに供給する。

ｎ個の定電流源ブロックそれぞれは基準電流ＩＲ１〜ＩＲｎを用いて、各定電流源ブロック内の電流源１０３ａ〜１０３ｍより定電流Ｉｈａ〜ｍを出力する。

従って以上説明した実施例に従えば、ｎ個の定電流源ブロックを備えたヘッド基板でも実施例１と同様に、ヒータへの印加電流Ｉｈａ〜Ｉｈｍを図３に示す特性に従ってインク温度に対し変化させることができる。これにより、温度変化によるインクの吐出量の変動を安定化させることができる。

ここでは、ヘッド基板のヒータに単一パルスを印加してインク吐出を行なう場合について説明する。

図１２は温度一定のもとでヒータへの単一パルスを印加した場合のインクの吐出量とパルスの印加時間の関係を実験的により求めた図である。

図１２によれば、パルスの印加時間を短くなるとインクの吐出量は減少する。

パルス印加時間が一定の場合、インクが温度上昇するとインクの吐出量が増加する。従って、図１２に示す特性を利用してインクの温度変化によるインク吐出量の変動をおさえることができる。

インクの温度変化に関し、パルス印加時間の特性を利用して安定的にインク吐出を行なうためには、パルスの印加時間に対応してヒータへの投入エネルギー（電力）を調整する必要がある。この実施例では、パルスの印加時間に対応してヒータ電流を変化させる。温度とヒータ電流との関係は図３を参照して説明した通りである。

図１３はヒータへのパルス印加時間と温度との関係を示す図である。

図１３によれば、温度が上昇してもインク吐出量を一定にするために、ヒータへのパルスの印加時間を短くする。一方、図１２に示すように、パルスの印加時間が短くなると、インク吐出量が少なくなる。従って、この実施例では、パルス印加時間が短くなることにより生じるインク発泡のために必要なエネルギー不足をパルス電流値を増加させることにより補う。

このように、インク温度の上昇時には、パルス印加時間を短くするとともにヒータ電流を図３の特性に従って増加させてヒータを急速に加熱する。この場合、インク発泡直後のヒータでの温度上昇は定電圧駆動でのパルス印加の場合と異なり、定電流駆動では単位時間あたりのヒータでの発熱量は発泡前に比べ発泡後のほうが抑えられる。このため、発泡後のヒータの急激な温度上昇は抑えられる。

図１４は本発明の実施例３に従うヘッド基板の回路構成を示す図である。

なお、図１４において、実施例１に示したヘッド基板と同じ構成要素には同じ参照番号を付し、その説明は省略する。

この実施例に従う制御では、図１４に示したヘッド基板において、ヒータ電流Ｉｈａ〜Ｉｈｍを図３の特性に従ってインク温度に対し変化させ、その電流値を図１３に示す関係から得られる時間、供給する。このようにすることで、温度変化によるインクの吐出量の変動を安定化させることができる。

なお、図１４に示すヘッド基板では、ヒータ電流Ｉｈａ〜Ｉｈｍは基準電圧Ｖrefから得られるため、この電圧の温度特性を利用して、ヒータ電流Ｉｈａ〜Ｉｈｍに図３に示す電流の温度依存特性をもたせることができる。具体的には、基準電圧回路１０５の電圧特性に温度特性を持たせる。

基準電圧回路１０５から出力される基準電圧Ｖrefは、２つのトランジスタ１０５ａ、１０５ｂのベース−エミッタ間の電圧差（ΔＶｆ）を抵抗比で乗じた電圧にダイオード接続されたトランジスタのベース−エミッタ間の電圧（Ｖｆ）とを加算して決定する。温度上昇に対して差電圧ΔＶｆはプラスの温度特性をもち、電圧Ｖｆはマイナスの温度特性をもつ。一方、基準電圧Ｖrefは両者の電圧をＲ１、Ｒ２、Ｒ３の抵抗比を用いて加算したものであるため、この抵抗比を適切に選択することでＶrefに任意の温度特性をもたせることができる。

また、基準電圧Ｖrefが温度に対して一定だとしても、電圧電流変換回路１０４において電流Ｉｈａ〜Ｉｈｍに温度特性を持たせることもできる。例えば、図１４に示す回路構成の場合、基準電圧Ｖrefが抵抗Ｒ４により電流変換されるため抵抗Ｒ４の値に所望の温度特性をもつものを利用することで、電流電流Ｉｈａ〜Ｉｈｍに温度特性をもたせることが可能である。

従って以上説明した実施例に従えば、ヒータへ単一パルスを印加してインク吐出を行なう場合にも、インクの温度変化に依存したパルスの印加時間とヒータ電流の制御を行なうことができる。これにより、記録の高速化が実現でき、また、ヒータへの過剰な温度上昇をおさえることができるため、ヒータの耐久性も向上するという利点がある。

実施例３に示したヘッド基板の構成は、実施例２で説明したように複数の定電流源ブロックを有する構成にも適用できる。

図１５は、本発明の実施例４に従うヘッド基板の回路構成を示す図である。

なお、図１５において、実施例１〜３に示したヘッド基板と同じ構成要素には同じ参照番号を付し、その説明は省略する。このヘッド基板には、電圧電流変換回路１０４と同じ構成をもつｎ個の定電流源ブロック１０６−１〜１０６−ｎとの間に基準電流回路１０７が設けられる。定電流源ブロック１０６−１〜１０６−ｎの夫々は実施例１で説明した定電流源ブロック１０６とほぼ同じ構成であるが、各定電流源ブロックには異なる基準電流ＩＲ１、ＩＲ２、……ＩＲｎが供給される。

この構成においても、実施例３と同様に基準電圧Ｖref、基準電流Ｉref、ＩＲ１〜ＩＲｎに所望の温度特性をもたせることで、定電流Ｉｈａ〜Ｉｈｍに図３に示すような温度特性が得ることができる。

基準電圧回路１０５は実施例３と同様に抵抗比を適切に選択することで基準電圧Ｖrefに任意の温度特性をもたせることができる。また、基準電流回路１０７は複数の出力電流をもつＭＯＳトランジスタのカレントミラー回路で構成されている。これにより、基準電圧回路１０５から出力される基準電圧Ｖrefと電流変換回路１０４で得られる基準電流Ｉrefに比例する複数の基準電流ＩＲ１、ＩＲ２、……ＩＲｎを出力する。

従って以上説明した実施例に従えば、ヘッド基板にｎ個の定電流源ブロックを備えた構成でも、実施例３と同様に、インクの温度変化に依存したパルスの印加時間とヒータ電流の制御を行なうことができる。

なお、以上の実施例において、記録装置に適用される記録ヘッドから吐出される液滴はインクであるとして説明し、さらにインクタンクに収容される液体はインクであるとして説明したが、その収容物はインクに限定されるものではない。

また、以上の実施例は、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等）を備えている。そのため、その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。

さらに加えて、本発明のインクジェット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装置として用いられるものの他、リーダ等と組合せた複写装置、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採るもの等であってもよい。

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１の構成の概要を示す外観斜視図である。 図１に示した記録装置の制御構成を示すブロック図である。 インクの吐出量を安定化させた時の温度に対するヒータへの印加パルス電流の関係を示す図である。 本発明の実施例１に従うヘッド基板の回路構成を示す図である。 定電流源ブロックとこれを駆動制御する制御回路との関係を示す図である。 グループ１０６ａに収容されるｘ個のヒータに着目し、ｘ個のヒータに印加される電圧と供給される電流についてのタイミングチャートである。 定電流源の１つを拡大し、各部に印加される電圧を示す図である。 １つの定電流源の電圧と電流の温度依存性を示す図である。 実施例１に従うヘッド基板に実装される各要素のレイアウトを示す図である。 本発明の実施例２に従うヘッド基板の回路構成を示す図である。 図１０に示すヘッド基板のレイアウトを示す図である。 温度一定のもとでヒータへの単一パルスの印加によるインクの吐出量とパルスの印加時間の関係を実験的により求めた図である。 ヒータへのパルス印加時間と温度との関係を示す図である。 本発明の実施例３に従うヘッド基板の回路構成を示す図である。 本発明の実施例４に従うヘッド基板の回路構成を示す図である。

符号の説明

３ 記録ヘッド
１００ インク供給口
１０１ａ１〜１０１ｍｘ ヒータ
１０２ａ１〜１０２ｍｘ スイッチング素子
１０３ａ〜１０３ｍ 定電流源
１０４ 電圧電流変換回路
１０５ 基準電圧回路
１０６ 定電流源ブロック
１０７ 基準電流回路
１０８ 制御回路

Claims (8)

1. 複数のヒータと、前記複数のヒータを駆動する複数のスイッチング素子とを有するヘッド基板であって、
   前記複数のスイッチング素子を制御して、前記複数のヒータに定電流を供給して駆動させる複数の定電流源を有し、
   前記複数の定電流源それぞれは、該定電流源から供給する定電流の値を、前記ヘッド基板の温度に依存して調整する回路を有し、
   前記複数の定電流源それぞれはＭＯＳトランジスタを含み、
   前記回路は、温度依存性をもつダイオードを含み、
   前記ダイオードが前記ＭＯＳトランジスタのソースに接続されていることを特徴とするヘッド基板。
2. 前記複数の定電流源それぞれに含まれるＭＯＳトランジスタは、温度が上昇すると出力電流の値が増加する特性を有することを特徴とする請求項１に記載のヘッド基板。
3. 前記複数の定電流源は、前記複数のヒータと前記複数のスイッチング素子の近傍に配置されることを特徴とする請求項１又は２に記載のヘッド基板。
4. 前記複数のヒータを駆動するために単一のパルスの定電流が供給されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のヘッド基板。
5. 前記複数の定電流源それぞれから供給される定電流の基準となる基準電流を生成する電圧電流変換回路と、
   前記基準電流を生成する基準となる基準電圧を生成する基準電圧回路とをさらに有し、
   前記基準電圧は温度依存性があることを特徴とする請求項４に記載のヘッド基板。
6. 前記基準電圧は温度の上昇により増加する特性をもつことを特徴とする請求項５に記載のヘッド基板。
7. 前記複数のヒータと前記複数のスイッチング素子と前記複数の定電流源とを有する定電流源ブロックを複数、有し、
   さらに、前記複数の定電流源ブロックと前記電圧電流変換回路との間に、前記電圧電流変換回路より出力された基準電流に基づいて、複数の異なる基準電流を生成する基準電流回路を備え、
   前記基準電流回路から前記複数の定電流源ブロックそれぞれに、異なる基準電流を供給することを特徴とする請求項５又は６に記載のヘッド基板。
8. 請求項１乃至７のいずれか１項に記載のヘッド基板を用いたインクジェット記録ヘッド。

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