KR0172194B1 - 잉크 제트 기록 장치 - Google Patents

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KR0172194B1
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마사아끼 이쯔미다
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미따라이 하지메
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Abstract

잉크 제트 기록 장치의 토출 가열기의 구동 전압은 개개의 기록 헤드의 특성에 따라 설정된다. 보다 상세히 설명하면, 보조 가열기(102, 103)은 토출 가열기(101)이 형성되는 기판위에 토출 가열기와 동일한 공정으로 형성된다. 보조 가열기(102, 103)의 저항치를 판독하여 토출 가열기(101)의 구동 전압은 판독된 저항치를 기초로하여 설정될 수 있다.

Description

잉크 제트 기록 장치
제1도는 종래의 기록 헤드를 설명하기 위한 기판의 평면도.
제2도는 기록 장치 내에 기록 헤드의 전기 접속 배치를 설명하기 위한 블럭 선도.
제3도는 본 발명의 일 실시예에 따른 가열기 구동용 구조를 도시한 블럭 선도.
제4도는 제3도에 도시된 기판(100) 상의 전기 회로를 도시하는 개략적 사시도.
제5도는 본 발명의 일 실시예에 따른 잉크 제트 기록 장치 내에 기록 헤드의 전기 접속을 도시하는 블럭 선도.
제6도는 본 발명에 따른 기록 헤드의 또 다른 실시예를 설명하기 위한 기판의 평면도.
제7도는 제6도에 도시된 기판 상에 형성된 회로의 블럭 선도.
제8도는 전술한 다른 실시예의 변형예를 설명하기 위한 실리콘 기판의 평면도.
제9도는 전술한 다른 실시예의 다른 변형예를 설명하기 위한 실리콘 기판의 평면도.
제10도는 본 발명의 실시예가 적용될 수 있는 기록 헤드의 토출 오리피스부의 구성예를 설명하기 위한 부분 절개 사시도.
제11도는 본 발명의 실시예가 적용될 수 있는 기록 장치의 구성예를 설명하기 위한 사시도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1, 510 : 기록 헤드 100: 기판
101 : 발열 저항 소자 102, 103 : 탐지 가열기
105a, 105b : 접지 단자 110a, 110b : 전원 단자
109 : 가열기 구동기 108, 111, 112, 113 : 배선
205 : 직류 증포기 206 : A/D 변환기
207 : 논리 회로 208 : 전원
303 : 인쇄 회로 기판 500 : 오리피스
504 : 공통 액체 챔버 505 : 액체 통로
본 발명은 잉크 제트 기록 장치에 관한 것으로, 특히 잉크를 토출하기 위해 이용되는 열 에너지를 발생시키는 저항 소자를 포함하는 잉크 제트 기록 장치의 구조에 관한 것이다.
근년에, 잉크 제트 기록 장치에는 교환식 기록 헤드가 사용되어 왔다. 이러한 이유는 상기 교환식 기록 헤드의 제조 비용이 비교적 많이 들지 않으며, 상기 저가의 기록 헤드의 사용에 의하여 잉크 제트 기록 장치는 잉크 탱크 내의 잉크가 완전히 소비되었을 때 기록 헤드가 잉크 탱크와 일체로 된 카트리지식의 기록 헤드 유니트를 교환할 수 있게 하는 구조를 가질 수 있기 때문이다.
부수적으로는, 교환식 헤드들의 각각의 잉크 토출 특설들 중에서 비록 적지만 종종 펴나가 존재한다. 특히, 잉크를 토출하기 위해 이용되는 열 에너지를 발생시키기 위한 발열 저항 소자에 관해서는, 제조 공정에서 발생된 발열 저항 소자의 편차는 결국 토출되는 잉크 액적(droplet) 등에서의 편차를 야기한다.
따라서, 기록 헤드의 종래 제조 공정에 있어서, 후술될 몇몇 공정들이 포함된다.
첫째로는, 한계치 전압(Vth), 즉 잉크 토출이 실제로 일어나는 발열 저항 소자의 최저 전압을 측정하기 위한 공정과, 예컨대 기록 헤드의 인쇄 기판에 마련된 기억 회로내로 데이타로서 측정된 결과들을 저장하기 위한 공정이다. 그리고 나서 상기 공정에서 저장된 데이타는 기록 헤드가 설치된 잉크 제트 기록 장치의 제어부에 의해 판독되고, 판독된 데이타에 응답하여 발열 저항 소자의 구동 전압이 설정될 수 있다.
둘째로는, 기록 헤드의 잉크 토출을 안정화하기 위한 공정으로, 특히 상기 공정은 기록 헤드의 출하(shipping) 전에 전술한 측정 공정에서 측정된 한계치 구동 전압(Vth)의 K배인 구동 전압의 소정 펄스가 기록 헤드의 잉크 토출 특성을 안정화하도록 각각의 발열 저항 소자에 여러 번 인가된다.
그러나, 종래의 이러한 구동 전압 설정 공정과 토출 안정화 처리 공정은 후술되는 바와 같은 문제점들이 있어 왔다.
(1) 구동 전압을 설정하기 위하여, 기록 헤드의 제조 공정에서 다음의 2개의 공정, 즉 잉크 토출이 개시하는 동시에 실제로 잉크 토출을 실행하는 한계치 전압(Vth)을 측정하기 위한 공정과 기록 헤드에 측정된 데이타를 저장하는 공정을 새롭게 마련하는 것이 필요하다. 결과적으로, 이와 관련되어 제조 공정의 수와 제조 비용 모두가 증가된다.
(2) 잉크 토출이 개시되는 한계치 구동 전압을 저장하기 위하여 ROM과 같은 회로, 또는 기록 헤드 내에서 한계치 구동 전압에 대응하는 정보 신호를 유지하기 위한 구성을 마련하는 것이 필요하게 되었다. 따라서, ROM과 같은 회로를 마련하는 경우에 있어서는 생산 비용이 증가하고, 기록 헤드에서 정보 신호를 유지하는 경우에 있어서는 기록 헤드 내에 다수의 신호를 유지하기 위하여 다수의 단자 패드(terminal pad)등을 마련하는 것이 필요하게 되어 생산 비용의 증가와 접속부의 신뢰성의 악화에 관련한 문제점들이 이들로부터 파생된다.
(3) 잉크 토출이 개시되는 최소 전력을 측정하는 경우에서는, 한계치 전압을 측정하기 위하여 인가 전압을 가변시키는 동안 예컨대 발열 저항 소자에 부착된 먼지로 인해 불안정한 잉크 토출 상태가 발생될 수 있어 적절한 한계치 전력이 항상 측정될 수 있는 것은 아니다.
(4) 토출 안정화 처리는 각각의 발열 저항 소자에 대하여 측정된 한계치 전압(Vth)의 K배인 전압을 인가함으로써 수행되므로, 실제의 기록에 있어서 한계치 전압의 K배 미만인 인가 전압의 소정 펄스가 인가될 지라도 충분히 안정화되지 않은 토출 상태에 도달될 수 있다. 상기 경우에 있어서, 기록 특성 등의 악화가 일어날 수 있다.
다른 한편으로는, (2)항에서의 상기 종래 공정에서의 문제점과 유사한 문제점이 다수의 정보 신호들이 기록 헤드 내에 유지되는 구조 이외의 구조에서 발생한다. 예컨대, 상기 문제점은 기록 헤드의 온도 제어를 위해 사용되는 발열 저항 소자들이 기록 헤드에 배치되는 경우에 발생한다. 상기 문제점은 제1도 및 제2도를 참조하여 이하에서 상세히 설명될 것이다.
제1도는 기판(1101)상의 구조를 도시하는 개략도이다. 기판(1101)상에서, 기록 헤드의 다수의 토출 오리피스에 각각 대응하는 다수, 예컨대 32개의 발열 저항 소자(이하, 발열 저항 소자는 토출 가열기라 한다.)는 기판의 일단부 부근(도면에서 상단부 부근)에 배열되며, 저항 소자군(1107)에 사이 토출 가열기가 형성된다. 저항 소자군(1107)내의 각각의 토출 가열기는 매트릭스 정렬 배선(1108)을 통해 각각의 가열기 구동 신호에 따라 구동기(1109)에 의해 구동됨으로써, 열이 잉크에 인가되어 잉크의 토출이 수행된다. 저항 소자(1103, 1104) (이하, 저항 소자는 보조 가열기라 함) 각각은 기판(1101)의 양단부 부근(도면에서 기판의 각각의 좌, 우측 부근)에 배치되고, 저항 소자(1103, 1104)는 기록 헤드의 온도 제어에 있어 발열을 위해 사용된다.
접지 단자(1105), 가열기 구동 신호를 위한 입력 단자(1106) 및 전원 단자(1110)는 기판(1101)에서 타단부 부근(도면에서 기판의 하단부 부근)에 마련되며, 보조 가열기(1103)를 위한 2개의 단자(1102a, 1102a)와 보조 가열기(1104)를 위한 2개의 단자(1102b, 1102b)도 각각 마련된다.
전술한 종래의 기록 헤드에 있어서, 기록 헤드의 기판(1101)과 인쇄 회로 기판(1301) 사이에 20개의 도선이 있는 경우에 20개의 도선들 중에서 4개의 도선은 보조 가열기(1103, 1104)를 위해 사용될 것이다. 부수적으로, 제2도에 도시된 잉크 제트 기록 장치에 있어서, 상기 구조를 갖는 기록 헤드를 포함하며, 물리적으로 연결된 각각의 4개의 접속부는, 각각이 기판(1101)과 인쇄 회로 기판(1303) 사이의 접속부가 접속선(1302)에 의해 연결되고 인쇄 회로 기판(1303)과 가요성 판(가요성 케이블)(1305) 사이의 접속부가 압력 접촉부(1304)에 의해 연결되며 가요성 판(1305) 및 기록 장치의 주 전기 소자 장착판(1307)이 커넥터(1306)를 사용한 가압 접속부에 의해 연결되는 방식으로 연결된다.
그러나, 전술한 종래의 기록 장치에 관해서는, 보조 가열기(1103, 1104)의 각각의 저항값을 탐지하기 위하여 동일한 수의 4개의 도선을 마련하는 것이 필요하게 된다. 따라서, 기판(1101)으로부터 인출되는 도선의 수가 증가함에 따라, 제2도에 도시된 구조를 갖는 기록 장치의 연결부를 위한 비용이 더 많이 들게 되고 이와 함께 기록 장치의 접속부들의 신뢰성도 악화된다는 문제점이 발생된다.
본 발명의 목적은 전술한 바와 같은 토출 가열기의 구동 전압의 설정 및 토출 안정화 처리에 관한 문제점들을 해결하는 동시에 상기 2가지 문제점의 해소로부터 파생되는 신뢰성 등의 악화를 해결할 수 있도록 기록 헤드 및 상기 기록 헤드를 사용하는 잉크 제트 기록 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 잉크 제트 기록 장치에 장착된 상기 기록 헤드의 토출 저항 소자와 동일한 공정으로 마련된 또다른 저항 소자의 저항치를 기준으로 하여 토출 저항 소자의 구동 전력을 결정할 수 있는 잉크 제트 기록 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 기록 헤드 안에 포함된 각각의 저항 소자들의 한 단자를 기록 헤드의 접지 단자 또는 전원 단자에 접속시킴으로써, 상기 저항 소자로부터 인출되는 리드 수를 감소시킬 수 있고, 이에 다라서 접속부의 신뢰성이 향상되고 제조 비용이 절감되는 기록 헤드 및 잉크 제트 기록 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 토출 가열기의 구동 전력이 토출 가열기 등 상의 먼지에 영향을 받을 수 있는 잉크의 실제 토출이 없이도 토출 가열기의 구동 전력이 설정되는 기록 헤드 및 잉크 제트 기록 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 제1태양에 따르면, 피기록 매체 상에 잉크를 토출시키도록 잉크 토출용 기록 헤드를 사용하여 기록을 수행하는 잉크 제트 기록 장치에 있어서, 잉크 토출용으로 이용되는 열 에너지를 발생시키기 위해 기록 헤드에 형성된 제1저항 소자와, 상기 제1저항 소자와 동일한 공정으로 기록 헤드에 형성된 제2저항 소자와, 상기 제2저항 소자의 한 단자를 기록 헤드의 접지 단자 또는 기록 헤드의 전원 단자에 접속시키고 상기 제2저항 소자의 다른 단자를 기록 헤드의 탐지 단자에 접속시키는 배선과, 잉크 제트 기록 장치에 기록 헤드를 장착시키는 것에 상응하여 접지 단자 또는 전원 단자 및 탐지 단자를 통하여 상기 제2저항 소자의 저항치를 판독하고 이 판독된 저항치를 기초로 하여 상기 제1저항 소자의 구동 전력을 설정하는 설정 수단과, 상기 설정 수단에 의해 설정된 구동 전력을 상기 제1저항 소자에 공급하여 상기 제1저항 소자를 구동시키는 구동 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 기록 장치가 제공된다.
본 발명의 제2태양에 따르면, 기록 매체 상의 잉크를 토출시키도록 잉크 토출용 기록 헤드를 사용하여 기록을 수행하는 잉크 제트 기록 장치에 있어서, 잉크 토출에 이용되는 열 에너지를 발생시키기 위해 기록 헤드에 형성된 제1저항 소자와, 상기 제1저항 소자와 동일한 공정으로 기록 헤드에 형성된 제2저항 소자와, 잉크 제트 기록 장치에 기록 헤드를 장착시키는 것에 상응하여 상기 제2저항 소자의 저항치를 판독하고 이 판독된 저항치를 기초로 하여 상기 제1저항 소자의 구동 전력을 설정하는 설정 수단과, 상기 설정 수단에 의하여 설정된 구동 전력을 상기 제1저항 소자에 공급해서 상기 제1저항 소자를 구동시키는 구동 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 기록 장치가 제공된다.
본 발명의 제3태양에 따르면, 잉크 토출에 사용되는 열 에너지를 발생시키는 제1저항 소자와 제1저항 소자와 동일한 공정으로 형성된 제2저항 소자를 포함하고, 상기 제2저항 소자의 한 단자는 기록 헤드의 접지 단자 또느 기록 헤드의 전원 단자에 접속되고, 상기 제2저항 소자의 다른 단자는 기록 헤드의 탐지 단자에 접속되고, 제2저항 소자의 저항치는 잉크 제트 기록 장치에 기록 헤드를 장착시키는 것에 상응하여 접지 단자나 또는 전원 단자 및 탐지 단자를 통하여 판독되고, 이 판독된 저항치는 상기 제1저항 소자의 구동 전력을 설정하는데 사용되도록 구성된 잉크 제트 기록 헤드가 제공된다.
본 발명의 제4태양에 따르면, 잉크 토출용으로 이용되는 열 에너지를 발생시키는 제1저항 소자와 상기 제1저항 소자에 대한 공정과 동일한 공정으로 형성된 제2저항 소자를 포함하고, 제2저항 소자의 저항치는 잉크 제트 기록 장치에 기록 헤드를 장착시키는 것에 상응하여 판독되고, 이 판독된 저항치는 상기 제1저항 소자의 구동 전력을 설정하는데 사용되도록 구성된 잉크 제트 기록 헤드가 제공된다.
본 발명의 제5태양에 따르면, 잉크 제트 기록 장치의 토출 상태를 안정화시키는 방법에 있어서, 잉크를 토출하는데 사용되는 열 에너지를 발생시키는 제1저항 소자와 이 제1저항 소자와 동일한 공정으로 형성된 제2저항 소자를 포함하는 기록 헤드를 제조하는 단계와, 상기 제2저항 소자의 저항치를 판독하는 단계와, 상기 판독된 저항치를 기초로 하여 제1저항 소자의 구동 전력을 설정하는 단계와, 잉크를 토출시키기 위해 설정된 구동 전력의 k배인 전력을 각각 갖는 10t인펄스를 1.0 ≤ k ≤ 1.8 및 4 ≤ t ≤ 8의 조건 하에서 공급하는 단계를 포함하는 토출 안정화 처리 방법이 제공된다.
본 발명의 제6태양에 따르면, 기록 헤드에 형성되어서 잉크 토출용으로 이용되는 열 에너지를 발생시키기 위해 마련되는 제1저항 소자와, 상기 제1저항 소자와는 다르게 기록 헤드에 형성된 제2저항 소자와, 상기 제2저항 소자의 한 단자를 기록 헤드의 접지 단자 또는 전원 단자에 접속시키고 다른 단자를 기록 헤드의 탐지 단자에 접속시키는 배선을 포함하는 잉크 제트 기록 헤드가 마련된다.
본 발명의 제7태양에 따르면, 기록 헤드를 사용하여 기록을 수행하는 잉크 제트 기록 장치에 있어서, 잉크 토출에 사용되는 열 에너지를 발생시키도록 기록 헤드에 형성된 제1저항 소자와, 상기 제1저항 소자와는 다르게 기록 헤드에 형성된 제2저항 소자와, 상기 제2저항 소자의 한 단자를 기록 헤드의 접지 단자 또는 전원 단자에 접속시키고 상기 제2저항 소자의 다른 단자를 기록 헤드의 탐지 단자에 접속시키는 배선을 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 기록 장치가 제공된다.
본 발명의 상기 목적과 기타 목적, 효과, 특징 및 장점들은 첨부된 도면과 관련하여 설명한 하기의 설명으로부터 보다 명확해질 것이다.
첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예가 상술될 것이다.
[실시예 1]
제3도는 본 발명에 따른 실시예의 잉크 제트 기록 장치에서 발열 저항 소자를 구동시키는 구조를 도시하는 블럭 다이아그램이다.
제3도에 도시한 바와 같이, 기록 헤드의 기판(100)상에 열 에너지 발생을 위한 다수의 발열 저항 소자(101, 이하 토출 가열기라 함)가 다수의 잉크 토출 오리피스에 각각 대응하여 형성된다. 다수의 발열 저항 소자(101)의 각각은 토출될 때 데이타 베이스상의 구동 회로(109)에 의하여 선택적으로 구동된다.
기판(100)상에는 두 개의 저항 소자(102, 103, 이하 탐지 가열기라함)가 형성되는데, 이것들은 토출 가열기(101)와 동일한 방법으로 형성되고 그 저항치는 측정 가능하다. 후술하는 바와 같이, 이들의 저항치는 장치(200)의 스위치(204)의 스위칭에 따라 장치(200)에 의하여 판독되나.
장치(200)에서, 탐지 가열기(102 또는 103)로부터의 신호를 증폭하기 위한 직류 증폭기(205)와 직류 증폭기로부터의 신호를 아날로그 디지탈 변환을 위한 A/D 변환기(206)가 구비된다. 논리 회로(207)는 A/D 변환기(206)로부터 하나의 저항값의 신호 베이스 상에 토출 가열기(101)의 구동 상태를 결정한다. 참조 부호(208)는 토출 가열기(101)를 가열하기 위한 동력원을 표시한다.
제4도는 제3도의 기판(100)에서 전력이 공급되는 부분을 도시하는 개략적인 정면도이다.
제4도에서, 매트릭스 정렬 배선(111)는 토출 시의 데이타를 기초로 다수의 토출 가열기를 선택적으로 구동시키기 위하여 다수의 토출 가열기(101)에 연결된다. 연결 패드(116)의 한 군이 매트릭스 정렬 배선(111)의 단부에 연결된다. 전력을 탐지 가열기(102, 103)에 공급하기 위한 배선(112, 113)은 탐지 가열기(102, 103)에 각각 연결되고 단자(122, 123)는 배선(112, 113)의 단부에 각각 연결된다.
제5도는 기록 헤드(1)가 잉크 제트 기록 장치(200) 상에 장착될 때의 전기 연결을 개략적으로 도시하는 블럭 다이아그램이다.
제5도에 도시된 바와 같이, 기록 헤드(1)는 가요성 테이블(305)을 경유하여 전기 패키징 기판(307)에 연결된다. 가요성 케이블(305)은 커넥터(306)를 통하여 전기 패키징 기판(307)에 연결되고 기록 헤드(1)는 압력 하의 연결을 통하여 가요성 케이블(305)에 연결된다. 기록 헤드의 전기 구조체는 기판(100)과 인쇄 회로 기판(303)으로 구성되고 기판(100)은 배선 결합부(302)를 통하여 인쇄 회로 기판(303)에 연결된다.
제3도 내지 제5도에 도시된 구조체에서의 가열기 구동 전압의 설정이 이하에 상세히 기술될 것이다.
기록 헤드(1)의 기록 장치(200) 상에 장착될 때, 논리 회로(207)는 스위치(204)의 변화에 따라 차례로 탐지 가열기(102, 103)의 저항 값들을 판독한다. 이 저항 값들 모두를 판독하는 이유는 다음과 같다. 기판(100)의 크기가 클 때, 토출 가열기(101)의 저항치의 변화가 커진다. 따라서, 변화는 적절한 가열기 구동 전압으로 설정되도록 보정된다. 논리 회로(207)는 판독된 저항 값과 가열기 구동 전압 사이에서 소정의 관계에 따라 가열기 구동 전압을 설정하고 이러한 설정은 이 설정 구동 전압을 가열기(101)에 인가시키는 것을 가능하게 한다.
전술된 것들의 관계는 다음과 같이 결정된다. 먼저, 탐지 저항치와 탐지 가열기(102, 103)의 면적을 각각 Rsub[Ω] 및 Ssub[μ㎡], 탐지 가열기의 배선(113)의 저항치를 γsub[Ω], 토출 가열기(101)에 의한 토출 잉크의 이동에 필요한 단위 면적당의 가열기 전력이 PH[J/μ㎡], 가열기(101)의 폭과 길이를 각각 W[㎛] 및 1[㎛], 가열기(101)에 연결된 배선(111)의 저항치가 γH[Ω], 잉크 토출을 개시시키는데 필요한 인가된 한계치 전압이 Vth[V] 및 이때의 구동 펄스의 펄스 폭이 PW[s]일 때 한계치 전압 Vth는 다음 공식이 주어진다.
다음에, 토출 가열기(101)의 구동 전압은 한계치 전압 Vth의 1.2 배로 설정된다. 이 값으로 설정되는 이유는 가열기(101)상의 발열 응력으로 야기되는 파손에 대한 내구성 및 잉크를 토출시키기 위한 여유를 고려하기 때문이다. 즉, 상기 설정 값 보다 큰 전압이 가열기에 인가될 때, 가열기(101)의 수명은 표준 수명과 비교하여 짧아진다. 반대로, 상기 설정 값보다 작은 전압이 가열기(101)에 인가될 때, 비-토출과 같은 잉크의 불안정한 토출이 이루어지고, 기록 품질이 열악해진다.
전술한 설정은 기록 장치(200)의 논리 회로에서의 판독된 탐지 가열기(102, 103)의 저항치 (Rsub)에 근거하여 수행되고 설정 구동 전압은 전원(208)을 경유하여 토출 가열기(101)에 인가된다.
기록 헤드의 제조 후 출하 전에 토출 안정화 처리되는 구동 전압은 전술된 것과 유사하게 설정된다.
토출 안정화 처리 공정은 104내지 108의 소정 전압의 펄스가 각 토출 가열기(101)에 인가되어 잉크가 토출된다. 이 공정에 의하여, 토출된 잉크 액적은 균일하게되어 밀도의 불균일은 감소되고 안정한 고품질의 화상이 기록된다.
토출 안정화 처리 공정은 구동 전압 VE[V]가 한계치 전압(Vth)에 1.35에 곱함으로써 얻어지는데, 이것은 탐지 가열기(102, 103)의 저항 값(Rsub)에 근거한 전술한 방정식에 의하여 얻어진다. 즉, 토출 안정화 처리 공정에서의 구동 전압은 VE=1.35 Vth방정식에 의하여 얻어진다. 그러나, 구동 전압은 전술한 값에 제한되지 않는다. 구동 전압이 토출 안정화 처리 공정에서 한계치 전압(Vth)에 1 내지 1.8배에 해당하는 값으로 설정될 지라도, 양호한 토출 공정을 얻을 수 있다.
한편, 탐지 가열기(102, 103)가 구비되어 그것으로부터의 저항치가 전술된 바와 같이 판독될 수 있으나, 기록 헤드의 온도를 제어하기 위하여 사용된 온도 탐지용 기록 헤드 또는 저항 소자를 가열하기 위한 가열기일 수 있다. 더욱이, 토출 가열기(101)의 저항치는 전술된 바와 같은 탐지 가열기로부터의 저항치를 탐지할 목적으로 탐지 가열기를 별도로 마련하지 않고도 판독될 수 있다.
또한, 전술된 실시예에서, 저항치를 어떻게 측정하느냐에 따라, 기록 헤드가 장착될 때 판독되는 탐지 가열기의 저항치는 탐지 가열기 및 구동 IC의 배선의 저항치를 포함할 수 있다. 이 경우에, 예를 들어 탐지 가열기의 판독 저항치에서 구동 IC의 저항치를 공제하여 얻어진 저항치를 기초로 하여 한계치 전압(Vth)을 설정함으로써 더욱 정확한 구동 전압을 설정할 수 있다.
또한, 상기의 각 실시예에서 적절한 가열기 구동 전압은 판독 저항치를 기초로 하여 설정된다. 그러나, 가열기 구동 전압을 설정하여야만 하는 것은 아니고 그 대신에 펄스 폭을 설절할 수도 있다. 이 경우에, 펄스 폭은 탐지 가열기의 저항치의 함수가 되며, 상술한 방정식을 변형한 변형 방정식에 의해 계산된다.
상기 실시예들에서, 구동 전압은 탐지 가열기의 측정된 저항치를 기초로 하여 설정되며, 이로써
(1) 한계치 전압을 측정 및 저장하는 처리 공정을 제조 공정으로부터 제거할 수 있고,
(2) 기록 헤드가 한계치 구동 전압 상의 정보에 관한 신호를 필요로 하지 않기 때문에, 구동 전압 상의 정보를 기판에 있는 적은 수효의 접속 단자들로 얻을 수 있고,
(3) 접속 단자들의 수효를 감소시킴으로써 접속부들의 신뢰성을 개선할 수 있고,
(4) 다른 여러 가지 원인에도 불구하고 적절한 고화질을 유지하면서 기록을 수행하도록 기록 헤드에 적절한 구동 전력을 설정할 수 있고,
(5) 적절한 구동 전력의 적절한 수효의 펄스를 탐지 가열기의 저항값에 기초하여 상이한 기록 헤드에 맞게 인가시킬 수 있기 때문에 적절한 토출 상태를 얻을 수 있다.
[제2실시예]
다음의 제2실시예는 탐지 가열기가 상기 제1실시예에서 설명한 것과 같은 기록 헤드 상에 배열되었을 때 접속부들의 신뢰성을 증진시키기 위하여 기판 상의 접속 단자들의 수효를 더욱 감소시킨 구조에 관한 것이다. 또한, 제2실시예는 탐지 가열기가 마련된 기록 헤드 뿐만 아니라 기록 헤드의 온도를 제어하기 위한 가열 보조 가열기와 온도를 탐지하기 위한 저항 소자가 마련된 기록 헤드에도 사용할 수 있다.
제6도는 본 발명에 따른 제2실시예의 기록 헤드의 실리콘 기판(100) 상의 레이아웃의 개략적인 구조를 도시하는 설명도이다. 기판(100)상에는 상술한 탐지 가열기(102, 103)와, 토출 가열기(101)와, 가열기 구동기(109)와, 이들 토출 가열기(101)와 가열기 구동기(109) 사이에 연결된 배선(108)과, 가열기 구동 신호 입력 패트(116)가 마련된다. 또한, 접지 단자(105a, 105b)와 전원단자(110a, 110b)가 기판(100)의 양 단부에 형성된다. 탐지 가열기(102)의 일단부는 모니터 단자(132)에 접속되고, 탐지 가열기(102, 103)들의 일단부들은 접속부(131)를 통해 서로 접속되고 탐지 가열기(103)의 타단부는 접지 단자(105b)에 접속된다.
제7도는 제6도에 도시된 기판(100)에 형성된 회로의 블럭도이다. 탐지 가열기(102, 103)는 모니터 단자(132)와 접지 단자(105b) 사이에 직렬로 접속된다. 따라서, 탐지 가열기(102, 103)의 합성 저항 변화는 단자(132, 105b) 사이에서 모니터링 할 수 있다. 모니터 단자(132)에 접속된 단일 배선을 마련함으로써 상기 변화를 충분히 모니터링 할 수 있다.
탐지 가열기 대신에 온도 센서로서 2개의 저항 소자를 실리콘 기판(100)의 각 모서리부에 배열하여 직렬로 접속하면 기판(100)의 단부의 평균 온도를 기판(100) 상의 온도 변화를 반영하여 탐지할 수 있다. 또한, 이들 저항 소자들을 발열 소자로서 배열하면 작동 저항 소자는 기판(100)의 온도를 적절하게 제어하도록 기판(100)을 가열한다.
제2실시예의 효과를 요약하면 다음과 같다.
(1) 제2도에 도시된 종래의 예에 비해서 실리콘 기판(1101)을 인쇄 회로 기판(1303)에 접속시키기 위한 배선 결합부의 와이어의 수효를 2개 감소시킬 수 있고,
(2) 제2도에서 인쇄 회로 기판(1303)과 가요성 케이블(1305) 사이의 접속 패드의 수효를 3개 감소시킬 수 있고,
(3) 제2도에서 가요성 케이블(1305)의 수효가 3개 감소하기 때문에 이렇게 감소된 가요성 케이블(1305)의 수효에 따라 제조 비용을 절감할 수 있고,
(4) 제2도에서, 가요성 케이블(1305)과 전기 부품 장착 기판(1307) 사이에 있는 커넥터(1306)의 단자들의 수효를 3개 감소시킬 수 있다.
상기한 이유(1) 내지 (4) 이외에도 접속점들의 수효를 감소시킬 수 있어서 기록 장치의 제조 비용을 절감할 수 있다. 그 결과, 접속부들의 신뢰성을 증진시킬 수 있다.
제8도는 제2실시예의 변형예를 설명하기 위한 회로 블럭도이다. 이 변형예에서, 탐지 가열기(102, 103)는 모니터 단자(132)와 전원 단자(110b) 사이에 직렬로 접속된다. 따라서, 이 변형예에서는 단자(132, 110b)들 사이에 탐지 가열기(102, 103)를 직렬로 접속함에 의해 형성된 합성 저항을 모니터링 할 수 있다.
제9도는 제2실시예의 또 다른 변형예를 설명하기 위한 회로 블럭도이다. 이 변형예에서, 탐지 가열기(102, 103)들은 모니터 단자(132)와 접지 단자(105b) 사이에 병렬로 접속된다. 따라서, 이 변형예에서는 단자(132, 105b)들 사이에 탐지 가열기(102, 103)들을 병렬로 접속함에 의해 형성된 합성 저항을 모니터링할 수 있다.
제10도는 상술한 각 실시예에 적용할 수 있는 기록 헤드의 토출부의 구조를 도시한 부분 절결 사시도이다.
제10도에서, 기록 헤드(501)는 헤드 클립과 잉크 저장부가 일체로 형성되어 있는 구조를 취한다. 헤드 클립은 실리콘 기판(100)과 유리 또는 수지성 상부판(504)과 접합부의 토출 표면 상에 나란하게 형성된 복수 개의 토출 오리피스(500)가 접합된 접합 구조를 취한다. 복수개의 토출 오리피스(500)는 각기 복수 개의 액체 통로(505)를 거쳐서 공통 액체 챔버(504)에 연통된다. 2개의 액체 통로(505) 사이의 격판(501)은 예를 들어 자외선 응고 수지 등에 의해 형성된다. 공통 액체 챔버(504)는 튜브(503)를 거쳐 잉크 저장부와 연통한다.
기판(100)의 상부 표면 상에는 복수 개의 액체 통로(505) 각각에 배열된 열 에너지 발생 요소인 토출 가열기(101)와 이 토출 가열기(101)에 전력을 공급하기 위한 알루미늄 등으로 제조된 배선(111)이 필름 성형법에 의해 형성된다. 상술한 탐지 가열기(102, 103)도 또한 기판(100)상에 배열된다.
제11도는 상기 기록 헤드(510)가 마련된 잉크 제트 기록 장치(IJRA)의 개략도이다.
제11도에서, 리드 스크류(5005)는 구동 모터(5013)가 전방 또는 후방으로 회전함에 따라 구동력 전달 기어(5011, 5009)를 거쳐 전방 또는 후방 방향으로 회전한다. 나선형 홈(5004)에 맞물린 핀(도시 생략)을 갖는 캐리지(HC)는 화살표(a, b)로 도시된 방향으로 왕복한다. 기록 헤드(510)는 캐리지(HC)상에 설치된다. 도면 부호(5002)는 캐리지(HC)의 이동 범위에 걸쳐 플래텐(5000)에 대해 종이(P)를 누르는 시트 가압판을 나타낸다. 도면 부호(5007, 5008)는 모터(5013)의 회전 방향을 절환시키기 위하여 캐리지(HC)의 레버가 있는 것을 확인하는 사진 결합기 또는 수납 위치를 탐지하기 위한 탐지 수단을 나타낸다. 도면 부호(5016)는 기록 헤드(510)의 전방 표면을 덮는 캡 부재(5022)를 지지하는 부재를 나타낸다. 도면 부호(5015)는 캡 부재(5022)의 내측을 흡인하기 위한 흡인 수단을 나타내는데, 이는 캡 부재(5022)의 개구(5023)를 거쳐 기록 헤드(510)의 흡인식 회수를 수행한다. 도면 부호(5017)는 세척 블레이드이고, 도면 부호(5019)는 세척 블레이드를 전후방으로 이동시키는 부재이며, 이들은 장치 지지판(5018)에 의해 지지된다. 세척 블레이드(5017)는 상기 세척 블레이드 대신에 공지의 다른 세척 블레이드를 본 실시예에서 사용할 수도 있다. 또한, 도면 부호(5012)는 캐리지(HC)와 맞물린 캠(5020)의 이동에 따라 이동하는 레버이며, 구동 모터(5013)로부터 전달된 구동력은 클러치 절환 수단과 같이 공저의 전달 수단에 의해 이동 제어된다.
이러한 캡핑, 세척 및 흡인 회수 작동은 캐리지(HC)가 원위치 영역에 도달했을 때 리드 스크류(5005)의 작동에 의해 대응 위치에서 필요한 처리를 수행하도록 구성되어 있다. 필요한 작업이 매우 적절한 시기에 수행되면, 이러한 캡핑, 세척 및 흡인 회수 작동은 본 발명의 어느 실시예에도 적용 가능하다. 상기의 각 구성은 단일 구성 및 복합 구성의 관점에서 매우 양호한 발명이며, 양호한 구성예를 보여주고 있다.
본 발명은 전기열 변환기 또는 레이저 광과 같은 열 에너지 발생 수단을 구비하고 잉크를 토출시키도록 열 에너지에 의해 잉크의 상태 변화를 일으키는 기록 헤드 또는 기록 장치에 적용할 때 상당한 효과를 얻을 수 있다.
이의 대표적인 구성 및 작동 원리는 미합중국 특허 제4, 723, 129호 및 제4,740,796호에 기재되어 있으며, 이러한 시스템을 수행하기 위해서는 이러한 기본 원리를 사용하는 것이 좋다. 이러한 시스템을 온-디멘드(on-demand)형 또는 연속형 잉크 제트 기록 시스템에 적용할 수도 있지만, 특히 온-디멘드형 장치에 적합하다. 이는 온-디면드형 장치의 경우에, 액체(잉크)를 내장하고 있는 시트 또는 액체 통로 상에 각각 위치한 전기 열 변환기에 기록 정보에 대응하는 열에너지를 발생시키도록 하나 이상의 구동 신호를 인가하고, 열에너지가 기록 헤드의 가열부 상에 막 비등을 일으키도록 핵 비등을 초과하는 급격한 온도 상승을 유도하고, 구동 신호에 대응하는 액체(잉크(내에 기포를 형성시키기 때문이다. 거품의 성장 및 수축에 따라 잉크는 헤드의 잉크 토출 오리피스들 중 적어도 하나로부터 토출되어 하나 이상의 잉크 방울을 형성한다. 펄스 형태의 구동 신호는 거품의 성장 및 수축이 이러한 형태의 구동 신호에 의해 순간적으로 그리고 적절히 이루어질 수 있기 때문에 적합하다. 펄스 형태의 구동 신호에 관해서는 미합중국 제4,463,359호 및 제4,345,262호에 기술된 것들이 적합하다. 또한,양호한 기록이 이루어질 수 있도록 미합중국 특허 제4,313,124호에 기술된 가열부의 온도 상승률을 사용하는 것이 적합하다.
미합중국 특허 제4,558,333호 및 제4,459,600호에는 본 발명과 결합된 다음 구조의 기록 헤드가 도시되어 있다. 이 구성은 상술한 특허에 기술된 토출 오리피스, 액체 통로 및 전기 열 변환기의 조합한 구성 외에 절곡부 상에 위치한 가열부를 포함한다. 또한 본 발명은 유사한 효과를 얻을 수 있도록 일본국 특허 공개 제123670/1984호 및 제138461/1984호에 기술된 구조에 적응할 수 있다. 일본국 특허 공개 소59-123670호에는 전기 열 변환기의 토출 오리피스로서 모든 전기 열 변환기에 공통 슬릿을 사용하는 구성이 개시되어 있으며, 일본국 특허 공개 소59-138461호에는 토출 오리피스에 대응하는 열에너지에 의해 발생되는 압력파를 흡수하는 개구를 형성한 구성이 개시되어 있다. 따라서, 기록 헤드의 형태에 상관없이 본 발명은 확실하고 효과적인 기록을 수행할 수 있다.
본 발명은 또한 기록 매체의 최대 폭과 동일한 길이을 갖는 소위 풀-라인(full-line)형 기록 헤드에 적용할 수 있따. 이러한 기록 헤드는 다수의 기록 헤드를 함께 조합한 것이나 일체로 형성한 하나의 기록 헤드로 구성된다.
또한, 본 발명은 여러 가지 직렬형(serial type) 기록 헤드, 즉 기록 장치의 주 조립체에 고정된 기록 헤드와, 기록 장치의 주 조립체 상에 장착될 때 주 조립체에 전기적으로 연결된 통상의 교환 가능한 칩형 기록 헤드와, 잉크 저장소를 일체로 포함하는 카트리지형 기록 헤드에 적용할 수 있다.
또한, 본 발명의 기록 장치의 구성으로써 기록 헤드용 회수 시스템 또는 예비적인 보조 시스템을 부가하여 본 발명의 효과를 보다 신뢰성있게 하는 것이 좋다. 회수 시스템의 예는 기록 헤드용 캡핑 수단 및 세척 수단과 기록 헤드용 가압 또는 흡인 수단이다. 예비적인 보조 시스템의 예는 전기 열 변환기 또는 다른 발열 소자와 전기 열변환기의 조합체를 사용하는 예비적인 가열 수단과, 기록을 위한 토출과는 별도로 잉크의 예비 토출을 수행하는 수단이다. 이 시스템은 신뢰성 있는 기록에 효과적이다.
또한, 기록 장치 상에 장착될 기록 헤드의 수 및 형태를 바꿀 수도 있다.
예를 들면, 단색 잉크에 대응하는 하나의 기록 헤드나 잉크 종류나 농도가 다른 복수의 잉크에 대응하는 복수의 기록 헤드를 사용할 수 있다. 즉, 흑백 모드는 흑색과 같은 하나의 주색만을 사용하여 기록을 수행한다. 다색 모드는 여러색 잉크를 사용하여 기록을 수행하고, 전색 모드(full-color mode)는 혼색에 의해 기록을 수행한다.
또한, 상술한 실시예들은 액체 잉크를 사용했지만, 기록 신호가 부여될 때 액체 상태인 잉크가 사용될 수 있는데 : 예컨대, 실온보다 낮은 잉크에서는 고화되고 실온에서는 연화 또는 액화되는 잉크가 사용될 수 있다. 그 이유는 잉크 제트 방식에서는 잉크가 안정적으로 토출될 수 있는 값으로 잉크의 점성도가 유지될 수 있도록 잉크의 온도가 30℃ 내지 70℃의 범위 내에서 제어하는 것이 일반적이다.
또한, 본 발명은 잉크가 액체 상태에서 오리피스로부터 토출된 다음에 피기록 매체에 도달할 때 고화되기 시작함으로써 잉크 증발을 방지하도록 다음과 같이, 즉, 온도 상승을 야기시키는 열 에너지를 적극적으로 이용함으로써 잉크를 고체 상태로부터 액체 상태로 상태 변화시키는 것과 같이 열에너지에 의해, 토출 직전에, 잉크가 액화되거나, 그렇지 않으면, 공기 중에 있을 때 건조 상태인 잉크가 기록 신호의 열 에너지에 의해 액화되는 그러한 장치에 적용될 수 있다. 어느 경우든지, 잉크가 일본국 특허 공개 제56847/1979호 또는 일본국 특허 공개 제71260/1985호에 기재된 바와 같은 전기 열 변환기에 대향하도록 잉크를 다공질 시트에 형성된 리세스 또는 관통 구멍에 액체 또는 고체 물질로 보유시킬 수 있다. 본 발명은 잉크를 토출하기 위해 막 비등 현상을 사용하는 경우에 가장 효과적이다.
또한, 본 발명의 잉크 제트 기록 장치는 컴퓨터와 같은 정보 처리 장치의 화상 출력 단말기 뿐만 아니라 리더(reader)를 포함하는 복사기의 출력 장치 및 송신 및 수신 기능을 갖는 팩시밀리 장치의 출력 장치로서 사용될 수 있다.
본 발명을 다양한 실시예와 관련하여 상세히 기술하였으므로, 이제, 본원 기술 분야에서 숙련된 자들은 전술한 설명으로부터 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 다양한 양태로 수정 및 변경을 할 수 있음이 명백하고, 따라서, 청구 범위에서 본 발명의 진정한 정신 내에 드는 그러한 모든 수정 및 병경을 커버하고자 한다.

Claims (15)

  1. 피기록 매체 상에 잉크를 토출시키는 잉크 토출 기록 헤드를 사용하여 기록을 수행하는 잉크 제트 기록 장치에 있어서, 잉크 토출을 유발하는 열에너지를 발생시키기 위해 상기 기록 헤드에 형성된 제1저항 소자와, 상기 제1저항 소자를 형성하는 공정과 동일한 공정으로 상기 기록 헤드에 형성된 제2저항 소자와, 상기 기록 헤드를 상기 잉크 제트 기록 장치 상에 설치함에 따라 상기 제2저항 소자를 저항치를 기록하는 기록 수단과, 상기 기록 수단에 의해 판독된 저항치를 기초로 하여 상기 제1저항 소자에 의해 발생된 열에너지가 잉크의 토출을 개시하는 한계치 구동 전력을 계산하는 계산 수단과, 상기 계산 수단에 의해 계산된 상기 한계치 구동 전력을 기초로 하여 구동 전력을 설정하는 설정 수단과, 상기 설정 수단에 의해 설정된 구동 전력을 상기 제1저항 소자에 공급하여 상기 제1저항 소자를 구동시키는 구동 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크 제트 기록 장치.
  2. 잉크를 토출하는 기록 헤드에 있어서, 잉크 토출을 유발하는 열에너지를 발생시키는 제1저항 소자와, 상기 제1저항 소자를 형성하는 공정과 동일한 공정으로 형성된 제2저항 소자를 포함하고, 상기 제2저항 소자의 저항치는 상기 기록 헤드를 잉크 제트 기록 장치 상에 설치함에 따라 판독되고, 판독된 상기 제2저항 소자의 상기 저항치를 기초로 하여 계산하는 계산 수단에 의해 상기 제1저항 소자에 의해 발생된 열에너지가 잉크의 토출을 걔시하는 한계치 구동 전력이 계산되고, 구동 전력은 계산된 상기 제1저항 소자의 상기 한계치 구동 전력을 기초로 하여 설정하는 설정 수단에 의해 설정되는 것을 특징으로 하는 기록 헤드.
  3. 잉크를 토출하는 기록 헤드의 토출 상태 안정화 방법에 있어서, 잉크 토출을 유발하는 열에너지를 발생시키는 제1저항 소자와 상기 제1저항 소자를 형성하는 공정과 동일한 공정으로 형성된 제2저항 소자를 포함하는 기록 헤드를 제조하는 단계와, 상기 제2저항 소자의 저항치를 판독하는 단계와, 상기 제1저항 소자에 의해 발생된 열에너지가 잉크의 토출을 개시하고 상기 판독된 저항치를 기초로 하여 계산되는 한계치 구동 전력을 설정하는 단계와, 잉크를 토출하기 위해 설정된 한계치 구동 전력의 k배 전력을 각각 갖는 10t펄스를 1.0 ≤ k ≤ 1.8 및 4 ≤ t ≤ 8인 조건하에서 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 토출 안정화 처리 방법.
  4. 잉크를 토출하는 기록 헤드에 있어서, 상기 기록헤드를 구성하는 기판과, 잉크 토출을 유발하는 열에너지를 발생시키도록 상기 기판 상에 형성된 제1저항 소자와, 상기 기록 헤드의 온도를 감지하는 데 사용하기 위해 저항치가 판독되고 상기 제1저항 소자와는 다르게 상기 기판상에 형성된 제2저항 소자와, 상기 제2저항 소자의 한 쌍의 단자에 각각 접속되는 한 쌍의 배선과, 접지 단자와, 전원 단자를 포함하고, 상기 한 쌍의 배선들 중 하나가 상기 제2저항 소자의 상기 한 쌍의 단자들 중 하나를 상기 접지 단자 또는 상기 전원 단자에 접속시키고, 접속된 상기 접지 단자 또는 상기 전원 단자가 상기 기록 헤드의 온도를 측정하는 데 사용되는 단자로서 기능하는 것을 특징으로 하는 기록 헤드.
  5. 제4항에 있어서, 상기 다수의 제2저항 소자가 서로 직렬 또는 병렬로 접속된 것을 특징으로 하는 기록 헤드.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제2저항 소자가 상기 기록 헤드를 가열하는 것을 특징으로 하는 기록 헤드.
  7. 제5항에 있어서, 상기 제2저항 소자가 상기 기록 헤드의 온도 탐지용으로 제공되는 것을 특징으로 하는 기록 헤드.
  8. 기록 헤드를 사용하여 기록을 수행하는 잉크 제트 기록 장치에 있어서, 상기 기록 헤드가, 상기 기록 헤드를 구성하는 기판과, 잉크 토출을 유발하는 열에너지를 발생시키도록 상기 기판 상에 형성된 제1저항 소자와, 상기 기록 헤드의 온도를 감지하는 데 사용하기 위해 저항치가 판독되고 상기 제1저항 소자와는 다르게 상기 기판 상에 형성된 제2저항 소자와, 상기 제2저항 소자의 한 쌍의 단자에 각각 접속되는 한 쌍의 배선과, 접지 단자와, 전원 단자를 포함하고, 상기 한 쌍의 배선들 중 하나가 상기 제2저항 소자의 상기 한 쌍의 단자들 중 하나를 상기 접지 단자 또는 상기 전원 단자에 접속시키고, 접속된 상기 접지 단자 또는 상기 전원 단자가 상기 기록 헤드의 온도를 측정하는 데 사용되는 단자로서 기능한다는 것을 특징으로 하는 기록 헤드.
  9. 제1항에 있어서, 상기 구동 전력의 상기 설정이 상기 제1저항 솨에 공급되는 펄스 전압의 설정에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 기록 헤드.
  10. 제1항에 있어서, 상기 구동 전력의 상기 설정이 상기 제1저항 소자에 공급되는 펄스 폭의 설정에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 기록 헤드.
  11. 제1항에 있어서, 상기 제2저항 소자가 상기 기록 헤드의 온도 탐지용으로 제공되는 것을 특징으로 하는 기록 헤드.
  12. 제1항에 있어서, 상기 제2저항 소자가 상기 기록 헤드를 가열하는 것을 특징으로 하는 기록 헤드.
  13. 제1항에 있어서, 상기 제2저항 소자가 상기 다수의 제1저항 소자의 일부분인 것을 특징으로 하는 잉크제트 기록 장치.
  14. 제1항에 있어서, 상기 제2저항 소자는 한 쌍의 단자를 포함하고, 상기 한 쌍의 단자들 중 하나가 상기 기록 헤드의 접지 단자 또는 전원 단자에 접속되는 것을 특징으로 하는 기록 헤드.
  15. 제2항에 있어서, 상기 제2저항 소자는 한 쌍의 단자를 포함하고, 상기 한 쌍의 단자들 중 하나가 상기 기록 헤드의 접지 단자 또는 전원 단자에 접속되는 것을 특징으로 하는 기록 헤드.
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