JP2004181678A - Recording head - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To solve a problem that since voltage drop in common wiring increases when the number of heaters being driven silmultaneously increases, voltage applying time increases when the heaters are driven and high speed driving of heaters becomes difficult. <P>SOLUTION: The recording head having a plurality of recording elements comprises a plurality of switching elements 102a1-102mx provided in correspondence with a plurality of recording elements 101a1-101mx respectively, constant current sources 103a1-103mx provided in correspondence with the plurality of recording elements respectively, and a current control circuit 105 for controlling constant currents being supplied from the constant current sources 103a1-103mx. Each of the plurality of switching elements and constant current sources includes an MOS transistor and the constant current source outputs a constant current by controlling the ON resistance of the MOS transistor. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

Translated fromJapanese

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の記録素子を備える記録ヘッドの構成に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
記録ヘッドのノズル内に配置されたヒータにより熱エネルギーを発生させ、その熱エネルギーを利用してヒータ近傍のインクを発泡させ、そのノズルからインクを吐出させて記録を行うインクジェットヘッドが知られている。このようなインクジェットヘッドにおけるヒータ駆動回路の一例を図１１に示す。
【０００３】
高速に記録を行うためには、なるべく多くのヒータを同時に駆動して多くのノズルから同時にインクを吐出させることが望ましい。しかしながら、プリンタ装置の電源の電力供給能力に制限があり、また電源からヒータに至る配線の抵抗に起因する電圧降下などにより、一度に流すことができる電流値が制限される。このため複数のヒータを時分割で駆動してインクを吐出させる時分割駆動が一般的である。例えば、複数のヒータを隣接配置されたヒータで構成される複数のブロックに分割し、各ブロック内で同時に２つ以上のヒータを駆動しないように駆動を時分割し、ヒータを流れる電流の総和を抑えることにより一度に大電力を供給する必要をなくしている。このようなヒータの駆動を行う駆動回路の動作について図１１を用いて説明する。
【０００４】
ヒータ１１０１ａ１〜１１０１ｍｘのそれぞれに対応する各ＭＯＳトランジスタ１１０２ａ１〜１１０２ｍｘは、図１１に示すようにそれぞれ同数（ｘ）づつ収容するブロックａ〜ｍに分けられている。即ち、ブロックａでは、電源パッド１１０４からの電源配線は、ヒータ１１０１ａ１〜１１０１ａｘに共通に接続されており、ＭＯＳトランジスタ１１０２ａ１〜１１０２ａｘのそれぞれは、電源１１０４とグランドの間で、対応するヒータ１１０１ａ１〜１１０１ａｘのそれぞれと直列に接続されている。また、ヒータ１１０１ａ１〜１１０１ａｘのそれぞれは、制御回路１１０５から、対応するＭＯＳトランジスタ１１０２ａ１〜１１０２ａｘのゲートに制御信号が印加されたときに、そのＭＯＳトランジスタ１１０２ａ１〜１１０２ａｘがオンすることにより電源配線から対応するヒータを通って電流が流れて加熱される。
【０００５】
図１２は、図１１に示すヒータ駆動回路の各ブロックのヒータに通電駆動するタイミングを示すタイミングチャートである。
【０００６】
例えば、図１１のブロックａを例にとると、制御信号ＶＧ１〜ＶＧｘは、ブロックａに属する第１〜第ｘ番目のヒータ１１０１ａ１〜１１０１ａｘを駆動させるためのタイミング信号である。即ち、ＶＧ１〜ＶＧｘは、ブロックａのＭＯＳトランジスタ１１０２ａ１〜１１０２ａｘの制御端子に入力される信号の波形を示し、ハイレベルの時に、対応するＭＯＳトランジスタ１１０２をオンし、ロウレベルの時に、対応するＭＯＳトランジスタをオフする。他のブロックｂ〜ｍの場合も同様である。図１２において、Ｉｈ１〜Ｉｈｘのそれぞれは、ヒータ１１０１ａ１〜１１０１ａｘのそれぞれに流れる電流値を示している。
【０００７】
このように各ブロック内のヒータを順次、時分割で通電駆動することにより、各ブロック内で通電駆動されるヒータは、常に１個以下になるように制御することができるので、一度に大電流をヒータに供給する必要はない。
【０００８】
図１３は、図１１のヒータ駆動回路が形成されているヒータ基板（記録ヘッドを構成する基板）のレイアウト例を示す図である。この図１３は、図１１に示す電源パッド１１０４からブロックａ〜ｍに接続される電源配線のレイアウトを示したものである。
【０００９】
ブロックａ〜ｍの各ブロックに対し電源パッド１１０４より個別に電源配線１３０１ａ〜１３０１ｍ及び１３０２ａ〜ｍが接続されている。前述のように、各ブロックで同時に駆動される最大ヒータ数を１以下にすることで、各ブロック別に分割された配線を流れる電流値は、常に１つのヒータに流れる電流以下にすることができる。これにより複数のヒータを同時駆動した場合でも、ヒータ基板内での配線における電圧降下量を一定とすることができる。これと同時に、複数のヒータを同時駆動した場合でも、各ヒータへの投入エネルギー量をほぼ一定にすることができる。
【００１０】
近年、プリンタは高速化、高精細化が要求されているため、プリンタの記録ヘッドは高密度で多ノズル化が図られており、記録ヘッドにおけるヒータ駆動に際しては、記録速度の点から、なるべく多くのヒータを同時に高速に駆動することが求められている。
【００１１】
またヒータ基板は、多数のヒータと、その駆動回路を同一の半導体基板上に形成している。このためヒータの駆動回路の形成には、デバイスの高密度・小型化が可能で、製造工程が簡略な、低コストＭＯＳ型の半導体プロセスが用いられている。更に、１つのウエハから取れるヒータ基板の個数を増加させてコストダウンを図る必要があるため、ヒータ基板を小型化することも求められている。
【００１２】
ところが前述のように、同時に駆動されるヒータ数を増やした場合、ヒータ基板内では同時駆動ヒータの数に対応した配線が必要となる。このため配線の数が増すと共に、ヒータ基板面積が限られている場合には、配線一本当りの配線領域が減少するため配線抵抗が増加する。また同時に、各配線幅が細くなることにより、ヒータ基板内の配線相互での抵抗のバラツキも増加することになる。このような問題は、ヒータ基板を小型化する場合にも同様に生じ、更に、配線抵抗の増加及び抵抗のバラツキが増加することになる。前述のように、ヒータ基板内では、ヒータと電源配線は電源に対して直列に接続されているため、配線抵抗とその抵抗のバラツキが増加することにより、各ヒータに印加される電圧の変動割合が増加する。
【００１３】
ヒータへの投入エネルギーは、過小であればインクの吐出が不安定になり、また過剰であれば、ヒータの耐久性が低下することになる。このため高画質な記録を行うためには、ヒータへの投入エネルギーが一定であることが望ましい。しかしながら上述のように、ヒータに印加される電圧の変動が大きい場合には、ヒータの耐久性を低下させたり、インク吐出が不安定になったりする。
【００１４】
また、ヒータ基板外部での配線は、複数のヒータに対して共通となっているため、同時に駆動するヒータの数によって、共通の配線での電圧降下が異なるものになる。このような電圧降下の変動に対して、各ヒータでの投入エネルギーを一定化するために、電圧の印加時間により、各ヒータへの投入エネルギーが調整される。しかしながら、同時駆動のヒータの数が増すことにより共通配線での電圧降下が増加しているため、ヒータ駆動時の電圧の印加時間が増し、高速でヒータを駆動することが困難になっている。
【００１５】
このようなヒータへの投入エネルギー変動による問題を解決する方法として特許文献１に提案されている。図１４は特許文献１に記載されているヒータの駆動回路を示す。
【特許文献１】
特開２００１−１９１５３１
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記文献では、記録素子毎（Ｒ１〜Ｒｎ）に設けられた定電流源（Ｔｒ１４〜Ｔｒ（ｎ＋１３））とスイッチング素子（Ｑ１〜ｎ）により、ヒータ（Ｒ１〜Ｒｎ）を定電流により駆動するものである。この構成によりヒータの駆動数の増加にともなう基板外部での電圧降下の変動によらず、常に一定電流でヒータを駆動することができる。ヒータの数と同数必要な定電流源回路およびスイッチング素子は、ヒータ基板の面積の大半をしめるため、この部分の面積を縮小することがヒータ基板コストを抑える上で重要である。ヒータに流れる電流は５０ｍＡ〜２００ｍＡと高電流であることから、トランジスタに寄生する抵抗による電圧降下をおさえるために、トランジスタサイズを縮小できないことがある。またヒータからスイッチング素子や定電流回路までの配線を短くすることで、基板面積を縮小することができるため、ヒータの配列ピッチと同じピッチで定電流源回路およびスイッチング素子を配列することが有効である。しかしながらこのような構成では、バイポーラ型トランジスタを用いた半導体プロセスにより作成されているため、近年の例えば６００ｄｐｉ以上の高密度化されたヒータの配列ピッチにおいて、バイポーラトランジスタが配列できないため、ヒータとの配線が長くなりヒータ基板面積が従来の駆動方式のヒータ基板の面積に比べ著しく増大してしまう問題がある。
【００１７】
本発明は上記従来例に鑑みてなされたもので、記録素子の同時駆動数が増加しても、高速でかつ安定した記録が可能であって、ヒータ基板の面積を大きく増大することなくコストアップの抑えた記録ヘッドを提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の記録ヘッドは以下の構成を有する。即ち、
複数の記録素子を有する記録ヘッドであって、
前記複数の記録素子のそれぞれに対応付けて設けられた複数のスイッチング手段と、
前記複数の記録素子のそれぞれに対応して設けられ各記録素子に定電流を流すための定電流源と、
前記定電流源により供給される前記定電流を制御する電流制御回路とを有し、前記複数のスイッチング手段と前記定電流源はともにＭＯＳトランジスタを含み、前記定電流源は前記ＭＯＳトランジスタのオン抵抗を制御することにより前記定電流を出力することを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態を詳細に説明する。
なお以下に用いる「ヒータ基板」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。また「ヒータ基板上」とは、単にヒータ基板の表面上を指し示すだけでなく、素子基体の表面上、表面近傍の素子基体内部側をも示すものである。また、本実施の形態に係る「作り込み（ｂｕｉｌｔ−ｉｎ）」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ヒータ基板上に一体的に形成、製造することを示すものである。
【００２０】
［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態１に係るインクジェット記録ヘッドのヒータ基板に設けられているヒータ駆動回路の構成を説明する回路図である。
【００２１】
図１において、１０１ａ１〜１０１ｍｘは記録を行うためのヒータ（ヒータ抵抗）を示し、各ヒータが通電されて熱を発生することにより、各対応するノズルからインク滴が吐出される。即ち、このヒータ基板を使用した記録ヘッドでは、各ヒータに対応してインクを吐出するための吐出口（ノズル）が設けられている。ここで、これらヒータ１０１ａ１〜１０１ｍｘは、ブロックａ〜ｍに分割されており、各ブロックにはｘ個のヒータと、各ヒータに対応して設けられたｘ個のＭＯＳトランジスタが含まれている。１０２ａ１〜１０２ｍｘは、それぞれ対応するヒータへの通電をオン／オフするためのＭＯＳトランジスタである。１０３ａ１〜１０３ｍｘは定電流源で、各ヒータに対応して設けられている。これら定電流源１０３ａ１〜１０３ｍｘのそれぞれは、ＭＯＳトランジスタ１０２ａ１〜１０２ｍｘのそれぞれとヒータ群１０１ａ１〜１０１ｍｘのそれぞれとに、それぞれ直列に接続されており、各電流源１０３ａ１〜１０３ｍｘは、その接続端子に定電流を出力する。この定電流値の大きさは基準電流回路１０５の制御信号により調節される。１０４は制御回路で、記録すべき記録データに応じて各ＭＯＳトランジスタ１０２のオン／オフを制御している。１０５は基準電流回路で、制御信号１１０を定電流源１０３ａ１〜１０３ｍｘに出力し、各定電流源で発生される定電流値を制御している。１０６及び１０７は基板外部の電源部（図示せず）に接続される電源パッドで、これら電源パッドを介してヒータ駆動用の電力が供給される。１０８，１０９のそれぞれは、各電源パッド１０６，１０７からブロックａ〜ｍに、ヒータ駆動用の電力を供給している電源ラインである。
【００２２】
［ヒータ駆動回路の動作］
図２は、１個のヒータと１個のＭＯＳトランジスタと１個の定電流源を含む回路の等価回路を示す図、図３はその駆動信号及び各ヒータを流れる電流を説明するタイミングチャートである。
【００２３】
図２において、信号ＶＧは、図１の制御回路１０４から供給される画像信号に応じた記録信号である。信号ＶＣは、基準電流回路１０５から定電流源２０３に供給される制御信号で、図１の制御信号１１０に相当しており、この制御信号ＶＣに応じて定電流源２０３（図１の定電流源１０３ａ１〜１０３ｍｘに相当）により発生される電流値が制御される。また電源ＶＨは、このヒータ２０１の駆動用電圧源を示している。
【００２４】
ＭＯＳトランジスタ２０２は、ここでは簡単のために理想的にドレイン端子とソース端子の２端子のスイッチとして動作すると考え、信号ＶＧの信号レベルがハイレベルのときにオン（ドレイン−ソース間が短絡）し、ロウレベルでオフ（ドレイン−ソース間が開放）するものとして説明する。定電流源２０３は、その端子間にある電圧が印加されると、制御信号ＶＣにより設定された一定電流を端子間に（図においては上から下へ）流すものとする。
【００２５】
図３は、この信号ＶＧの発生タイミングと、その時にヒータ２０１に流れる電流の波形を示す図である。
【００２６】
図３において、時間ｔ１までの期間では、信号ＶＧがロウレベルであり、この期間では、定電流源２０３の出力とヒータ２０１は遮断されているため、ヒータ２０１には電流が流れない。次に時間ｔ１からｔ２までの期間では、信号ＶＧがハイレベルになって、ＭＯＳトランジスタ２０２のソース−ドレイン間が通電し、定電流源２０３の出力電流がヒータ２０１に印加される。そして時間ｔ２以降では信号ＶＧがロウレベルになり、ヒータ２０１への通電が遮断される。
【００２７】
ヒータ２０１への電流の通電時間は信号ＶＧのパルス幅により制御され、ヒータ２０１を流れる電流Ｉｈの大きさは、定電流源２０３の制御信号ＶＣにより制御される。図３の例では、ヒータ２０１を流れる電流は、制御信号ＶＣに応じた電流値Ｉ１〜Ｉ３で示されている。
【００２８】
図３に示すように、信号ＶＧのパルス幅に応じた時間ｔ１から時間ｔ２までの期間、制御信号ＶＣにより決定された定電流値Ｉ（Ｉ１〜Ｉ３）がヒータ２０１を流れる。これにより、ヒータ２０１に対応して設けられたノズル（流路）内に存在するインクが加熱されて発泡し、そのヒータに対応するノズルからインクが吐出することにより、所定画素（ドット）が記録される。
【００２９】
以上の構成により、基準電流回路１０５により定電流源２０３により流される定電流値が決定され、その決定された電流値は、信号ＶＧにより駆動されるＭＯＳトランジスタ２０２がオンになっている期間だけ、ヒータ２０１に印加されることになる。
【００３０】
上記説明では、ＭＯＳトランジスタ２０２がオンのときはソース−ドレイン間が短絡するものとして説明したが、実際には、ＭＯＳトランジスタ２０２がオンの時は、ソース−ドレイン間に抵抗が存在するが、この抵抗における電圧降下分に対し十分に高い電源電圧を設定することで、定電流源の出力電流がそのままヒータに印加されるため、上記ヒータの駆動の説明となんら変わらない動作が実行される。
【００３１】
［実施の形態２］
図４は、前述の実施の形態１の図１の定電流源１０３をＭＯＳトランジスタ４０１ａ１〜４０１ｍｘで構成した例を示す図で、図１と共通する部分は同じ記号で示し、その説明を省略する。
【００３２】
ＭＯＳトランジスタ４０１ａ１〜４０１ｍｘの各ドレイン端子は、スイッチング用のＭＯＳトランジスタ１０２ａ１〜１０２ｍｘの各ソース端子にそれぞれ接続される。ＭＯＳトランジスタ４０１ａ１〜４０１ｍｘのゲート端子は、基準電流回路１０５よりの制御信号１１０に接続されている。これにより、各ヒータを流れる電流値は、基準電流回路１０５からの制御信号１１０により制御されるＭＯＳトランジスタ４０１ａ１〜４０１ｍｘのゲート電圧により制御される。
【００３３】
次に、図４のＭＯＳトランジスタ４０１ａ１〜４０１ｍｘの動作について図５及び図６を参照して説明する。
【００３４】
図５は、ＭＯＳトランジスタ４０１ａ１〜４０１ｍｘに用いられるＮＭＯＳトランジスタの一般的な静特性例を示す図で、そのバイアス条件を図６に示す。
【００３５】
図５は、ゲート電圧Ｖｇをパラメータにしてドレイン電圧Ｖｄｓを変化させたときのドレイン電流Ｉｄの特性を示している。図５におけるドレイン電圧Ｖｄｓの変化に対してドレイン電流Ｉｄの変化の少ない領域（飽和領域）で動作するように、図４におけるＭＯＳトランジスタ４０１ａ１〜４０１ｍｘのゲート電圧Ｖｇ及びドレイン電圧Ｖｄｓを設定する。これによりＭＯＳトランジスタ４０１ａ１〜４０１ｍｘのドレイン電圧Ｖｄｓに大きく依存しない出力電流を得ることができる。前述のように、図４に示すＭＯＳトランジスタ４０１ａ１〜４０１ｍｘは、各ヒータに一定電流を流す定電流源として動作する。また、ＭＯＳトランジスタ４０１ａ１〜４０１ｍｘのゲート電圧Ｖｇに応じてドレイン電流Ｉｄが変化するため、ゲート電圧Ｖｇを通じて各ヒータに流す電流値を所望の電流値に設定するように制御することができる。ＭＯＳトランジスタ４０１ａ１〜４０１ｍｘのソースドレイン間の電流−電圧特性であるオン抵抗特性は、ゲート電圧Ｖｇ、即ち、制御信号１１０により制御することができ、このオン抵抗値を制御することで、各ヒータに所望の定電流を供給することができる。
【００３６】
［実施の形態３］
図７は、図４に示すＮＭＯＳトランジスタ４０１ａ１〜４０１ｍｘのドレインに更にＮＭＯＳトランジスタ７０１ａ１〜７０１ｍｘのソース端子を接続し、ＭＯＳトランジスタ２段を直列にカスケード接続して定電流源２０３を形成した例を示す回路図である。尚、前述の図１及び図４と共通する部分は同じ記号で示し、それらの説明を省略する。
【００３７】
ここで、ＮＭＯＳトランジスタ７０１ａ１〜７０１ｍｘの各ゲート端子も、基準電流回路１０５に接続されている。ここでＭＯＳトランジスタ７０１ａ１〜７０１ｍｘはゲート接地トランジスタとして動作し、ＭＯＳトランジスタ４０１ａ１〜４０１ｍｘのドレイン電圧をＮＭＯＳ７０１ａ１〜７０１ｍｘのゲート−ソース間電位により固定するものである。ここでは、基準電流回路１０５は、ＭＯＳトランジスタ４０１ａ１〜４０１ｍｘを飽和領域で動作させるように、制御信号１１１により、ＮＭＯＳ７０１ａ１〜７０１ｍｘのゲート電圧を設定している。ＭＯＳトランジスタ７０１ａ１〜７０１ｍｘのドレイン端の電圧変動に対し、ＭＯＳトランジスタ７０１ａ１〜７０１ｍｘのソース電圧は、そのゲート電圧を固定することでゲートソース間の僅かな電位変動に抑えることができる。
【００３８】
この図７の回路構成によれば、電源電圧の変動やスイッチング用のＭＯＳトランジスタ１０２ａ１〜１０２ｍｘのオン抵抗値や配線抵抗値の変動に対して、図４の回路に比較して、定電流源として動作するＭＯＳトランジスタ４０１ａ１〜４０１ｍｘのドレイン電圧の変動を低く抑えることができる。
【００３９】
図８（Ａ）は、図７のＮＭＯＳトランジスタ７０１ａ１〜７０１ｍｘとＮＭＯＳトランジスタ４０１ａ１〜４０１ｍｘの１回路分の電流出力特性例を示す図、図８（Ｂ）は、そのバイアス条件を示す図である。
【００４０】
図８（Ａ）は、図８（Ｂ）において、ＮＭＯＳトランジスタ７０１のゲートに一定電圧を印加して、ＮＭＯＳトランジスタ４０１のゲート電圧をパラメータに、ＮＭＯＳトランジスタ７０１のドレイン電圧を変化させたときの出力電流値を示したものである。この場合は、図２に比較して、ＮＭＯＳトランジスタ７０１のドレイン電圧の変化に対する出力電流の変動が少ないものとなっている。
【００４１】
［実施の形態４］
図９は、図４の回路に、基準電流回路１０５の具体的な構成例を追加して示す回路図である。
【００４２】
この基準電流回路１０５は、ＮＭＯＳトランジスタ９０１を基準として、ＮＭＯＳトランジスタ４０１ａ１〜４０１ｍｘのドレインから電流出力をするカレントミラー回路を構成している。ＮＭＯＳトランジスタ９０１は、ゲートとドレインがダイオード接続され、その接続点に基準電流源９０２が接続される。ＮＭＯＳトランジスタ９０１のゲートは、ＮＭＯＳトランジスタ４０１ａ１〜４０１ｍｘのゲートに共通接続される。ＮＭＯＳトランジスタ９０１とＮＭＯＳトランジスタ４０１ａ１〜４０１ｍｘのゲートサイズが等しい場合、ＮＭＯＳトランジスタ９０１とＮＭＯＳトランジスタ４０１ａ１〜４０１ｍｘのゲート電圧が等しくなり、基準電流源９０２による基準電流と等しい電流が、ＮＮＭＯＳトランジスタ４０１ａ１〜４０１ｍｘのドレインより出力される。また、ＮＭＯＳトランジスタ９０１とＮＭＯＳトランジスタ４０１ａ１〜４０１ｍｘのゲートサイズが異なる場合は、ＮＭＯＳトランジスタ９０１とＮＭＯＳトランジスタ４０１ａ１〜４０１ｍｘのゲートサイズ比に対応した基準電流に比例した一定の出力電流が得られる。
【００４３】
［実施の形態５］
図１０は、図７の回路に、基準電流回路１０５の具体的な構成例を追加して示す回路図である。
【００４４】
ここでは、ＮＭＯＳトランジスタ７０１ａ１〜７０１ｍｘのゲートを、基準電流回路１０５のＮＭＯＳトランジスタ１００１のゲートに接続している。ＮＭＯＳトランジスタ１００１は、ゲートとドレインがダイオード接続されて、一定電圧をＮＭＯＳトランジスタ７０１ａ１〜７０１ｍｘのゲートに与えるものである。
【００４５】
図１０の構成により、ＮＭＯＳトランジスタ１００１とＮＭＯＳトランジスタ７０１ａ１〜７０１ｍｘのゲート−ソース間電圧がほぼ等しくなることから、ＮＭＯＳトランジスタ９０１とＮＭＯＳトランジスタ４０１ａ１〜４０１ｍｘのドレイン電圧も等しくなる。このように、ＮＭＯＳトランジスタ９０１とＮＭＯＳトランジスタ４０１ａ１〜４０１ｍｘのゲート電圧とドレイン電圧が等しくなることで、基準電流源９０２による基準電流がＮＭＯＳトランジスタ７０１ａ１〜７０１ｍｘのドレイン電圧に依存せずに、ＮＭＯＳトランジスタ４０１ａ１〜４０１ｍｘの出力電流に高精度にミラーされる。
【００４６】
以上説明したように本実施の形態によれば、ヒータに定電流を流すための定電流源回路と、電流の印加時間を制御するスイッチング回路とをＭＯＳトランジスタを用いて構成することができる。
【００４７】
また本実施の形態によれば、ヒータの駆動時に一定電流を流し、その一定電流の電流値を調整して制御することができる。こうして各ヒータに対して均一なエネルギーを印加することが可能となる。
【００４８】
次に、上述した構成のヒータ基板を備えるインクジェットヘッドと、そのインクジェットヘッドを搭載したインクジェット記録装置の例を説明する。
【００４９】
図１５は、本発明の代表的な実施形態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。
【００５０】
図１５に示すように、インクジェット記録装置（以下、記録装置という）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記録ヘッド３を搭載したキャリッジ２にキャリッジモータＭ１によって発生する駆動力を伝達機構４より伝え、キャリッジ２を矢印Ａ方向に往復移動させるとともに、例えば、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。また、記録ヘッド３の状態を良好に維持するためにキャリッジ２を回復装置１０の位置まで移動させ、間欠的に記録ヘッド３の吐出回復処理を行う。
【００５１】
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。
【００５２】
図１５に示した記録装置１はカラー記録が可能でり、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。
【００５３】
さて、キャリッジ２と記録ヘッド３とは、両部材の接合面が適正に接触されて所要の電気的接続を達成維持できるようになっている。記録ヘッド３は、記録信号に応じてエネルギーを印加することにより、複数の吐出口からインクを選択的に吐出して記録する。特に、この実施形態の記録ヘッド３は、熱エネルギー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、熱エネルギーを発生するために電気熱変換体を備え、その電気熱変換体に印加される電気エネルギーが熱エネルギーへと変換され、その熱エネルギーをインクに与えることにより生じる膜沸騰による気泡の成長、収縮によって生じる圧力変化を利用して、吐出口よりインクを吐出させる。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。
【００５４】
図１５に示されているように、キャリッジ２はキャリッジモータＭ１の駆動力を伝達する伝達機構４の駆動ベルト７の一部に連結されており、ガイドシャフト１３に沿って矢印Ａ方向に摺動自在に案内支持されるようになっている。従って、キャリッジ２は、キャリッジモータＭ１の正転及び逆転によってガイドシャフト１３に沿って往復移動する。また、キャリッジ２の移動方向（矢印Ａ方向）に沿ってキャリッジ２の絶対位置を示すためのスケール８が備えられている。この実施形態では、スケール８は透明なＰＥＴフィルムに必要なピッチで黒色のバーを印刷したものを用いており、その一方はシャーシ９に固着され、他方は板バネ（不図示）で支持されている。
【００５５】
また、記録装置１には、記録ヘッド３の吐出口（不図示）が形成された吐出口面に対向してプラテン（不図示）が設けられており、キャリッジモータＭ１の駆動力によって記録ヘッド３を搭載したキャリッジ２が往復移動されると同時に、記録ヘッド３に記録信号を与えてインクを吐出することによって、プラテン上に搬送された記録媒体Ｐの全幅にわたって記録が行われる。
【００５６】
さらに、図１５において、１４は記録媒体Ｐを搬送するために搬送モータＭ２によって駆動される搬送ローラ、１５はバネ（不図示）により記録媒体Ｐを搬送ローラ１４に当接するピンチローラ、１６はピンチローラ１５を回転自在に支持するピンチローラホルダ、１７は搬送ローラ１４の一端に固着された搬送ローラギアである。そして、搬送ローラギア１７に中間ギア（不図示）を介して伝達された搬送モータＭ２の回転により、搬送ローラ１４が駆動される。
【００５７】
またさらに、２０は記録ヘッド３によって画像が形成された記録媒体Ｐを記録装置外ヘ排出するための排出ローラであり、搬送モータＭ２の回転が伝達されることで駆動されるようになっている。なお、排出ローラ２０は記録媒体Ｐをバネ（不図示）により圧接する拍車ローラ（不図示）により当接する。２２は拍車ローラを回転自在に支持する拍車ホルダである。
【００５８】
またさらに、記録装置１には、図１５に示されているように、記録ヘッド３を搭載するキャリッジ２の記録動作のための往復運動の範囲外（記録領域外）の所望位置（例えば、ホームポジションに対応する位置）に、記録ヘッド３の吐出不良を回復するための回復装置１０が配設されている。
【００５９】
回復装置１０は、記録ヘッド３の吐出口面をキャッピングするキャッピング機構１１と記録ヘッド３の吐出口面をクリーニングするワイピング機構１２を備えており、キャッピング機構１１による吐出口面のキャッピングに連動して回復装置内の吸引手段（吸引ポンプ等）により吐出口からインクを強制的に排出させ、それによって、記録ヘッド３のインク流路内の粘度の増したインクや気泡等を除去するなどの吐出回復処理を行う。
【００６０】
また、非記録動作時等には、記録ヘッド３の吐出口面をキャッピング機構１１によるキャッピングすることによって、記録ヘッド３を保護するとともにインクの蒸発や乾燥を防止することができる。一方、ワイピング機構１２はキャッピング機構１１の近傍に配され、記録ヘッド３の吐出口面に付着したインク液滴を拭き取るようになっている。
【００６１】
これらキャッピング機構１１及びワイピング機構１２により、記録ヘッド３のインク吐出状態を正常に保つことが可能となっている。
【００６２】
＜インクジェット記録装置の制御構成（図１６）＞
図１６は図１５に示した記録装置の制御構成を示すブロック図である。
【００６３】
図１６に示すように、コントローラ６００は、ＭＰＵ６０１、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したＲＯＭ６０２、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特殊用途集積回路（ＡＳＩＣ）６０３、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を設けたＲＡＭ６０４、ＭＰＵ６０１、ＡＳＩＣ６０３、ＲＡＭ６０４を相互に接続してデータの授受を行うシステムバス６０５、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Ａ／Ｄ変換器６０６などで構成される。
【００６４】
また、図１６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。
【００６５】
さらに、６２０はスイッチ群であり、電源スイッチ６２１、プリント開始を指令するためのプリントスイッチ６２２、及び記録ヘッド３のインク吐出性能を良好な状態に維持するための処理（回復処理）の起動を指示するための回復スイッチ６２３など、操作者による指令入力を受けるためのスイッチから構成される。６３０はホームポジションｈを検出するためのフォトカプラなどの位置センサ６３１、環境温度を検出するために記録装置の適宜の箇所に設けられた温度センサ６３２等から構成される装置状態を検出するためのセンサ群である。
【００６６】
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。
【００６７】
ＡＳＩＣ６０３は、記録ヘッド３による記録走査の際に、ＲＡＭ６０２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（吐出ヒータ）の駆動データ（ＤＡＴＡ）を転送する。
【００６８】
図１７は、本実施の形態に係る記録ヘッドを含む記録ヘッドカートリッジの構成を示す概観斜視図である。
【００６９】
この実施の形態における記録ヘッドカートリッジ１２００は、図に示すようにインクを貯留するインクタンク１３００と、このインクタンク１３００から供給されるインクを記録情報に応じてノズルから吐出させる記録ヘッド３とを有し、記録ヘッド３は、キャリッジ２に対して着脱可能に搭載される、いわゆるカートリッジ方式を採るものとなっている。そして記録に際しては、記録ヘッドカートリッジ１２００はキャリッジ軸に沿って往復走査され、それに伴って記録シート上にカラー画像が記録される。ここに示す記録ヘッドカートリッジ１２００では、写真調の高画質なカラー記録を可能とするため、インクタンクとして、例えば、ブラック、ライトシアン（ＬＣ）、ライトマゼンタ（ＬＭ）、シアン、マゼンタ及びイエローの各色独立のインクタンクが用意されており、それぞれが記録ヘッド３に対して着脱自在となっている。
【００７０】
なお、この図１７では、６色のインクを使用する場合を示しているが、図１５のように、例えばブラック、シアン、マゼンタ及びイエローの４色のインクを使用して記録を行なうものでもよい。その場合には、４色それぞれ独立のインクタンクが、それぞれ記録ヘッド３に対して着脱自在となっていても構わない。
【００７１】
なお本発明は、複数の機器（例えばホストコンピュータ、インタフェイス機器、リーダ、プリンタなど）から構成されるシステムに適用しても、一つの機器からなる装置（例えば、複写機、ファクシミリ装置など）に適用しても良い。
【００７２】
尚、本実施の形態では、インクジェット記録ヘッドの場合で説明したが本発明はこれに限定されるものでなく、例えばサーマルヘッド等にも適用できる。
【００７３】
以上説明した実施の形態に係る構成は、以下の実施態様で表わすことができる。
【００７４】
［実施態様１］ 複数の記録素子を有する記録ヘッドであって、
前記複数の記録素子のそれぞれに対応付けて設けられた複数のスイッチング手段と、
前記複数の記録素子のそれぞれに対応して設けられ各記録素子に定電流を流すための定電流源と、
前記定電流源により供給される前記定電流を制御する電流制御回路とを有し、前記複数のスイッチング手段と前記定電流源はともにＭＯＳトランジスタを含み、前記定電流源は前記ＭＯＳトランジスタのオン抵抗を制御することにより前記定電流を出力することを特徴とする記録ヘッド。
【００７５】
［実施態様２］ 前記電流制御回路は、定電流源とＭＯＳトランジスタとを有し、当該ＭＯＳトランジスタのベース電位と前記定電流源のＭＯＳトランジスタのベース電位とを共通にしたことを特徴とする実施態様１に記載の記録ヘッド。
［実施態様３］ 前記定電流源は、前記ＭＯＳトランジスタのドレインに直列に更にＭＯＳトランジスタを接続することを特徴とする実施態様１又は２に記載の記録ヘッド。
【００７６】
［実施態様４］ 前記定電流源のＭＯＳトランジスタの耐電圧は、前記スイッチング手段の前記ＭＯＳトランジスタの耐電圧よりも高いことを特徴とする実施態様１乃至３のいずれか１に記載の記録ヘッド。
【００７７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、記録素子の同時駆動数が増加しても、高速でかつ安定した記録を行うことができ、ＭＯＳトランジスタで構成することにより記録素子の密度が高いヒータ基板においても高密度に配置が可能なり基板面積の増大を効果的におさえ基板コストアップをおさえる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係る記録ヘッドに設けられたヒータ駆動回路の一例を示す回路図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る１ヒータ当りの駆動回路の等価回路図である。
【図３】図２の回路の動作タイミングを説明するタイミングチャートである。
【図４】本発明の実施の形態２に係る記録ヘッドに設けられたヒータ駆動回路の一例を示す回路図である。
【図５】本実施の形態で使用するＭＯＳトランジスタの特性図である。
【図６】本発明の実施の形態２に係るＭＯＳトランジスタの特性測定条件を示す回路図である。
【図７】本発明の実施の形態３に係る記録ヘッドに設けられたヒータ駆動回路の一例を示す回路図である。
【図８】本実施の形態２に係るＭＯＳトランジスタの特性図（図８（Ａ））及びＭＯＳトランジスタの特性測定条件を示す回路図（図８（Ｂ））である。
【図９】本発明の実施の形態４に係る記録ヘッドの設けられたヒータ駆動回路の一例を示す回路図である。
【図１０】本発明の実施の形態５に係る記録ヘッドに設けられたヒータ駆動回路の一例を示す回路図である。
【図１１】従来のヒータ駆動回路を示す回路図である。
【図１２】従来のヒータ駆動回路を動作させる信号のタイミングチャートである。
【図１３】従来のヒータ基板の配線レイアウトを示す図である。
【図１４】従来のヒータ駆動回路の構成を示す回路図である。
【図１５】本実施の形態に係るインクジェット記録装置の構成の概要を示す外観斜視図である。
【図１６】本実施の形態に係るインクジェット記録装置の機能構成を示すブロック図である。
【図１７】本実施の形態に係る記録ヘッドの構成を示す概観斜視図である。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a configuration of a print head including a plurality of print elements.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art There is known an ink jet head that generates thermal energy by a heater disposed in a nozzle of a recording head, uses the thermal energy to foam ink near the heater, and discharges ink from the nozzle to perform recording. . FIG. 11 shows an example of a heater drive circuit in such an ink jet head.
[0003]
In order to perform printing at high speed, it is desirable to simultaneously drive as many heaters as possible and simultaneously eject ink from many nozzles. However, the power supply capability of the power supply of the printer device is limited, and the current value that can be passed at one time is limited due to a voltage drop due to the resistance of the wiring from the power supply to the heater. For this reason, time-division driving in which a plurality of heaters are driven in a time-division manner to eject ink is generally performed. For example, a plurality of heaters are divided into a plurality of blocks constituted by heaters arranged adjacent to each other, the driving is time-divided so that two or more heaters are not simultaneously driven in each block, and the total current flowing through the heaters is calculated. By suppressing it, there is no need to supply large power at once. The operation of the drive circuit for driving such a heater will be described with reference to FIG.
[0004]
Each of the MOS transistors 1102a1 to 1102mx corresponding to each of the heaters 1101a1 to 1101mx is divided into blocks a to m each containing the same number (x) as shown in FIG. That is, in the block a, the power supply wiring from thepower supply pad 1104 is commonly connected to the heaters 1101a1 to 1101ax, and each of the MOS transistors 1102a1 to 1102ax has a corresponding heater 1101a1 to 1101ax between thepower supply 1104 and the ground. Are connected in series with each other. Each of the heaters 1101a1 to 1101ax responds from a power supply line by turning on the MOS transistor 1102a1 to 1102ax when a control signal is applied from thecontrol circuit 1105 to the gate of the corresponding MOS transistor 1102a1 to 1102ax. Electric current flows through the heater and is heated.
[0005]
FIG. 12 is a timing chart showing the timing for energizing and driving the heater of each block of the heater drive circuit shown in FIG.
[0006]
For example, taking block a in FIG. 11 as an example, the control signals VG1 to VGx are timing signals for driving the first to xth heaters 1101a1 to 1101ax belonging to block a. That is, VG1 to VGx indicate the waveforms of signals input to the control terminals of the MOS transistors 1102a1 to 1102ax of the block a. When the signal is at the high level, the corresponding MOS transistor 1102 is turned on. Turn off. The same applies to the other blocks b to m. In FIG. 12, each of Ih1 to Ihx indicates a current value flowing through each of the heaters 1101a1 to 1101ax.
[0007]
In this way, by sequentially energizing and driving the heaters in each block in a time-division manner, the number of heaters energized and driven in each block can be controlled so as to be one or less at all times. Need not be supplied to the heater.
[0008]
FIG. 13 is a diagram showing a layout example of a heater substrate (a substrate constituting a print head) on which the heater drive circuit of FIG. 11 is formed. FIG. 13 shows a layout of power supply wiring connected frompower supply pad 1104 to blocks a to m shown in FIG.
[0009]
Power supply wirings 1301a to 1301m and 1302a to m are individually connected to the blocks a to m from thepower supply pad 1104. As described above, by setting the maximum number of heaters that are simultaneously driven in each block to one or less, the current value flowing through the wiring divided for each block can always be equal to or less than the current flowing through one heater. Thus, even when a plurality of heaters are driven simultaneously, the amount of voltage drop in the wiring in the heater substrate can be kept constant. At the same time, even when a plurality of heaters are driven simultaneously, the amount of energy input to each heater can be made substantially constant.
[0010]
In recent years, high-speed and high-definition printers have been demanded, and the recording head of the printer has been designed to have a high density and a large number of nozzles. Are required to be simultaneously driven at high speed.
[0011]
The heater substrate has a large number of heaters and their driving circuits formed on the same semiconductor substrate. For this reason, a low-cost MOS-type semiconductor process, which enables high-density and small-sized devices and has a simple manufacturing process, is used to form a heater drive circuit. Further, since it is necessary to reduce the cost by increasing the number of heater substrates that can be obtained from one wafer, it is also required to reduce the size of the heater substrate.
[0012]
However, as described above, when the number of simultaneously driven heaters is increased, wiring corresponding to the number of simultaneously driven heaters is required in the heater substrate. For this reason, the number of wirings increases, and when the area of the heater substrate is limited, the wiring area per one wiring decreases and the wiring resistance increases. At the same time, as the width of each wiring is reduced, the variation in resistance between the wirings in the heater substrate also increases. Such a problem similarly occurs when the heater substrate is downsized, and further increases the wiring resistance and the variation in the resistance. As described above, since the heater and the power supply wiring are connected in series to the power supply in the heater substrate, the variation in the wiring resistance and the resistance increases, so that the variation ratio of the voltage applied to each heater is increased. Increase.
[0013]
If the energy input to the heater is too small, the ejection of the ink becomes unstable, and if it is excessive, the durability of the heater is reduced. Therefore, in order to perform high-quality recording, it is desirable that the energy input to the heater be constant. However, as described above, when the voltage applied to the heater fluctuates greatly, the durability of the heater is reduced or the ink ejection becomes unstable.
[0014]
Further, since the wiring outside the heater substrate is common to a plurality of heaters, the voltage drop in the common wiring varies depending on the number of heaters driven simultaneously. In order to stabilize the energy input to each heater with respect to such fluctuations in voltage drop, the energy input to each heater is adjusted by the voltage application time. However, an increase in the number of simultaneously driven heaters increases a voltage drop in the common wiring, so that the voltage application time during heater driving increases, making it difficult to drive the heaters at high speed.
[0015]
Patent Document 1 proposes a method for solving such a problem caused by the fluctuation of the energy input to the heater. FIG. 14 shows a heater driving circuit described inPatent Document 1.
[Patent Document 1]
JP-A-2001-191531
[0016]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above document, the heaters (R1 to Rn) are driven by a constant current by the constant current sources (Tr14 to Tr (n + 13)) and the switching elements (Q1 to n) provided for each recording element (R1 to Rn). Things. With this configuration, it is possible to always drive the heater with a constant current regardless of fluctuations in the voltage drop outside the substrate due to an increase in the number of driving heaters. Since the constant current source circuits and the switching elements required in the same number as the number of the heaters make up the majority of the area of the heater substrate, it is important to reduce the area of this portion in order to reduce the cost of the heater substrate. Since the current flowing through the heater is as high as 50 mA to 200 mA, the size of the transistor may not be reduced in order to suppress the voltage drop due to the parasitic resistance of the transistor. Also, by shortening the wiring from the heater to the switching element and the constant current circuit, the board area can be reduced, so that it is effective to arrange the constant current source circuit and the switching element at the same pitch as the heater arrangement pitch. is there. However, in such a configuration, since the bipolar transistor cannot be arranged at a recent arrangement pitch of the heater of, for example, 600 dpi or more, since the transistor is formed by the semiconductor process using the bipolar transistor, the wiring with the heater is not provided. And the area of the heater substrate becomes significantly larger than the area of the heater substrate of the conventional driving method.
[0017]
The present invention has been made in view of the above-described conventional example, and enables high-speed and stable recording even if the number of simultaneous driving of the recording elements is increased, and increases the cost without greatly increasing the area of the heater substrate. It is an object of the present invention to provide a recording head in which the recording head is suppressed.
[0018]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a recording head of the present invention has the following configuration. That is,
A recording head having a plurality of recording elements,
A plurality of switching means provided in association with each of the plurality of recording elements,
A constant current source that is provided corresponding to each of the plurality of recording elements and allows a constant current to flow through each recording element;
A current control circuit for controlling the constant current supplied by the constant current source, wherein the plurality of switching means and the constant current source both include a MOS transistor, and the constant current source includes an on-resistance of the MOS transistor. And outputting the constant current.
[0019]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
The “heater substrate” used below does not indicate a mere substrate made of a silicon semiconductor but a substrate provided with each element, wiring, and the like. Further, "on the heater substrate" indicates not only the surface of the heater substrate but also the surface of the element substrate and the inside of the element substrate near the surface. Further, the term “built-in” according to the present embodiment is not a term indicating that each of the separate elements is simply arranged on a base, but the steps of manufacturing each element in a semiconductor circuit or the like. This means that they are integrally formed and manufactured on a heater substrate.
[0020]
[Embodiment 1]
FIG. 1 is a circuit diagram illustrating a configuration of a heater drive circuit provided on a heater substrate of an ink jet print head according toEmbodiment 1 of the present invention.
[0021]
In FIG. 1, reference numerals 101a1 to 101mx denote heaters (heater resistances) for performing printing, and when each heater is energized to generate heat, an ink droplet is ejected from each corresponding nozzle. That is, in a recording head using this heater substrate, ejection ports (nozzles) for ejecting ink are provided corresponding to the respective heaters. Here, the heaters 101a1 to 101mx are divided into blocks a to m, and each block includes x heaters and x MOS transistors provided corresponding to the heaters. Reference numerals 102a1 to 102mx denote MOS transistors for turning on / off the power supply to the corresponding heaters. 103a1 to 103mx are constant current sources, which are provided corresponding to the respective heaters. Each of these constant current sources 103a1 to 103mx is connected in series to each of the MOS transistors 102a1 to 102mx and each of the heater groups 101a1 to 101mx, and each of the current sources 103a1 to 103mx is connected to its connection terminal. Outputs current. The magnitude of the constant current value is adjusted by a control signal of the referencecurrent circuit 105. Acontrol circuit 104 controls ON / OFF of each MOS transistor 102 according to recording data to be recorded. A referencecurrent circuit 105 outputs acontrol signal 110 to the constant current sources 103a1 to 103mx to control a constant current value generated in each of the constant current sources.Power supply pads 106 and 107 are connected to a power supply unit (not shown) outside the substrate, and power for driving the heater is supplied through these power supply pads. Each of 108 and 109 is a power supply line for supplying electric power for driving the heater from each of thepower supply pads 106 and 107 to the blocks a to m.
[0022]
[Operation of heater drive circuit]
FIG. 2 is a diagram showing an equivalent circuit of a circuit including one heater, one MOS transistor, and one constant current source, and FIG. 3 is a timing chart for explaining a drive signal and a current flowing through each heater. .
[0023]
2, a signal VG is a recording signal corresponding to an image signal supplied from thecontrol circuit 104 in FIG. The signal VC is a control signal supplied from the referencecurrent circuit 105 to the constantcurrent source 203, and corresponds to thecontrol signal 110 in FIG. 1. In response to this control signal VC, the constant current source 203 (the constant current in FIG. The current values generated by the sources 103a1 to 103mx are controlled. The power supply VH indicates a voltage source for driving theheater 201.
[0024]
Here, it is assumed that theMOS transistor 202 ideally operates as a two-terminal switch of a drain terminal and a source terminal for the sake of simplicity. When the signal level of the signal VG is at a high level, theMOS transistor 202 turns on (short circuit between the drain and source). , At the low level (open between the drain and source). When a voltage between the terminals of the constantcurrent source 203 is applied, a constant current set by the control signal VC flows between the terminals (from top to bottom in the figure).
[0025]
FIG. 3 is a diagram showing the generation timing of the signal VG and the waveform of the current flowing through theheater 201 at that time.
[0026]
In FIG. 3, the signal VG is at a low level during a period up to a time t1, and in this period, the output of the constantcurrent source 203 and theheater 201 are cut off, so that no current flows through theheater 201. Next, during a period from time t1 to time t2, the signal VG is at the high level, the current flows between the source and the drain of theMOS transistor 202, and the output current of the constantcurrent source 203 is applied to theheater 201. After time t2, the signal VG becomes low level, and the power supply to theheater 201 is cut off.
[0027]
The current supply time to theheater 201 is controlled by the pulse width of the signal VG, and the magnitude of the current Ih flowing through theheater 201 is controlled by the control signal VC of the constantcurrent source 203. In the example of FIG. 3, the current flowing through theheater 201 is indicated by current values I1 to I3 according to the control signal VC.
[0028]
As shown in FIG. 3, the constant current value I (I1 to I3) determined by the control signal VC flows through theheater 201 during a period from time t1 to time t2 according to the pulse width of the signal VG. As a result, the ink existing in the nozzle (flow path) provided corresponding to theheater 201 is heated and foams, and the ink is ejected from the nozzle corresponding to the heater, so that a predetermined pixel (dot) is recorded. Is done.
[0029]
With the above configuration, the constant current value passed by the constantcurrent source 203 is determined by the referencecurrent circuit 105, and the determined current value is determined only during the period in which theMOS transistor 202 driven by the signal VG is on. The voltage is applied to theheater 201.
[0030]
In the above description, it is described that the source and the drain are short-circuited when theMOS transistor 202 is on. However, when theMOS transistor 202 is on, a resistance exists between the source and the drain. By setting the power supply voltage sufficiently high with respect to the voltage drop in the resistor, the output current of the constant current source is applied to the heater as it is, so that the same operation as in the description of driving the heater is performed.
[0031]
[Embodiment 2]
FIG. 4 is a diagram showing an example in which the constant current source 103 of FIG. 1 according to the first embodiment is constituted by MOS transistors 401a1 to 401mx. Portions common to FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. .
[0032]
The drain terminals of the MOS transistors 401a1 to 401mx are connected to the source terminals of the switching MOS transistors 102a1 to 102mx, respectively. The gate terminals of the MOS transistors 401a1 to 401mx are connected to the control signal 110 from the referencecurrent circuit 105. Thus, the value of the current flowing through each heater is controlled by the gate voltages of the MOS transistors 401a1 to 401mx controlled by the control signal 110 from the referencecurrent circuit 105.
[0033]
Next, the operation of the MOS transistors 401a1 to 401mx in FIG. 4 will be described with reference to FIGS.
[0034]
FIG. 5 is a diagram showing a typical static characteristic example of an NMOS transistor used for the MOS transistors 401a1 to 401mx, and FIG. 6 shows the bias conditions.
[0035]
FIG. 5 shows characteristics of the drain current Id when the drain voltage Vds is changed using the gate voltage Vg as a parameter. The gate voltage Vg and the drain voltage Vds of the MOS transistors 401a1 to 401mx in FIG. 4 are set so as to operate in a region (saturation region) where the change in the drain current Id is small with respect to the change in the drain voltage Vds in FIG. As a result, an output current that does not largely depend on the drain voltage Vds of the MOS transistors 401a1 to 401mx can be obtained. As described above, the MOS transistors 401a1 to 401mx illustrated in FIG. 4 operate as constant current sources that supply a constant current to each heater. Further, since the drain current Id changes according to the gate voltage Vg of the MOS transistors 401a1 to 401mx, it is possible to control the current value flowing through each heater through the gate voltage Vg to a desired current value. The on-resistance characteristic, which is the current-voltage characteristic between the source and the drain of the MOS transistors 401a1 to 401mx, can be controlled by the gate voltage Vg, that is, thecontrol signal 110. By controlling the on-resistance value, each heater can be controlled. A desired constant current can be supplied.
[0036]
[Embodiment 3]
FIG. 7 shows an example in which the source terminals of the NMOS transistors 701a1 to 701mx are further connected to the drains of the NMOS transistors 401a1 to 401mx shown in FIG. 4, and two stages of the MOS transistors are cascaded in series to form the constantcurrent source 203. It is a circuit diagram. 1 and 4 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
[0037]
Here, the respective gate terminals of the NMOS transistors 701a1 to 701mx are also connected to the referencecurrent circuit 105. Here, the MOS transistors 701a1 to 701mx operate as common-gate transistors, and fix the drain voltages of the MOS transistors 401a1 to 401mx by the gate-source potentials of the NMOSs 701a1 to 701mx. Here, the referencecurrent circuit 105 sets the gate voltages of the NMOSs 701a1 to 701mx by the control signal 111 so that the MOS transistors 401a1 to 401mx operate in the saturation region. The source voltage of the MOS transistors 701a1 to 701mx can be suppressed to a small potential change between the gate and the source by fixing the gate voltage of the source voltage of the MOS transistors 701a1 to 701mx with respect to the voltage fluctuation at the drain terminals of the MOS transistors 701a1 to 701mx.
[0038]
According to the circuit configuration of FIG. 7, as compared with the circuit of FIG. 4, the circuit configuration of FIG. Fluctuations in the drain voltages of the operating MOS transistors 401a1 to 401mx can be suppressed low.
[0039]
FIG. 8A is a diagram illustrating an example of current output characteristics of one circuit of the NMOS transistors 701a1 to 701mx and the NMOS transistors 401a1 to 401mx of FIG. 7, and FIG. 8B is a diagram illustrating bias conditions thereof.
[0040]
FIG. 8A shows an output when a constant voltage is applied to the gate of theNMOS transistor 701 in FIG. 8B and the drain voltage of theNMOS transistor 701 is changed using the gate voltage of theNMOS transistor 401 as a parameter. It shows a current value. In this case, the change in the output current with respect to the change in the drain voltage of theNMOS transistor 701 is smaller than that in FIG.
[0041]
[Embodiment 4]
FIG. 9 is a circuit diagram showing the circuit of FIG. 4 with a specific configuration example of the referencecurrent circuit 105 added thereto.
[0042]
The referencecurrent circuit 105 forms a current mirror circuit that outputs a current from the drains of the NMOS transistors 401a1 to 401mx with reference to theNMOS transistor 901. The gate and drain of theNMOS transistor 901 are diode-connected, and a referencecurrent source 902 is connected to the connection point. The gates of theNMOS transistors 901 are commonly connected to the gates of the NMOS transistors 401a1 to 401mx. When the gate sizes of theNMOS transistor 901 and the NMOS transistors 401a1 to 401mx are equal, the gate voltages of theNMOS transistor 901 and the NMOS transistors 401a1 to 401mx become equal, and the current equal to the reference current by the referencecurrent source 902 is equal to that of the NMOS transistors 401a1 to 401mx. Output from the drain. When the gate sizes of theNMOS transistor 901 and the NMOS transistors 401a1 to 401mx are different, a constant output current proportional to the reference current corresponding to the gate size ratio of theNMOS transistor 901 and the NMOS transistors 401a1 to 401mx is obtained.
[0043]
[Embodiment 5]
FIG. 10 is a circuit diagram showing the circuit of FIG. 7 with a specific configuration example of the referencecurrent circuit 105 added thereto.
[0044]
Here, the gates of the NMOS transistors 701a1 to 701mx are connected to the gate of theNMOS transistor 1001 of the referencecurrent circuit 105. TheNMOS transistor 1001 has a gate and a drain which are diode-connected, and applies a constant voltage to the gates of the NMOS transistors 701a1 to 701mx.
[0045]
With the configuration in FIG. 10, the gate-source voltages of theNMOS transistor 1001 and the NMOS transistors 701a1 to 701mx are substantially equal, and the drain voltages of theNMOS transistor 901 and the NMOS transistors 401a1 to 401mx are also equal. As described above, since the gate voltage and the drain voltage of theNMOS transistor 901 and the NMOS transistors 401a1 to 401mx are equal to each other, the reference current from the referencecurrent source 902 does not depend on the drain voltage of the NMOS transistors 701a1 to 701mx. It is mirrored to the output current of ~ 401mx with high accuracy.
[0046]
As described above, according to the present embodiment, a constant current source circuit for supplying a constant current to the heater and a switching circuit for controlling the current application time can be configured using MOS transistors.
[0047]
Further, according to the present embodiment, a constant current can be supplied when the heater is driven, and the current value of the constant current can be adjusted and controlled. In this manner, uniform energy can be applied to each heater.
[0048]
Next, an example of an inkjet head having the above-described heater substrate and an inkjet recording apparatus equipped with the inkjet head will be described.
[0049]
FIG. 15 is an external perspective view showing the outline of the configuration of theinkjet recording apparatus 1 which is a typical embodiment of the present invention.
[0050]
As shown in FIG. 15, an ink jet recording apparatus (hereinafter, referred to as a recording apparatus) transmits a driving force generated by a carriage motor M1 to acarriage 2 on which arecording head 3 that performs recording by ejecting ink according to an ink jet method is mounted. 4, thecarriage 2 is reciprocated in the direction of arrow A, and for example, a recording medium P such as recording paper is fed through a paper feeding mechanism 5 and conveyed to a recording position. The recording is performed by ejecting ink to the recording medium P from. Further, in order to maintain the state of therecording head 3 in a good state, thecarriage 2 is moved to the position of therecovery device 10 and the ejection recovery processing of therecording head 3 is performed intermittently.
[0051]
Therecording head 1 is mounted not only on thecarriage 2 of therecording apparatus 1 but also with an ink cartridge 6 for storing ink to be supplied to therecording head 3. The ink cartridge 6 is detachable from thecarriage 2.
[0052]
Therecording apparatus 1 shown in FIG. 15 is capable of performing color recording. Therefore, thecarriage 2 has four carriages containing magenta (M), cyan (C), yellow (Y), and black (K) inks, respectively. Equipped with an ink cartridge. These four ink cartridges are independently detachable.
[0053]
By the way, thecarriage 2 and therecording head 3 are designed so that the joint surfaces of the two members are properly contacted to achieve and maintain the required electrical connection. Therecording head 3 performs recording by selectively discharging ink from a plurality of discharge ports by applying energy according to a recording signal. In particular, therecording head 3 of this embodiment employs an ink-jet method in which ink is ejected by using thermal energy, includes an electrothermal converter for generating thermal energy, and is applied to the electrothermal converter. Electric energy is converted to heat energy, and ink is ejected from an ejection port by utilizing pressure change caused by growth and shrinkage of bubbles caused by film boiling caused by applying the heat energy to the ink. The electrothermal converter is provided corresponding to each of the ejection ports, and discharges ink from the corresponding ejection port by applying a pulse voltage to the corresponding electrothermal converter in accordance with a recording signal.
[0054]
As shown in FIG. 15, thecarriage 2 is connected to a part of the drive belt 7 of the transmission mechanism 4 for transmitting the drive force of the carriage motor M1, and slides in the direction of arrow A along theguide shaft 13. It is designed to be freely guided and supported. Therefore, thecarriage 2 reciprocates along theguide shaft 13 by the forward and reverse rotation of the carriage motor M1. Further, a scale 8 is provided for indicating the absolute position of thecarriage 2 along the moving direction of the carriage 2 (the direction of arrow A). In this embodiment, the scale 8 uses a transparent PET film on which black bars are printed at the required pitch, one of which is fixed to the chassis 9 and the other is supported by a leaf spring (not shown). I have.
[0055]
Further, theprinting apparatus 1 is provided with a platen (not shown) opposed to an ejection port surface on which ejection ports (not shown) of therecording head 3 are formed, and therecording head 3 is driven by a driving force of the carriage motor M1. Is reciprocated and, at the same time, a recording signal is applied to therecording head 3 to eject ink, thereby performing recording over the entire width of the recording medium P conveyed on the platen.
[0056]
Further, in FIG. 15,reference numeral 14 denotes a conveyance roller driven by the conveyance motor M2 to convey the recording medium P,reference numeral 15 denotes a pinch roller for bringing the recording medium P into contact with theconveyance roller 14 by a spring (not shown), andreference numeral 16 denotes a pinch. Apinch roller holder 17 rotatably supports theroller 15, and atransport roller gear 17 fixed to one end of thetransport roller 14. Thetransport roller 14 is driven by the rotation of the transport motor M2 transmitted to thetransport roller gear 17 via an intermediate gear (not shown).
[0057]
Further,reference numeral 20 denotes a discharge roller for discharging the recording medium P on which an image has been formed by therecording head 3 to the outside of the recording apparatus, and is driven by transmitting the rotation of the transport motor M2. . Thedischarge roller 20 contacts the recording medium P by a spur roller (not shown) which presses the recording medium P by a spring (not shown). Aspur holder 22 rotatably supports the spur roller.
[0058]
Further, as shown in FIG. 15, theprinting apparatus 1 has a desired position (for example, home) outside the range of reciprocation (outside the printing area) for the printing operation of thecarriage 2 on which theprinting head 3 is mounted. (A position corresponding to the position), arecovery device 10 for recovering the ejection failure of therecording head 3 is provided.
[0059]
Therecovery device 10 includes acapping mechanism 11 for capping the ejection port face of therecording head 3 and awiping mechanism 12 for cleaning the ejection port face of therecording head 3, and interlocks with the capping of the ejection port face by thecapping mechanism 11. The ink is forcibly ejected from the ejection port by a suction means (suction pump or the like) in the recovery device, and thereby, ejection recovery such as removal of ink or bubbles with increased viscosity in the ink flow path of therecording head 3. Perform processing.
[0060]
Further, at the time of non-printing operation or the like, by capping the ejection opening surface of theprint head 3 by thecapping mechanism 11, theprint head 3 can be protected and the evaporation and drying of the ink can be prevented. On the other hand, thewiping mechanism 12 is arranged in the vicinity of thecapping mechanism 11 so as to wipe off ink droplets attached to the ejection opening surface of therecording head 3.
[0061]
Thecapping mechanism 11 and thewiping mechanism 12 make it possible to keep the ink ejection state of therecording head 3 normal.
[0062]
<Control structure of inkjet recording apparatus (FIG. 16)>
FIG. 16 is a block diagram showing a control configuration of the printing apparatus shown in FIG.
[0063]
As shown in FIG. 16, thecontroller 600 includes anMPU 601, aROM 602 storing a program corresponding to a control sequence to be described later, necessary tables, and other fixed data, control of a carriage motor M1, control of a transport motor M2, and recording. A special-purpose integrated circuit (ASIC) 603 for generating a control signal for controlling thehead 3, aRAM 604 provided with a development area for image data and a work area for executing a program, etc., interconnected with theMPU 601, theASIC 603, and theRAM 604 And asystem bus 605 for transmitting and receiving data, an A / D converter 606 for inputting and A / D converting an analog signal from a sensor group described below, and supplying a digital signal to theMPU 601.
[0064]
In FIG. 16,reference numeral 610 denotes a computer (or a reader for reading images, a digital camera, or the like) serving as a supply source of image data, and is generally called a host device. Image data, commands, status signals, and the like are transmitted and received between thehost device 610 and therecording device 1 via an interface (I / F) 611.
[0065]
Reference numeral 620 denotes a switch group, which instructs activation of apower switch 621, aprint switch 622 for instructing a print start, and a process (recovery process) for maintaining the ink ejection performance of therecording head 3 in a good state. And a switch for receiving a command input by the operator, such as arecovery switch 623 for performing the operation.Reference numeral 630 denotes aposition sensor 631 such as a photocoupler for detecting a home position h, and atemperature sensor 632 provided at an appropriate position of a recording device for detecting an environmental temperature. It is a sensor group.
[0066]
Further,reference numeral 640 denotes a carriage motor driver for driving a carriage motor M1 for reciprocally scanning thecarriage 2 in the direction of arrow A, andreference numeral 642 denotes a transport motor driver for driving a transport motor M2 for transporting the recording medium P.
[0067]
TheASIC 603 transfers the driving data (DATA) of the printing element (ejection heater) to the printing head while directly accessing the storage area of theRAM 602 during printing scanning by theprinting head 3.
[0068]
FIG. 17 is a schematic perspective view showing the configuration of a print head cartridge including the print head according to the present embodiment.
[0069]
Therecording head cartridge 1200 according to this embodiment has anink tank 1300 for storing ink and arecording head 3 for discharging ink supplied from theink tank 1300 from nozzles according to recording information, as shown in the figure. Therecording head 3 employs a so-called cartridge system which is removably mounted on thecarriage 2. When recording, therecording head cartridge 1200 is reciprocally scanned along the carriage axis, and a color image is recorded on a recording sheet accordingly. In therecording head cartridge 1200 shown here, in order to enable photographic high-quality color recording, ink tanks such as black, light cyan (LC), light magenta (LM), cyan, magenta, and yellow are used independently. Ink tanks are provided, each of which is detachable from therecording head 3.
[0070]
Although FIG. 17 shows the case where six colors of ink are used, as shown in FIG. 15, for example, printing may be performed using four colors of black, cyan, magenta and yellow inks. . In that case, the ink tanks for the four colors may be detachable from therecording head 3, respectively.
[0071]
Even if the present invention is applied to a system including a plurality of devices (for example, a host computer, an interface device, a reader, and a printer), the present invention can be applied to an apparatus (for example, a copier, a facsimile device, and the like) including one device. May be applied.
[0072]
In this embodiment, the case of the ink jet recording head has been described, but the present invention is not limited to this, and can be applied to, for example, a thermal head.
[0073]
The configuration according to the embodiment described above can be represented by the following embodiments.
[0074]
[Embodiment 1] A recording head having a plurality of recording elements,
A plurality of switching means provided in association with each of the plurality of recording elements,
A constant current source that is provided corresponding to each of the plurality of recording elements and allows a constant current to flow through each recording element;
A current control circuit for controlling the constant current supplied by the constant current source, wherein the plurality of switching means and the constant current source both include a MOS transistor, and the constant current source is an on-resistance of the MOS transistor. The constant current is output by controlling the recording head.
[0075]
Embodiment 2 The current control circuit has a constant current source and a MOS transistor, and a base potential of the MOS transistor and a base potential of a MOS transistor of the constant current source are made common. The recording head according toaspect 1.
Embodiment 3 The recording head according toEmbodiment 1 or 2, wherein the constant current source further connects a MOS transistor in series with a drain of the MOS transistor.
[0076]
[Embodiment 4] The recording head according to any one ofEmbodiments 1 to 3, wherein the withstand voltage of the MOS transistor of the constant current source is higher than the withstand voltage of the MOS transistor of the switching means.
[0077]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, high-speed and stable printing can be performed even when the number of simultaneous driving of the printing elements increases, and the heater substrate having a high density of printing elements can be formed by using MOS transistors. In this case, the arrangement can be performed at a high density, and there is an effect that the increase in the substrate area is effectively suppressed, and the cost of the substrate is suppressed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram showing an example of a heater drive circuit provided in a print head according toEmbodiment 1 of the present invention.
FIG. 2 is an equivalent circuit diagram of a drive circuit per heater according toEmbodiment 1 of the present invention.
FIG. 3 is a timing chart illustrating operation timings of the circuit of FIG. 2;
FIG. 4 is a circuit diagram showing an example of a heater drive circuit provided in a print head according toEmbodiment 2 of the present invention.
FIG. 5 is a characteristic diagram of a MOS transistor used in the present embodiment.
FIG. 6 is a circuit diagram showing characteristics measurement conditions of a MOS transistor according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a circuit diagram illustrating an example of a heater drive circuit provided in a print head according toEmbodiment 3 of the present invention.
8A and 8B are a characteristic diagram of the MOS transistor according to the second embodiment (FIG. 8A) and a circuit diagram showing conditions for measuring the characteristic of the MOS transistor (FIG. 8B).
FIG. 9 is a circuit diagram illustrating an example of a heater drive circuit provided with a recording head according to Embodiment 4 of the present invention.
FIG. 10 is a circuit diagram illustrating an example of a heater drive circuit provided in a print head according to Embodiment 5 of the present invention.
FIG. 11 is a circuit diagram showing a conventional heater drive circuit.
FIG. 12 is a timing chart of signals for operating a conventional heater drive circuit.
FIG. 13 is a diagram showing a wiring layout of a conventional heater substrate.
FIG. 14 is a circuit diagram showing a configuration of a conventional heater drive circuit.
FIG. 15 is an external perspective view illustrating an outline of a configuration of an inkjet recording apparatus according to the present embodiment.
FIG. 16 is a block diagram illustrating a functional configuration of the inkjet recording apparatus according to the present embodiment.
FIG. 17 is a schematic perspective view illustrating a configuration of a recording head according to the present embodiment.

Claims (1)

Translated fromJapanese

複数の記録素子を有する記録ヘッドであって、
前記複数の記録素子のそれぞれに対応付けて設けられた複数のスイッチング手段と、
前記複数の記録素子のそれぞれに対応して設けられ各記録素子に定電流を流すための定電流源と、
前記定電流源により供給される前記定電流を制御する電流制御回路とを有し、前記複数のスイッチング手段と前記定電流源はともにＭＯＳトランジスタを含み、前記定電流源は前記ＭＯＳトランジスタのオン抵抗を制御することにより前記定電流を出力することを特徴とする記録ヘッド。A recording head having a plurality of recording elements,
A plurality of switching means provided in association with each of the plurality of recording elements,
A constant current source that is provided corresponding to each of the plurality of recording elements and allows a constant current to flow through each recording element;
A current control circuit for controlling the constant current supplied by the constant current source, wherein the plurality of switching means and the constant current source both include a MOS transistor, and the constant current source is an on-resistance of the MOS transistor. The constant current is output by controlling the recording head.

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