JP4194313B2 - 記録ヘッド - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は記録ヘッドおよび画像記録装置に関し、特にインクジェット方式の記録ヘッドにおけるヒータの駆動回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えばワードプロセッサ、パーソナルコンピュータ、ファクシミリ等に於ける情報出力装置として、所望される文字や画像等の情報を用紙やフィルム等シート状の記録媒体に記録を行う画像記録装置がある。
【０００３】
画像記録装置の記録方式としては様々な方式が知られているが、用紙等の記録媒体に非接触記録が可能である、カラー化が容易である、静粛性に富む、等の理由でインクジェット方式が近年特に注目されており、又その構成としては所望される記録情報に応じてインクを吐出する記録ヘッドを装着すると共に用紙等の記録媒体の送り方向と直角な方向に往復走査しながら記録を行なうシリアル記録方式が安価で小型化が容易などの点から一般的に広く用いられている。
【０００４】
熱エネルギーを利用し、インクを発泡させ、吐出させて印字を行う記録ヘッドの従来のヒータ基板１１００を図１２に示す。
【０００５】
従来のヒータ基板（記録素子基板）１１００は、電気熱変換素子であるヒータ抵抗１１０１、電流のスイッチングを行う高耐電圧ＭＯＳトランジスタ１１０２および所望の記録画素（ビット）を選択するビット選択回路１１０３とを同一半導体基板上に備えている。
【０００６】
図１３に記録ヘッドの従来のヒータ基板１１００上のヒータ抵抗１１０１と高耐電圧ＭＯＳトランジスタの配置レイアウト構成の一例を示す。
【０００７】
各ヒータ抵抗１１０１ａ１〜ａｘ、１１０１ｂ１〜ｂｘ、・・・１１０１ｍ１〜ｍｘは、対応する高耐電圧ＭＯＳトランジスタ１１０２ａ１〜ａｘ、１１０２ｂ１〜ｂｘ、・・・１１０２ｍ１〜ｍｘ１にそれぞれ接続されている。
【０００８】
また上記の各ヒータ抵抗と対応する高耐電圧ＭＯＳトランジスタとの接続配線を短くし基板面積を有効に利用するために、各ヒータ抵抗間隔であるヒータピッチと、ヒータを駆動する高耐電圧ＭＯＳトランジスタのピッチとは、等しくなるように設計されている。
【０００９】
なお上記ヒータ抵抗の駆動としては従来バイポーラ型トランジスタが用いられていたが、ヒータ抵抗の高密度化に対応しさらに低コストにも対応して上記高耐電圧ＭＯＳトランジスタが用いられるようになっている。
【００１０】
高速に印字を行うためには、なるべく多くのノズル（ヒータ抵抗）を同時に駆動することが望ましい。しかるに電源の電流供給能力に制限があることや電源からヒータ抵抗に至る配線に存在する抵抗による電圧降下などから一度に流せる電流が制限される。
【００１１】
このためヒータ抵抗を時分割で駆動させてインクを吐出する。たとえば、ヒータ抵抗を複数のグループに分割し、グループ内で同時に２つ以上のヒータ抵抗が駆動しないようにヒータ抵抗の駆動を時分割し、ヒータ電流の総和を押さえることにより、一度に大電力を供給する必要をなくしている。
【００１２】
図１４に各ノズルからインクを吐出させるためのヒータ抵抗の駆動回路を示す。
【００１３】
１１０１は各ヒータ抵抗であり、１１０２は各高耐電圧ＭＯＳトランジスタであり、１１０４は電源部に接続された電源配線であり、１１０５は制御部に接続された各制御端子である。
【００１４】
各ヒータ抵抗１１０１と対応する各高耐電圧ＭＯＳトランジスタ１１０２は、図１４に示すようにそれぞれ同数づつ収容するグループａ〜ｍに分けられた構成となっている。
【００１５】
すなわちグループａでは、電源配線１１０４は各ヒータ抵抗１１０１ａ１〜ａｘに共通に接続されており、各高耐電圧ＭＯＳトランジスタ１１０２ａ１〜ａｘは、電源１１０４とグランドの間に対応するヒータ抵抗１１０１ａ１〜ａｘと直列に接続されている。
【００１６】
また、各ヒータ抵抗１１０１ａ１〜ａｘは、ビット選択回路１１０３から各ヒータ抵抗１１０１に対して制御信号１１０６ａ１〜ａｘが出力されたときに高耐電圧ＭＯＳトランジスタ１１０２ａ１〜ａ１のスイッチ回路が結線（オン）されることにより電源部から電流が供給されて加熱される。
【００１７】
他のグループｂ〜ｍの構成もグループａと同様である。
【００１８】
ビット選択回路１１０３からの各制御信号１１０６ａ１〜ａｘは、各制御端子１１０５に入力され、対応する高耐電圧ＭＯＳトランジスタ１１０２ａ１〜ａｘの駆動の制御を行う。各ヒータ抵抗１１０１ａ１〜ａｘには５Ｖ以上、例えば１６〜２４Ｖの電圧が印加されるため、高耐電圧ＭＯＳトランジスタ１１０２ａ１〜ａｘには通常のＭＯＳトランジスタに比べて高い電圧にも耐える高耐電圧のＭＯＳトランジスタが用いられる。
【００１９】
図１５は、図１４に示すヒータ駆動回路、すなわち各グループに収容されているヒータ抵抗を駆動するためのタイミングチャートである。
【００２０】
例えば、図１４のグループａを例にとると、制御信号１１０６ａ１〜ａｘは、各グループに属する第１〜第ｘ番目のヒータ抵抗１１０１を駆動させるためのタイミング信号である。すなわち、制御信号１１０６は各グループ内の各高耐電圧ＭＯＳトランジスタ１１０２の制御端子に入力される波形を示し、Ｈｉで高耐電圧ＭＯＳトランジスタ１１０２をオン（結線）し、Ｌｏで高耐電圧ＭＯＳトランジスタをオフ（断線）する。他のグループｂ〜ｍの場合もグループａと同様である。
【００２１】
このように各グループ内のヒータを順次時分割で駆動することで、グループ内での電流は常に１ビット（１ノズルで記録する画素）の以下の電流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抵抗に供給する必要はない。
ここで、図１６Ａおよび図１６Ｂに、高耐電圧のＭＯＳトランジスタと通常の耐電圧のＭＯＳトランジスタの断面構造を示す。各ＭＯＳトランジスタともヒータ抵抗に電流を印可する／印可しないの制御を行うスイッチ回路であり、オフセット構造を有する。
【００２２】
図１６Ｂは、Ｐ形半導体基板に形成された通常耐電圧ＮＭＯＳトランジスタである。Ｎ＋拡散層１１１およびＮ＋拡散層１１３は、それぞれソースおよびドレインを形成し、その間にゲート１１２が配置される。
【００２３】
一方、図１６Ａは、Ｐ形半導体基板に形成された高耐電圧ＮＭＯＳトランジスタである。高耐電圧ＭＯＳトランジスタのＮ＋拡散層１１１およびＮ＋拡散層１１３は、それぞれソースおよびドレインを形成し、その間にゲート１１２が配置されているのは、通常耐電圧ＮＭＯＳトランジスタと同じである。
【００２４】
但し、高耐電圧ＭＯＳトランジスタは、通常ＭＯＳトランジスタに比べてゲート長を長くし、ゲート１１２とドレイン１１３の間に電界集中を緩和するためのＮ−拡散層１１４を設けていることにより、高耐電圧化できるのが特徴である。
【００２５】
【発明が解決しようとする課題】
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いる。そのため記録ヘッドに使用するヒータ基板の構成としてはヒータ数の増加やヒータ間のピッチの縮小が必要とされている。
【００２６】
ヒータ基板は、ヒータと駆動回路を同一の半導体の基板上に作り込むため、１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。そのためにヒータ基板を小型化することも必要である。
【００２７】
しかしながら、ヒータ密度の増加やヒータ基板を小型化すると、以下のような問題を生じる。
【００２８】
すなわちヒータ密度を増加すると、ヒータ駆動用トランジスタ間のピッチも決まるため、ヒータ駆動用トランジスタの単位面積は小さくなる。その結果としてヒータ駆動時のトランジスタのオン抵抗が増加する。
【００２９】
一方、ヒータ基板を小型化するために駆動回路の面積を小さくする場合にも、トランジスタ面積が小さくなるため、その結果としてヒータ駆動時のトランジスタのオン抵抗はヒータ密度の場合と同様に増加する。
【００３０】
ヒータと駆動するトランジスタは図１４に示すように電源に対し直列に接続される。このためヒータ密度の増加やヒータ基板を小型化する際に上記説明したオン抵抗が増加すると、投入電力のうちヒータ部での消費電力の割合が減り、電力の使用効率が悪化する。
【００３１】
また、トランジスタ部での発熱が増加すると、発熱した熱がトランジスタ部に蓄熱されることでインクの吐出特性を変化させたり、発熱した熱により記録ヘッドを破壊させる問題が発生する。
【００３２】
このためヒータ密度の増加やヒータ基板を小型化する際に、ヒータ抵抗に対してオン抵抗の割合を低くすることが重要な課題である。
【００３３】
ヒータ抵抗に対してオン抵抗の割合を低くする方法としては、ヒータ抵抗値を上げることで、相対的にオン抵抗の割合を下げる方法が考えられる。
【００３４】
しかしながら、上記の相対的にオン抵抗の割合を下げる方法を用いる場合、インクに与える熱エネルギーを変えないとすると、ヒータに印加する電圧を上げる必要があるためこれに伴い電源電圧が上がってしまうという問題を生じる。
【００３５】
すなわち、電源電圧が上がると、ヒータ駆動用の高耐電圧ＭＯＳトランジスタにかかる電圧も上昇するため高耐電圧ＭＯＳトランジスタの耐電圧をさらに上げる必要がある。
【００３６】
高耐電圧ＭＯＳトランジスタの耐電圧を上げるためには、ゲート長を長くするか、電界緩和層の長さを延ばすかなどの対応が必要であるが、いずれの対応でもトランジスタの面積が増大するためヒータ基板を小型化できなくなる。
【００３７】
以上説明したように、トランジスタの面積を増大させないでオン抵抗を下げることは、ヒータ密度の増加やヒータ基板を小型化する上で重要な課題である。
【００３８】
本発明は上記従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、ヒータ基板を小型化するために、ヒータ基板のサイズを増大することなくオン抵抗値を下げることのできる記録ヘッド、それを用いる画像記録装置およびそれらの制御方法を提供することである。
【００４６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明に係る一実施形態の記録ヘッドは、以下の構成を有する。すなわち、入力される記録データに従って画像記録を行う画像記録装置に用いる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ごとに、該記録素子のそれぞれと直列に接続された複数の個別スイッチ用ＭＯＳトランジスタと、前記複数の記録素子を複数のグループに分割し、前記複数のグループの各グループに属して並列に接続された複数の記録素子に対し、共通に１個設けられた共通スイッチ用ＭＯＳトランジスタと、前記複数の個別スイッチ用ＭＯＳトランジスタを作動させる個別スイッチ作動信号または前記共通スイッチ用ＭＯＳトランジスタを作動させる共通スイッチ作動信号を受信すると、前記受信した信号を前記個別スイッチ用ＭＯＳトランジスタまたは前記共通スイッチ用ＭＯＳトランジスタに入力する信号受信手段と、を有し、前記記録素子、前記複数の個別スイッチ用ＭＯＳトランジスタおよび前記共通スイッチ用ＭＯＳトランジスタは、同一半導体基板上に備えられ、前記各グループに属する複数の個別スイッチ用ＭＯＳトランジスタと、該複数の個別スイッチ用ＭＯＳトランジスタに対して共通に１個設けられた前記共通スイッチ用ＭＯＳトランジスタとが、直列接続されており、前記共通スイッチ用ＭＯＳトランジスタは、前記個別スイッチ用ＭＯＳトランジスタの耐電圧に比較して高い耐電圧を有し、前記共通スイッチ用ＭＯＳトランジスタの単位面積当たりのオン抵抗値が、前記個別スイッチ用ＭＯＳトランジスタの単位面積当たりのオン抵抗値に比較して高く、かつ、前記共通スイッチ用ＭＯＳトランジスタ１個の前記同一半導体基板上に占める面積は、各個別スイッチ用ＭＯＳトランジスタが該同一半導体基板上に占める面積よりも大きいことを特徴とする。
【００４８】
ここで、例えば、前記個別スイッチ用ＭＯＳトランジスタと前記共通スイッチ用ＭＯＳトランジスタは、ＮＭＯＳトランジスタで構成されていることが好ましい。
【００４９】
ここで、例えば、電源部に接続された電源配線をさらに有し、前記電源配線からグラウンドに向かって、前記記録素子、前記個別スイッチ用のＭＯＳトランジスタ、前記共通スイッチ用の高耐電圧ＭＯＳトランジスタの順に接続されていることが好ましい。
【００５０】
ここで、例えば、電源部に接続された電源配線を更に有し、前記個別スイッチ用ＭＯＳトランジスタはＰＭＯＳトランジスタであり、前記共通スイッチ用ＭＯＳトランジスタはＮＭＯＳトランジスタであり、前記電源配線側からグラウンドに向かって、前記個別スイッチ用ＭＯＳトランジスタ、前記記録素子、前記共通スイッチ用ＭＯＳトランジスタの順に回路的に配されていることが好ましい。
【００５１】
ここで、例えば、前記記録ヘッドは、熱エネルギーを利用してインクを吐出する記録ヘッドであって、インクに与える熱エネルギーを発生するための熱エネルギー変換体を備えていることが好ましい。
【００５２】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して、本発明に係る一実施の形態を説明する。
【００５３】
ただし、本実施の形態では、インクジェット方式の記録ヘッドおよびこの記録ヘッドを搭載した画像記録装置であるシリアル方式のインクジェットプリンタについてならびにそれらの制御方法について説明するが、本発明の範囲を記載例に限定する趣旨のものではない。
【００５４】
［第１の実施形態］
まず第１の実施形態インクジェット方式の記録ヘッドを搭載したインクジェットプリンタについて説明する。
【００５５】
［インクジェットプリンタの概略説明］
図９は、本発明の代表的な実施の形態のインクジェットプリンタであるインクジェットプリンタＩＪＲＡの構成の概要を示す外観斜視図である。
【００５６】
図９において、駆動モータ５０１３の正逆回転に連動して、駆動力伝達ギア５００９〜５０１１を介して、回転するリードスクリュー５００５の螺旋溝５００４に対して係合するキャリッジＨＣは、ピン（不図示）を有し、ガイドレール５００３に支持されて矢印ａ、ｂ方向を往復移動する。
【００５７】
キャリッジＨＣには、記録ヘッドＩＪＨとインクタンクＩＴとを内蔵した一体型インクジェットカートリッジＩＪＣとが、搭載されている。
【００５８】
５００２は、紙押え板であり、キャリッジＨＣの移動方向にわたって記録用紙Ｐをプラテン５０００に対して押圧する。
【００５９】
５００７、５００８は、フォトカプラで、キャリッジのレバー５００６のこの域での存在を確認して、モータ５０１３の回転方向切り換え等を行うためのホームポジション検知器である。
【００６０】
５０１６は、記録ヘッドＩＪＨの前面をキャップするキャップ部材５０２２を支持する部材で、５０１５はこのキャップ内を吸引する吸引器で、キャップ内開口５０２３を介して記録ヘッドの吸引回復を行う。
【００６１】
５０１７は、クリーニングブレードで、５０１９は、このブレードを前後方向に移動可能にする部材であり、本体支持板５０１８にこれらが支持されている。
なお、ブレードは、この本実施形態ばかりでなく、周知のクリーニングブレードが本実施形態としても適用できるのは、言うまでもない。
【００６２】
又、５０２１は、吸引回復の吸引を開始するためのレバーで、キャリッジと係合するカム５０２０の移動に伴って移動し、駆動モータからの駆動力がクラッチ切り換え等の公知の伝達機構で移動制御される。
【００６３】
これらのキャッピング、クリーニング、吸引回復は、キャリッジがホームポジション側の領域に来た時にリードスクリュー５００５の作用によってそれらの対応位置で所望の処理が行えるように構成されているが、周知のタイミングで、所望の動作を行うように設定すれば、本例はいずれの設定でも適用できるのは、言うまでもない。
【００６４】
［記録制御の構成説明］
次に、上述したインクジェットプリンタＩＪＲＡの記録制御を実行する制御構成について説明する。
【００６５】
図１０は、インクジェットプリンタＩＪＲＡの制御回路の構成を示すブロック図である。図１０において、１７００は、記録信号を入力するインターフェースであり、１７０１は、ＭＰＵであり、１７０２は、ＭＰＵ１７０１が実行する制御プログラムを格納するＲＯＭであり、１７０３は、各種データ（上記記録信号やヘッドに供給される記録データ等）を保存しておくＤＲＡＭである。
【００６６】
１７０４は、記録ヘッドＩＪＨに対する記録データの供給制御を行うゲートアレイ（Ｇ．Ａ．）であり、インターフェース１７００、ＭＰＵ１７０１、ＲＡＭ１７０３間のデータ転送制御も行う。
【００６７】
１７１０は、記録ヘッドＩＪＨを搬送するためのキャリアモータ、１７０９は、記録紙搬送のための搬送モータである。１７０５は、記録ヘッドを駆動するヘッドドライバ、１７０６、１７０７は、それぞれ搬送モータ１７０９、キャリアモータ１７１０を駆動するためのモータドライバである。
【００６８】
上記制御構成の動作を説明すると、インターフェース１７００に記録信号が入ると、ゲートアレイ１７０４とＭＰＵ１７０１との間で記録信号がプリント用の記録データに変換される。そして、モータドライバ１７０６、１７０７が駆動されると共に、ヘッドドライバ１７０５に送られた記録データに従って、記録ヘッドが駆動し、記録が行われる。
【００６９】
ここでは、ＭＰＵ１７０１が実行する制御プログラムをＲＯＭ１７０２に格納するものとしたが、ＥＥＰＲＯＭ等の消去／書き込みが可能な記憶媒体を更に追加して、インクジェットプリンタＩＪＲＡと接続されたホストコンピュータから制御プログラムを変更できるように構成することもできる。
【００７０】
なお、上述のように、インクタンクＩＴと記録ヘッドＩＪＨとは一体的に形成されて交換可能なインクカートリッジＩＪＣを構成しても良いが、これらインクタンクＩＴと記録ヘッドＩＪＨとを分離可能に構成して、インクがなくなったときにインクタンクＩＴだけを交換できるようにしても良い。
【００７１】
［インクカートリッジ］
図１１は、インクタンクとヘッドとが分離可能なインクカートリッジＩＪＣの構成を示す外観斜視図である。
【００７２】
インクカートリッジＩＪＣは、図１１に示すように、境界線Ｋ（ブラック）の位置でインクタンクＩＴと記録ヘッドＩＪＨとが分離可能である。インクカートリッジＩＪＣにはこれがキャリッジＨＣに搭載されたときには、キャリッジＨＣ側から供給される電気信号を受け取るための電極（不図示）が設けられており、この電気信号によって、前述のように記録ヘッドＩＪＨが駆動されてインクが吐出される。なお、図１１において、５００はインク吐出口列である。また、インクタンクＩＴにはインクを保持するために繊維質状もしくは多孔質状のインク吸収体が設けられている。
【００７３】
［記録ヘッドのヒータ駆動回路］
次に、上記説明したインクジェットプリンタに搭載される第１の実施形態の記録ヘッドについて以下説明する。
【００７４】
第１の実施形態の記録ヘッド用のヒータ基板１００上での各素子（回路）のレイアウトを図１に示す。
【００７５】
記録ヘッドのヒータ基板（素子基盤）１００には、電気熱変換素子（記録素子）であるヒータ抵抗１０１、所定ヒータ抵抗１０１用電流のスイッチングを行うＭＯＳトランジスタ１０２および図２の点線で囲んだグループ単位で電流のスイッチングを行う高耐電圧ＭＯＳトランジスタ１０２および所望の記録画素（ビット）を選択するビット選択回路１０４、データ選択回路１１０、入力パッド１１１および上記グループ内のヒータを選択するブロック選択回路１１２とが同一半導体基板上に備えられている。
【００７６】
図２は、第１の実施形態の記録ヘッドが備えるノズル（吐出口）からインクを吐出させるためのヒータ駆動回路１２０である。
【００７７】
図２において、１０１ａ１〜ｍｘはヒータ抵抗群であり、１０２ａ１〜ｍｘはＭＯＳトランジスタ群であり、１０３ａ〜ｍは各ヒータ抵抗をスイッチングするためのスイッチング用ＭＯＳトランジスタ１０２よりも耐電圧が高い高耐電圧ＭＯＳトランジスタ群であり、１０５は電源部（図示せず）に接続された電源配線であり、１０６ａおよび１０６ｂは制御部（図示せず）に接続された制御端子群である。
【００７８】
本実施形態では、トランジスタのＯＮ抵抗を小さくするためにスイッチング用ＭＯＳトランジスタ１０２および高耐電圧ＭＯＳトランジスタとしてＮＭＯＳトランジスタを用いている。そして電源１０５側にヒータ抵抗を接続し、グラウンド（接地）側にトランジスタを配した構成とすることでさらにＯＮ抵抗を小さくしている。
【００７９】
ヒータ駆動回路１２０は、図２に示すようにａ〜ｍのグループに分かれており、各グループａ〜ｍにはヒータ抵抗１０１と各ヒータ抵抗の駆動用スイッチであるＭＯＳトランジスタ１０２とが同数づつ収容され、また、各グループａ〜ｍにはをグループ毎にヒータ抵抗１０１を駆動する駆動用スイッチである高耐電圧ＭＯＳトランジスタ１０２が１つ収容された構成となっている。
【００８０】
例えばグループａでは、電源配線１０５は各ヒータ抵抗１０１ａ１〜ａｘに共通に接続され、各ヒータ抵抗１０１ａ１〜ａｘの第１駆動用スイッチであるＭＯＳトランジスタ１０２ａ１〜ａｘは電源１０５とグランドの間にそれぞれ直列に接続されている。またヒータ抵抗１０１ａ１〜ａｘの第２駆動用スイッチである高耐電圧ＭＯＳトランジスタ１０３は、各ＭＯＳトランジスタ１０２ａ１〜ａｘとグランドの間に共通のスイッチとして並列に１個接続されている。なお、説明は省略するが、他のグループｂ〜ｍの構成もグループａと同様である。
【００８１】
［ヒータ駆動回路の動作］
次に、ヒータ駆動回路１２０の動作について図３の波形のタイミングチャートを用いて説明する。
【００８２】
図３は、図２に示すようにｘ個のヒータをそれぞれｍ個づつ収容するグループに分割したときの各グループにおけるｘ個のヒータ抵抗を駆動させる駆動信号のタイミングチャートである。
【００８３】
図３の制御信号１０７ａ１〜ａｘは、図２における制御端子１０６ａ１〜ａｘの各端子に入力され、ＭＯＳトランジスタ１０２ａ１〜ａｘを駆動する。すなわち波形のＨｉでトランジスタはオン（結線）し、Ｌｏでオフ（断線）するものであり、制御信号１０８は、図２における制御端子１０６ｂの各端子に入力され、高耐電圧ＭＯＳトランジスタ１０３ａ〜ｍを駆動する。すなわち波形のＨｉでトランジスタはオン（結線）し、Ｌｏでオフ（断線）するものである。
【００８４】
例えば、図２のグループａを例に図３のタイミングチャートを説明すると、制御信号１０７ａ１〜ａｘは、グループａに属する第１〜第ｘ番目のヒータ抵抗１０１の第１の駆動用スイッチであるＭＯＳトランジスタ１０２ａ１〜ａｘの駆動タイミング信号であり、制御信号１０８は、第１〜第ｘ番目のヒータ抵抗１０１の第２の駆動用スイッチである高耐電圧ＭＯＳトランジスタ１０３ａの駆動タイミング信号である。
【００８５】
次に、第１番目のヒータ抵抗１０１ａ１への電流の印加および印加の停止について説明する。図３の時間ｔ１において、制御信号１０７ａ１がＨｉになり、ヒータ抵抗１０１ａ１のＭＯＳトランジスタ１０２ａ１（第１スイッチ）がオンとなる。
【００８６】
この時間ｔ１では、高耐電圧ＭＯＳトランジスタ１０３ａはオフであるため、ヒータ抵抗１０１ａ１には電流は流れない。
【００８７】
次に、時間ｔ２では、制御信号１０８がＨｉとなり、高耐電圧ＭＯＳトランジスタ１０３ａ（第２スイッチ）はオンとなり、制御信号１０７ａ１により選択されたＭＯＳトランジスタ１０２ａ１に接続されたヒータ抵抗１０１ａ１に電流が印加される。
【００８８】
ヒータ抵抗１０１ａ１は、電流が印加されることにより、時間ｔ２〜時間ｔ３まで加熱され、加熱されたインクはノズルから吐出することにより、所定画素（ドット）を記録する。
【００８９】
次に、時間ｔ３では、制御信号１０８がＬｏとなり、高耐電圧ＭＯＳトランジスタ１０３ａ（第２スイッチ）はオフとなることにより、ヒータ抵抗１０１ａ１への電流の印加が停止する。
【００９０】
次に、時間ｔ４では、制御信号１０７ａ１がＬｏとなり、ＭＯＳトランジスタ１０２ａ１がオフとなる。
【００９１】
以下同様にして、図３のタイミングチャートに従って、ヒータ抵抗１０１ａ２〜ａｘへの電流の印加、加熱されたインクの吐出による所定画素（ドット）の記録、及びヒータ抵抗１０１ａ２〜ａｘへの電流の印加停止が順次行われる。
【００９２】
このように各グループ内のヒータを順次時分割で駆動することで、グループ内での電流は常に１ビット（１ノズルで記録する画素）の以下の電流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抵抗に供給する必要はない。
【００９３】
なお上記の制御において、ヒータ抵抗１０１ａ１に流れる電流は、制御信号１０８に従って制御され、ヒータ抵抗１０１ａ１に流れる電流のパルス幅は、高耐電圧ＭＯＳトランジスタ１０３ａによって制御される。
【００９４】
またグループａ内のヒータ抵抗１０１ａ１〜ａｘの選択は、ＭＯＳトランジスタ１０２ａ１〜ａｘの選択で行い、ＭＯＳトランジスタ１０２ａ１〜ａｘの制御信号１０７ａ１〜ａｘのパルス幅は、それぞれに対応する制御信号１０８を包含するように長いパルス幅に設定されている。
【００９５】
またヒータ抵抗に流れる電流がオフからオンまたはオンかオフへ遷移するとき、選択されているＭＯＳトランジスタ１０２は常にオン（結線）状態である。
【００９６】
ＭＯＳトランジスタ１０２はソースドレイン間の電圧が高い状態でスイッチングの遷移がないため、高耐電圧ＭＯＳトランジスタ１０３に比べ低い耐電圧のＭＯＳトランジスタを用いることができる。
【００９７】
［ヒータ基板の構成］
図４に第１の実施形態のヒータ基板１００上でのレイアウト構成の一例を示す。
【００９８】
各ヒータ抵抗１０１ａ１〜ｍｘは、対応するＭＯＳトランジスタ１０２ａ１〜ｍｘにそれぞれ直列に接続されている。
【００９９】
また上記の各ヒータ抵抗のピッチ１０１ａ１〜ｍｘと対応するＭＯＳトランジスタ１０２ａ１〜ｍｘのピッチは、接続配線を短くし基板面積を有効に利用するために等しく配置されており、高耐電圧ＭＯＳトランジスタ１０３ａ〜ｍはグループ毎に１つずつ配置されるため、グループ内のヒータ抵抗の数（ｘ）にヒータ抵抗のピッチを乗じた長さに設計されて、各部グループ毎に対応するＭＯＳトランジスタ１０２ａ１〜ａｘ、ｂ１〜ｂｘ、・・・群とそれぞれ接続するように図の位置に配置されている。
【０１００】
高耐電圧ＭＯＳトランジスタ１０３ａ〜ｍは、通常のＭＯＳトランジスタ１０２ａ１〜ｍｘに比べ単位面積あたりのオン抵抗値は高いが、図４に示すように通常のＭＯＳトランジスタ１０２ａ１〜ｍｘに比べて高耐電圧ＭＯＳトランジスタ１０３ａ〜ｍの面積を広くとることで、高耐電圧ＭＯＳトランジスタ１０３ａ〜ｍのオン抵抗を充分低くすることができる。
【０１０１】
また単位面積あたりのオン抵抗値の低い通常耐電圧のＭＯＳトランジスタ１０２ａ１〜ｍｘを各グループ内のヒータ抵抗を選択するトランジスタとして用いることで、各ヒータ抵抗に直列に接続されるＭＯＳトランジスタ１０２ａ１〜ｍｘと高耐電圧ＭＯＳトランジスタ１０３ａ〜ｍのオン抵抗の和を低く押さえることができる。
【０１０２】
また、ヒータ抵抗と共に、このヒータ抵抗に与える電圧を制御させるための、スイッチング用のＭＯＳトランジスタと高耐電圧ＭＯＳトランジスタ共に共通の基板に半導体工程で作り込んで一体形成しているため、電圧変動を伴うＭＯＳトランジスタ間や吐出ヒータまでの配線を短くすることができ、回路の応答性能を高くすることができる。
【０１０３】
［ヒータ駆動回路の動作］
以上説明したヒータ駆動回路１２０の動作について、図５のフローチャートを用いて説明する。
【０１０４】
まずステップＳ１００において、図３の制御信号１０７ａ１〜ａｘおよび制御信号１０８を受信する。制御信号１０７ａ１〜ａｘは、グループａに属する第１〜第ｘ番目のヒータ抵抗１０１の第１の駆動用スイッチであるＭＯＳトランジスタ１０２ａ１〜ａｘの駆動タイミング信号（第１の制御信号）であり、制御信号１０８は、第１〜第ｘ番目のヒータ抵抗１０１の第２の駆動用スイッチである高耐電圧ＭＯＳトランジスタ１０３ａの駆動タイミング信号（第２の制御信号）である。
【０１０５】
次にステップＳ１１０において、第１の制御信号が「Ｈｉ」か否かを調べ、「Ｈｉ」でない場合には「Ｈｉ」になるまで待機し、「Ｈｉ」の場合にはステップＳ１２０に進む。
【０１０６】
次にステップＳ１２０に進み、図３の時間ｔ１において、制御信号１０７ａ１が「Ｈｉ」になり、ヒータ抵抗１０１ａ１のＭＯＳトランジスタ１０２ａ１（第１スイッチ）がオンとなる。この時間ｔ１では、高耐電圧ＭＯＳトランジスタ１０３ａはオフであるため、ヒータ抵抗１０１ａ１には電流は流れない。
【０１０７】
次にステップＳ１３０において、第２の制御信号が「Ｈｉ」か否かを調べ、「Ｈｉ」でない場合には「Ｈｉ」になるまで待機し、「Ｈｉ」の場合にはステップＳ１４０に進む。
【０１０８】
次にステップＳ１４０に進み、図３の時間ｔ２において、制御信号１０８が「Ｈｉ」となり、高耐電圧ＭＯＳトランジスタ１０３ａ（第２スイッチ）はオンとなる。
【０１０９】
次にステップＳ１５０において、制御信号１０７ａ１により選択されたＭＯＳトランジスタ１０２ａ１に接続されたヒータ抵抗１０１ａ１に電流が印加される。ヒータ抵抗１０１ａ１は、電流が印加されることにより、時間ｔ２〜時間ｔ３まで加熱され、加熱されたインクはノズルから吐出することにより、所定画素（ドット）を記録する。
【０１１０】
次にステップＳ１６０に進み、第２の制御信号が「Ｌｏ」か否かを調べ、「Ｌｏ」でない場合には「Ｌｏ」になるまで待機し、「Ｌｏ」の場合にはステップＳ１７０に進む。
【０１１１】
次にステップＳ１７０に進み、図３の時間ｔ３において、制御信号１０８が「Ｌｏ」となり、高耐電圧ＭＯＳトランジスタ１０３ａ（第２スイッチ）はオフとなる。
【０１１２】
次にステップＳ１８０において、ヒータ抵抗１０１ａ１への電流の印加が停止する。
【０１１３】
次にステップＳ１９０に進み、第２の制御信号が「Ｌｏ」か否かを調べ、「Ｌｏ」でない場合には「Ｌｏ」になるまで待機し、「Ｌｏ」の場合にはステップＳ２００に進む。
【０１１４】
次にステップＳ２００に進み、図３の時間ｔ４において、制御信号１０７ａ１が「Ｌｏ」となり、ＭＯＳトランジスタ１０２ａ１がオフとなるとステップＳ２１０に進み一連の作業を終了する。
【０１１５】
［第２の実施形態］
次に、第２の実施形態であるインクジェット方式の記録ヘッドおよびその記録ヘッドを搭載するインクジェットプリンタについて以下説明する。
【０１１６】
第２の実施形態のインクジェット方式の記録ヘッドを搭載するインクジェットプリンタは、第１の実施形態で説明したインクジェットプリンタと同じ構成のものを使用することができる。したがって、インクジェットプリンタ及びその制御方法についての説明は重複するので以下の説明ではその説明を省略する。
【０１１７】
［記録ヘッドのヒータ駆動回路］
次に、上記説明したインクジェットプリンタに搭載される第２の実施形態の記録ヘッドについて以下説明する。
【０１１８】
図６は、第２の実施形態の記録ヘッドに配されたノズルからインクを吐出させるためのヒータ駆動回路２２０である。
【０１１９】
図６において、２０１ａ１〜ｍｘはヒータ抵抗群であり、２０２ａ１〜ｍｘはＭＯＳトランジスタ群であり、２０３ａ〜ｍは高耐電圧ＭＯＳトランジスタ群であり、２０４は電源部（図示せず）に接続された電源配線であり、２０５および２０６ｂは制御部（図示せず）に接続された制御端子群である。
【０１２０】
ヒータ駆動回路２２０は、図６に示すようにａ〜ｍのグループに分かれており、各グループａ〜ｍにはヒータ抵抗２０１と各ヒータ抵抗の駆動用スイッチであるＭＯＳトランジスタ２０２とが同数づつ収容され、また、各グループａ〜ｍにはグループ毎にヒータ抵抗２０１を駆動する駆動用スイッチである高耐電圧ＭＯＳトランジスタ２０３ａ〜ｍが１つ収容された構成となっている。
【０１２１】
第１の実施形態と第２の実施形態の違いは、グループ内の各ヒータ抵抗を選択し駆動するスイッチング用のＭＯＳトランジスタとしてＰ形ＭＯＳトランジスタを使用した点である。
【０１２２】
このような構成では、スイッチング用ＭＯＳを高密度配置するようなヘッドの場合にスイッチング用ＭＯＳトランジスタでの耐電圧をあげることができる。
【０１２３】
［第３の実施形態］
次に、第３の実施形態であるインクジェット方式の記録ヘッドおよびその記録ヘッドを搭載するインクジェットプリンタについて以下説明する。
【０１２４】
第３の実施形態のインクジェット方式の記録ヘッドを搭載するインクジェットプリンタは、第１の実施形態で説明したインクジェットプリンタと同じ構成のものを使用することができる。したがって、インクジェットプリンタ及びその制御方法についての説明は重複するので以下の説明ではその説明を省略する。
【０１２５】
［記録ヘッドのヒータ駆動回路］
次に、上記説明したインクジェットプリンタに搭載される第３の実施形態の記録ヘッドについて以下説明する。
【０１２６】
図７は、第３の実施形態の記録ヘッドの搭載されるノズルからインクを吐出させるためのヒータ駆動回路３２０である。
【０１２７】
図７において、３０１ａ１〜ｍｘはヒータ抵抗群であり、３０２ａ１〜ｍｘはＭＯＳトランジスタ群であり、３０３ａ〜ｍは高耐電圧ＭＯＳトランジスタ群であり、３０４は電源部（図示せず）に接続された電源配線であり、３０５および３０６は制御部（図示せず）に接続された制御端子群である。
【０１２８】
ヒータ駆動回路３２０は、図７に示すようにａ〜ｍのグループに分かれており、各グループａ〜ｍにはヒータ抵抗３０１と各ヒータ抵抗の駆動用スイッチであるＭＯＳトランジスタ３０２とが同数づつ収容され、また、各グループａ〜ｍにはグループ毎にヒータ抵抗３０１を駆動する駆動用スイッチである高耐電圧ＭＯＳトランジスタ３０３ａ〜ｍが１つ収容された構成となっている。
【０１２９】
第１の実施形態と第３の実施形態の違いは、グループ内の各ヒータ抵抗を選択し駆動するＭＯＳトランジスタとしてＰ形ＭＯＳトランジスタを使用した点である。
【０１３０】
［第４の実施形態］
次に、第４の実施形態であるインクジェット方式の記録ヘッドおよびその記録ヘッドを搭載するインクジェットプリンタについて以下説明する。
【０１３１】
第４の実施形態のインクジェット方式の記録ヘッドを搭載するインクジェットプリンタは、第１の実施形態で説明したインクジェットプリンタと同じ構成のものを使用することができる。したがって、インクジェットプリンタ及びその制御方法についての説明は重複するので以下の説明ではその説明を省略する。
【０１３２】
［記録ヘッドのヒータ駆動回路］
次に、上記説明したインクジェットプリンタに搭載される第３の実施形態の記録ヘッドについて以下説明する。
【０１３３】
図８は、第４の実施形態の記録ヘッドの搭載されるノズルからインクを吐出させるためのヒータ駆動回路４２０である。
【０１３４】
図８において、４０１ａ１〜ｍｘはヒータ抵抗群であり、４０２ａ１〜ｍｘはＭＯＳトランジスタ群であり、４０３ａ〜ｍは高耐電圧ＭＯＳトランジスタ群であり、４０４は電源部（図示せず）に接続された電源配線であり、４０５および４０６は制御部（図示せず）に接続された制御端子群である。
【０１３５】
ヒータ駆動回路４２０は、図８に示すようにａ〜ｍのグループに分かれており、各グループａ〜ｍにはヒータ抵抗４０１と各ヒータ抵抗の駆動用スイッチであるＭＯＳトランジスタ４０２とが同数づつ収容され、また、各グループａ〜ｍにはグループ毎にヒータ抵抗４０１を駆動する駆動用スイッチである高耐電圧ＭＯＳトランジスタ４０３ａ〜ｍが１つ収容された構成となっている。
【０１３６】
なお、以上の実施形態において、記録ヘッドから吐出される液滴はインクであるとして説明し、さらにインクタンクに収容される液体はインクであるとして説明したが、その収容物はインクに限定されるものではない。例えば、記録画像の定着性や耐水性を高めたり、その画像品質を高めたりするために記録媒体に対して吐出される処理液のようなものがインクタンクに収容されていても良い。
【０１３７】
以上の実施形態は、特にインクジェット記録方式の中でも、インク吐出を行わせるために利用されるエネルギーとして熱エネルギーを発生する手段（例えば電気熱変換体やレーザ光等）を備え、前記熱エネルギーによりインクの状態変化を生起させる方式を用いることにより記録の高密度化、高精細化が達成できる。
【０１３８】
その代表的な構成や原理については、例えば、米国特許第４７２３１２９号明細書、同第４７４０７９６号明細書に開示されている基本的な原理を用いて行うものが好ましい。この方式は、いわゆるオンデマンド型、コンティニュアス型のいずれにも適用可能であるが、特に、オンデマンド型の場合には、液体（インク）が保持されているシートや液路に対応して配置されている電気熱変換体に、記録情報に対応していて核沸騰を越える急速な温度上昇を与える少なくとも１つの駆動信号を印加することによって、電気熱変換体に熱エネルギーを発生せしめ、記録ヘッドの熱作用面に膜沸騰を生じさせて、結果的にこの駆動信号に１対１で対応した液体（インク）内の気泡を形成できるので有効である。
【０１３９】
この気泡の成長、収縮により吐出用開口を介して液体（インク）を吐出させて、少なくとも１つの滴を形成する。この駆動信号をパルス形状とすると、即時適切に気泡の成長収縮が行われるので、特に応答性に優れた液体（インク）の吐出が達成でき、より好ましい。
【０１４０】
このパルス形状の駆動信号としては、米国特許第４４６３３５９号明細書、同第４３４５２６２号明細書に記載されているようなものが適している。なお、上記熱作用面の温度上昇率に関する発明の米国特許第４３１３１２４号明細書に記載されている条件を採用すると、さらに優れた記録を行うことができる。
【０１４１】
記録ヘッドの構成としては、吐出口、液路に対応して配置された電気熱変換体（吐出用ヒータ）の組み合わせ構成（直線状液流路または直角液流路）の他に吐出用ヒータの熱作用面が屈曲する領域に配置されている構成を開示する米国特許第４５５８３３３号明細書、米国特許第４４５９６００号明細書に記載された構成も本発明に含まれるものである。
【０１４２】
さらに、記録装置が記録できる最大記録媒体の幅に対応した長さを有するフルラインタイプの記録ヘッドとしては、上述した明細書に開示されているような複数記録ヘッドの組み合わせによってその長さを満たす構成や、一体的に形成された１個の記録ヘッドとしての構成のいずれでもよい。
【０１４３】
加えて、上記の実施形態で説明した記録ヘッド自体に一体的にインクタンクが設けられたカートリッジタイプの記録ヘッドのみならず、装置本体に装着されることで、装置本体との電気的な接続や装置本体からのインクの供給が可能になる交換自在のチップタイプの記録ヘッドを用いてもよい。
【０１４４】
さらに、記録装置の記録モードとしては黒色等の主流色のみの記録モードだけではなく、記録ヘッドを一体的に構成するか複数個の組み合わせによってでも良いが、異なる色の複色カラー、または混色によるフルカラーの少なくとも１つを備えた装置とすることもできる。
【０１４５】
以上説明したように、本実施形態によれば、ヒータ基板上で、各グループ毎にヒータ抵抗は対応する通常のＭＯＳトランジスタと直列に接続され、それらのピッチは接続配線を短くするために等しく設計されている。高耐電圧ＭＯＳトランジスタは各グループ毎に１つずつ配置されおり、そのピッチは、ヒータ抵抗のピッチとヒータ抵抗数ｘの積の長さに設計されている。そのため高耐電圧ＭＯＳトランジスタは、通常のＭＯＳトランジスタに比べ単位面積あたりのオン抵抗値は高いものの通常のＭＯＳトランジスタに比べて面積がｘ倍と広くとっているため、高耐電圧ＭＯＳトランジスタのオン抵抗を充分低くすることができる。
【０１４６】
またヒータ抵抗を複数のグループに分割して各グループを選択し駆動させる駆動素子（高耐電圧ＭＯＳトランジスタ）と、グループ内のヒータを選択し駆動させる駆動素子（通常ＭＯＳトランジスタ）とを、同一半導体基板上に備える構成とすることにより、ヒータ抵抗を駆動させる駆動素子におけるオン抵抗を低くすることができる。
【０１４７】
またさらに、半導体の製造プロセスを変更することなくヒータ駆動回路の面積を縮小することも可能である。
【０１４８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ヒータ基板を小型化するために、ヒータ基板のサイズを増大することなくオン抵抗値を下げることのできる記録ヘッド、それを用いる画像記録装置およびそれらの制御方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態のヒータ基板の構成の一例を示す概略図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る駆動回路の構成の一例を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る駆動回路を駆動させるタイミングチャートの一例である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係るヒータ基板のヒータ抵抗、ＭＯＳトランジスタおよび高耐電圧ＭＯＳトランジスタの構成の一例を示す概略図である。
【図５】本発明の駆動回路の制御方法を説明するフローチャートである。
【図６】本発明の第２の実施形態に係るヒータ基板のヒータ抵抗、ＭＯＳトランジスタおよび高耐電圧ＭＯＳトランジスタの構成の一例を示す概略図である。
【図７】本発明の第３の実施形態に係るヒータ基板のヒータ抵抗、ＭＯＳトランジスタおよび高耐電圧ＭＯＳトランジスタの構成の一例を示す概略図である。
【図８】本発明の第４の実施形態に係るヒータ基板のヒータ抵抗、ＭＯＳトランジスタおよび高耐電圧ＭＯＳトランジスタの構成の一例を示す概略図である。
【図９】本発明に係る一実施形態のインクジェットプリンタの構成の概要を示す外観斜視図である。
【図１０】本発明に係る一実施形態のインクジェットプリンタの制御回路の構成を示すブロック図である。
【図１１】本発明に係る一実施形態のインクタンクとヘッドとが分離可能なインクカートリッジの構成を示す外観斜視図である。
【図１２】従来のヒータ基板の構成の一例を示す概略図である。
【図１３】従来のヒータ基板のヒータ抵抗および高耐電圧ＭＯＳトランジスタの構成の一例を示す概略図である。
【図１４】従来の駆動回路の構成の一例を示す図である。
【図１５】従来の駆動回路を駆動させるタイミングチャートである。
【図１６Ａ】高耐電圧ＭＯＳトランジスタの断面構造を示す図である。
【図１６Ｂ】通常耐電圧ＭＯＳトランジスタの断面構造を示す図である。
【符号の説明】
１０１ａ１〜ｍｘ ヒータ抵抗
１０２ａ１〜ｍｘ ＭＯＳトランジスタ
１０３ａ〜ｍ 高耐電圧ＭＯＳトランジスタ
１０４ ビット選択回路
１０５ 電源配線
１０６ａ 制御端子
１０６ｂ 制御端子
１０７ａ１〜ｍｘ 制御信号
１０８ 制御信号
１０９ 電流波形
１１０ データ選択回路
１１１ 入力パッド
１１２ ブロック選択回路
１１３ａ〜ｍ ブロック
ｔ１〜ｔ４ 時間
【発明の属する技術分野】
本発明は記録ヘッドおよび画像記録装置に関し、特にインクジェット方式の記録ヘッドにおけるヒータの駆動回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えばワードプロセッサ、パーソナルコンピュータ、ファクシミリ等に於ける情報出力装置として、所望される文字や画像等の情報を用紙やフィルム等シート状の記録媒体に記録を行う画像記録装置がある。
【０００３】
画像記録装置の記録方式としては様々な方式が知られているが、用紙等の記録媒体に非接触記録が可能である、カラー化が容易である、静粛性に富む、等の理由でインクジェット方式が近年特に注目されており、又その構成としては所望される記録情報に応じてインクを吐出する記録ヘッドを装着すると共に用紙等の記録媒体の送り方向と直角な方向に往復走査しながら記録を行なうシリアル記録方式が安価で小型化が容易などの点から一般的に広く用いられている。
【０００４】
熱エネルギーを利用し、インクを発泡させ、吐出させて印字を行う記録ヘッドの従来のヒータ基板１１００を図１２に示す。
【０００５】
従来のヒータ基板（記録素子基板）１１００は、電気熱変換素子であるヒータ抵抗１１０１、電流のスイッチングを行う高耐電圧ＭＯＳトランジスタ１１０２および所望の記録画素（ビット）を選択するビット選択回路１１０３とを同一半導体基板上に備えている。
【０００６】
図１３に記録ヘッドの従来のヒータ基板１１００上のヒータ抵抗１１０１と高耐電圧ＭＯＳトランジスタの配置レイアウト構成の一例を示す。
【０００７】
各ヒータ抵抗１１０１ａ１〜ａｘ、１１０１ｂ１〜ｂｘ、・・・１１０１ｍ１〜ｍｘは、対応する高耐電圧ＭＯＳトランジスタ１１０２ａ１〜ａｘ、１１０２ｂ１〜ｂｘ、・・・１１０２ｍ１〜ｍｘ１にそれぞれ接続されている。
【０００８】
また上記の各ヒータ抵抗と対応する高耐電圧ＭＯＳトランジスタとの接続配線を短くし基板面積を有効に利用するために、各ヒータ抵抗間隔であるヒータピッチと、ヒータを駆動する高耐電圧ＭＯＳトランジスタのピッチとは、等しくなるように設計されている。
【０００９】
なお上記ヒータ抵抗の駆動としては従来バイポーラ型トランジスタが用いられていたが、ヒータ抵抗の高密度化に対応しさらに低コストにも対応して上記高耐電圧ＭＯＳトランジスタが用いられるようになっている。
【００１０】
高速に印字を行うためには、なるべく多くのノズル（ヒータ抵抗）を同時に駆動することが望ましい。しかるに電源の電流供給能力に制限があることや電源からヒータ抵抗に至る配線に存在する抵抗による電圧降下などから一度に流せる電流が制限される。
【００１１】
このためヒータ抵抗を時分割で駆動させてインクを吐出する。たとえば、ヒータ抵抗を複数のグループに分割し、グループ内で同時に２つ以上のヒータ抵抗が駆動しないようにヒータ抵抗の駆動を時分割し、ヒータ電流の総和を押さえることにより、一度に大電力を供給する必要をなくしている。
【００１２】
図１４に各ノズルからインクを吐出させるためのヒータ抵抗の駆動回路を示す。
【００１３】
１１０１は各ヒータ抵抗であり、１１０２は各高耐電圧ＭＯＳトランジスタであり、１１０４は電源部に接続された電源配線であり、１１０５は制御部に接続された各制御端子である。
【００１４】
各ヒータ抵抗１１０１と対応する各高耐電圧ＭＯＳトランジスタ１１０２は、図１４に示すようにそれぞれ同数づつ収容するグループａ〜ｍに分けられた構成となっている。
【００１５】
すなわちグループａでは、電源配線１１０４は各ヒータ抵抗１１０１ａ１〜ａｘに共通に接続されており、各高耐電圧ＭＯＳトランジスタ１１０２ａ１〜ａｘは、電源１１０４とグランドの間に対応するヒータ抵抗１１０１ａ１〜ａｘと直列に接続されている。
【００１６】
また、各ヒータ抵抗１１０１ａ１〜ａｘは、ビット選択回路１１０３から各ヒータ抵抗１１０１に対して制御信号１１０６ａ１〜ａｘが出力されたときに高耐電圧ＭＯＳトランジスタ１１０２ａ１〜ａ１のスイッチ回路が結線（オン）されることにより電源部から電流が供給されて加熱される。
【００１７】
他のグループｂ〜ｍの構成もグループａと同様である。
【００１８】
ビット選択回路１１０３からの各制御信号１１０６ａ１〜ａｘは、各制御端子１１０５に入力され、対応する高耐電圧ＭＯＳトランジスタ１１０２ａ１〜ａｘの駆動の制御を行う。各ヒータ抵抗１１０１ａ１〜ａｘには５Ｖ以上、例えば１６〜２４Ｖの電圧が印加されるため、高耐電圧ＭＯＳトランジスタ１１０２ａ１〜ａｘには通常のＭＯＳトランジスタに比べて高い電圧にも耐える高耐電圧のＭＯＳトランジスタが用いられる。
【００１９】
図１５は、図１４に示すヒータ駆動回路、すなわち各グループに収容されているヒータ抵抗を駆動するためのタイミングチャートである。
【００２０】
例えば、図１４のグループａを例にとると、制御信号１１０６ａ１〜ａｘは、各グループに属する第１〜第ｘ番目のヒータ抵抗１１０１を駆動させるためのタイミング信号である。すなわち、制御信号１１０６は各グループ内の各高耐電圧ＭＯＳトランジスタ１１０２の制御端子に入力される波形を示し、Ｈｉで高耐電圧ＭＯＳトランジスタ１１０２をオン（結線）し、Ｌｏで高耐電圧ＭＯＳトランジスタをオフ（断線）する。他のグループｂ〜ｍの場合もグループａと同様である。
【００２１】
このように各グループ内のヒータを順次時分割で駆動することで、グループ内での電流は常に１ビット（１ノズルで記録する画素）の以下の電流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抵抗に供給する必要はない。
ここで、図１６Ａおよび図１６Ｂに、高耐電圧のＭＯＳトランジスタと通常の耐電圧のＭＯＳトランジスタの断面構造を示す。各ＭＯＳトランジスタともヒータ抵抗に電流を印可する／印可しないの制御を行うスイッチ回路であり、オフセット構造を有する。
【００２２】
図１６Ｂは、Ｐ形半導体基板に形成された通常耐電圧ＮＭＯＳトランジスタである。Ｎ＋拡散層１１１およびＮ＋拡散層１１３は、それぞれソースおよびドレインを形成し、その間にゲート１１２が配置される。
【００２３】
一方、図１６Ａは、Ｐ形半導体基板に形成された高耐電圧ＮＭＯＳトランジスタである。高耐電圧ＭＯＳトランジスタのＮ＋拡散層１１１およびＮ＋拡散層１１３は、それぞれソースおよびドレインを形成し、その間にゲート１１２が配置されているのは、通常耐電圧ＮＭＯＳトランジスタと同じである。
【００２４】
但し、高耐電圧ＭＯＳトランジスタは、通常ＭＯＳトランジスタに比べてゲート長を長くし、ゲート１１２とドレイン１１３の間に電界集中を緩和するためのＮ−拡散層１１４を設けていることにより、高耐電圧化できるのが特徴である。
【００２５】
【発明が解決しようとする課題】
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いる。そのため記録ヘッドに使用するヒータ基板の構成としてはヒータ数の増加やヒータ間のピッチの縮小が必要とされている。
【００２６】
ヒータ基板は、ヒータと駆動回路を同一の半導体の基板上に作り込むため、１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。そのためにヒータ基板を小型化することも必要である。
【００２７】
しかしながら、ヒータ密度の増加やヒータ基板を小型化すると、以下のような問題を生じる。
【００２８】
すなわちヒータ密度を増加すると、ヒータ駆動用トランジスタ間のピッチも決まるため、ヒータ駆動用トランジスタの単位面積は小さくなる。その結果としてヒータ駆動時のトランジスタのオン抵抗が増加する。
【００２９】
一方、ヒータ基板を小型化するために駆動回路の面積を小さくする場合にも、トランジスタ面積が小さくなるため、その結果としてヒータ駆動時のトランジスタのオン抵抗はヒータ密度の場合と同様に増加する。
【００３０】
ヒータと駆動するトランジスタは図１４に示すように電源に対し直列に接続される。このためヒータ密度の増加やヒータ基板を小型化する際に上記説明したオン抵抗が増加すると、投入電力のうちヒータ部での消費電力の割合が減り、電力の使用効率が悪化する。
【００３１】
また、トランジスタ部での発熱が増加すると、発熱した熱がトランジスタ部に蓄熱されることでインクの吐出特性を変化させたり、発熱した熱により記録ヘッドを破壊させる問題が発生する。
【００３２】
このためヒータ密度の増加やヒータ基板を小型化する際に、ヒータ抵抗に対してオン抵抗の割合を低くすることが重要な課題である。
【００３３】
ヒータ抵抗に対してオン抵抗の割合を低くする方法としては、ヒータ抵抗値を上げることで、相対的にオン抵抗の割合を下げる方法が考えられる。
【００３４】
しかしながら、上記の相対的にオン抵抗の割合を下げる方法を用いる場合、インクに与える熱エネルギーを変えないとすると、ヒータに印加する電圧を上げる必要があるためこれに伴い電源電圧が上がってしまうという問題を生じる。
【００３５】
すなわち、電源電圧が上がると、ヒータ駆動用の高耐電圧ＭＯＳトランジスタにかかる電圧も上昇するため高耐電圧ＭＯＳトランジスタの耐電圧をさらに上げる必要がある。
【００３６】
高耐電圧ＭＯＳトランジスタの耐電圧を上げるためには、ゲート長を長くするか、電界緩和層の長さを延ばすかなどの対応が必要であるが、いずれの対応でもトランジスタの面積が増大するためヒータ基板を小型化できなくなる。
【００３７】
以上説明したように、トランジスタの面積を増大させないでオン抵抗を下げることは、ヒータ密度の増加やヒータ基板を小型化する上で重要な課題である。
【００３８】
本発明は上記従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、ヒータ基板を小型化するために、ヒータ基板のサイズを増大することなくオン抵抗値を下げることのできる記録ヘッド、それを用いる画像記録装置およびそれらの制御方法を提供することである。
【００４６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明に係る一実施形態の記録ヘッドは、以下の構成を有する。すなわち、入力される記録データに従って画像記録を行う画像記録装置に用いる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ごとに、該記録素子のそれぞれと直列に接続された複数の個別スイッチ用ＭＯＳトランジスタと、前記複数の記録素子を複数のグループに分割し、前記複数のグループの各グループに属して並列に接続された複数の記録素子に対し、共通に１個設けられた共通スイッチ用ＭＯＳトランジスタと、前記複数の個別スイッチ用ＭＯＳトランジスタを作動させる個別スイッチ作動信号または前記共通スイッチ用ＭＯＳトランジスタを作動させる共通スイッチ作動信号を受信すると、前記受信した信号を前記個別スイッチ用ＭＯＳトランジスタまたは前記共通スイッチ用ＭＯＳトランジスタに入力する信号受信手段と、を有し、前記記録素子、前記複数の個別スイッチ用ＭＯＳトランジスタおよび前記共通スイッチ用ＭＯＳトランジスタは、同一半導体基板上に備えられ、前記各グループに属する複数の個別スイッチ用ＭＯＳトランジスタと、該複数の個別スイッチ用ＭＯＳトランジスタに対して共通に１個設けられた前記共通スイッチ用ＭＯＳトランジスタとが、直列接続されており、前記共通スイッチ用ＭＯＳトランジスタは、前記個別スイッチ用ＭＯＳトランジスタの耐電圧に比較して高い耐電圧を有し、前記共通スイッチ用ＭＯＳトランジスタの単位面積当たりのオン抵抗値が、前記個別スイッチ用ＭＯＳトランジスタの単位面積当たりのオン抵抗値に比較して高く、かつ、前記共通スイッチ用ＭＯＳトランジスタ１個の前記同一半導体基板上に占める面積は、各個別スイッチ用ＭＯＳトランジスタが該同一半導体基板上に占める面積よりも大きいことを特徴とする。
【００４８】
ここで、例えば、前記個別スイッチ用ＭＯＳトランジスタと前記共通スイッチ用ＭＯＳトランジスタは、ＮＭＯＳトランジスタで構成されていることが好ましい。
【００４９】
ここで、例えば、電源部に接続された電源配線をさらに有し、前記電源配線からグラウンドに向かって、前記記録素子、前記個別スイッチ用のＭＯＳトランジスタ、前記共通スイッチ用の高耐電圧ＭＯＳトランジスタの順に接続されていることが好ましい。
【００５０】
ここで、例えば、電源部に接続された電源配線を更に有し、前記個別スイッチ用ＭＯＳトランジスタはＰＭＯＳトランジスタであり、前記共通スイッチ用ＭＯＳトランジスタはＮＭＯＳトランジスタであり、前記電源配線側からグラウンドに向かって、前記個別スイッチ用ＭＯＳトランジスタ、前記記録素子、前記共通スイッチ用ＭＯＳトランジスタの順に回路的に配されていることが好ましい。
【００５１】
ここで、例えば、前記記録ヘッドは、熱エネルギーを利用してインクを吐出する記録ヘッドであって、インクに与える熱エネルギーを発生するための熱エネルギー変換体を備えていることが好ましい。
【００５２】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して、本発明に係る一実施の形態を説明する。
【００５３】
ただし、本実施の形態では、インクジェット方式の記録ヘッドおよびこの記録ヘッドを搭載した画像記録装置であるシリアル方式のインクジェットプリンタについてならびにそれらの制御方法について説明するが、本発明の範囲を記載例に限定する趣旨のものではない。
【００５４】
［第１の実施形態］
まず第１の実施形態インクジェット方式の記録ヘッドを搭載したインクジェットプリンタについて説明する。
【００５５】
［インクジェットプリンタの概略説明］
図９は、本発明の代表的な実施の形態のインクジェットプリンタであるインクジェットプリンタＩＪＲＡの構成の概要を示す外観斜視図である。
【００５６】
図９において、駆動モータ５０１３の正逆回転に連動して、駆動力伝達ギア５００９〜５０１１を介して、回転するリードスクリュー５００５の螺旋溝５００４に対して係合するキャリッジＨＣは、ピン（不図示）を有し、ガイドレール５００３に支持されて矢印ａ、ｂ方向を往復移動する。
【００５７】
キャリッジＨＣには、記録ヘッドＩＪＨとインクタンクＩＴとを内蔵した一体型インクジェットカートリッジＩＪＣとが、搭載されている。
【００５８】
５００２は、紙押え板であり、キャリッジＨＣの移動方向にわたって記録用紙Ｐをプラテン５０００に対して押圧する。
【００５９】
５００７、５００８は、フォトカプラで、キャリッジのレバー５００６のこの域での存在を確認して、モータ５０１３の回転方向切り換え等を行うためのホームポジション検知器である。
【００６０】
５０１６は、記録ヘッドＩＪＨの前面をキャップするキャップ部材５０２２を支持する部材で、５０１５はこのキャップ内を吸引する吸引器で、キャップ内開口５０２３を介して記録ヘッドの吸引回復を行う。
【００６１】
５０１７は、クリーニングブレードで、５０１９は、このブレードを前後方向に移動可能にする部材であり、本体支持板５０１８にこれらが支持されている。
なお、ブレードは、この本実施形態ばかりでなく、周知のクリーニングブレードが本実施形態としても適用できるのは、言うまでもない。
【００６２】
又、５０２１は、吸引回復の吸引を開始するためのレバーで、キャリッジと係合するカム５０２０の移動に伴って移動し、駆動モータからの駆動力がクラッチ切り換え等の公知の伝達機構で移動制御される。
【００６３】
これらのキャッピング、クリーニング、吸引回復は、キャリッジがホームポジション側の領域に来た時にリードスクリュー５００５の作用によってそれらの対応位置で所望の処理が行えるように構成されているが、周知のタイミングで、所望の動作を行うように設定すれば、本例はいずれの設定でも適用できるのは、言うまでもない。
【００６４】
［記録制御の構成説明］
次に、上述したインクジェットプリンタＩＪＲＡの記録制御を実行する制御構成について説明する。
【００６５】
図１０は、インクジェットプリンタＩＪＲＡの制御回路の構成を示すブロック図である。図１０において、１７００は、記録信号を入力するインターフェースであり、１７０１は、ＭＰＵであり、１７０２は、ＭＰＵ１７０１が実行する制御プログラムを格納するＲＯＭであり、１７０３は、各種データ（上記記録信号やヘッドに供給される記録データ等）を保存しておくＤＲＡＭである。
【００６６】
１７０４は、記録ヘッドＩＪＨに対する記録データの供給制御を行うゲートアレイ（Ｇ．Ａ．）であり、インターフェース１７００、ＭＰＵ１７０１、ＲＡＭ１７０３間のデータ転送制御も行う。
【００６７】
１７１０は、記録ヘッドＩＪＨを搬送するためのキャリアモータ、１７０９は、記録紙搬送のための搬送モータである。１７０５は、記録ヘッドを駆動するヘッドドライバ、１７０６、１７０７は、それぞれ搬送モータ１７０９、キャリアモータ１７１０を駆動するためのモータドライバである。
【００６８】
上記制御構成の動作を説明すると、インターフェース１７００に記録信号が入ると、ゲートアレイ１７０４とＭＰＵ１７０１との間で記録信号がプリント用の記録データに変換される。そして、モータドライバ１７０６、１７０７が駆動されると共に、ヘッドドライバ１７０５に送られた記録データに従って、記録ヘッドが駆動し、記録が行われる。
【００６９】
ここでは、ＭＰＵ１７０１が実行する制御プログラムをＲＯＭ１７０２に格納するものとしたが、ＥＥＰＲＯＭ等の消去／書き込みが可能な記憶媒体を更に追加して、インクジェットプリンタＩＪＲＡと接続されたホストコンピュータから制御プログラムを変更できるように構成することもできる。
【００７０】
なお、上述のように、インクタンクＩＴと記録ヘッドＩＪＨとは一体的に形成されて交換可能なインクカートリッジＩＪＣを構成しても良いが、これらインクタンクＩＴと記録ヘッドＩＪＨとを分離可能に構成して、インクがなくなったときにインクタンクＩＴだけを交換できるようにしても良い。
【００７１】
［インクカートリッジ］
図１１は、インクタンクとヘッドとが分離可能なインクカートリッジＩＪＣの構成を示す外観斜視図である。
【００７２】
インクカートリッジＩＪＣは、図１１に示すように、境界線Ｋ（ブラック）の位置でインクタンクＩＴと記録ヘッドＩＪＨとが分離可能である。インクカートリッジＩＪＣにはこれがキャリッジＨＣに搭載されたときには、キャリッジＨＣ側から供給される電気信号を受け取るための電極（不図示）が設けられており、この電気信号によって、前述のように記録ヘッドＩＪＨが駆動されてインクが吐出される。なお、図１１において、５００はインク吐出口列である。また、インクタンクＩＴにはインクを保持するために繊維質状もしくは多孔質状のインク吸収体が設けられている。
【００７３】
［記録ヘッドのヒータ駆動回路］
次に、上記説明したインクジェットプリンタに搭載される第１の実施形態の記録ヘッドについて以下説明する。
【００７４】
第１の実施形態の記録ヘッド用のヒータ基板１００上での各素子（回路）のレイアウトを図１に示す。
【００７５】
記録ヘッドのヒータ基板（素子基盤）１００には、電気熱変換素子（記録素子）であるヒータ抵抗１０１、所定ヒータ抵抗１０１用電流のスイッチングを行うＭＯＳトランジスタ１０２および図２の点線で囲んだグループ単位で電流のスイッチングを行う高耐電圧ＭＯＳトランジスタ１０２および所望の記録画素（ビット）を選択するビット選択回路１０４、データ選択回路１１０、入力パッド１１１および上記グループ内のヒータを選択するブロック選択回路１１２とが同一半導体基板上に備えられている。
【００７６】
図２は、第１の実施形態の記録ヘッドが備えるノズル（吐出口）からインクを吐出させるためのヒータ駆動回路１２０である。
【００７７】
図２において、１０１ａ１〜ｍｘはヒータ抵抗群であり、１０２ａ１〜ｍｘはＭＯＳトランジスタ群であり、１０３ａ〜ｍは各ヒータ抵抗をスイッチングするためのスイッチング用ＭＯＳトランジスタ１０２よりも耐電圧が高い高耐電圧ＭＯＳトランジスタ群であり、１０５は電源部（図示せず）に接続された電源配線であり、１０６ａおよび１０６ｂは制御部（図示せず）に接続された制御端子群である。
【００７８】
本実施形態では、トランジスタのＯＮ抵抗を小さくするためにスイッチング用ＭＯＳトランジスタ１０２および高耐電圧ＭＯＳトランジスタとしてＮＭＯＳトランジスタを用いている。そして電源１０５側にヒータ抵抗を接続し、グラウンド（接地）側にトランジスタを配した構成とすることでさらにＯＮ抵抗を小さくしている。
【００７９】
ヒータ駆動回路１２０は、図２に示すようにａ〜ｍのグループに分かれており、各グループａ〜ｍにはヒータ抵抗１０１と各ヒータ抵抗の駆動用スイッチであるＭＯＳトランジスタ１０２とが同数づつ収容され、また、各グループａ〜ｍにはをグループ毎にヒータ抵抗１０１を駆動する駆動用スイッチである高耐電圧ＭＯＳトランジスタ１０２が１つ収容された構成となっている。
【００８０】
例えばグループａでは、電源配線１０５は各ヒータ抵抗１０１ａ１〜ａｘに共通に接続され、各ヒータ抵抗１０１ａ１〜ａｘの第１駆動用スイッチであるＭＯＳトランジスタ１０２ａ１〜ａｘは電源１０５とグランドの間にそれぞれ直列に接続されている。またヒータ抵抗１０１ａ１〜ａｘの第２駆動用スイッチである高耐電圧ＭＯＳトランジスタ１０３は、各ＭＯＳトランジスタ１０２ａ１〜ａｘとグランドの間に共通のスイッチとして並列に１個接続されている。なお、説明は省略するが、他のグループｂ〜ｍの構成もグループａと同様である。
【００８１】
［ヒータ駆動回路の動作］
次に、ヒータ駆動回路１２０の動作について図３の波形のタイミングチャートを用いて説明する。
【００８２】
図３は、図２に示すようにｘ個のヒータをそれぞれｍ個づつ収容するグループに分割したときの各グループにおけるｘ個のヒータ抵抗を駆動させる駆動信号のタイミングチャートである。
【００８３】
図３の制御信号１０７ａ１〜ａｘは、図２における制御端子１０６ａ１〜ａｘの各端子に入力され、ＭＯＳトランジスタ１０２ａ１〜ａｘを駆動する。すなわち波形のＨｉでトランジスタはオン（結線）し、Ｌｏでオフ（断線）するものであり、制御信号１０８は、図２における制御端子１０６ｂの各端子に入力され、高耐電圧ＭＯＳトランジスタ１０３ａ〜ｍを駆動する。すなわち波形のＨｉでトランジスタはオン（結線）し、Ｌｏでオフ（断線）するものである。
【００８４】
例えば、図２のグループａを例に図３のタイミングチャートを説明すると、制御信号１０７ａ１〜ａｘは、グループａに属する第１〜第ｘ番目のヒータ抵抗１０１の第１の駆動用スイッチであるＭＯＳトランジスタ１０２ａ１〜ａｘの駆動タイミング信号であり、制御信号１０８は、第１〜第ｘ番目のヒータ抵抗１０１の第２の駆動用スイッチである高耐電圧ＭＯＳトランジスタ１０３ａの駆動タイミング信号である。
【００８５】
次に、第１番目のヒータ抵抗１０１ａ１への電流の印加および印加の停止について説明する。図３の時間ｔ１において、制御信号１０７ａ１がＨｉになり、ヒータ抵抗１０１ａ１のＭＯＳトランジスタ１０２ａ１（第１スイッチ）がオンとなる。
【００８６】
この時間ｔ１では、高耐電圧ＭＯＳトランジスタ１０３ａはオフであるため、ヒータ抵抗１０１ａ１には電流は流れない。
【００８７】
次に、時間ｔ２では、制御信号１０８がＨｉとなり、高耐電圧ＭＯＳトランジスタ１０３ａ（第２スイッチ）はオンとなり、制御信号１０７ａ１により選択されたＭＯＳトランジスタ１０２ａ１に接続されたヒータ抵抗１０１ａ１に電流が印加される。
【００８８】
ヒータ抵抗１０１ａ１は、電流が印加されることにより、時間ｔ２〜時間ｔ３まで加熱され、加熱されたインクはノズルから吐出することにより、所定画素（ドット）を記録する。
【００８９】
次に、時間ｔ３では、制御信号１０８がＬｏとなり、高耐電圧ＭＯＳトランジスタ１０３ａ（第２スイッチ）はオフとなることにより、ヒータ抵抗１０１ａ１への電流の印加が停止する。
【００９０】
次に、時間ｔ４では、制御信号１０７ａ１がＬｏとなり、ＭＯＳトランジスタ１０２ａ１がオフとなる。
【００９１】
以下同様にして、図３のタイミングチャートに従って、ヒータ抵抗１０１ａ２〜ａｘへの電流の印加、加熱されたインクの吐出による所定画素（ドット）の記録、及びヒータ抵抗１０１ａ２〜ａｘへの電流の印加停止が順次行われる。
【００９２】
このように各グループ内のヒータを順次時分割で駆動することで、グループ内での電流は常に１ビット（１ノズルで記録する画素）の以下の電流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抵抗に供給する必要はない。
【００９３】
なお上記の制御において、ヒータ抵抗１０１ａ１に流れる電流は、制御信号１０８に従って制御され、ヒータ抵抗１０１ａ１に流れる電流のパルス幅は、高耐電圧ＭＯＳトランジスタ１０３ａによって制御される。
【００９４】
またグループａ内のヒータ抵抗１０１ａ１〜ａｘの選択は、ＭＯＳトランジスタ１０２ａ１〜ａｘの選択で行い、ＭＯＳトランジスタ１０２ａ１〜ａｘの制御信号１０７ａ１〜ａｘのパルス幅は、それぞれに対応する制御信号１０８を包含するように長いパルス幅に設定されている。
【００９５】
またヒータ抵抗に流れる電流がオフからオンまたはオンかオフへ遷移するとき、選択されているＭＯＳトランジスタ１０２は常にオン（結線）状態である。
【００９６】
ＭＯＳトランジスタ１０２はソースドレイン間の電圧が高い状態でスイッチングの遷移がないため、高耐電圧ＭＯＳトランジスタ１０３に比べ低い耐電圧のＭＯＳトランジスタを用いることができる。
【００９７】
［ヒータ基板の構成］
図４に第１の実施形態のヒータ基板１００上でのレイアウト構成の一例を示す。
【００９８】
各ヒータ抵抗１０１ａ１〜ｍｘは、対応するＭＯＳトランジスタ１０２ａ１〜ｍｘにそれぞれ直列に接続されている。
【００９９】
また上記の各ヒータ抵抗のピッチ１０１ａ１〜ｍｘと対応するＭＯＳトランジスタ１０２ａ１〜ｍｘのピッチは、接続配線を短くし基板面積を有効に利用するために等しく配置されており、高耐電圧ＭＯＳトランジスタ１０３ａ〜ｍはグループ毎に１つずつ配置されるため、グループ内のヒータ抵抗の数（ｘ）にヒータ抵抗のピッチを乗じた長さに設計されて、各部グループ毎に対応するＭＯＳトランジスタ１０２ａ１〜ａｘ、ｂ１〜ｂｘ、・・・群とそれぞれ接続するように図の位置に配置されている。
【０１００】
高耐電圧ＭＯＳトランジスタ１０３ａ〜ｍは、通常のＭＯＳトランジスタ１０２ａ１〜ｍｘに比べ単位面積あたりのオン抵抗値は高いが、図４に示すように通常のＭＯＳトランジスタ１０２ａ１〜ｍｘに比べて高耐電圧ＭＯＳトランジスタ１０３ａ〜ｍの面積を広くとることで、高耐電圧ＭＯＳトランジスタ１０３ａ〜ｍのオン抵抗を充分低くすることができる。
【０１０１】
また単位面積あたりのオン抵抗値の低い通常耐電圧のＭＯＳトランジスタ１０２ａ１〜ｍｘを各グループ内のヒータ抵抗を選択するトランジスタとして用いることで、各ヒータ抵抗に直列に接続されるＭＯＳトランジスタ１０２ａ１〜ｍｘと高耐電圧ＭＯＳトランジスタ１０３ａ〜ｍのオン抵抗の和を低く押さえることができる。
【０１０２】
また、ヒータ抵抗と共に、このヒータ抵抗に与える電圧を制御させるための、スイッチング用のＭＯＳトランジスタと高耐電圧ＭＯＳトランジスタ共に共通の基板に半導体工程で作り込んで一体形成しているため、電圧変動を伴うＭＯＳトランジスタ間や吐出ヒータまでの配線を短くすることができ、回路の応答性能を高くすることができる。
【０１０３】
［ヒータ駆動回路の動作］
以上説明したヒータ駆動回路１２０の動作について、図５のフローチャートを用いて説明する。
【０１０４】
まずステップＳ１００において、図３の制御信号１０７ａ１〜ａｘおよび制御信号１０８を受信する。制御信号１０７ａ１〜ａｘは、グループａに属する第１〜第ｘ番目のヒータ抵抗１０１の第１の駆動用スイッチであるＭＯＳトランジスタ１０２ａ１〜ａｘの駆動タイミング信号（第１の制御信号）であり、制御信号１０８は、第１〜第ｘ番目のヒータ抵抗１０１の第２の駆動用スイッチである高耐電圧ＭＯＳトランジスタ１０３ａの駆動タイミング信号（第２の制御信号）である。
【０１０５】
次にステップＳ１１０において、第１の制御信号が「Ｈｉ」か否かを調べ、「Ｈｉ」でない場合には「Ｈｉ」になるまで待機し、「Ｈｉ」の場合にはステップＳ１２０に進む。
【０１０６】
次にステップＳ１２０に進み、図３の時間ｔ１において、制御信号１０７ａ１が「Ｈｉ」になり、ヒータ抵抗１０１ａ１のＭＯＳトランジスタ１０２ａ１（第１スイッチ）がオンとなる。この時間ｔ１では、高耐電圧ＭＯＳトランジスタ１０３ａはオフであるため、ヒータ抵抗１０１ａ１には電流は流れない。
【０１０７】
次にステップＳ１３０において、第２の制御信号が「Ｈｉ」か否かを調べ、「Ｈｉ」でない場合には「Ｈｉ」になるまで待機し、「Ｈｉ」の場合にはステップＳ１４０に進む。
【０１０８】
次にステップＳ１４０に進み、図３の時間ｔ２において、制御信号１０８が「Ｈｉ」となり、高耐電圧ＭＯＳトランジスタ１０３ａ（第２スイッチ）はオンとなる。
【０１０９】
次にステップＳ１５０において、制御信号１０７ａ１により選択されたＭＯＳトランジスタ１０２ａ１に接続されたヒータ抵抗１０１ａ１に電流が印加される。ヒータ抵抗１０１ａ１は、電流が印加されることにより、時間ｔ２〜時間ｔ３まで加熱され、加熱されたインクはノズルから吐出することにより、所定画素（ドット）を記録する。
【０１１０】
次にステップＳ１６０に進み、第２の制御信号が「Ｌｏ」か否かを調べ、「Ｌｏ」でない場合には「Ｌｏ」になるまで待機し、「Ｌｏ」の場合にはステップＳ１７０に進む。
【０１１１】
次にステップＳ１７０に進み、図３の時間ｔ３において、制御信号１０８が「Ｌｏ」となり、高耐電圧ＭＯＳトランジスタ１０３ａ（第２スイッチ）はオフとなる。
【０１１２】
次にステップＳ１８０において、ヒータ抵抗１０１ａ１への電流の印加が停止する。
【０１１３】
次にステップＳ１９０に進み、第２の制御信号が「Ｌｏ」か否かを調べ、「Ｌｏ」でない場合には「Ｌｏ」になるまで待機し、「Ｌｏ」の場合にはステップＳ２００に進む。
【０１１４】
次にステップＳ２００に進み、図３の時間ｔ４において、制御信号１０７ａ１が「Ｌｏ」となり、ＭＯＳトランジスタ１０２ａ１がオフとなるとステップＳ２１０に進み一連の作業を終了する。
【０１１５】
［第２の実施形態］
次に、第２の実施形態であるインクジェット方式の記録ヘッドおよびその記録ヘッドを搭載するインクジェットプリンタについて以下説明する。
【０１１６】
第２の実施形態のインクジェット方式の記録ヘッドを搭載するインクジェットプリンタは、第１の実施形態で説明したインクジェットプリンタと同じ構成のものを使用することができる。したがって、インクジェットプリンタ及びその制御方法についての説明は重複するので以下の説明ではその説明を省略する。
【０１１７】
［記録ヘッドのヒータ駆動回路］
次に、上記説明したインクジェットプリンタに搭載される第２の実施形態の記録ヘッドについて以下説明する。
【０１１８】
図６は、第２の実施形態の記録ヘッドに配されたノズルからインクを吐出させるためのヒータ駆動回路２２０である。
【０１１９】
図６において、２０１ａ１〜ｍｘはヒータ抵抗群であり、２０２ａ１〜ｍｘはＭＯＳトランジスタ群であり、２０３ａ〜ｍは高耐電圧ＭＯＳトランジスタ群であり、２０４は電源部（図示せず）に接続された電源配線であり、２０５および２０６ｂは制御部（図示せず）に接続された制御端子群である。
【０１２０】
ヒータ駆動回路２２０は、図６に示すようにａ〜ｍのグループに分かれており、各グループａ〜ｍにはヒータ抵抗２０１と各ヒータ抵抗の駆動用スイッチであるＭＯＳトランジスタ２０２とが同数づつ収容され、また、各グループａ〜ｍにはグループ毎にヒータ抵抗２０１を駆動する駆動用スイッチである高耐電圧ＭＯＳトランジスタ２０３ａ〜ｍが１つ収容された構成となっている。
【０１２１】
第１の実施形態と第２の実施形態の違いは、グループ内の各ヒータ抵抗を選択し駆動するスイッチング用のＭＯＳトランジスタとしてＰ形ＭＯＳトランジスタを使用した点である。
【０１２２】
このような構成では、スイッチング用ＭＯＳを高密度配置するようなヘッドの場合にスイッチング用ＭＯＳトランジスタでの耐電圧をあげることができる。
【０１２３】
［第３の実施形態］
次に、第３の実施形態であるインクジェット方式の記録ヘッドおよびその記録ヘッドを搭載するインクジェットプリンタについて以下説明する。
【０１２４】
第３の実施形態のインクジェット方式の記録ヘッドを搭載するインクジェットプリンタは、第１の実施形態で説明したインクジェットプリンタと同じ構成のものを使用することができる。したがって、インクジェットプリンタ及びその制御方法についての説明は重複するので以下の説明ではその説明を省略する。
【０１２５】
［記録ヘッドのヒータ駆動回路］
次に、上記説明したインクジェットプリンタに搭載される第３の実施形態の記録ヘッドについて以下説明する。
【０１２６】
図７は、第３の実施形態の記録ヘッドの搭載されるノズルからインクを吐出させるためのヒータ駆動回路３２０である。
【０１２７】
図７において、３０１ａ１〜ｍｘはヒータ抵抗群であり、３０２ａ１〜ｍｘはＭＯＳトランジスタ群であり、３０３ａ〜ｍは高耐電圧ＭＯＳトランジスタ群であり、３０４は電源部（図示せず）に接続された電源配線であり、３０５および３０６は制御部（図示せず）に接続された制御端子群である。
【０１２８】
ヒータ駆動回路３２０は、図７に示すようにａ〜ｍのグループに分かれており、各グループａ〜ｍにはヒータ抵抗３０１と各ヒータ抵抗の駆動用スイッチであるＭＯＳトランジスタ３０２とが同数づつ収容され、また、各グループａ〜ｍにはグループ毎にヒータ抵抗３０１を駆動する駆動用スイッチである高耐電圧ＭＯＳトランジスタ３０３ａ〜ｍが１つ収容された構成となっている。
【０１２９】
第１の実施形態と第３の実施形態の違いは、グループ内の各ヒータ抵抗を選択し駆動するＭＯＳトランジスタとしてＰ形ＭＯＳトランジスタを使用した点である。
【０１３０】
［第４の実施形態］
次に、第４の実施形態であるインクジェット方式の記録ヘッドおよびその記録ヘッドを搭載するインクジェットプリンタについて以下説明する。
【０１３１】
第４の実施形態のインクジェット方式の記録ヘッドを搭載するインクジェットプリンタは、第１の実施形態で説明したインクジェットプリンタと同じ構成のものを使用することができる。したがって、インクジェットプリンタ及びその制御方法についての説明は重複するので以下の説明ではその説明を省略する。
【０１３２】
［記録ヘッドのヒータ駆動回路］
次に、上記説明したインクジェットプリンタに搭載される第３の実施形態の記録ヘッドについて以下説明する。
【０１３３】
図８は、第４の実施形態の記録ヘッドの搭載されるノズルからインクを吐出させるためのヒータ駆動回路４２０である。
【０１３４】
図８において、４０１ａ１〜ｍｘはヒータ抵抗群であり、４０２ａ１〜ｍｘはＭＯＳトランジスタ群であり、４０３ａ〜ｍは高耐電圧ＭＯＳトランジスタ群であり、４０４は電源部（図示せず）に接続された電源配線であり、４０５および４０６は制御部（図示せず）に接続された制御端子群である。
【０１３５】
ヒータ駆動回路４２０は、図８に示すようにａ〜ｍのグループに分かれており、各グループａ〜ｍにはヒータ抵抗４０１と各ヒータ抵抗の駆動用スイッチであるＭＯＳトランジスタ４０２とが同数づつ収容され、また、各グループａ〜ｍにはグループ毎にヒータ抵抗４０１を駆動する駆動用スイッチである高耐電圧ＭＯＳトランジスタ４０３ａ〜ｍが１つ収容された構成となっている。
【０１３６】
なお、以上の実施形態において、記録ヘッドから吐出される液滴はインクであるとして説明し、さらにインクタンクに収容される液体はインクであるとして説明したが、その収容物はインクに限定されるものではない。例えば、記録画像の定着性や耐水性を高めたり、その画像品質を高めたりするために記録媒体に対して吐出される処理液のようなものがインクタンクに収容されていても良い。
【０１３７】
以上の実施形態は、特にインクジェット記録方式の中でも、インク吐出を行わせるために利用されるエネルギーとして熱エネルギーを発生する手段（例えば電気熱変換体やレーザ光等）を備え、前記熱エネルギーによりインクの状態変化を生起させる方式を用いることにより記録の高密度化、高精細化が達成できる。
【０１３８】
その代表的な構成や原理については、例えば、米国特許第４７２３１２９号明細書、同第４７４０７９６号明細書に開示されている基本的な原理を用いて行うものが好ましい。この方式は、いわゆるオンデマンド型、コンティニュアス型のいずれにも適用可能であるが、特に、オンデマンド型の場合には、液体（インク）が保持されているシートや液路に対応して配置されている電気熱変換体に、記録情報に対応していて核沸騰を越える急速な温度上昇を与える少なくとも１つの駆動信号を印加することによって、電気熱変換体に熱エネルギーを発生せしめ、記録ヘッドの熱作用面に膜沸騰を生じさせて、結果的にこの駆動信号に１対１で対応した液体（インク）内の気泡を形成できるので有効である。
【０１３９】
この気泡の成長、収縮により吐出用開口を介して液体（インク）を吐出させて、少なくとも１つの滴を形成する。この駆動信号をパルス形状とすると、即時適切に気泡の成長収縮が行われるので、特に応答性に優れた液体（インク）の吐出が達成でき、より好ましい。
【０１４０】
このパルス形状の駆動信号としては、米国特許第４４６３３５９号明細書、同第４３４５２６２号明細書に記載されているようなものが適している。なお、上記熱作用面の温度上昇率に関する発明の米国特許第４３１３１２４号明細書に記載されている条件を採用すると、さらに優れた記録を行うことができる。
【０１４１】
記録ヘッドの構成としては、吐出口、液路に対応して配置された電気熱変換体（吐出用ヒータ）の組み合わせ構成（直線状液流路または直角液流路）の他に吐出用ヒータの熱作用面が屈曲する領域に配置されている構成を開示する米国特許第４５５８３３３号明細書、米国特許第４４５９６００号明細書に記載された構成も本発明に含まれるものである。
【０１４２】
さらに、記録装置が記録できる最大記録媒体の幅に対応した長さを有するフルラインタイプの記録ヘッドとしては、上述した明細書に開示されているような複数記録ヘッドの組み合わせによってその長さを満たす構成や、一体的に形成された１個の記録ヘッドとしての構成のいずれでもよい。
【０１４３】
加えて、上記の実施形態で説明した記録ヘッド自体に一体的にインクタンクが設けられたカートリッジタイプの記録ヘッドのみならず、装置本体に装着されることで、装置本体との電気的な接続や装置本体からのインクの供給が可能になる交換自在のチップタイプの記録ヘッドを用いてもよい。
【０１４４】
さらに、記録装置の記録モードとしては黒色等の主流色のみの記録モードだけではなく、記録ヘッドを一体的に構成するか複数個の組み合わせによってでも良いが、異なる色の複色カラー、または混色によるフルカラーの少なくとも１つを備えた装置とすることもできる。
【０１４５】
以上説明したように、本実施形態によれば、ヒータ基板上で、各グループ毎にヒータ抵抗は対応する通常のＭＯＳトランジスタと直列に接続され、それらのピッチは接続配線を短くするために等しく設計されている。高耐電圧ＭＯＳトランジスタは各グループ毎に１つずつ配置されおり、そのピッチは、ヒータ抵抗のピッチとヒータ抵抗数ｘの積の長さに設計されている。そのため高耐電圧ＭＯＳトランジスタは、通常のＭＯＳトランジスタに比べ単位面積あたりのオン抵抗値は高いものの通常のＭＯＳトランジスタに比べて面積がｘ倍と広くとっているため、高耐電圧ＭＯＳトランジスタのオン抵抗を充分低くすることができる。
【０１４６】
またヒータ抵抗を複数のグループに分割して各グループを選択し駆動させる駆動素子（高耐電圧ＭＯＳトランジスタ）と、グループ内のヒータを選択し駆動させる駆動素子（通常ＭＯＳトランジスタ）とを、同一半導体基板上に備える構成とすることにより、ヒータ抵抗を駆動させる駆動素子におけるオン抵抗を低くすることができる。
【０１４７】
またさらに、半導体の製造プロセスを変更することなくヒータ駆動回路の面積を縮小することも可能である。
【０１４８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ヒータ基板を小型化するために、ヒータ基板のサイズを増大することなくオン抵抗値を下げることのできる記録ヘッド、それを用いる画像記録装置およびそれらの制御方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態のヒータ基板の構成の一例を示す概略図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る駆動回路の構成の一例を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る駆動回路を駆動させるタイミングチャートの一例である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係るヒータ基板のヒータ抵抗、ＭＯＳトランジスタおよび高耐電圧ＭＯＳトランジスタの構成の一例を示す概略図である。
【図５】本発明の駆動回路の制御方法を説明するフローチャートである。
【図６】本発明の第２の実施形態に係るヒータ基板のヒータ抵抗、ＭＯＳトランジスタおよび高耐電圧ＭＯＳトランジスタの構成の一例を示す概略図である。
【図７】本発明の第３の実施形態に係るヒータ基板のヒータ抵抗、ＭＯＳトランジスタおよび高耐電圧ＭＯＳトランジスタの構成の一例を示す概略図である。
【図８】本発明の第４の実施形態に係るヒータ基板のヒータ抵抗、ＭＯＳトランジスタおよび高耐電圧ＭＯＳトランジスタの構成の一例を示す概略図である。
【図９】本発明に係る一実施形態のインクジェットプリンタの構成の概要を示す外観斜視図である。
【図１０】本発明に係る一実施形態のインクジェットプリンタの制御回路の構成を示すブロック図である。
【図１１】本発明に係る一実施形態のインクタンクとヘッドとが分離可能なインクカートリッジの構成を示す外観斜視図である。
【図１２】従来のヒータ基板の構成の一例を示す概略図である。
【図１３】従来のヒータ基板のヒータ抵抗および高耐電圧ＭＯＳトランジスタの構成の一例を示す概略図である。
【図１４】従来の駆動回路の構成の一例を示す図である。
【図１５】従来の駆動回路を駆動させるタイミングチャートである。
【図１６Ａ】高耐電圧ＭＯＳトランジスタの断面構造を示す図である。
【図１６Ｂ】通常耐電圧ＭＯＳトランジスタの断面構造を示す図である。
【符号の説明】
１０１ａ１〜ｍｘ ヒータ抵抗
１０２ａ１〜ｍｘ ＭＯＳトランジスタ
１０３ａ〜ｍ 高耐電圧ＭＯＳトランジスタ
１０４ ビット選択回路
１０５ 電源配線
１０６ａ 制御端子
１０６ｂ 制御端子
１０７ａ１〜ｍｘ 制御信号
１０８ 制御信号
１０９ 電流波形
１１０ データ選択回路
１１１ 入力パッド
１１２ ブロック選択回路
１１３ａ〜ｍ ブロック
ｔ１〜ｔ４ 時間
Claims (5)
- 入力される記録データに従って画像記録を行う画像記録装置に用いる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ごとに、該記録素子のそれぞれと直列に接続された複数の個別スイッチ用ＭＯＳトランジスタと、
前記複数の記録素子を複数のグループに分割し、前記複数のグループの各グループに属して並列に接続された複数の記録素子に対し、共通に１個設けられた共通スイッチ用ＭＯＳトランジスタと、
前記複数の個別スイッチ用ＭＯＳトランジスタを作動させる個別スイッチ作動信号または前記共通スイッチ用ＭＯＳトランジスタを作動させる共通スイッチ作動信号を受信すると、前記受信した信号を前記個別スイッチ用ＭＯＳトランジスタまたは前記共通スイッチ用ＭＯＳトランジスタに入力する信号受信手段と、
を有し、
前記記録素子、前記複数の個別スイッチ用ＭＯＳトランジスタおよび前記共通スイッチ用ＭＯＳトランジスタは、同一半導体基板上に備えられ、
前記各グループに属する複数の個別スイッチ用ＭＯＳトランジスタと、該複数の個別スイッチ用ＭＯＳトランジスタに対して共通に１個設けられた前記共通スイッチ用ＭＯＳトランジスタとが、直列接続されており、
前記共通スイッチ用ＭＯＳトランジスタは、前記個別スイッチ用ＭＯＳトランジスタの耐電圧に比較して高い耐電圧を有し、
前記共通スイッチ用ＭＯＳトランジスタの単位面積当たりのオン抵抗値が、前記個別スイッチ用ＭＯＳトランジスタの単位面積当たりのオン抵抗値に比較して高く、かつ、前記共通スイッチ用ＭＯＳトランジスタ１個の前記同一半導体基板上に占める面積は、各個別スイッチ用ＭＯＳトランジスタが該同一半導体基板上に占める面積よりも大きいことを特徴とする記録ヘッド。 - 前記個別スイッチ用ＭＯＳトランジスタと前記共通スイッチ用ＭＯＳトランジスタは、ＮＭＯＳトランジスタで構成されていることを特徴とする請求項１に記載の記録ヘッド。
- 電源部に接続された電源配線を更に有し、前記電源配線側からグラウンドに向かって順に、前記記録素子、前記個別スイッチ用ＭＯＳトランジスタ、前記共通スイッチ用ＭＯＳトランジスタの順に回路的に配されていることを特徴とする請求項１に記載の記録ヘッド。
- 電源部に接続された電源配線を更に有し、前記個別スイッチ用ＭＯＳトランジスタはＰＭＯＳトランジスタであり、前記共通スイッチ用ＭＯＳトランジスタはＮＭＯＳトランジスタであり、前記電源配線側からグラウンドに向かって、前記個別スイッチ用ＭＯＳトランジスタ、前記記録素子、前記共通スイッチ用ＭＯＳトランジスタの順に回路的に配されていることを特徴とする請求項１に記載の記録ヘッド。
- 前記記録ヘッドは、熱エネルギーを利用してインクを吐出する記録ヘッドであって、インクに与える熱エネルギーを発生するための熱エネルギー変換体を備えていることを特徴とする請求項1乃至請求項４のいずれか1項に記載の記録ヘッド。
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