JP7077461B1 - 記録素子基板および温度検知装置 - Google Patents

Abstract

【課題】Ｓ／Ｎを高くでき、温度検知素子の端子電圧を正確に読み出すことを可能とする。【解決手段】記録素子基板は、液体を吐出するための熱エネルギーを発生する複数の記録素子と、複数の記録素子の各々に対応して設けられた複数の温度検知素子７０２を備え、温度検知素子７０２の一つを選択的に通電させて温度情報を読み出す温度検知素子回路と、を有する。温度検知素子回路は、第１の電圧振幅の選択信号lvに基づいて第１の電圧振幅より大きい第２の電圧振幅を有する選択信号hvを出力する電圧変換回路５０２と、温度検知素子７０２毎に設けられ、該温度検知素子７０２を選択する選択スイッチ７０１と、温度検知素子７０２毎に設けられ、選択スイッチ７０１が選択した温度検知素子７０２の一方の端子電圧を読み出すための第１の読み出しスイッチ７０４と、を備える。選択スイッチ７０１および第１の読み出しスイッチ７０４を、選択信号hvを用いて駆動する。【選択図】図９

Description

本発明は、温度検知素子を備えた記録素子基板に関する。

特許文献１には、記録素子の温度を検知可能な記録素子基板が記載されている。この記録素子基板は、複数の記録素子の各々に対応して設けられた複数の温度検知素子を備える。温度検知素子毎に、温度検知素子を選択するための選択スイッチと、選択スイッチが選択した温度検知素子の端子電圧を読み出すための読み出しスイッチとが設けられている。温度検知素子の両端の端子電圧を温度検知信号（温度情報）として読み出す。温度検知信号に基づいて、吐出不良の記録素子を判定することができる。

特許第５４７４１３６号公報

温度検知素子の端子電圧を大きくすることで、温度検知信号のＳ／Ｎを高くでき、その結果、吐出不良の判定精度を向上することができる。温度検知素子の端子電圧を大きくするには、電源電圧を高くして、定電流を温度検知素子に供給する電流源の動作範囲を大きくすることが必要である。この場合、電流源の動作範囲の拡大に合わせて、選択スイッチや読み出しスイッチの制御電圧を増幅しなければ、温度検知素子の端子電圧を正確に読み出すことができない場合がある。特許文献１には、そのような選択スイッチや読み出しスイッチの制御電圧の増幅については記載されていない。

本発明の目的は、Ｓ／Ｎを高くでき、温度検知素子の端子電圧を正確に読み出すことを可能とすることにある。

上記目的を達成するため、本発明の一態様によれば、液体を吐出するための熱エネルギーを発生する複数の記録素子と、前記複数の記録素子の各々に対応して設けられた複数の温度検知素子を備え、該温度検知素子の一つを選択的に通電させて温度情報を読み出す温度検知素子回路と、を有し、前記温度検知素子回路は、第１の電圧振幅の入力信号に基づいて前記第１の電圧振幅よりも大きい第２の電圧振幅を有する選択信号を出力する信号処理部と、前記温度検知素子毎に設けられ、該温度検知素子を選択する選択スイッチと、前記温度検知素子毎に設けられ、前記選択スイッチが選択した温度検知素子の一方の端子電圧を読み出すための第１の読み出しスイッチと、を備え、前記選択スイッチおよび前記第１の読み出しスイッチを、前記選択信号を用いて駆動することを特徴とする記録素子基板が提供される。
本発明の別の態様によれば、温度検知素子と、定電流を前記温度検知素子に印加する電流源と、ゲート端子以外の２つの端子のうち一方の端子が前記温度検知素子の一端に接続され、他方の端子が前記電流源に接続され、選択信号が該ゲート端子に供給される第１のＭＯＳトランジスタと、ゲート端子以外の２つの端子のうち一方の端子が前記温度検知素子の一端と前記第１のＭＯＳトランジスタの前記一方の端子とを接続するラインに接続され、前記選択信号が該ゲート端子に供給される第２のＭＯＳトランジスタと、を有し、前記第２のＭＯＳトランジスタの前記ゲート端子と前記一方の端子との間のしきい値電圧を前記ゲート端子に印加された電圧から差し引いた値が、前記定電流が前記第１のＭＯＳトランジスタを介して前記温度検知素子に印加されたときの前記温度検知素子の一端に生じる端子電圧の値よりも大きくなるように、前記選択信号の電圧振幅値を増幅することを特徴とする温度検知装置が提供される。

本発明によれば、温度検知信号（温度情報）のＳ／Ｎを高くでき、温度検知素子の端子電圧を正確に読み出すことができる。

本発明の第１の実施形態による記録素子基板の構成を模式的に示す図である。 記録素子基板と制御装置および電源装置との間の配線を説明するための図である。 記録素子基板の構成を示す回路図である。 記録素子回路の構成を説明するための図である。 温度検知素子回路の構成を示すブロック図である。 １セグメント分の電圧変換回路の構成を示す回路図である。 １セグメント分の温度検知素子のセグメント回路の構成を示す回路図である。 記録素子基板の動作を説明するためのタイミング図である。 温度検知素子回路の動作電圧範囲を説明するための図である。 比較例の温度検知素子回路の動作電圧範囲を説明するための図である。 記録素子のセグメント回路と温度検知素子のセグメント回路との共通給電の構成を示すブロック図である。 本発明の第２の実施形態による記録素子基板の構成を説明するための図である。 本発明の第３の実施形態による記録素子基板の構成を説明するための図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。但し、実施形態に記載されている構成要素はあくまで例示であり、本発明の範囲をそれらに限定する趣旨のものではない。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態による記録素子基板１０１の構成を模式的に示す図である。図１（ａ）は、記録素子基板１０１を吐出口１０４側から見たときの外観図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ－Ａ線に沿った記録素子基板１０１の断面を模式的に示す断面図である。
図１（ａ）に示すように、流路形成部材１０３がシリコン基板１０２上に設けられている。流路形成部材１０３は、感光樹脂等からなり、インク等の液体を吐出する複数の吐出口１０４を有する。シリコン基板１０２の上面には、外部の配線と電気的に接続される複数の端子１０５が形成されている。ここでは、吐出口１０４が一列に設けられているが、吐出口１０４の数や列数は適宜に変更可能である。

図１（ｂ）に示すように、液体を吐出するための熱エネルギーを発生する記録素子１１２と温度検知素子１１１とが、吐出口１０４と対向する領域に設けられている。具体的には、絶縁膜１０６、配線層１０７および層間絶縁膜１０８がこの順番でシリコン基板１０２上に積層されている。配線層１０７は、アルミニウム等からなる配線１０７ａ～１０７ｄを含む。温度検知素子１１１が、層間絶縁膜１０８上に形成されている。温度検知素子１１１は、チタン、および窒化チタン積層膜等からなる薄膜抵抗体である。
タングステン等からなる導電プラグ１１４ａ、１１４ｂが、層間絶縁膜１０８を貫通するように設けられている。温度検知素子１１１の一端は、導電プラグ１１４ａを介して配線１０７ａに電気的に接続され、温度検知素子１１１の他端は、導電プラグ１１４ｂを介して配線１０７ｂに電気的に接続されている。

温度検知素子１１１が形成された層間絶縁膜１０８上に、層間絶縁膜１０９が積層されている。記録素子１１２が、層間絶縁膜１０９上に形成されている。記録素子１１２は、タンタル窒化珪素膜等からなる発熱抵抗体である。タングステン等からなる導電プラグ１１５ａ、１１５ｂが、層間絶縁膜１０８および層間絶縁膜１０９を貫通するように設けられている。記録素子１１２の一端は、導電プラグ１１５ａを介して配線１０７ｃに電気的に接続され、記録素子１１２の他端は、導電プラグ１１５ｂを介して配線１０７ｄに電気的に接続されている。
記録素子１１２が形成された層間絶縁膜１０９上に、シリコン窒化膜などの保護膜１１０が積層され、さらに、保護膜１１０上にタンタルなどの耐キャビテーション膜１１３が形成されている。なお、温度検知素子１１１は層間絶縁膜１０９を介して記録素子１１２の直下に配設けられているが、この構造に限定されない。温度検知素子１１１は、記録素子１１２と同じ層に形成されてもよく、層間絶縁膜を介して記録素子１１２の直上に設けられてもよい。

図２は、記録素子基板１０１と制御装置２０１および電源装置３００との間の配線を説明するための図である。図２（ａ）は、記録素子基板１０１と制御装置２０１との間の結線図である。図２（ｂ）は、記録素子基板１０１と電源装置３００との間の結線図である。
図２（ａ）に示すように、記録装置は、記録素子基板１０１を制御する制御装置２０１を有する。制御装置２０１は、記録素子基板１０１の吐出動作を制御するための信号（印刷制御や印刷情報、吐出検査の制御情報を含む）を生成する。例えば、制御装置２０１は、ブロック信号LT、転送クロック信号CLK、制御情報のシリアルデータ信号D、判定データのシリアルデータ信号Doおよび転送クロック信号CLK2を出力する。ここで、ブロック信号LTは、複数の記録素子１１２をブロック単位に時分割駆動するためのブロック時間を刻む。転送クロック信号CLK2は、シリアルデータ信号Doを転送するためのクロック信号である。

図２（ｂ）に示すように、記録装置は、電力を記録素子基板１０１に供給する電源装置３００を有する。電源装置３００は、電源３０１、電源３０２および電源３０３を有する。電源装置３００は、電圧VH（２４Ｖ）、電圧VHT（５Ｖ）、電圧VDD（３．３Ｖ）を記録素子基板１０１に供給する。電源装置３００と記録素子基板１０１の間には、VH、VHTおよびVDDの他に、VHに対応するグランドGNDHと、VDDおよびVHTのそれぞれに対応するグランドVSSが設けられている。VH、VHTおよびVDDは正側の電源電圧と呼ぶことができ、VSSは負側の電源電圧と呼ぶことができる。

図３は、記録素子基板１０１の構成を示す回路図である。記録素子基板１０１は、データ入力回路３０４、記録素子回路３０５、温度検知素子回路３０６、電流源３０７および検査回路３０８を有する。ここでは、記録素子回路３０５は一列に配置された複数の記録素子１１２を含み、温度検知素子回路３０６は記録素子１１２の各々に対応する温度検知素子１１１を含む。例えば、温度検知素子１１１は記録素子１１２の近傍に配置される。
電源３０１は、電源電圧VDDを記録素子基板１０１に供給する。電源３０２は、電源電圧VHTを記録素子基板１０１に供給する。電源３０３は、電源電圧VHを記録素子基板１０１に供給する。電源電圧VDDおよび電源電圧VHTを用いて温度検知素子回路３０６を駆動する。電源電圧VH、電源電圧VDDおよび電源電圧VHTを用いて記録素子回路３０５を駆動する。電源電圧VHTを用いて電流源３０７を駆動する。電流源３０７は、定電流Isを温度検知素子回路３０６に供給する。

データ入力回路３０４は、制御装置２０１によって生成されたブロック信号LT、転送クロック信号CLK1およびシリアルデータ信号Dを受信する。データ入力回路３０４は、データを展開して記録素子基板１０１の諸回路に信号を送出する。例えば、データ入力回路３０４は、信号l_lt、clk_h、d_h、heを記録素子回路３０５に供給する。記録素子回路３０５は、信号l_lt、clk_h、d_h、heに従って時分割駆動する。ここで、信号l_ltは、ブロック信号LTの後縁のところから所定のパルス幅で生成された内部回路用のラッチ信号である。信号clk_hは、転送クロック信号CLK1に相当する。信号d_hは、時分割駆動のデータ（シリアルデータ）を送るためのものである。信号heは、記録素子１１２を駆動する印加信号である。
データ入力回路３０４は、信号l_lt、clk_s、d_sを温度検知素子回路３０６および検査回路３０８に供給する。信号l_lt、clk_s、d_sはそれぞれ、ラッチ信号、転送クロック信号、シリアルデータである。これらラッチ信号l_lt、転送クロック信号clk_sおよびシリアルデータd_sはそれぞれ、ラッチ信号l_lt、転送クロック信号clk_hおよびシリアルデータd_hに対応する。

温度検知素子回路３０６は、複数の温度検知素子１１１の一つを選択的に通電させて温度情報を読み出す。温度検知素子回路３０６では、ラッチ信号l_lt、転送クロック信号clk_sおよびシリアルデータd_sに基づき、温度検知素子１１１が選択され、その選択された温度検知素子１１１が電流源３０７に接続される。そして、温度検知素子１１１の両端の端子電圧Va、Vbが検査回路３０８に出力される。端子電圧Vaは、温度検知素子１１１の一方の端子（高電位側の端子）に生じる電圧であり、端子電圧Vbは、温度検知素子１１１の他方の端子（低電位側の端子）に生じる電圧である。
検査回路３０８では、ラッチ信号l_lt、転送クロック信号clk_sおよびシリアルデータd_sに基づき、検査条件を調整するためのパラメータが設定され、検査のタイミングが決定される。また、検査回路３０８は、温度検知素子１１１の両端の端子電圧va、vbを通して入力される温度波形を受ける。そして、検査回路３０８は、信号処理と判定処理を実行し、判定データをブロック時間LT毎にシリアル転送クロックCLK2に同期したシリアル判定データDoとして出力する。

図４は、記録素子回路３０５の構成を説明するための図である。図４（ａ）は、記録素子回路３０５の構成を示すブロック図である。図４（ｂ）は、１セグメント分の記録素子のセグメント回路８０２を示す回路図である。図４中、記録素子４０２は、図１（ｂ）に示した記録素子１１２に対応する。
図４（ａ）に示すように、記録素子回路３０５は、セグメントseg0～seg511を有する。セグメントseg0～seg511は、５１２個の記録素子４０２が１列に設けられた構成に対応し、各セグメントは、記録素子４０２および駆動スイッチ４０３を有する。記録素子４０２の一方の端子は、電源電圧VHの共通配線である電源線４０１ａに接続されている。記録素子４０２の他方の端子は、駆動スイッチ４０３の一方の端子に接続されている。駆動スイッチ４０３の他方の端子は、グランドGNDHの共通配線であるグランド線４０１ｂに接続されている。グランド線４０１ｂは、電源電圧VHのリターン先である。

記録素子回路３０５は、セグメントseg0～seg511の駆動スイッチ４０３を駆動するためのスイッチ駆動回路４０４および記録素子選択回路４０５を有する。スイッチ駆動回路４０４および記録素子選択回路４０５はそれぞれ、電源電圧VDDの電源線およびグランドVSSのグランド線に接続されている。スイッチ駆動回路４０４はさらに、電源電圧VHTの電源線に接続されている。
記録素子選択回路４０５は、シフトレジスタとデコーダとで構成されている。記録素子選択回路４０５は、ラッチ信号l_lt、転送クロック信号clk_h、シリアルデータd_hおよび印加信号heを受けて、時分割駆動のための行信号と列信号を生成する。記録素子選択回路４０５は、行信号と列信号との論理積（ＡＮＤ）をとったオン／オフ信号enを出力する。オン／オフ信号enの電圧振幅は、電源電圧VDDの電圧値に対応する。

スイッチ駆動回路４０４は、記録素子選択回路４０５が出力したオン／オフ信号enの電圧振幅を増幅する。具体的には、スイッチ駆動回路４０４は、電圧振幅値が電源電圧VDDに相当する小振幅のオン／オフ信号enを電圧振幅値が電源電圧VHTに相当する大振幅の駆動信号hに変換する。駆動信号hは、セグメントseg0～seg511に対応する駆動信号h0～h511を含む。駆動信号h0に従い、セグメントseg0の駆動スイッチ４０３がオン／オフ制御される。同様に、駆動信号h1～h511に従い、セグメントseg1～seg511の駆動スイッチ４０３がオン／オフ制御される。

図４（ｂ）に示す記録素子のセグメント回路８０２において、スイッチ駆動回路４０４は、電源電圧VDDを用いて動作するインバータと電源電圧VHTを用いて動作するインバータで構成されている。スイッチ駆動回路４０４は、オン／オフ信号enを昇圧した駆動信号hを出力する。駆動スイッチ４０３は、ＭＯＳ（Metal-Oxide Semiconductor）トランジスタ４０３aからなる。ＭＯＳトランジスタ４０３ａのドレイン端子は、記録素子４０２に接続されている。ＭＯＳトランジスタ４０３ａのソース端子は、グランドGNDHのグランド線に接続されている。スイッチ駆動回路４０４が出力した駆動信号hが、ＭＯＳトランジスタ４０３ａのゲート端子に供給される。ＭＯＳトランジスタ４０３ａは、駆動信号hに従ってオン／オフ制御される。

図５は、温度検知素子回路３０６の構成を示すブロック図である。温度検知素子回路３０６は、シフトレジスタ５０１、電圧変換回路５０２、デコーダ５０３および温度検知素子のセグメント回路５０４を有する。シフトレジスタ５０１とデコーダ５０３は、電源電圧VDDが印加され、小振幅の入出力信号を処理する。ここでは、電源電圧VDDは３．３Ｖである。シフトレジスタ５０１は、データ入力回路３０４からのラッチ信号l_lt、転送クロック信号clk_sおよびシリアルデータd_sを通じて、温度検知素子１１１の選択情報を取り込み、９ビットの選択データa0～a8を出力する。デコーダ５０３は、選択データa0～a8を受けて温度検知素子回路を選択するための選択信号lv0～lv511を出力する。温度検知素子回路３０６は、温度検知装置と呼ぶことができる。電圧変換回路５０２およびデコーダ５０３は、信号処理部と呼ぶことができる。

電圧変換回路５０２は、電源電圧VDDと電源電圧VHTが印加されて動作し、電圧振幅値が電源電圧VDDに相当する小振幅の入力信号を電圧振幅値が電源電圧VHTに相当する大振幅の信号に変換する。ここでは、電源電圧VDDは３．３Ｖであり、電源電圧VHTは５Ｖである。電圧変換回路５０２は、電圧振幅値が３．３Ｖの選択信号lv0～lv511を受けて、電圧振幅値が５Ｖの選択信号hv0～hv511を出力する。なお、電源電圧VHTは、記録素子回路３０５内のスイッチ駆動回路４０４に印加されているものと同じである。

温度検知素子のセグメント回路５０４は、記録素子回路３０５のセグメントseg0～seg511に対応する５１２個のセグメントを有し、各セグメントには、記録素子４０２に対応して温度検知素子１１１が設けられている。セグメント回路５０４は、電源電圧VHTが印加されて動作し、デコーダ５０３から選択信号lv0～lv511を受信するとともに、電圧変換回路５０２から選択信号hv0～hv511を受信する。セグメント回路５０４では、選択信号lv0～lv511および選択信号hv0～hv511に従って、５１２個のセグメント中の1セグメントが選択され、配線を通して温度検知素子１１１に定電流Isが給電される。同時に、温度検知素子１１１の両端の端子電圧va、vbが配線を介して出力される。

図６は、１セグメント分の電圧変換回路５０２の構成を示す回路図である。電圧変換回路５０２は、電源電圧VDDを用いて動作する前段部６００と、電源電圧VHTを用いて動作する昇圧部６０１を有する。
前段部６００は、電源電圧VDDが印加される２つのインバータからなり、各インバータはＰＭＯＳトランジスタとＮＭＯＳトランジスタとで構成されている。前段のインバータが選択信号lvの反転信号を生成する。反転信号は、後段のインバータに入力されるとともに、昇圧部６０１に入力される。反転信号は、後段のインバータにて再び反転された後、昇圧部６０１に入力される。
昇圧部６０１は、複数のＰＭＯＳトランジスタと複数のＮＭＯＳトランジスタとで構成されている。昇圧部６０１は、左右対称の反転回路で構成されているが、前段部６００とは異なり、電源電圧VHTの端子側にＰＭＯＳトランジスタが直列に接続されている。各ＰＭＯＳトランジスタのゲートには、対向する反転回路の出力が接続されている。このため、片方の回路の出力が“Ｈ”（５Ｖ）のときは、対向するＰＭＯＳトランジスタのゲートが５Ｖとなり、その回路の出力が“Ｌ”（０Ｖ）になる。回路の出力が“Ｌ”（０Ｖ）になると、対向するＰＭＯＳトランジスタのゲートが０Ｖになり、ＰＭＯＳトランジスタがＯＮして、その回路の出力が“Ｈ”（５Ｖ）になる。このような動作により、電源電圧VHTの振幅値を有する選択信号hvが生成される。

図７は、１セグメント分の温度検知素子のセグメント回路５０４の構成を示す回路図である。温度検知素子のセグメント回路５０４は、セグメントseg0～seg511を有し、各セグメントは、選択スイッチ７０１、温度検知素子７０２、第１の読み出しスイッチ７０４、第２の読み出しスイッチ７０５および抵抗７０３を有する。温度検知素子７０２は、図１（ｂ）に示した温度検知素子１１１に対応する。選択スイッチ７０１、第１の読み出しスイッチ７０４および第２の読み出しスイッチ７０５はいずれも、ＮＭＯＳトランジスタからなる。

選択スイッチ７０１のドレイン端子は、定電流Isの共通配線５０５－１に接続されている。選択スイッチ７０１のソース端子は、温度検知素子７０２の一方の端子に接続されている。第１の読み出しスイッチ７０４のソース端子は、選択スイッチ７０１のソース端子と温度検知素子７０２の一方の端子とを接続するラインに接続されている。第１の読み出しスイッチ７０４のドレイン端子は、端子電圧vaを読み出すための共通配線５０４－２に接続されている。
温度検知素子７０２の他方の端子は、動作点を定める抵抗７０３を介してグランドVSSのグランド線５０４－４に接続されている。グランド線５０４－４は、定電流Isのリターン先である。第２の読み出しスイッチ７０５のソース端子は、温度検知素子７０２の他方の端子と抵抗７０３とを接続するラインに接続されている。第２の読み出しスイッチ７０５のドレイン端子は、端子電圧vbを読み出すための共通配線５０４－３に接続されている。

セグメントseg0において、選択信号hv0が選択スイッチ７０１および第１の読み出しスイッチ７０４の各々のゲート端子に供給され、選択信号lv0が第２の読み出しスイッチ７０５のゲート端子に供給される。選択スイッチ７０１および第１の読み出しスイッチ７０４は、選択信号hv0に従ってオン／オフ制御される。第２の読み出しスイッチ７０５は、選択信号lv0に従ってオン／オフ制御される。
セグメントseg1～seg511も、セグメントseg0と同様の接続構造を有する。セグメントseg1～seg511おいて、選択スイッチ７０１および第１の読み出しスイッチ７０４は選択信号hv1～hv511に従ってオン／オフ制御され、第２の読み出しスイッチ７０５は選択信号lv1～lv511に従ってオン／オフ制御される。

次に、図３に示した記録素子基板１０１における温度検知素子の選択から判定データを出力するまでの動作を説明する。
図８は、記録素子基板１０１の動作を説明するためのタイミング図である。図８に示すように、ブロック１の期間に、データ入力回路３０４が、温度検知素子の選択情報１１０１を検出し、転送クロック信号clk_s（１１０２）およびシリアルデータd_s（１１０３）を出力する。温度検知素子回路３０６と検査回路３０８へデータが転送される。温度検知素子回路３０６内のシフトレジスタ５０１に選択情報１１０１が取り込まれる。

ブロック２の期間に、ラッチ信号l_lt（１１０５）に従って、温度検知素子回路３０６で取り込まれた選択情報１１０１がラッチされ、選択データa0～a8（１１０６）が出力される。これを受けてデコーダ５０３から、seg0の選択信号lv（１１０８）が出力されるともに、電圧変換された選択信号hv（１１０８）が出力される。図８中、符号１１０８は、選択信号lvおよび選択信号hvの両方のタイミングを示す。
一方で、図８には示されていないが、温度検知素子に対応した記録素子の選択データが与えられて、記録素子が選択される。seg0の記録素子が選択されると、その選択された記録素子に印加信号heのパルス（１１０４）が印加され、対応するseg0の温度検知素子の温度波形（１１０９）が得られる。検査回路３０８が、温度波形を受けて、正常吐出か否かを判定し、その判定データを保持する。この間、次の温度検知素子の選択情報が転送される。
ブロック３の期間に、ラッチ信号l_ltのタイミングで、保持されていた判定データ（１１１１）がシリアル判定データDoのデータ線に出力され、転送クロック信号CLK2（１１１０）に同期して転送される。ブロック３以降、同様の処理が繰り返される。

次に、温度検知素子回路３０６の動作電圧範囲について説明する。
図９は、温度検知素子回路３０６の動作電圧範囲を説明するための図である。図９（ａ）は、１セグメント分の温度検知素子のセグメント回路８０１の構成を示すブロック図である。図９（ｂ）は、定電流Isに対する温度検知素子のセグメント回路８０１の各部の電圧の関係を示すグラフである。図９（ｃ）は、電流源３０７の出力電圧の降下を示す特性図である。図９（ｄ）は、選択スイッチ７０１のオン抵抗特性を示す特性図である。

図９（ａ）に示すセグメント回路８０１において、電圧振幅値が３．３Ｖの選択信号lvが、電圧変換回路５０２および第２の読み出しスイッチ７０５のゲート端子に供給される。電圧変換回路５０２は、選択信号lvを電圧振幅値が５Ｖの選択信号hvに変換する。選択信号hvは、選択スイッチ７０１および第１の読み出しスイッチ７０４の各々のゲート端子に供給される。選択スイッチ７０１および第１の読み出しスイッチ７０４は選択信号hvに従って駆動され、第２の読み出しスイッチ７０５は選択信号lvに従って駆動される。セグメント回路８０１は、図５に示したセグメント回路５０４の各セグメントを構成する。
電流源３０７は、電源電圧VHT（５Ｖ）を用いて動作する。電流源３０７は、選択スイッチ７０１を介して定電流Isを温度検知素子７０２の一方の端子に供給する。選択スイッチ７０１がオンされると、定電流Isが温度検知素子７０２を流れる。第１の読み出しスイッチ７０４がオンされると、温度検知素子７０２の一方の端子の端子電圧vaが出力される。第２の読み出しスイッチ７０５がオンされると、温度検知素子７０２の他方の端子の端子電圧vbが出力される。

図９（ｂ）に示すように、選択スイッチ７０１のドレイン電圧v1、温度検知素子７０２の一方の端子側の電圧v2（端子電圧va）と他方の端子側の電圧v3（端子電圧vb）は、定電流Isの増加にともなって上昇する。温度検知素子７０２の端子間電圧（v2-v3）が温度情報である。ここで、電流源３０７は、図９（ｃ）に示す出力特性を有し、２．７ｍＡに対して０．９Ｖの電圧降下を生じる（Δｖは出力電圧降下を示す）。選択スイッチ７０１は、図９（ｄ）に示すオン抵抗特性（電圧v2の範囲０～３Ｖに対してオン抵抗ronの範囲６０～２００Ω）を有する。温度検知素子７０２の抵抗値は１ｋΩ、動作点用の抵抗７０３の抵抗値は１００Ωである。
電流源３０７の出力特性によれば、定電流範囲は最大約２．７ｍＡであり、この時、電圧v2は最大３Ｖになる。これに対し、第１の読み出しスイッチ７０４のゲートとソースとの間のしきい値電圧vthは０．６Ｖである。選択信号hv（＝vg1）が５Ｖの時、第１の読み出しスイッチ７０４の読み出し範囲Ａ１は４．４Ｖ（＝vg1－vth＝５Ｖ－０．６Ｖ）以下になる。この場合、温度検知素子回路３０６は、読み出し範囲Ａ１＞v2範囲の関係で動作するので、正しい温度情報を読み出すことができる。

一方、第２の読み出しスイッチ７０５のゲートとソースとの間のしきい値電圧vthは０．６Ｖである。選択信号lv（＝vg2）が３．３Ｖの時、第２の読み出しスイッチ７０５の読み出し範囲Ａ２は２．７Ｖ（＝vg2－vth＝３．３Ｖ－０．６Ｖ）以下になる。この場合、温度検知素子回路３０６は、読み出し範囲Ａ２＞v3範囲の関係で動作するので、正しい温度情報を読み出すことができる。なお、第１の読み出しスイッチ７０４のしきい値電圧Vthは、第２の読み出しスイッチ７０５のしきい値電圧Vthより少し大きくなるが、ここでは説明を簡単にするために、両しきいち電圧Vthを同じ値（０．６Ｖ）として表現した。

（比較例）
次に、比較例の温度検知素子回路の動作電圧範囲について説明する。
図１０は、比較例の温度検知素子回路の動作電圧範囲を説明するための図である。図１０（ａ）は、１セグメント分の温度検知素子のセグメント回路と電圧変換回路を示すブロック図である。図１０（ｂ）は、定電流Isに対するセグメント回路の各部の電圧の関係を示すグラフである。
図１０（ａ）に示すセグメント回路は、選択スイッチ１２０１、温度検知素子７０２、第１の読み出しスイッチ１２０４、第２の読み出しスイッチ１２０５および抵抗７０３を有する。電流源３０７、温度検知素子７０２および抵抗７０３は、図９（ａ）に示したものと同じである。選択スイッチ１２０１、第１の読み出しスイッチ１２０４および第２の読み出しスイッチ１２０５はいずれも、ＮＭＯＳトランジスタからなる。

選択スイッチ１２０１のドレイン端子は電流源３０７に接続され、ソース端子は温度検知素子７０２の一方の端子に接続されている。第１の読み出しスイッチ１２０４のソース端子は、選択スイッチ１２０１のソース端子と温度検知素子７０２の一方の端子とを接続するラインに接続されている。第２の読み出しスイッチ１２０５のソース端子は、温度検知素子７０２の他方の端子と抵抗７０３とを接続するラインに接続されている。
電圧振幅値が３．３Ｖの選択信号lvが、電圧変換回路１２０２と第１の読み出しスイッチ１２０４および第２の読み出しスイッチ１２０５の各ゲート端子に供給される。電圧変換回路１２０２は、選択信号lvを電圧振幅値が５Ｖの選択信号hvに変換する。選択信号hvは、選択スイッチ１２０１のゲート端子に供給される。選択スイッチ１２０１は選択信号hvに従って駆動され、第１の読み出しスイッチ１２０４および第２の読み出しスイッチ１２０５は選択信号lvに従って駆動される。

図１０（ｂ）に示すように、選択スイッチ１２０１のドレイン電圧v1、温度検知素子７０２の一方の端子側の電圧v2（端子電圧va）と他方の端子側の電圧v3（端子電圧vb）は、定電流Isの増加にともなって上昇する。ここで、図１０（ｂ）のグラフにおいても、図９（ｂ）のグラフの説明で記載した条件が用いられている。
電流源３０７の定電流範囲は最大約２．７ｍＡであり、この時、電圧v2は最大３Ｖになる。第１の読み出しスイッチ１２０４および第２の読み出しスイッチ１２０５はいずれも、ゲートとソースとの間のしきい値電圧vthが０．６Ｖである。選択信号lv（＝vg2）が３．３Ｖの時、読み出し範囲Ａは２．７Ｖ（＝vg2－vth＝３．３Ｖ－０．６Ｖ）以下になる。この場合、温度検知素子回路は、読み出し範囲Ａ＜v2範囲の関係で動作するので、温度情報を正しく読み出すことはできない。

上述のように、本実施形態の記録素子基板１０１によれば、電源電圧を高くして電流源３０７の動作範囲を広げた場合に、電圧変換回路５０２で昇圧した選択信号hvを用いて、選択スイッチ７０１だけでなく、第１の読み出しスイッチ７０４を駆動する。これにより、選択スイッチ７０１の電圧降下を抑えるとともに、第１の読み出しスイッチ７０４の入力電圧範囲を、電源電圧VHTの電圧範囲内で動作する温度検知素子７０２の動作電圧範囲に対応させることができる。よって、温度検知信号（温度情報）のＳ／Ｎを高くでき、かつ、広がった温度検知電圧範囲に対応して温度検知素子７０２の端子電圧を正確に読み出すことができる。その結果、吐出不良の判定精度を向上することができる。

なお、本実施形態の記録素子基板１０１において、選択スイッチ７０１と高電位側の第１の読み出しスイッチ７０４には高耐圧素子を使用するが、低電位側の第２の読み出しスイッチ７０５には低耐圧素子を使用できる。高耐圧素子に比べて、低耐圧素子の素子サイズは小さい。例えば、ＭＯＳトランジスタの場合、耐圧を高めるためには縦方向（深さ方向）の対策と横方向(面積方向)の対策がある。基本的には、電界強度を下げる必要があるため、横方向の対策の場合、濃度を低くした層を設けることとともに、ソースとドレイン間の距離を離す必要がある。このため、高耐圧のＭＯＳトランジスタは、低耐圧のＭＯＳトランジスタに比べて面積が増える。読み出し回路全体の面積を考えたとき、低電位側の第２の読み出しスイッチ７０５を小型化できるので、面積の増加を抑制することができる。

また、本実施形態の記録素子基板１０１において、図４（ｂ）に示した記録素子のセグメント回路８０２と図９（ａ）に示した温度検知素子のセグメント回路８０１に対して、電源電圧VHTと電源電圧VDDをそれぞれ共通に給電してもよい。
図１１は、記録素子のセグメント回路８０２と温度検知素子のセグメント回路８０１との共通給電の構成を示すブロック図である。図１１に示すように、電源電圧VDDが共通の電源線を介してセグメント回路８０２のスイッチ駆動回路４０４とセグメント回路８０１の電圧変換回路５０２とに供給される。また、電源電圧VHTが共通の電源線を介してセグメント回路８０２のスイッチ駆動回路４０４とセグメント回路８０１の電圧変換回路５０２および電流源３０７とに供給される。換言すると、スイッチ駆動回路４０４の電源電圧と電圧変換回路５０２の電源電圧は共通である。このように記録素子のセグメント回路８０２と温度検知素子のセグメント回路８０１とで電源電圧VDDおよび電源電圧VHTを共通化することで、回路レイアウトを効率化でき、省スペース化を図ることができる。

（第２の実施形態）
図１２は、本発明の第２の実施形態による記録素子基板の構成を説明するための図である。図１２（ａ）は、１セグメント分の温度検知素子のセグメント回路９０１の構成を示すブロック図である。図１２（ｂ）は、セグメント回路９０１に適用される温度検知素子回路９０３の構成を示すブロック図である。
図１２（ａ）に示すセグメント回路９０１は、第２の読み出しスイッチ７０５に代えて第２の読み出しスイッチ９０２を有する点が、図９（ａ）に示したセグメント回路９０１と異なる。第２の読み出しスイッチ９０２は、ＮＭＯＳトランジスタからなる。第２の読み出しスイッチ９０２のソース端子は、温度検知素子７０２の他方の端子と抵抗７０３とを接続するラインに接続されている。なお、図１２（ａ）には示されていないが、第２の読み出しスイッチ９０２のドレイン端子は、端子電圧vbを読み出すための共通配線５０４－３（図７参照）に接続されている。セグメント回路９０１は、図５に示したセグメント回路５０４の各セグメントを構成する。ただし、この場合、デコーダ５０３は、選択信号lv0～lv511を電圧変換回路５０２に供給するが、セグメント回路５０４には供給しない。

図１２（ａ）に示すセグメント回路９０１において、電圧変換回路５０２は、電圧振幅値が３．３Ｖの小振幅の選択信号lvを電圧振幅値が５Ｖの大振幅の選択信号hvに変換する。選択信号hvは、選択スイッチ７０１、第１の読み出しスイッチ７０４および第２の読み出しスイッチ９０２の各々のゲート端子に供給される。選択スイッチ７０１がオンされると、定電流Isが温度検知素子７０２を流れる。第１の読み出しスイッチ７０４がオンされると、温度検知素子７０２の一方の端子の端子電圧vaが出力される。第２の読み出しスイッチ９０２がオンされると、温度検知素子７０２の他方の端子の端子電圧vbが出力される。
本実施形態の記録素子基板によれば、第１の実施形態と同様、温度検知信号（温度情報）のＳ／Ｎを高くでき、温度検知素子７０２の端子電圧を正確に読み出すことができる。なお、第２の読み出しスイッチ９０２に高耐圧素子を用いるため、第１の実施形態と比較して素子サイズが少し大きくなる。しかし、選択スイッチ７０１、第１の読み出しスイッチ７０４および第２の読み出しスイッチ９０２に対して、選択信号hvを共通の配線で供給できるので、配線スペースを削減できる。よって、素子サイズの増加と配線スペースの削減とが相殺されて、読み出し回路全体の面積の増大を抑制することができる。

また、本実施形態の記録素子基板において、図１２（ｂ）に示す温度検知素子回路９０３を用いることもできる。温度検知素子回路９０３は、シフトレジスタ５０１、電圧変換回路９０４、デコーダ９０５および温度検知素子のセグメント回路９０７を有する。シフトレジスタ５０１は、図５に示したものと同じである。温度検知素子回路９０３は、温度検知装置と呼ぶことができる。電圧変換回路９０４およびデコーダ９０５は、信号処理部と呼ぶことができる。
電圧変換回路９０４は、電源電圧VDDと電源電圧VHTが印加されて動作し、電圧振幅値が電源電圧VDDに相当する小振幅の入力信号を電圧振幅値が電源電圧VHTに相当する大振幅の信号に変換する。ここでは、電源電圧VDDは３．３Ｖであり、電源電圧VHTは５Ｖである。電圧変換回路９０４は、電圧振幅値が３．３Ｖの選択データa0～a8を受けて、電圧振幅値が５Ｖの選択データb0～ｂ8を出力する。

デコーダ９０５は、高耐圧素子からなり、電源電圧VHTが印加されて動作する。デコーダ９０５は、選択データb0～b8を受け、電圧振幅値が５Ｖの選択信号hv0～hv511を出力する。
温度検知素子のセグメント回路９０７は、図５に示したセグメント回路５０４と同様、５１２個のセグメントを有するが、各セグメントは、図１２（ａ）に示したセグメント回路９０１からなる。セグメント回路９０７では、選択信号hv0～hv511に従って、５１２個のセグメント中の1セグメントが選択され、配線を通して温度検知素子７０２に定電流Isが給電される。同時に、温度検知素子７０２の両端の端子電圧va、vbが配線を介して出力される。

上記の温度検知素子回路９０３によっても、温度検知信号（温度情報）のＳ／Ｎを高くでき、温度検知素子７０２の端子電圧を正確に読み出すことができる。なお、デコーダ９０５を高耐圧素子で構成する必要があるため、温度検知素子回路３０６と比較して、デコーダ９０５の素子サイズが少し大きくなる。しかし、電圧変換回路９０４をデコーダ９０５の前段に配置することで信号線数を削減することができ、電圧変換回路９０４の回路規模を小さくすることが可能である。よって、素子サイズの増加と回路規模の削減とが相殺されて、回路全体の面積の増大を抑制することができる。

（第３の実施形態）
図１３は、本発明の第３の実施形態による記録素子基板の構成を説明するための図である。図１３には、１セグメント分の温度検知素子のセグメント回路１００１の構成が示されている。セグメント回路１００１は、図９（ａ）に示したセグメント回路９０１の構成から第２の読み出しスイッチ７０５を削除したものである。セグメント回路１００１は、図５に示したセグメント回路５０４の各セグメントを構成する。ただし、この場合、デコーダ５０３は、選択信号lv0～lv511を電圧変換回路５０２に供給するが、セグメント回路５０４には供給しない。
上記のセグメント回路１００１では、選択スイッチ７０１がオンされると、定電流Isが温度検知素子７０２を流れる。第１の読み出しスイッチ７０４がオンされると、温度検知素子７０２の一方の端子（高電位側の端子）の端子電圧が温度情報として出力される。

本実施形態の記録素子基板においても、温度検知信号（温度情報）のＳ／Ｎを高くでき、温度検知素子７０２の端子電圧を正確に読み出すことができる。なお、図９（ａ）に示したセグメント回路９０１と比較して、セグメント位置に応じてVSSの配線抵抗の影響を受けるが、配線抵抗値を十分に小さくすることで、セグメント回路９０１と同等の検知精度を得ることができる。また、セグメント回路１００１の回路構成は、セグメント回路９０１よりも簡単化されているので、回路レイアウトを効率化でき、省スペース化を図ることができる。

以上説明した各実施形態の記録素子基板において、選択スイッチ、第１の読み出しスイッチおよび第２の読み出しスイッチに関し、ドレイン端子とソース端子の接続関係を逆にしてもよい。この場合は、上述した説明において、「ドレイン端子」および「ソース端子」をそれぞれ「ソース端子」および「ドレイン端子」と読み替えることで説明することができる。

本発明の別の実施形態による温度検知装置は、温度検知素子と、定電流を前記温度検知素子に印加する電流源と、第１のＭＯＳトランジスタと、第２のＭＯＳトランジスタを有する。第１のＭＯＳトランジスタは、ゲート端子以外の２つの端子のうち一方の端子が温度検知素子の一端に接続され、他方の端子が電流源に接続され、選択信号が該ゲート端子に供給される。第２のＭＯＳトランジスタは、ゲート端子以外の２つの端子のうち一方の端子が温度検知素子の一端と第１のＭＯＳトランジスタの一方の端子とを接続するラインに接続され、上記選択信号が該ゲート端子に供給される。第１および第２のＭＯＳトランジスタにおいて、ゲート端子以外の２つの端子は、ドレイン端子とソース端子である。第２のＭＯＳトランジスタのゲート端子と一方の端子との間のしきい値電圧をＶ１、ゲート端子に印加される電圧をＶ２とする。ここで、温度検知素子の一端は、高電位側の端子である。例えば、一方の端子がドレイン端子である場合、しきい値電圧Ｖ１は、ゲートとドレインの間のしきい値電圧である。しきい値電圧Ｖ１から印加電圧Ｖ２を引いた値が、定電流が第１のＭＯＳトランジスタを介して温度検知素子に印加されたときの温度検知素子の一端に生じる端子電圧の値よりも大きくなるように、上記選択信号の電圧振幅値を増幅する。この選択信号の電圧振幅値は、電流源を動作させるための電源電圧の値であってもよい。

本実施形態の温度検知装置においても、電源電圧を高くして電流源の動作範囲を広げた場合に、第２のＭＯＳトランジスタの入力電圧範囲を、電源電圧の電圧範囲内で動作する温度検知素子の動作電圧範囲に対応させることができる。加えて、第１のＭＯＳトランジスタの電圧降下を抑えることができる。よって、温度検知信号（温度情報）のＳ／Ｎを高くでき、温度検知素子の端子電圧を正確に読み出すことができる。

１０１ 録素子基板
３０６ 温度検知素子回路
５０２ 電圧変換回路
７０１ 選択スイッチ
７０２ 温度検知素子
７０４ 第１の読み出しスイッチ
７０５ 第２の読み出しスイッチ

Claims (14)

1. 液体を吐出するための熱エネルギーを発生する複数の記録素子と、
   前記複数の記録素子の各々に対応して設けられた複数の温度検知素子を備え、該温度検知素子の一つを選択的に通電させて温度情報を読み出す温度検知素子回路と、を有し、
   前記温度検知素子回路は、
   第１の電圧振幅の入力信号に基づいて前記第１の電圧振幅よりも大きい第２の電圧振幅を有する選択信号を出力する信号処理部と、
   前記温度検知素子毎に設けられ、該温度検知素子を選択する選択スイッチと、
   前記温度検知素子毎に設けられ、前記選択スイッチが選択した温度検知素子の一方の端子電圧を読み出すための第１の読み出しスイッチと、を備え、
   前記選択スイッチおよび前記第１の読み出しスイッチを、前記選択信号を用いて駆動することを特徴とする記録素子基板。
2. 前記温度検知素子回路は、前記温度検知素子毎に設けられ、前記選択スイッチが選択した温度検知素子の他方の端子電圧を読み出すための第２の読み出しスイッチを備え、該第２の読み出しスイッチを、前記第１の電圧振幅の入力信号を用いて駆動することを特徴とする、請求項１に記載の記録素子基板。
3. 前記第２の読み出しスイッチの耐圧が、前記第１の読み出しスイッチの耐圧よりも低いことを特徴とする、請求項２に記載の記録素子基板。
4. 前記選択信号が共通の配線を介して前記選択スイッチおよび前記第１の読み出しスイッチに供給されることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の記録素子基板。
5. 前記温度検知素子回路は、前記温度検知素子毎に設けられ、前記選択スイッチが選択した温度検知素子の他方の端子電圧を読み出すための第２の読み出しスイッチを備え、該第２の読み出しスイッチを、前記選択信号を用いて駆動することを特徴とする、請求項１に記載の記録素子基板。
6. 前記選択信号が共通の配線を介して前記選択スイッチ、前記第１の読み出しスイッチおよび前記第２の読み出しスイッチに供給されることを特徴とする、請求項５に記載の記録素子基板。
7. 定電流を前記温度検知素子に印加する電流源を有し、
   前記温度検知素子の一端は、前記選択スイッチを介して前記電流源に電気的に接続されるとともに、前記第１の読み出しスイッチに接続されており、前記第２の電圧振幅が、前記電流源を動作させるための電源電圧と同じ値であることを特徴とする、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の記録素子基板。
8. 前記温度検知素子の他端が、抵抗を介して前記定電流のリターン先である配線に接続されていることを特徴とする、請求項７に記載の記録素子基板。
9. 前記信号処理部は、
   前記温度検知素子を選択するための選択データに基づいて前記第１の電圧振幅を有する選択信号を出力するデコーダと、
   前記デコーダが出力した前記第１の電圧振幅を有する選択信号を前記第２の電圧振幅を有する選択信号に変換する電圧変換回路と、を有することを特徴とする、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の記録素子基板。
10. 前記信号処理部は、
    前記温度検知素子を選択するための前記第１の電圧振幅を有する選択データを前記第２の電圧振幅を有する選択データに変換する電圧変換回路と、
    前記電圧変換回路が出力した前記第２の電圧振幅を有する選択データに基づいて前記第２の電圧振幅を有する選択信号を出力するデコーダと、を有することを特徴とする、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の記録素子基板。
11. 前記複数の記録素子の一つを選択的に通電させる記録素子回路を有し、該記録素子回路は、前記記録素子を選択するスイッチと、該スイッチをオン／オフするスイッチ駆動回路と、を有し、該スイッチ駆動回路に供給される電源電圧と前記電圧変換回路に供給される電源電圧が共通であることを特徴とする、請求項９または１０に記載の記録素子基板。
12. 前記温度検知素子が前記記録素子の近傍に配置されていることを特徴とする、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の記録素子基板。
13. 温度検知素子と、
    定電流を前記温度検知素子に印加する電流源と、
    ゲート端子以外の２つの端子のうち一方の端子が前記温度検知素子の一端に接続され、他方の端子が前記電流源に接続され、選択信号が該ゲート端子に供給される第１のＭＯＳトランジスタと、
    ゲート端子以外の２つの端子のうち一方の端子が前記温度検知素子の一端と前記第１のＭＯＳトランジスタの前記一方の端子とを接続するラインに接続され、前記選択信号が該ゲート端子に供給される第２のＭＯＳトランジスタと、を有し、
    前記第２のＭＯＳトランジスタの前記ゲート端子と前記一方の端子との間のしきい値電圧を前記ゲート端子に印加された電圧から差し引いた値が、前記定電流が前記第１のＭＯＳトランジスタを介して前記温度検知素子に印加されたときの前記温度検知素子の一端に生じる端子電圧の値よりも大きくなるように、前記選択信号の電圧振幅値を増幅することを特徴とする温度検知装置。
14. 前記選択信号の電圧振幅値が前記電流源を動作させるための電源電圧の値であることを特徴とする、請求項１３に記載の温度検知装置。

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