KR20050087811A - 기록 헤드 및 상기 기록 헤드를 구비한 기록 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 복수의 기록 소자를 구비하는 기록 헤드로서, 복수의 기록 소자의 각각에 대응시켜 설치한 복수의 스위칭 소자와, 복수의 기록 소자의 각각에 대응하여 설치된 정전류를 흘리기 위한 정전류원과, 정전류원에 의해 공급되는 정전류를 제어하는 전류 제어 회로를 구비하고, 정전류원의 N 정전류에 의해 기록 소자가 구동된다.

Description

기록 헤드 및 상기 기록 헤드를 구비한 기록 장치{RECORDING HEAD AND RECORDER COMPRISING SUCH RECORDING HEAD}

본 발명은 복수의 기록 소자를 구비하는 기록 소자와, 그 기록 헤드를 구비하는 기록 장치에 관한 것이다.

기록 헤드의 노즐 내에 배치된 히터에 의해 열 에너지를 발생시키고, 그 열 에너지를 이용하여 히터 근방의 잉크를 발포시키고, 그 노즐로부터 잉크를 토출시켜 기록을 행하는 잉크젯 헤드가 알려져 있다. 이러한 잉크젯 헤드에서의 히터 구동 회로의 일례를 도 11에 도시한다.

고속으로 기록을 행하기 위해서는, 되도록 많은 히터를 동시에 구동하여 많은 노즐로부터 동시에 잉크를 토출시키는 것이 바람직하다. 그러나, 프린터 장치의 전원의 전력 공급 능력에 제한이 있고, 또한 전원으로부터 히터에 이르는 배선의 저항에 기인하는 전압 강하 등에 의해, 한번에 흘릴 수 있는 전류값이 제한된다. 이 때문에 복수의 히터를 시분할로 구동하여 잉크를 토출시키는 시분할 구동이 일반적이다. 이 때 분할 구동에서는, 예를 들면, 복수의 히터를, 인접 배치된 히터로 구성되는 복수의 블록으로 분할하고, 각 블록 내에서 동시에 2개 이상의 히터를 구동하지 않도록 구동을 시분할하고, 히터를 흐르는 전류의 총합을 억제함으로써 한번에 대전력을 공급할 필요를 없애고 있다. 이러한 히터의 구동을 행하는 구동 회로의 동작에 대하여 도 11를 이용하여 설명한다.

히터(1101₁₁∼1101_mx)의 각각에 대응하는 각 NMOS 트랜지스터(1102₁₁∼1102_mx)는, 도 11에 도시한 바와 같이 각각 동수(x)씩 수용하는 블록(1∼m)으로 나누어져 있다. 즉, 블록(1)에서는, 전원 패드(11O4)로부터의 전원 배선은, 히터(11O1₁₁∼1101_1x)에 공통으로 접속되어 있고, NMOS 트랜지스터(1102₁₁∼1102_1x)의 각각은, 전원(1104)과 그라운드(1104) 사이에서, 대응하는 히터(11O1₁₁∼1101_1x)의 각각과 직렬로 접속되어 있다. 또한, 히터(11O1₁₁∼1101_1x) 각각은, 제어 회로(1105)로부터, 대응하는 NMOS 트랜지스터(1102₁₁∼1102_1x)의 게이트에 제어 신호가 인가되었을 때에, 그 NMOS 트랜지스터(1102₁₁∼1102_1x)가 온함으로써 전원 배선으로부터 대응하는 히터를 통해 전류가 흘러 가열된다.

도 12는, 도 11에 도시하는 히터 구동 회로의 각 블록의 히터에 통전 구동하는 타이밍을 나타내는 타이밍 차트이다.

예를 들면, 도 11의 블록(1)을 예로 들면, 제어 신호 VG1∼VGx는, 블록(1)에 속하는 제1∼제x번째의 히터(11O1₁₁∼1101_1x)를 구동시키기 위한 타이밍 신호이다. 즉, VG1∼VGx는, 블록(1)의 NMOS 트랜지스터 1102₁₁∼1102_1x의 제어 단자(게이트)에 입력되는 신호의 파형을 나타내고, 하이 레벨 시에, 대응하는 NMOS 트랜지스터(1 102)를 온하고, 로우 레벨의 시에, 대응하는 NMOS 트랜지스터를 오프한다. 다른 블록(2∼m)의 경우도 마찬가지다. 도 12에서, IhI∼Ihx의 각각은, 히터(11O1₁₁∼1101_1x) 각각에 흐르는 전류값을 나타내고 있다.

이와 같이 각 블록 내의 히터를 순차적으로, 시분할로 통전 구동함으로써, 각 블록 내에서 통전 구동되는 히터는, 항상 1개 이하로 되도록 제어할 수 있으므로, 한번에 대전류를 히터에 공급할 필요는 없다.

도 13은, 도 11의 히터 구동 회로가 형성되어 있는 히터 기판(기록 헤드를 구성하는 기판)의 레이아웃 예를 도시하는 도면이다. 이 도 13은, 도 11에 도시하는 전원 패드(1104)로부터 블록(1∼m)에 접속되는 전원 배선의 레이아웃을 나타낸 것이다.

블록(1∼m)의 각 블록에 대하여 전원 패드(1104)로부터 개별로 전원 배선(1301₁∼1301_m)이, 전원 패드(1104)로부터 전원 배선(1302₁∼1302_m)이 접속되어 있다. 상술한 바와 같이, 각 블록에서 동시에 구동되는 최대 히터 수를 1 이하로 함으로써, 각 블록 별로 분할된 배선을 흐르는 전류값은, 항상 1개의 히터에 흐르는 전류 이하로 할 수 있다. 이에 따라 복수의 히터를 동시 구동한 경우라도, 히터 기판 내에서의 배선에서의 전압 강하량을 일정하게 할 수 있다. 이와 동시에, 복수의 히터를 동시 구동한 경우라도, 각 히터에의 투입 에너지량을 거의 일정하게 할 수 있다.

최근, 프린터는 고속화, 고정밀화가 요구되고 있기 때문에, 프린터의 기록 헤드는 고밀도로 다 노즐화가 도모되고 있고, 기록 헤드에서의 히터 구동에서는, 기록 속도의 점에서, 되도록이면 많은 히터를 동시에 고속으로 구동하는 것이 요구되고 있다.

또한 히터 기판은, 다수의 히터와, 그 구동 회로를 동일한 반도체 기판 상에 형성하고 있다. 이 때문에 히터의 구동 회로의 형성에는, 디바이스의 고밀도·소형화가 가능하고, 제조 공정이 간략한 저코스트 MOS형의 반도체 프로세스가 이용되고 있다. 또한, 1개의 웨이퍼로부터 취할 수 있는 히터 기판의 개수를 증가시켜 코스트 다운을 도모할 필요가 있기 때문에, 히터 기판을 소형화하는 것도 요구되고 있다.

그런데 상술한 바와 같이, 동시에 구동되는 히터 수를 늘린 경우, 히터 기판 내에서는 동시 구동 히터 수에 대응한 배선이 필요해진다. 이 때문에 배선의 수가 증가함과 함께, 히터 기판 면적이 한정되어 있는 경우에는, 배선 1개당의 배선 영역이 감소하기 때문에 배선 저항이 증가한다. 또한 동시에, 배선 수가 증가하여 각 배선 폭이 가늘게 됨으로써, 히터 기판 내의 배선 상호에서의 저항의 변동도 증가하게 된다. 이러한 문제는, 히터 기판을 소형화하는 경우에도 마찬가지로 발생하고, 또한, 배선 저항의 증가 및 저항의 변동이 증가하게 된다. 상술한 바와 같이, 히터 기판 내에서는, 히터와 전원 배선은 전원에 대하여 직렬로 접속되어 있기때문에, 배선 저항과 그 저항의 변동이 증가함으로써, 각 히터에 인가되는 전압의 변동 비율이 증가한다.

히터에의 투입 에너지는, 너무 적으면 잉크의 토출이 불안정하게 되고, 또한 너무 많으면, 히터의 내구성이 저하하게 된다. 이 때문에 고화질 기록을 행하기 위해서는, 히터에의 투입 에너지가 일정한 것이 바람직하다. 그러나 상술한 바와 같이, 히터에 인가되는 전압의 변동이 큰 경우에는, 히터의 내구성을 저하시키거나, 잉크 토출이 불안정하게 되기도 한다.

또한, 히터 기판 외부에서의 배선은, 복수의 히터에 대하여 공통으로 되어 있기 때문에, 동시에 구동하는 히터의 수에 의해서, 공통의 배선에서의 전압 강하가 상이한 것으로 된다. 이러한 전압 강하의 변동에 대하여, 각 히터에서의 투입 에너지를 일정화하기 위해, 전압의 인가 시간에 의해, 각 히터에의 투입 에너지가 조정된다. 그러나, 동시 구동의 히터의 수가 증가함으로써 공통 배선에서의 전압 강하가 증가하고 있기 때문에, 히터 구동 시의 전압의 인가 시간이 증가하여, 고속으로 히터를 구동하는 것이 곤란하게 되어 있다.

이러한 히터에의 투입 에너지 변동에 의한 문제를 해결하는 방법이 특개 200 l-191531에 제안되어 있다. 도 14는 특개 2001-191531에 기재되어 있는 히터의 구동 회로를 나타낸다. 여기서는 기록 소자마다(R1∼Rn)에 설치된 정전류원(Tr14∼T r(n+13))과 스위칭 소자(Q1∼Qn)에 의해, 히터(R1∼Rn)를 정전류에 의해 구동하는 것이다. 이 구성에 의해 히터의 구동 수의 증가에 수반하는 기판 외부에서의 전압 강하의 변동에 상관없이, 항상 일정 전류로 히터를 구동할 수 있다.

히터의 수와 동수 필요한 정전류원 회로 및 스위칭 소자는, 히터 기판의 면적의 대부분을 차지하기 때문에, 이 부분의 면적을 축소하는 것이 히터 기판의 코스트를 억제하는 데 있어서 중요하다. 히터에 흐르는 전류는 50mA∼200mA로 고전류이기 때문에, 트랜지스터에 기생하는 저항에 의한 전압 강하를 억제하기 위해서, 트랜지스터 사이즈를 축소할 수 없는 경우가 있다. 또한 히터로부터 스위칭 소자나 정전류 회로까지의 배선을 짧게 함으로써, 기판 면적을 축소할 수 있기 때문에, 히터의 배열 피치와 동일한 피치로 정전류원 회로 및 스위칭 소자를 배열하는 것이 유효하다.

그러나 이러한 구성은, 바이폴라형 트랜지스터를 이용한 반도체 프로세스에 의해 작성된 것이기 때문에, 최근의 예를 들면 600dpi 이상의 고밀도화된 히터의 배열 피치에서, 바이폴라 트랜지스터를 배열할 수 없기 때문에, 히터와의 배선이 길어져 히터 기판 면적이 종래의 구동 방식의 히터 기판의 면적에 비해 현저히 증대해버리는 문제가 있다.

<발명의 개시>

본 발명은 상기 종래예를 감안하여 이루어진 것으로, 본원 발명의 특징은, 기록 소자의 동시 구동 수가 증가해도, 고속이고 또한 안정된 기록이 가능하고, 히터 기판의 면적을 크게 증대하지 않고 코스트 업을 억제한 기록 헤드, 및 그 기록 헤드를 구비한 기록 장치를 제공하는 것에 있다.

또한 본 발명의 특징은, 각 기록 소자를 정전류로 구동하고, 그 정전류값을 조정할 수 있도록 하여 각 기록 소자에 균일한 에너지를 인가할 수 있도록 한 기록 헤드, 및 그 기록 헤드를 구비한 기록 장치를 제공하는 것에 있다.

본원 발명의 다른 특징이나 이점은, 첨부 도면을 참조하여 이루어지는 이하의 설명에 의해 명확해질 것이다.

<도면의 간단한 설명>

본원에 첨부되어, 본원의 설명의 일부를 구성하는 첨부 도면은, 본원의 실시예를 예시하는 것으로, 명세서와 같이 본원 발명의 원리를 설명하는 것이다.

도 1은, 본 발명의 제1 실시예에 따른 기록 헤드에 설치된 히터 구동 회로의 일례를 도시하는 회로도.

도 2는, 본 발명의 제1 실시예에 따른 1 히터당의 구동 회로의 등가 회로도.

도 3은, 도 2의 회로의 동작 타이밍을 설명하는 타이밍 차트.

도 4는, 본 발명의 제2 실시예에 따른 기록 헤드에 설치된 히터 구동 회로의 일례를 도시하는 회로도.

도 5는, 본 실시예에서 사용하는 NMOS 트랜지스터의 특성도.

도 6은, 본 발명의 제2 실시예에 따른 NMOS 트랜지스터의 특성 측정 조건을 도시하는 회로도.

도 7은, 본 발명의 제3 실시예에 따른 기록 헤드에 설치된 히터 구동 회로의 일례를 도시하는 회로도.

도 8a는 제2 실시예에 따른 NMOS 트랜지스터의 특성도, 도 8b는 NMOS 트랜지스터의 특성 측정 조건을 나타내는 회로도이다.

도 9는, 본 발명의 제4 실시예에 따른 기록 헤드가 설치된 히터 구동 회로의 일례를 도시하는 회로도.

도 10은, 본 발명의 제5 실시예에 따른 기록 헤드에 설치된 히터 구동 회로의 일례를 도시하는 회로도.

도 11은, 종래의 히터 구동 회로를 도시하는 회로도.

도 12는, 종래의 히터 구동 회로를 동작시키는 신호의 타이밍 차트.

도 13은, 히터 기판의 배선 레이아웃을 도시하는 도면.

도 14는, 종래의 히터 구동 회로의 구성을 도시하는 회로도.

도 15는, 본 실시예에 따른 잉크젯 기록 장치의 구성의 개요를 도시하는 외관 사시도.

도 16은, 본 실시예에 따른 잉크젯 기록 장치의 기능 구성을 도시하는 블록도.

도 17은, 본 실시예에 따른 기록 헤드의 구성을 나타내는 개관 사시도.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

또한, 이하에 이용하는 「히터 기판」이란, 실리콘 반도체로 이루어지는 단순한 기체를 가리키는 것이 아니고, 각 소자나 배선 등이 설치된 기판을 나타내는 것이다. 또한 「히터 기판 위」란, 단순히 히터 기판의 표면 위를 가리키는 것뿐만 아니라, 소자 기판의 표면 위, 표면 근방의 소자 기판 내부측도 나타내는 것이다. 또한, 본 실시예에 따른 「만들어 넣음(built-in)」이란, 별체의 각 소자를 단순히 기체 위에 배치하는 것을 가리키고 있는 단어가 아니라, 각 소자를 반도체 회로의 제조 공정 등에 의해서 히터 기판 상에 일체적으로 형성, 제조하는 것을 나타내는 것이다.

<제1 실시예>

도 1은, 본 발명의 제1 실시예에 따른 잉크 제트 기록 헤드의 히터 기판에 설치되어 있는 히터 구동 회로의 구성을 설명하는 회로도이다.

도 1에서, 101₁₁∼101_1x는 기록을 행하기 위한 히터(히터 저항)를 나타내고, 각 히터가 통전되어 열을 발생시킴으로써, 각 대응하는 노즐로부터 잉크 방울이 토출된다. 즉, 이 히터 기판을 사용한 기록 헤드에서는, 각 히터에 대응하여 잉크를 토출하기 위한 토출구(노즐)가 설치되어 있다. 여기서, 이들 히터(101₁₁∼101_1x)는, 블록(1∼m)으로 분할되어 있고, 각 블록에는 x개의 히터와, 각 히터에 대응하여 설치된 x개의 NMOS 트랜지스터가 포함되어 있다. 102₁₁∼102_1x는, 각각 대응하는 히터로의 통전을 온/오프하기 위한 NMOS 트랜지스터이다. 103₁₁∼103_1x는 정전류원으로, 각 히터에 대응하여 설치되어 있다. 이들 정전류원(103₁₁∼103_1x)의 각각은, NMOS 트랜지스터(102₁₁∼102_1x)각각과 히터군(101₁₁∼101_1x) 각각에 직렬로 접속되어 있고, 각 전류원(103₁₁∼103_1x), 그 접속 단자에 정전류를 출력한다. 이 정전류값의 크기는 기준 전류 회로(105)로부터의 제어 신호에 의해 조절된다. 104는 제어 회로로서, 기록해야 할 기록 데이터에 따라서 각 NMOS 트랜지스터(102)의 온/오프를 제어하고 있다. 기준 전류 회로(105)는, 제어 신호(110)를 정전류원(103₁₁∼103_1x)에 출력하고, 각 정전류원에서 발생되는 정전류값을 제어하고 있다. 106 및 107은 기판 외부의 전원부(도시 생략)에 접속되는 전원 패드로, 이들 전원 패드를 통해 히터 구동용의 전력이 공급된다. 108, 109의 각각은, 각 전원 패드(106, 107)로부터 블록(1∼m)에, 히터 구동용 전력을 공급하고 있는 전원 라인이다.

[히터 구동 회로의 동작]

도 2는, 1개의 히터와 1개의 NMOS 트랜지스터와 1개의 정전류원을 포함하는 회로의 등가 회로를 도시하는 도면, 도 3은 그 구동 신호 및 각 히터를 흐르는 전류를 설명하는 타이밍 챠트이다.

도 2에서, 신호 VG는, 도 1의 제어 회로(104)로부터 공급되는 화상 신호에 따른 기록 신호이다. 또한, 제어 회로(104)의 구성으로서는, 시프트 레지스터, 래치 등의 화상 신호를 제어하는 회로이어도 된다. 신호 VC는, 기준 전류 회로(105)로부터 정전류원(203)에 공급되는 제어 신호로서, 도 1의 제어 신호(110)에 상당하고 있고, 이 제어 신호 VC에 따라서 정전류원(203)(도 1의 정전류원(103₁₁∼103_1x)에 상당)에 의해 발생되는 전류값이 제어된다. 또한 전원 VH는, 이 히터(201)의 구동용 전압원을 나타내고 있다.

NMOS 트랜지스터(202)는, 여기서는 간단히 하기 위해 이상적으로 드레인과 소스 2단자의 스위치로서 동작한다고 생각하고, 신호 VG의 신호 레벨이 하이 레벨일 때에 온(드레인 소스 간이 단락)하고, 로우 레벨로 오프(드레인 소스 간이 개방)하는 것으로서 설명한다. 정전류원(203)은, 그 단자 사이에 있는 전압이 인가되면, 제어 신호 VC에 의해 설정된 일정 전류를 단자 사이에(도면에서는 위에서 아래로) 흘리는 것으로 한다.

도 3은, 이 신호 VG의 발생 타이밍과, 그 때에 히터(201)에 흐르는 전류의 파형을 도시하는 도면이다.

도 3에서, 시간 t1까지의 기간에서는, 신호 VG가 로우 레벨이고, 이 기간 에서는, 정전류원(203)의 출력과 히터(201)는 차단되어 있기 때문에, 히터(201)에는 전류가 흐르지 않는다. 다음으로 시간 t1으로부터 t2까지의 기간에서는, 신호 VG가 하이 레벨로 되어, NMOS 트랜지스터(202)의 소스-드레인간이 통전하고, 정전류원(203)의 출력 전류가 히터(201)에 흐른다. 그리고 시간 t2 이후로서는 신호 VG가 로우 레벨이 되어, 히터(201)로의 통전이 차단된다.

히터(201)로의 전류의 통전 시간은 신호 VG의 펄스 폭에 의해 제어되고, 히터(201)를 흐르는 전류 Ih의 크기는, 정전류원(203)의 제어 신호 VC에 의해 제어된다. 도 3의 예에서는, 히터(201)를 흐르는 전류는, 제어 신호 VC에 따른 전류값 I 1∼I3로 기재되어 있다.

도 3에 도시한 바와 같이 신호 VG의 펄스 폭에 따른 시간 t1으로부터 시간 t2까지의 기간, 제어 신호 VC에 의해 결정된 정전류값 I(I1∼I3)가 히터(201)를 흐른다. 이에 의해, 히터(201)에 대응하여 설치된 노즐(유로) 내에 존재하는 잉크가 가열되어 발포하고, 그 히터에 대응하는 노즐로부터 잉크가 토출함으로써, 소정 화소(도트)가 기록된다.

이상의 구성에 의해, 기준 전류 회로(105)에 의해 정전류원(203)에 의해 흐르는 정전류값이 결정되고, 그 결정된 전류값은, 신호 VG에 의해 구동되는 NMOS 트랜지스터(202)가 온으로 되어 있는 기간에만, 히터(201)를 흐르는 것으로 된다.

상기 설명에서는, NMOS 트랜지스터(202)가 온일 때는 소스-드레인간이 단락하는 것으로서 설명했지만, 실제로는, NMOS 트랜지스터202가 온일 때에는, 소스-드레인간에 저항이 존재하는데, 이 저항에서의 전압 강하분에 대하여 충분히 높은 전원 전압을 설정함으로써, 정전류원의 출력 전류가 그대로 히터에 인가되기 때문에, 상기 히터의 구동의 설명과 하등 변하지 않는 동작이 실행된다.

<제2 실시예>

도 4는, 상술의 제1 실시예의 도 1의 정전류원(103)을 NMOS 트랜지스터( 401₁₁∼401_1x)로 구성한 예를 도시하는 도면으로, 도 1과 공통되는 부분은 동일한 기호로 나타내고, 그 설명을 생략한다.

NMOS 트랜지스터(401₁₁∼401_1x)의 각 드레인은, 스위칭용의 NMOS 트랜지스터(102₁₁∼102_1x)의 각 소스에 각각 접속된다. NMOS 트랜지스터(401₁₁∼401_1x)의 게이트는, 기준 전류 회로(105)로부터의 제어 신호(110)에 접속되어 있다. 이에 의해, 각히터를 흐르는 전류값은, 기준 전류 회로(105)로부터의 제어 신호(110)에 의해 제어되는 NMOS 트랜지스터(401₁₁∼401_1x)의 게이트 전압에 의해 제어된다.

다음으로, 도 4의 NMOS 트랜지스터(401₁₁∼401_1x)의 동작에 대하여 도 5 및 도 6을 참조하여 설명한다.

도 5는, NMOS 트랜지스터(401₁₁∼401_1x)에 이용되는 NMOS 트랜지스터가 일반적인 정적 특성예를 도시하는 도면으로, 그 바이어스 조건을 도 6에 도시한다.

도 5는, 게이트 전압 Vg을 파라미터로 하여 드레인 전압 Vds를 변화시켰을 때의 드레인 전류 Id가 특성을 나타내고 있다. 도 5에서의 드레인 전압 Vds의 변화에 대하여 드레인 전류 Id의 변화가 적은 영역(포화 영역 등)에서 동작하도록, 도 4에서의 NMOS 트랜지스터(401₁₁∼401_1x)의 게이트 전압 Vg 및 드레인 전압 Vds를 설정한다. 이에 따라 NMOS 트랜지스터(401₁₁∼401_1x)의 드레인 전압 VdS에 크게 의존하지 않는 출력 전류를 얻을 수 있다. 상술한 바와 같이, 도 4에 도시하는 NMOS 트랜지스터(401₁₁∼401_1x)는, 각 히터에 일정 전류를 흘리는 정전류원으로서 동작한다. 또한, NMOS 트랜지스터(401₁₁∼401_1x)의 게이트 전압 Vg에 따라서 드레인 전류 Id가 변화하기 때문에, 게이트 전압 Vg를 통해 각 히터에 흘리는 전류값을 원하는 전류값으로 설정하도록 제어할 수 있다. NMOS 트랜지스터(401₁₁∼401_1x)의 소스 드레인간의 전류-전압 특성인 온 저항 특성은, 게이트 전압 Vg, 즉, 제어 신호(110)에 의해 제어할 수 있고, 이 온 저항값을 제어함으로써, 각 히터에 원하는 정전류를 공급할 수 있다.

<제3 실시예>

도 7은, 도 4에 도시하는 NMOS 트랜지스터(401₁₁∼401_1x)의 드레인에 NMOS 트랜지스터(701₁₁∼701_1x) 소스를 더 접속하고, NMOS 트랜지스터 2단을 직렬로 캐스케이드 접속하여 정전류원(203)(도 2)을 형성한 예를 나타내는 회로도이다. 또한, 상술한 도 1 및 도 4와 공통되는 부분은 동일한 기호로 나타내고, 이들의 설명을 생략한다. 또한, 이 제3 실시예에서는, 2단인 경우로 설명하지만, 본원 발명은, 그 이상의 다단인 경우에도 적용할 수 있음은 물론이다.

여기서, NMOS 트랜지스터(701₁₁∼701_1x)의 각 게이트도, 기준 전류 회로(105)에 접속되어 있다. 여기서 NMMOS 트랜지스터(701₁₁∼701_1x)는 게이트 접지 트랜지스터로서 동작하고, NMOS 트랜지스터(401₁₁∼401_1x)의 드레인 전압을 NMOS(701₁₁∼701_1x)의 게이트 소스간 전위에 의해 고정하는 것이다. 여기서는, 기준 전류 회로(105)는, NM0S 트랜지스터(401₁₁∼401_1x)를 드레인 전압 Vds의 변화에 대하여 드레인 전류 Id의 변화가 적은 포화 영역 등의 영역에서 동작시키도록, 제어 신호(111)에 의해, NMOS(701₁₁∼701_1x)의 게이트 전압을 설정하고 있다. NMOS 트랜지스터(701₁₁∼701_1x)의 드레인의 전압 변동에 대하여, MOS 트랜지스터(701₁₁∼701_1x)의 소스 전압은, 그 게이트 전압을 고정함으로써 게이트 소스간의 약간의 전위 변동dmfh 억제할 수 있다.

이 도 7의 회로 구성에 따르면, 전원 전압의 변동이나 스위칭용의 NMOS 트랜지스터(102₁₁∼102_1x)의 온 저항값이나 배선 저항값의 변동에 대하여, 도 4의 회로에 비교하여, 정전류원으로서 동작하는 NMOS 트랜지스터(401₁₁∼401_1x)의 드레인 전압의 변동을 낮게 억제할 수 있다.

도 8a는 도 7의 NMOS 트랜지스터(701₁₁∼701_1x)와 NMOS 트랜지스터(401 ₁₁∼401_1x)의 1 회로분의 전류 출력 특성예를 도시하는 도면, 도 8b는 그 바이어스 조건을 도시하는 도면이다.

도 8a는 도 8b에서 NMOS 트랜지스터(701)의 게이트에 정전압을 인가하여, NMOS 트랜지스터(401)의 게이트 전압을 파라미터로, NMOS 트랜지스터(70 1)의 드레인 전압을 변화시켰을 때의 출력 전류값을 나타낸 것이다. 이 경우에는, 도 2와 비교하여, NMOS 트랜지스터(701)의 드레인 전압의 변화에 대한 출력 전류의 변동이 적은 것으로 되어 있다.

<제4 실시예>

도 9는, 도 4의 회로에, 기준 전류 회로(105)의 구체적인 구성예를 추가하여 도시하는 회로도이다.

이 기준 전류 회로(105)는, NMOS 트랜지스터(901)를 기준으로 하여, NMOS 트랜지스터(401₁₁∼401_1x)의 드레인으로부터 전류를 출력을 하는 전류 미러 회로를 구성하고 있다. NMOS 트랜지스터(901)는, 게이트와 드레인이 다이오드 접속되고, 그 접속점에 기준 전류원(902)이 접속된다. NMOS 트랜지스터(901)의 게이트는, NMOS 트랜지스터(401₁₁∼401_1x)의 게이트에 공통 접속된다. NMOS 트랜지스터(901)와 NMOS 트랜지스터(401₁₁∼401_1x)의 게이트 사이즈가 동일한 경우, NMOS 트랜지스터(901)와 NMOS 트랜지스터(401₁₁∼401_1x)의 게이트 전압이 동등하게 되고, 기준 전류원(902)에의한 기준 전류와 동일한 전류가, NMOS 트랜지스터(401₁₁∼401_1x)의 드레인으로부터 출력된다. 또한, NMOS 트랜지스터(901)와 NMOS 트랜지스터(401₁₁∼401_1x)의 게이트 사이즈가 상이한 경우에는, NMOS 트랜지스터(901)와 NMOS 트랜지스터(401₁₁∼401_1x)의 게이트 사이즈 비에 대응한 기준 전류에 비례한 일정한 출력 전류를 얻을 수 있다.

<제5 실시예>

도 10는, 도 7의 회로에, 기준 전류 회로(105)의 구체적인 구성예를 추가하여 도시하는 회로도이다.

여기서는, NMOS 트랜지스터(701₁₁∼701_1x)의 게이트를, 기준 전류 회로(105)의 NMOS 트랜지스터(1001)의 게이트에 접속하고 있다. NMOS 트랜지스터(1001)는, 게이트와 드레인이 다이오드 접속되어, 일정 전압을 NMOS 트랜지스터(701₁₁∼701_1x)의 게이트에 인가하는 것이다.

도 10의 구성에 의해, NMOS 트랜지스터(1001)와 NMOS 트랜지스터(701₁₁∼701 _1x)의 게이트 소스간 전극이 거의 같게 되기 때문에, NMOS 트랜지스터(901)와 NMOS 트랜지스터(401₁₁∼401_1x)의 드레인 전압도 같게 된다. 이와 같이, NMOS 트랜지스터(901)와 NMOS 트랜지스터(401₁₁∼401_1x)의 게이트 전압과 드레인 전압이 동등하게 됨으로써, 기준 전류원(902)에 의한 기준 전류가 NMOS 트랜지스터(701₁₁∼701_1x)의 드레인 전압에 의존하지 않고서, NMOS 트랜지스터(401₁₁∼401_1x)의 출력 전류에 고정밀도로 미러된다.

이상 설명한 바와 같이 본 실시예에 따르면, 히터에 정전류를 흘리기 위한 정전류원 회로와, 전류의 인가 시간을 제어하는 스위칭 회로를 NMOS 트랜지스터를 이용하여 구성할 수 있다.

또한, 이 스위칭 회로의 MOS 트랜지스터의 내전압을, 정전류원 회로의 MOS 트랜지스터의 내전압보다도 높게 설정하는 것이 바람직하다.

또한 본 실시예에 따르면, 히터의 구동 시에 일정 전류를 흘리고, 그 일정 전류의 전류값을 조정하여 제어할 수 있다. 이렇게 해서 각 히터에 대하여 균일한 에너지를 인가하는 것이 가능하게 된다.

또한, 상기 각 실시예의 도 1, 4, 7, 9, 10 등의 회로 구성은 1개의 소자 기판에 만들어져 있어도 된다. 또한, 기준 전류 회로는 소자 기판 밖에 설치된 회로이어도 되지만, 동일 소자 기판에 만들어져 있는 편이 바람직하다.

다음으로, 상술한 구성의 히터 기판을 구비하는 잉크젯 헤드와, 그 잉크젯 헤드를 탑재한 잉크젯 기록 장치의 예를 설명한다.

도 15는, 본 발명의 대표적인 실시예인 잉크젯 기록 장치(1)의 구성의 개요를 나타내는 외관 사시도이다.

도 15에 도시한 바와 같이 잉크젯 기록 장치(이하, 기록 장치라 한다)는, 잉크젯 방식에 따라서 잉크를 토출하여 기록을 행하는 기록 헤드(3)를 탑재한 캐리지(2)에 캐리지 모터(M1)에 의해서 발생하는 구동력을 전달 기구(4)로부터 전달하고, 캐리지(2)를 화살표 A 방향으로 왕복 이동시킴과 함께, 예를 들면, 기록지 등의 기록 매체 P를 급지 기구(5)를 통해 급지하고, 기록 위치까지 반송하고, 그 기록 위치에서 기록 헤드(3)로부터 기록 매체 P에 잉크를 토출함으로써 기록을 행한다. 또한, 기록 헤드(3)의 상태를 양호하게 유지하기 위해 캐리지(2)를 회복 장치(10)의 위치까지 이동시켜, 간헐적으로 기록 헤드(3)의 토출 회복 처리를 행한다.

기록 장치(1)의 캐리지(2)에는 기록 헤드(3)를 탑재할 뿐만 아니라, 기록 헤드(3)에 공급하는 잉크를 저류하는 잉크 카트리지(6)를 장착한다. 잉크 카트리지( 6)는 캐리지(2)에 대하여 착탈 가능하게 되어 있다.

도 15에 도시한 기록 장치(1)는 컬러 기록이 가능하고, 그 때문에 캐리지(2)에는 마젠타(M), 시안(C), 옐로우(Y), 블랙(K)의 잉크를 각각, 수용한 4개의 잉크카트리지를 탑재하고 있다. 이들 4개의 잉크카트리지는 각각 독립적으로 착탈 가능하다.

그런데, 캐리지(2)와 기록 헤드(3)는, 양 부재의 접합면이 적정하게 접촉되어 주어진 전기적 접속을 달성 유지할 수 있게 되어 있다. 기록 헤드(3)는, 기록 신호에 따라서 에너지를 인가함으로써, 복수의 토출구로부터 잉크를 선택적으로 토출하여 기록한다. 특히, 이 실시예의 기록 헤드(3)는, 열 에너지를 이용하여 잉크를 토출하는 잉크젯 방식을 채용하고, 열 에너지를 발생시키기 위해 상기 열 변환체를 구비하고, 그 상기 열 변환체에 인가되는 상기 에너지가 열 에너지로 변환되고, 그 열 에너지를 잉크에 부여함으로써 발생하는 막 비등에 의한 기포의 성장, 수축에 의해서 발생하는 압력 변화를 이용하고, 토출구로부터 잉크를 토출시킨다. 이 상기 열 변환체는 각 토출구의 각각에 대응하여 설치되고, 기록 신호에 따라서 대응하는 상기 열 변환체에 펄스 전압을 인가함으로써 대응하는 토출구로부터 잉크를 토출한다.

도 15에 도시되어 있는 것 같이, 캐리지(2)는 캐리지 모터(M1)의 구동력을 전달하는 전달 기구(4)의 구동 벨트(7)의 일부에 연결되어 있고, 가이드 샤프트(13)를 따라 화살표 A 방향으로 섭동 이동이 가능하도록 안내 지지되도록 되어 있다. 따라서, 캐리지(2)는, 캐리지 모터(M1)의 정회전 및 역회전에 의해서 가이드 샤프트(13)를 따라 왕복 이동한다. 또한, 캐리지(2)의 이동 방향(화살표 A 방향)을 따라 캐리지(2)의 절대 위치를 나타내기 위한 스케일(8)이 구비되어 있다. 이 실시예에서는, 스케일(8)은 투명한 PET 필름에 필요한 피치로 흑색의 바를 인쇄한 것을 이용하고 있고, 그 한쪽은 샤시(9)에 고착되고, 다른 쪽은 판 스프링(도시 생략)으로 지지되어 있다.

또한, 기록 장치(1)에는, 기록 헤드(3)의 토출구(도시 생략)가 형성된 토출구면에 대향하여 플라텐(도시 생략)이 설치되어 있고, 캐리지 모터(M1)의 구동력에 의해서 기록 헤드(3)를 탑재한 캐리지(2)가 왕복 이동되면 동시에, 기록 헤드(3)에 기록 신호를 부여하여 잉크를 토출함으로써, 플라텐 상에 반송된 기록 매체 P의 전폭에 걸쳐 기록이 행하여진다.

또한, 도 15에서, 14는 기록 매체 P를 반송하기 위해 반송 모터 M2에 의해서 구동되는 반송 롤러, 15는 스프링(도시 생략)에 의해 기록 매체 P를 반송 롤러(14)에 접촉하는 핀치 롤러, 16은 핀치 롤러(15)를 회전 가능하게 지지하는 핀치 롤러 홀더, 17은 반송 롤러(14)의 일단에 고착된 반송 롤러 기어이다. 그리고, 반송 롤러 기어(17)에 중간 기어(도시 생략)를 통해 전달된 반송 모터 M2의 회전에 의해, 반송 롤러(14)가 구동된다.

또한, 20은 기록 헤드(3)에 의해서 화상이 형성된 기록 매체(시트) P를 기록 장치 밖으로 배출하기 위한 배출 롤러이고, 반송 모터 M2의 회전이 전달됨으로써 구동되도록 되어 있다. 또한, 배출 롤러(20)는 기록 매체 P를 스프링(도시 생략)에 의해 압접하는 박차 롤러(도시 생략)에 의해 맞닿는다. 22는 박차 롤러를 회전 가능하게 지지하는 박차 홀더이다.

또한, 기록 장치(1)에는, 도 15에 도시되어 있는 바와 같이, 기록 헤드(3)를 탑재하는 캐리지(2)의 기록 동작을 위한 왕복 운동의 범위 외(기록 영역 외)의 원하는 위치(예를 들면, 홈 포지션에 대응하는 위치)에, 기록 헤드(3)의 토출 불량을 회복하기 위한 회복 장치(10)가 배치되어 있다.

회복 장치(10)는, 기록 헤드(3)의 토출구면을 캡핑하는 캡핑핑 기구(11)와 기록 헤드(3)의 토출구면을 클리닝하는 와이핑 기구(12)를 구비하고 있고, 캡핑 기구(11)에 의한 토출구면의 캡핑에 연동하여 회복 장치 내의 흡인 수단(흡인 펌프 등)에 의해 토출구로부터 잉크를 강제적으로 배출시키고, 그에 의해, 기록 헤드(3)의 잉크 유로 내의 점도가 증가한 잉크나 기포 등을 제거하는 등의 토출 회복 처리를 행한다.

또한, 비기록 동작 시 등에는, 기록 헤드(3)의 토출구면을 캡핑 기구(11)에 의해 캡핑함으로써, 기록 헤드(3)를 보호함과 함께 잉크의 증발이나 건조를 방지할 수 있다. 한편, 와이핑 기구(12)는 캡핑 기구(11)의 근방에 배치되고, 기록 헤드(3)의 토출구면에 부착한 잉크 액적을 닦아내도록 되어 있다.

이들 캡핑 기구(11) 및 와이핑 기구(12)에 의해, 기록 헤드(3)의 잉크 토출 상태를 정상적으로 유지하는 것이 가능하게 되어 있다.

<잉크젯 기록 장치의 제어 구성(도 16)>

도 16은 도 15에 도시한 기록 장치의 제어 구성을 나타내는 블록도이다. 도 16에 도시한 바와 같이 컨트롤러(600)는, MPU(601), 후술하는 제어 시퀀스에 대응한 프로그램, 주어진 테이블, 그 밖의 고정 데이터를 저장한 ROM(602), 캐리지 모터 M1의 제어, 반송 모터 M2의 제어, 및, 기록 헤드(3)의 제어를 위한 제어 신호를 생성하는 특수 용도 집적 회로 ASIC(603), 화상 데이터의 전개 영역이나 프로그램 실행을 위한 작업용 영역 등을 설정한 RAM(604), MPU(601), ASIC(603), RAM(604)을 서로 접속하여 데이터의 수수를 행하는 시스템 버스(605), 이하에 설명하는 센서군으로부터의 아날로그 신호를 입력하여 A/D 변환하고, 디지털 신호를 MPU(601)에 공급하는 A/D 변환기(606) 등으로 구성된다.

또한, 도 16에서, 610은 화상 데이터의 공급원으로 되는 컴퓨터(혹은 화상 판독용 리더나 디지털 카메라 등)이고 호스트 장치라 총칭된다. 호스트 장치(610)와 기록 장치(1) 사이에서는 인터페이스(I/F)(611)를 통해 화상 데이터, 커맨드, 스테이터스 신호 등을 송수신한다.

또한, 620은 스위치군이고, 전원 스위치(621), 프린트 개시를 명령하기 위한 프린트 스위치(622), 및 기록 헤드(3)의 잉크 토출 성능을 양호한 상태로 유지하기 위한 처리(회복 처리)의 기동을 지시하기 위한 회복 스위치(623) 등, 조작자에 의한 명령 입력을 받기 위한 스위치로 구성된다. 630은 홈 포지션 h를 검출하기 위한 포토 커플러 등의 위치 센서(631), 환경 온도를 검출하기 위해 기록 장치의 적절한 개소에 설치된 온도 센서(632) 등으로 구성되는 장치 상태를 검출하기 위한 센서군이다.

또한, 640은 캐리지(2)를 화살표 A 방향으로 왕복 주사시키기 위한 캐리지 모터 M1을 구동시키는 캐리지 모터 드라이버, 642는 기록 매체 P를 반송하기 위한 반송 모터 M2를 구동시키는 반송 모터 드라이버이다.

ASIC(603)는, 기록 헤드(3)에 의한 기록 주사 시에, RAM(602)의 기억 영역에 직접 액세스하면서 기록 헤드에 대하여 기록 소자(토출 히터)의 구동 데이터(DATA)를 전송한다.

도 17은, 본 실시예에 따른 기록 헤드를 포함하는 기록 헤드 카트리지의 구성을 나타내는 개관 사시도이다.

이 실시예에서의 기록 헤드 카트리지(1200)는, 도면에 도시한 바와 같이 잉크를 저류하는 잉크 탱크(1300)와, 이 잉크 탱크(1300)로부터 공급되는 잉크를 기록 정보에 따라서 노즐로부터 토출시키는 기록 헤드(3)를 갖고, 기록 헤드(3)는, 캐리지(2)에 대하여 착탈 가능하게 탑재되는, 소위 카트리지 방식을 채용하는 것으로 되어 있다. 그리고 기록에서는, 기록 헤드 카트리지(1200)는 캐리지 축을 따라 왕복 주사되고, 그에 따라 기록 시트 상에 컬러 화상이 기록된다. 여기에 나타내는 기록 헤드 카트리지(1200)에서는, 사진계조의 고화질 컬러 기록을 가능하게 하기 위해서, 잉크 탱크로서, 예를 들면, 블록, 라이트 시안(LC), 라이트 마젠타(LM), 시안, 마젠타 및 옐로우의 각 색 독립의 잉크 탱크가 준비되어 있고, 각각이 기록 헤드(3)에 대하여 착탈 가능하게 되어 있다.

또한, 여기서의 기록 헤드 카트리지(1200)는 기록 헤드에 대하여 잉크 탱크(1300)가 착탈할 수 있는 형태를 나타내고 있지만, 기록 헤드와 일체화된 헤드카트리지이어도 된다.

또한, 이 도 17에서는, 6색의 잉크를 사용하는 경우를 나타내고 있지만, 도 15과 같이, 예를 들면 블랙, 시안, 마젠타 및 옐로우의 4색의 잉크를 사용하여 기록을 행하는 것이어도 된다. 그 경우에는, 4색 각각 독립의 잉크 탱크가, 각각 기록 헤드(3)에 대하여 착탈 가능하게 되어 있더라도 상관 없다.

또한, 본 실시예에서는, NMOS 트랜지스터를 사용한 회로 예로 설명했지만 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고, PMOS 트랜지스터라도 마찬가지로 실현할 수 있음은 물론이다.

또한, 본 발명은, 복수의 기기(예를 들면 호스트 컴퓨터, 인터페이스 기기, 리더, 프린터 등)로 구성되는 시스템에 적용해도 되고, 하나의 기기로 이루어지는 장치(예를 들면, 복사기, 팩시밀리 장치 등)에 적용해도 된다.

또한, 본 실시예에서는, 잉크젯 기록 헤드인 경우로 설명했지만 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고, 예를 들면 서멀 헤드 등에도 적용할 수 있다.

본 발명은 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니고, 여러가지 변경이나 수정을 생각할 수 있다. 따라서, 본원 발명의 기술적 범위는, 이하의 청구의 범위에 기초하여 결정된다.

Claims (12)

1. 복수의 기록 소자를 갖는 기록 헤드로서,

   상기 복수의 기록 소자의 각각에 대응하여 설치되고, 각각 대응하는 기록 소자에의 통전을 제어하는 복수의 스위칭 회로와,

   상기 복수의 기록 소자의 각각에 대응하여 설치되고 각 기록 소자에 정전류를 흘리기 위한 정전류원과,

   상기 정전류원에 의해 공급되는 상기 정전류를 제어하는 전류 제어 회로를 구비하는 기록 헤드.
2. 제1항에 있어서,

   상기 정전류원은 MOS 트랜지스터를 포함하고, 상기 정전류원은 상기 정전류원의 MOS 트랜지스터의 온 저항을 제어함으로써 상기 정전류를 출력하는 기록 헤드.
3. 제2항에 있어서,

   상기 전류 제어 회로는, 상기 정전류원의 MOS 트랜지스터가 드레인 전압의 변화에 대하여 드레인 전류의 변화가 적은 포화 영역에서 동작하도록, 상기 정전류원의 MOS 트랜지스터의 게이트 전압을 제어하는 기록 헤드.
4. 제2항에 있어서,

   상기 정전류원은 제1 MOS 트랜지스터의 드레인에 직렬로 제2 MOS 트랜지스터의 소스를 접속하고 있고, 상기 전류 제어 회로는, 그 제1 및 제2 MOS 트랜지스터가, 드레인 전압의 변화에 대하여 드레인 전류의 변화가 적은 포화 영역에서 동작하도록, 상기 제1 및 제2 MOS 트랜지스터의 게이트 전압을 제어하는 기록 헤드.
5. 제2항에 있어서,

   상기 전류 제어 회로는, 정전류 회로와 MOS 트랜지스터를 구비하고, 상기 정전류 회로의 출력을, 상기 전류 제어 회로의 MOS 트랜지스터의 베이스와 상기 정전류원의 MOS 트랜지스터의 베이스에 접속하고 있는 기록 헤드.
6. 제5항에 있어서,

   상기 전류 제어 회로와 상기 정전류 회로는 전류 미러 회로를 구성하고 있는 기록 헤드.
7. 제4항에 있어서,

   상기 전류 제어 회로는, 정전류 회로와 2개의 MOS 트랜지스터를 구비하고, 상기 2개의 MOS 트랜지스터의 각각의 베이스는, 상기 제1 및 제2 MOS 트랜지스터의 베이스와 각각 접속되어 있는 기록 헤드.
8. 제2항에 있어서,

   상기 정전류원의 MOS 트랜지스터의 내전압은, 상기 스위칭 회로의 M0S 트랜지스터의 내전압보다도 높은 기록 헤드.
9. 제1항에 있어서,

   상기 복수의 기록 소자, 복수의 스위칭 회로, 정전류원 및 전류 제어 회로는 동일한 소자 기판에 만들어 넣어져 있는 기록 헤드.
10. 기록 장치로서,

    복수의 기록 소자를 갖는 기록 헤드와 기록 매체를 상대 이동시키는 반송 수단과,

    상기 반송 수단에 의한 상대 이동에 동기하여, 화상 신호에 따라서 상기 기록 헤드를 구동하여 상기 기록 매체에 화상을 형성하는 구동 제어 수단을 포함하고,

    상기 기록 헤드는,

    상기 복수의 기록 소자의 각각에 대응하여 설치되고, 각각 대응하는 기록 소자에의 통전을 제어하는 복수의 스위칭 회로와,

    상기 복수의 기록 소자의 각각에 대응하여 설치되고 각 기록 소자에 정전류를 흘리기 위한 정전류 회로와,

    상기 정전류 회로로부터 공급되는 상기 정전류를 제어하는 전류 제어 회로를 구비하는 기록 장치.
11. 제10항에 있어서,

    상기 정전류 회로는 MOS 트랜지스터를 포함하고 상기 정전류 회로는 상기 정전류 회로의 MOS 트랜지스터의 온 저항을 제어함으로써 상기 정전류를 출력하는 기록 장치.
12. 복수의 기록 소자를 갖는 기록 헤드 카트리지로서,

    상기 복수의 기록 소자의 각각에 대응하여 설치되고, 각각 대응하는 기록 소자에의 통전을 제어하는 복수의 스위칭 회로와, 상기 복수의 기록 소자의 각각에 대응하여 설치되고 각 기록 소자에 정전류를 흘리기 위한 정전류원과, 상기 정전류원에 의해 공급되는 상기 정전류를 제어하는 전류 제어 회로를 갖는 기록 헤드와,

    해당 헤드에 공급되는 잉크를 유지하기 위한 잉크 탱크를 갖는 기록 헤드 카트리지.