專利名稱：記錄頭用基板、記錄頭、頭墨盒、記錄頭的驅(qū)動(dòng)方法和記錄裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種記錄頭用基板、使用該基板的記錄頭(printhead)、包含該記錄頭的頭墨盒、該記錄頭的驅(qū)動(dòng)方法和使用該記錄頭的記錄裝置，特別是涉及一種按照向記錄介質(zhì)排出墨水并進(jìn)行圖像等的記錄的噴墨方式的記錄頭的記錄頭用基板、使用該基板的記錄頭、包含該記錄頭的頭墨盒、該記錄頭的驅(qū)動(dòng)方法和使用該記錄頭的記錄裝置。
背景技術(shù)：
以往，具備打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、傳真機(jī)等功能的記錄裝置，或者，作為包含計(jì)算機(jī)、文字處理機(jī)等的復(fù)合機(jī)或工作站的輸出設(shè)備而使用的記錄裝置，根據(jù)圖像信息，在記錄用紙、塑料薄板(例如，用于OHP等)等的記錄介質(zhì)上記錄圖像。
這樣的記錄裝置根據(jù)所采用的記錄方式，被分成噴墨式、針式、熱敏式、熱轉(zhuǎn)印式、電攝影方式等。
其中，噴墨式的記錄裝置(以下，叫做噴墨記錄裝置)，是從記錄頭將墨水排出到記錄介質(zhì)(printing medium)并進(jìn)行記錄的裝置，具有許多優(yōu)點(diǎn)，例如，容易使裝置小型化；能夠高速記錄高精細(xì)的圖像；能夠在普通紙上不需要特別的處理就進(jìn)行記錄；運(yùn)轉(zhuǎn)成本低；作為非擊打方式噪音較?。灰约叭菀资褂枚嗌哪涗洸噬珗D像等。
在噴墨記錄方式中也有幾種方式，其中之一，有在噴嘴內(nèi)安裝發(fā)熱體，利用熱使氣泡產(chǎn)生于墨水內(nèi)，將該氣泡能量用于墨水排出的氣泡噴射記錄方式。此處，產(chǎn)生用于排出墨水的熱能的記錄元件，能夠使用半導(dǎo)體制造工藝進(jìn)行制造。為此，作為使用了氣泡噴射技術(shù)的記錄頭，以下兩種記錄頭已被產(chǎn)品化(1)將硅襯底作為基體材料形成記錄元件并做成記錄元件基板，在其上接合形成了用于形成墨流道的槽的、由聚砜等樹脂或玻璃等組成的蓋板的結(jié)構(gòu)的記錄頭；(2)通過光刻法(photolithography)在元件基板上直接形成噴嘴，而沒有接合部的高精度類型的記錄頭。
另外，利用元件基板由硅襯底構(gòu)成的這一特點(diǎn)，不僅在元件基板上構(gòu)成記錄元件，而且在元件基板上構(gòu)成了用于驅(qū)動(dòng)記錄元件的驅(qū)動(dòng)器，或在元件基板上構(gòu)成了在根據(jù)記錄頭的溫度來控制記錄元件時(shí)所使用的傳感器及其驅(qū)動(dòng)控制部等。
這樣的氣泡噴射記錄方式，與其它噴墨記錄方法相比較，具有以下不同的特征接收了熱能的作用的液體被加熱并產(chǎn)生氣泡，通過基于該氣泡產(chǎn)生的作用力，從記錄頭頂端的排出口形成液滴，該液滴附著在記錄介質(zhì)上進(jìn)行信息的記錄(例如，參照日本專利申請公開特開昭54-51837號公報(bào))。
適用于使用這樣的熱能的記錄方法的噴墨記錄頭(以下，叫做記錄頭)，具備液體排出部，具有一般用于排出液體而設(shè)置的排出口，和將用于與該排出口連通并排出液滴的熱能是作用在液體的部分的熱作用部作為結(jié)構(gòu)的一部分的液體流道；發(fā)熱電阻器，作為產(chǎn)生熱能的裝置的電熱轉(zhuǎn)換體；以及保護(hù)墨水不接觸發(fā)熱電阻器的上部保護(hù)層和用于蓄熱的下部層。
在這樣的記錄頭中，需要增多用于有效利用其特征的、用于高密度化、高速化的發(fā)熱電阻器的個(gè)數(shù)。但是，當(dāng)發(fā)熱電阻器的個(gè)數(shù)變多時(shí)，與外部布線板的電連接數(shù)目就變多。另外，當(dāng)以高密度排列發(fā)熱電阻器時(shí)，各自的發(fā)熱電阻器的電極焊盤的間距變小，就不能用通常的電連接方法(引線鍵合法等)進(jìn)行連接。
因此，以往，通過在基板上內(nèi)置(built-in)發(fā)熱電阻器的驅(qū)動(dòng)元件，就解決了該問題(例如，參照美國專利第4429321號)。另外，以往，通過將形成了墨水排出口的孔板粘貼并形成在基板上，從熱作用部表面垂直地進(jìn)行排出的類型的記錄頭也被提出了(例如，參照日本專利申請公開特開昭59-95154號公報(bào))。
在這樣的記錄頭中，在與長槽形狀的墨供給口的短邊平行的基板外周的邊上設(shè)置電極焊盤，并進(jìn)行與基板外部的連接，以便提高停滯在孔板上的墨水的可清除性，并在相同的基板上形成多個(gè)墨供給口，能夠用一個(gè)基板排出多種墨水。
在該結(jié)構(gòu)中，至發(fā)熱電阻器為止的布線電阻容易變大，當(dāng)變成能同時(shí)驅(qū)動(dòng)多個(gè)連接到相同布線的多個(gè)發(fā)熱電阻器的結(jié)構(gòu)時(shí)，就出現(xiàn)電壓降差隨著根據(jù)該布線部上的公共電阻而同時(shí)驅(qū)動(dòng)的個(gè)數(shù)不同而不同，不能通過圖像數(shù)據(jù)得到適當(dāng)?shù)陌l(fā)泡的情況。
為此，采用了這樣的結(jié)構(gòu)，即，在將記錄頭進(jìn)行產(chǎn)品化方面，分割為多條布線使得各自具有相同的電阻，通過在被連接到公共布線的發(fā)熱元件中進(jìn)行時(shí)分割驅(qū)動(dòng)使得同時(shí)只驅(qū)動(dòng)一個(gè)發(fā)熱電阻器，根據(jù)同時(shí)驅(qū)動(dòng)的發(fā)熱電阻器個(gè)數(shù)的變化將公共布線的不良影響抑制到最低。
圖23是表示現(xiàn)有的多條布線的噴墨記錄頭用基板的構(gòu)造的圖。
在圖23中，1100是噴墨記錄頭用基板，1104是電極焊盤，1108是單獨(dú)布線。
另外，圖24是表示構(gòu)成圖23所示的基板的一部分的等效電路的圖。
具體地說，在圖23中用圓圈包圍的部分的等效電路相當(dāng)于圖24所示的電路。
在圖24中，1103是發(fā)熱電阻器(加熱器)，1107是作為用于驅(qū)動(dòng)發(fā)熱電阻器1103的驅(qū)動(dòng)元件的MOS晶體管，1104a是用于施加電壓的電極焊盤，該電壓用于將能量供給發(fā)熱電阻器1103，1104b是用于將能量供給發(fā)熱電阻器1103的GND布線用電極焊盤，1104c是用于確定MOS晶體管的、最終被施加到柵極的電壓的電壓供給用電源輸入焊盤，1104d是實(shí)際上用多個(gè)電極焊盤(未圖示)所構(gòu)成的、用于驅(qū)動(dòng)邏輯電路的電源輸入焊盤，包括GND、圖像數(shù)據(jù)輸入、時(shí)分割驅(qū)動(dòng)、為了確定發(fā)熱電阻器驅(qū)動(dòng)時(shí)間而必需的邏輯用電極焊盤等。
1112-(1)～(n)、1113-(1)～(n)(在邏輯電路上)是按被同時(shí)驅(qū)動(dòng)的每個(gè)發(fā)熱電阻器分別布線產(chǎn)生的單獨(dú)布線電阻。
1109是作為電極焊盤1104c所輸入的電壓的穩(wěn)定化，或作為根據(jù)需要使電壓下降的元件的驅(qū)動(dòng)元件驅(qū)動(dòng)電壓轉(zhuǎn)換部；1110是移位寄存器(S/R)、鎖存器、時(shí)分割信號確定電路、驅(qū)動(dòng)時(shí)間確定信號的生成電路等的邏輯電路；1111是用于將邏輯控制信號的電壓升壓到MOS晶體管1107的驅(qū)動(dòng)電壓的電路。
基于在邏輯電路1110和合成電路1111中所合成的圖像數(shù)據(jù)、時(shí)分割信號、驅(qū)動(dòng)時(shí)間確定信號等，接通MOS晶體管1107，使電流流經(jīng)發(fā)熱電阻器(heater)1103，通過該能量產(chǎn)生熱，用通過連接到發(fā)熱電阻器1103的墨水進(jìn)行膜發(fā)泡而得到的功率，排出墨水。
此外，當(dāng)關(guān)注于某一時(shí)刻時(shí)，位于圖24中的用虛線所包圍的部分的多個(gè)發(fā)熱電阻器內(nèi)，只有1個(gè)被驅(qū)動(dòng)。換言之，若將虛線所包圍的各個(gè)部分作為塊，就同時(shí)驅(qū)動(dòng)屬于各塊的多個(gè)發(fā)熱元件內(nèi)的每1個(gè)發(fā)熱元件。把這叫做塊時(shí)分割驅(qū)動(dòng)。
此處，參照圖25～圖26說明被同時(shí)驅(qū)動(dòng)的發(fā)熱體驅(qū)動(dòng)元件的動(dòng)作點(diǎn)。
圖25是從圖24所示的等效電路只抽出多個(gè)發(fā)熱電阻器內(nèi)通過塊時(shí)分割驅(qū)動(dòng)而被同時(shí)驅(qū)動(dòng)的1個(gè)分割部分并顯示的等效電路。
在圖25中，RH是被同時(shí)驅(qū)動(dòng)的發(fā)熱電阻器中的一個(gè)電阻值，RL1是圖24所示的每一個(gè)單獨(dú)布線1112-(x)(此處，x＝1，n)的布線電阻值，RL2是圖24所示的每一個(gè)單獨(dú)布線1113-(x)(此處，x＝1，n)的布線電阻值，RC1、RC2是如電極焊盤1104a和1104b那樣，在單獨(dú)布線被公共化之前的電布線帶或電接點(diǎn)基板上產(chǎn)生的公共布線電阻值部分。
而且，在圖25中，電源被供給到發(fā)熱電阻器1103，并設(shè)在被驅(qū)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的、加在單獨(dú)布線+發(fā)熱電阻器+發(fā)熱體驅(qū)動(dòng)元件(MOS晶體管)之間的電壓為VH，設(shè)在被驅(qū)動(dòng)時(shí)流過的電流為IDS，設(shè)產(chǎn)生在MOS晶體管1107的漏極-源極之間的電壓為VDS。
另外，被附加在MOS晶體管1107中的D、G、S分別表示漏極、柵極、源極。
此處，由于在不是硅(Si)等的基板上的部分產(chǎn)生的電阻值RC1、RC2是基板外部的結(jié)構(gòu)，并且，由于有進(jìn)行使布線厚度加厚的設(shè)計(jì)等的自由度，因此能夠減小電阻值。
圖26是表示由RC1、RC2的差異產(chǎn)生的、流經(jīng)發(fā)熱電阻器的、同時(shí)驅(qū)動(dòng)不同個(gè)數(shù)的發(fā)熱電阻器時(shí)的電流差的圖。
現(xiàn)有的發(fā)熱體驅(qū)動(dòng)元件結(jié)構(gòu)如下通過公共地使用供給發(fā)熱電阻器的電源電壓的方法等在能力處于充分的MOS晶體管的非飽和區(qū)域中進(jìn)行工作。在該情況下，由被同時(shí)驅(qū)動(dòng)的發(fā)熱電阻器的電阻值的差產(chǎn)生的VH的差，只是從作為與發(fā)熱電阻器的電阻值相比較很小的電阻值的RC1、RC2和總的電流的差產(chǎn)生的電壓差，若是在該范圍內(nèi)，則如圖26所示那樣，該電流變動(dòng)穩(wěn)定地收容在可排出墨水的范圍。
但是，由圖26可知，從結(jié)果看，作為流經(jīng)發(fā)熱電阻器的電流的IDS的工作點(diǎn)(□同時(shí)驅(qū)動(dòng)個(gè)數(shù)較多時(shí)，■同時(shí)驅(qū)動(dòng)個(gè)數(shù)較少時(shí))隨著發(fā)熱電阻器的同時(shí)驅(qū)動(dòng)個(gè)數(shù)的不同而不同。另一方面，在設(shè)計(jì)上，希望該電流的差為大約5％以內(nèi)，噴墨記錄頭用的基板的電路設(shè)計(jì)已是只能在非常嚴(yán)格的條件下進(jìn)行的狀態(tài)。
近幾年來，噴墨記錄裝置越來越高速化、高像質(zhì)化，安裝在該裝置中的記錄頭和在該記錄頭中使用的電路基板具備更多的發(fā)熱電阻器，并要求記錄頭用高頻進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。
為了驅(qū)動(dòng)多個(gè)發(fā)熱電阻器，首先，考慮增加在塊時(shí)分割驅(qū)動(dòng)中的時(shí)分割數(shù)。通過增加時(shí)分割數(shù)，能夠不改變布線數(shù)量而驅(qū)動(dòng)更多的發(fā)熱電阻器。但是，能夠給予各自的發(fā)熱電阻器的驅(qū)動(dòng)時(shí)間變短，另外，為了用更高的頻率驅(qū)動(dòng)，要求驅(qū)動(dòng)時(shí)間變得更短。
為了從記錄頭穩(wěn)定地進(jìn)行墨水排出，需要控制在各自的發(fā)熱電阻器上增加的能量。為此，以往，使用了通過使發(fā)熱電阻器的驅(qū)動(dòng)時(shí)間變化而控制加到發(fā)熱電阻器的能量的方法。但是，即使使用了這樣的方法，在某種程度上仍然需要驅(qū)動(dòng)時(shí)間，在現(xiàn)有的方法中，該時(shí)間已不能再短。
另一方面，為了不改變驅(qū)動(dòng)時(shí)間而增加發(fā)熱電阻器個(gè)數(shù)并用相同的頻率進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，有必要增加同時(shí)驅(qū)動(dòng)的發(fā)熱電阻器的個(gè)數(shù)。另外，為了用更高的頻率進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，并為了減少時(shí)分割數(shù)，更有必要增加同時(shí)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的發(fā)熱電阻器的個(gè)數(shù)。因此，為了用現(xiàn)有的布線方法增加同時(shí)驅(qū)動(dòng)的發(fā)熱電阻器的個(gè)數(shù)，有必要增加單獨(dú)布線的條數(shù)。
由于從基板外周的電極焊盤到發(fā)熱電阻器的距離不同，因此單獨(dú)布線的長度也不同。另外，為了使單獨(dú)布線的電阻值一致，如圖23所示那樣，這些單獨(dú)布線的寬度可以構(gòu)成為，從電極焊盤到最近的地方寬度最細(xì)，越向遠(yuǎn)處走寬度則越粗，但是，另一方面，由于該布線的最小寬度在制造上有制約，因此需要布線數(shù)越增加就越粗的布線。實(shí)際上，若同時(shí)驅(qū)動(dòng)數(shù)倍增，則布線寬度就增加到3～4倍，這就產(chǎn)生致使基板尺寸急劇增大的問題。
而且，今后，當(dāng)隨著記錄頭的發(fā)熱電阻器的個(gè)數(shù)增多，越來越要求記錄的高速化，不可避免地增加同時(shí)驅(qū)動(dòng)個(gè)數(shù)時(shí)，起因于圖25所示的公共布線部RC1、RC2的同時(shí)驅(qū)動(dòng)個(gè)數(shù)的差引起的YH電壓變動(dòng)也會(huì)變大，這就會(huì)給墨水排出的穩(wěn)定性和記錄頭的耐久性帶來不利影響。
現(xiàn)在討論其它的問題。
圖27是表示現(xiàn)有的噴墨記錄頭用的元件基板的結(jié)構(gòu)的典型的例子的框圖(參照美國專利第6116714號)。
如圖27所示，在元件基板900上形成有將排出用的熱能給與墨水的、被并列配置的多個(gè)發(fā)熱體(heater)(記錄元件)901和用于驅(qū)動(dòng)各發(fā)熱體901的功率晶體管(驅(qū)動(dòng)器)902；從外部輸入被串行輸入的圖像數(shù)據(jù)以及與它同步的串行時(shí)鐘，并且每1行輸入圖像數(shù)據(jù)的移位寄存器904；與鎖存用的時(shí)鐘同步，對從移位寄存器904輸出的1行的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行鎖存，并行地傳送到功率晶體管902的鎖存器903；與功率晶體管902對應(yīng)地分別設(shè)置，根據(jù)來自外部的啟動(dòng)信號將鎖存器903的輸出信號施加到功率晶體管902的多個(gè)AND門915；以及用于從外部輸入圖像數(shù)據(jù)和各種信號等的輸入端子905～912。特別地，910是記錄元件驅(qū)動(dòng)GND端子，911是記錄元件驅(qū)動(dòng)電源端子。
另外，在元件基板900上，形成用于測定元件基板900的溫度的溫度傳感器，或者用于測定各發(fā)熱體901的電阻值的電阻監(jiān)視器之類的傳感器監(jiān)視器914。在元件基板上構(gòu)成了這樣的驅(qū)動(dòng)器、溫度傳感器及其驅(qū)動(dòng)控制部等的記錄頭已實(shí)用化，有助于記錄頭可靠性的提高和裝置的小型化。
在這樣的結(jié)構(gòu)中，作為串行信號被輸入的圖像數(shù)據(jù)，通過移位寄存器904被轉(zhuǎn)換成并行信號，并與鎖存用的時(shí)鐘同步，用鎖存器903進(jìn)行輸出保持。通過在該狀態(tài)下經(jīng)由輸入端子輸入發(fā)熱體901的驅(qū)動(dòng)脈沖信號(對AND門915的啟動(dòng)信號)，按照圖像數(shù)據(jù)接通功率晶體管902，使電流流過相應(yīng)的發(fā)熱體901，使該液體流道(噴嘴)的墨水變熱，墨水作為液滴從噴嘴頂端的排出口排出。
圖28是詳細(xì)地表示在圖27所示的噴墨記錄頭用的元件基板上，關(guān)于寄生電阻的變動(dòng)的部分的圖。
此處，在用于驅(qū)動(dòng)圖27和圖28所示的功率晶體管902(此處，是雙極性晶體管，但可以是MOS晶體管)或多個(gè)記錄元件的公共電源布線或GND布線上，不僅存在與在對記錄裝置主體施加一定的電源電壓時(shí)，在記錄元件中輸入能量時(shí)的損耗有關(guān)系的寄生電阻(或恒定電壓)成分916，而且在用圖28所示的虛線所包圍的區(qū)域2801、2802中，由于發(fā)熱體901的同時(shí)驅(qū)動(dòng)個(gè)數(shù)不同，在寄生電阻916中產(chǎn)生的電壓也不同，因此從結(jié)果看，被施加到發(fā)熱體901中的能量發(fā)生變化。在區(qū)域2801中，存在著在噴墨記錄裝置的電源布線中存在的寄生電阻成分2801a、在噴墨記錄裝置的電源布線中存在的寄生電阻成分2801b、以及電源公共布線中的寄生電阻成分2801c。另外，在區(qū)域2802中，存在著在噴墨記錄裝置的GND布線中存在的寄生電阻成分2802a、在噴墨記錄裝置的GND布線中存在的寄生電阻成分2802b、以及GND公共布線中的寄生電阻成分2802c。
實(shí)際上，也如圖28所示那樣，在基板制造步驟中，當(dāng)根據(jù)膜厚度的不同及其分布來考慮大量生產(chǎn)時(shí)，作為記錄元件的發(fā)熱體901，其絕對電阻值有±20％～30％的差異是不可避免的。
因此，現(xiàn)有被實(shí)用化的噴墨記錄頭的記錄元件驅(qū)動(dòng)用的驅(qū)動(dòng)器，主要從低電阻的觀點(diǎn)出發(fā)而使用了功率晶體管。此處的功率晶體管902作為一定的元件驅(qū)動(dòng)電源和反向偏置的恒定電源、或正向電阻進(jìn)行工作。在該情況下，由于因記錄元件的電阻差異使流過記錄元件901的電流發(fā)生變化，因此在一定時(shí)間所輸入的記錄元件中的能量(消耗電力)隨著記錄元件制造時(shí)的電阻值不同而有很大差異。
因此，現(xiàn)有根據(jù)記錄元件的電阻，使為了驅(qū)動(dòng)記錄元件而施加的脈沖寬度變化并對應(yīng)起來，使得在驅(qū)動(dòng)噴墨記錄頭并進(jìn)行穩(wěn)定的墨水排出，并為了使該記錄頭達(dá)到較長壽命，設(shè)記錄元件中的消耗功率為恒定。
近幾年來，為加快記錄速度，增加了相當(dāng)多的必要的記錄元件個(gè)數(shù)。另外，同時(shí)，由于記錄的高精細(xì)化，施加到記錄元件上的能量的均勻化就會(huì)被要求在現(xiàn)有程度以上，如上述那樣，記錄元件的同時(shí)驅(qū)動(dòng)個(gè)數(shù)的差越大，被施加到各記錄元件上的能量的變動(dòng)幅度也越大，記錄頭的壽命也將越短。這就會(huì)關(guān)聯(lián)到由于能量變動(dòng)使記錄質(zhì)量下降等故障的發(fā)生。
此處，作為最近的技術(shù)，以使上述能量變?yōu)楹愣ǖ挠^點(diǎn)來采取有效的結(jié)構(gòu)，人們考慮對驅(qū)動(dòng)器部分進(jìn)行控制使得如圖29所示那樣使恒定的電流流過各發(fā)熱體。通過采用這樣的構(gòu)成，由于在各發(fā)熱體中總是流過恒定的電流，因此只要電阻值在使用中沒有變動(dòng)，那么對記錄元件的同時(shí)驅(qū)動(dòng)個(gè)數(shù)就沒有影響、就供給發(fā)熱體的電阻值×恒定電流值的2次方的能量，從而能解決上述問題。另外，對于將流過加熱器的電流保持恒定的結(jié)構(gòu)也被提案了(例如，參照美國專利第6523922號)。
在記錄頭用的基板之間，電阻成分中最大的記錄元件(發(fā)熱電阻器)的電阻如已經(jīng)敘述的那樣，由于制造上的誤差而有20％～30％差異。此外，在圖29中，對于在圖27～圖28中已說明的相同的事項(xiàng)添加相同的參照號碼，并省略其說明。另外，由于現(xiàn)有的機(jī)構(gòu)中的記錄裝置主體一側(cè)的電源電壓是恒定的，因此，如已經(jīng)敘述的那樣，對于記錄元件的電阻差異，通過調(diào)整施加在記錄元件上的脈沖電壓而對應(yīng)起來，使以便使施加在記錄元件上的能量保持恒定。
但是，如上述現(xiàn)有例子那樣，在為了消除記錄元件的同時(shí)驅(qū)動(dòng)個(gè)數(shù)的不同引起的能量差異，在多個(gè)基板的多個(gè)發(fā)熱體中已公共地輸入一定電流的情況下，在該記錄元件的電阻差異引起的噴墨記錄頭用基板中的功率損耗就會(huì)明顯不同。
圖30是表示用恒定電流驅(qū)動(dòng)了記錄元件的情況的功率損耗的差異的圖。
在圖30所示的例子中，記錄元件的電阻值是100Ω左右，作為恒定電流假定了這樣的情況，即，在使150mA的電流通電的情況下，有在發(fā)熱體的兩端產(chǎn)生的電壓和發(fā)熱體制造的差異(在該例中為±20％)。而且，在圖30中，在記錄元件是最大電阻(120Ω)的情況下，對于記錄元件的兩端電壓(18V)，認(rèn)為需要1V來用于驅(qū)動(dòng)器電壓控制，并且，示出了為了控制恒定電流而在記錄裝置一側(cè)施加比其高1V的電壓(19V)的情況下的、在記錄元件以外所消耗的能量的比率。此外，由于記錄元件的電阻值的變動(dòng)(80～120Ω)，在恒定電流輸入時(shí)的記錄元件中的消耗電力不相同(1.8～2.7W)，但是，該變動(dòng)通過使施加到實(shí)際記錄時(shí)的各記錄元件上的脈沖寬度變化來進(jìn)行輸入能量的調(diào)整。
此外，在圖30中同時(shí)表示已將能量變?yōu)楹愣〞r(shí)所需的脈沖寬度。
依據(jù)圖30，如畫了斜線的區(qū)域3001所示，在記錄元件的電阻值為800Ω時(shí)，實(shí)際上在記錄元件中需要的功率的約58％就主要消耗(功率損耗)在用于使恒定的電流流過的控制部分(噴墨記錄頭用的基板內(nèi)的驅(qū)動(dòng)器部分)。而且，即使電阻值不同，為使被輸入到記錄元件中的能量保持恒定，在記錄元件的電阻是800Ω時(shí)，將施加脈沖寬度調(diào)整到1.25μs，為1200Ω時(shí)，調(diào)整到0.83μs，該比率約為1.5倍，從畫點(diǎn)的區(qū)域3002和3002所示的值的比較可知，在記錄元件電阻是80Ω和120Ω時(shí)，其損失能量的差大約是10倍。特別是，在記錄元件電阻是80Ω時(shí)，輸入能量大約損失58％，與此相對，在該電阻是120Ω時(shí)，其損失約為6％，因此根據(jù)記錄元件電阻的值在基板上產(chǎn)生的熱也會(huì)分散。
無論如何，這些能量由于在噴墨記錄頭用的基板內(nèi)被全部消耗，使基板的溫度上升，從而給墨排出量帶來影響。
圖31是表示在噴墨記錄頭的基板上輸入了一定電流的情況的記錄時(shí)間和基板溫度的關(guān)系的圖。
由圖31也可知，當(dāng)記錄元件的電阻有差異時(shí)，基板溫度的上升方法也不同。
圖32是表示墨溫度和墨排出量的關(guān)系的圖。
由圖32也可知，當(dāng)墨溫度變化時(shí)，則墨排出量也變化。由于該墨溫度受基板溫度的影響，因此基板溫度的上升對墨排出的特性就會(huì)產(chǎn)生影響。
因此，在記錄頭制造時(shí)，不可避免在記錄元件的電阻值中產(chǎn)生約20～30％的差異，這一點(diǎn)表示提供具有均勻的墨排出性能的噴墨記錄頭是非常困難的。
如以上上述，在為了消除伴隨記錄元件的同時(shí)驅(qū)動(dòng)個(gè)數(shù)的變化的差，引入以恒定電流來驅(qū)動(dòng)記錄元件的方法的情況下，將產(chǎn)生這樣的問題，即，由于因記錄頭的制造步驟而產(chǎn)生差異的記錄元件的電阻值，所以，不僅有無用的能量消耗，而且，在實(shí)際的記錄中，基板的溫度變化的特性也將不同，并且，由于因墨的溫度使墨的粘性等發(fā)生變化，記錄頭的記錄性能將有很大變動(dòng)。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明是針對上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)而做出的。
例如，本發(fā)明的記錄頭基板能夠?yàn)閷?shí)現(xiàn)記錄性能的提高而增加同時(shí)驅(qū)動(dòng)的記錄元件的個(gè)數(shù)，并抑制布線寬度的增加，抑制以成膜工藝制作的基板尺寸的增大。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方案，提供一種記錄頭用基板，具有多個(gè)記錄元件和驅(qū)動(dòng)元件，該驅(qū)動(dòng)元件由與上述多個(gè)記錄元件對應(yīng)地設(shè)置、并對對應(yīng)的記錄元件的驅(qū)動(dòng)進(jìn)行開關(guān)控制的MOS晶體管構(gòu)成，該記錄頭用基板的特征在于，包括公共布線部，連接上述可同時(shí)驅(qū)動(dòng)的多個(gè)記錄元件，并公共地供給電力；以及第1焊盤，向上述公共布線部提供電力；其中，上述驅(qū)動(dòng)元件是使恒定電流流入上述記錄元件的元件。
此處，上述多個(gè)記錄元件是電熱轉(zhuǎn)換體，優(yōu)選的是上述電熱體的一端被連接到上述公共布線部，另一端被連接到上述MOS晶體管的漏極。
另外，優(yōu)選的是上述MOS晶體管在漏極-源極電流的飽和區(qū)域進(jìn)行動(dòng)作。
而且，優(yōu)選的是包括控制上述多個(gè)驅(qū)動(dòng)元件的邏輯電路；與上述公共布線部對應(yīng)，對上述多個(gè)塊公共化的GND布線部；以及連接上述GND布線部的第2焊盤。
而且，也可以是在該基板上還包括設(shè)定電路，設(shè)定對上述記錄元件進(jìn)行通電的MOS晶體管的柵極寬度；以及驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)由上述設(shè)定電路設(shè)定的柵極寬度的MOS晶體管。
除此以外，也可以是還包括具有代表上述記錄元件的電阻值的電阻；其中，上述設(shè)定電路是根據(jù)該電阻的電阻值設(shè)定上述柵極寬度的電路。
另外，優(yōu)選的是，上述MOS晶體管由對各記錄元件連接的、柵極寬度不同的多個(gè)小MOS晶體管構(gòu)成，根據(jù)上述代表的電阻值來確定最佳電流值，并且，具有根據(jù)存儲(chǔ)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的每一個(gè)記錄元件的MOS晶體管的個(gè)數(shù)的記錄元件和上述存儲(chǔ)元件，來確定接通的MOS晶體管的合計(jì)柵極寬度的電路，使得各小MOS晶體管的飽和電流的總和變?yōu)樯鲜鲎罴训碾娏髦怠?br> 此外，在上述記錄頭基板中，各記錄元件實(shí)質(zhì)上等效地被連接到上述公共布線部，或者，也可以是上述公共布線部無分支地作為1條布線，連接在上述記錄元件上。
另外，優(yōu)選的是該公共布線是帶狀的。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方案，提供一種內(nèi)置了上述結(jié)構(gòu)的記錄頭用基板的記錄頭。
此外，也可以是在該記錄頭中包括非易失性存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)上述記錄頭基板的記錄元件驅(qū)動(dòng)電壓、電流值、驅(qū)動(dòng)脈沖寬度、MOS晶體管柵極寬度設(shè)定信息。
而且，優(yōu)選該記錄頭是噴墨記錄頭，在該情況下，上述電熱轉(zhuǎn)換體為了利用熱能排出墨水，而產(chǎn)生提供給墨水的熱能。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方案，提供一種包括上述噴墨記錄頭和收容了提供給該噴墨記錄頭的墨水的墨盒的頭墨盒。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方案，提供一種使用上述結(jié)構(gòu)的記錄頭或頭墨盒來進(jìn)行記錄的記錄裝置。
而且，可以做到該記錄裝置根據(jù)上述記錄頭所具有的記錄頭設(shè)定信息，進(jìn)行MOS晶體管柵極寬度的設(shè)定，和對記錄元件施加電源電壓、驅(qū)動(dòng)脈沖。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方案，提供一種驅(qū)動(dòng)上述結(jié)構(gòu)的記錄頭的記錄頭驅(qū)動(dòng)方法。
該方法的特征在于，在將上述多個(gè)記錄元件分成多個(gè)塊并進(jìn)行時(shí)分割驅(qū)動(dòng)時(shí)，以恒定電流驅(qū)動(dòng)上述多個(gè)驅(qū)動(dòng)元件。
此外，可以在該方法中包括測量步驟，測量代表在上述記錄頭用基板上所具備的上述多個(gè)記錄元件的電阻值的電阻的值(監(jiān)視制造差異)；設(shè)定步驟，設(shè)定在反映由上述測量步驟測量出的電阻值、并驅(qū)動(dòng)1個(gè)上述記錄元件時(shí)的MOS晶體管的柵極寬度；以及控制步驟，進(jìn)行控制使得基于上述設(shè)定條件向記錄元件進(jìn)行電壓供給，且上述MOS晶體管在飽和區(qū)域工作。
此外，優(yōu)選的是在上述設(shè)定步驟中，為了調(diào)整輸入到上述多個(gè)記錄元件中的能量，設(shè)定用于驅(qū)動(dòng)上述記錄元件的脈沖信號的脈沖寬度。
這樣一來，不從現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)進(jìn)行大的變更，能夠?qū)崿F(xiàn)與記錄元件的電阻值的差異無關(guān)、記錄特性上優(yōu)越的記錄頭的驅(qū)動(dòng)方法。
另外，優(yōu)選的是在實(shí)現(xiàn)該記錄頭的驅(qū)動(dòng)方法的記錄頭用基板的上述設(shè)定電路中具有為電流調(diào)整而附加的電路，而且優(yōu)選的是在該設(shè)定電路中，為調(diào)整輸入到上述多個(gè)記錄元件的能量而設(shè)定用于驅(qū)動(dòng)上述記錄元件的脈沖信號的脈沖寬度。
本發(fā)明是非常有利的，因?yàn)橥ㄟ^以恒定電流驅(qū)動(dòng)記錄頭的記錄元件，對該記錄元件的施加能量變成恒定，因此能夠抑制以往發(fā)生的同時(shí)驅(qū)動(dòng)記錄元件的個(gè)數(shù)的變動(dòng)所引起的對記錄元件的施加能量的差異，能夠完成高品位的記錄。
另外，通過設(shè)置公共地將電力供給到用于時(shí)分割驅(qū)動(dòng)的多個(gè)塊的公共布線部，能夠抑制布線寬度的增加，并有助于記錄頭的小型化。
此外，由于測定表示在記錄頭的電路基板中所具備的記錄元件的電阻值的電阻的值，并根據(jù)該值設(shè)定對記錄元件通電的電流值，因此即使批量生產(chǎn)記錄頭時(shí)，即使記錄元件的電阻值產(chǎn)生差異，也能夠使最佳電流對記錄元件通電并進(jìn)行記錄。
因此，能夠?qū)崿F(xiàn)功率損耗少，記錄特性上優(yōu)越的高品位的記錄。
本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)可以通過下面參照附圖進(jìn)行的說明得到明確，對附圖中的相同或相似的部分添加相同的說明標(biāo)號。


該附圖構(gòu)成說明書的一部分，用于說明本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，以便于更好地理解本發(fā)明。
圖1是表示作為本發(fā)明的典型的實(shí)施例的噴墨記錄裝置1的概要結(jié)構(gòu)的外觀斜視圖。
圖2是表示圖1所示的記錄裝置的控制結(jié)構(gòu)的框圖。
圖3是從圖2所示的結(jié)構(gòu)只抽取關(guān)于記錄頭的驅(qū)動(dòng)的結(jié)構(gòu)元件的框圖。
圖4A和圖4B是表示由記錄頭和墨盒構(gòu)成的記錄頭墨盒1000的大致輪廓的斜視圖。
圖5是表示記錄頭3的詳細(xì)結(jié)構(gòu)的分解斜視圖。
圖6是表示記錄元件裝置1002的詳細(xì)結(jié)構(gòu)的分解斜視圖。
圖7是表示噴墨記錄頭用基板1100的構(gòu)造的平面圖。
圖8是表示一體地形成了墨盒和記錄頭的頭墨盒的結(jié)構(gòu)的外觀斜視圖。
圖9是表示被施加在發(fā)熱電阻器的兩端的電壓和墨水排出速度的關(guān)系的圖。
圖10是表示在圖7中用線所包圍的部分的等效電路的圖。
圖11是表示從圖10所示的等效電路只抽出多個(gè)發(fā)熱電阻器內(nèi)的、由塊時(shí)分割驅(qū)動(dòng)所同時(shí)驅(qū)動(dòng)的1分割部分并表示的等效電路。
圖12是表示同時(shí)驅(qū)動(dòng)的發(fā)熱電阻器的個(gè)數(shù)的變化和MOS晶體管的漏極-源極電流(IDS)的變動(dòng)的關(guān)系的圖。
圖13是表示在被安裝在按照本發(fā)明的第1實(shí)施例的記錄頭上的記錄頭用基板(元件基板)上的縮略圖。
圖14是將MOS晶體管的柵極寬度W作為參數(shù)表示漏極-源極之間電壓V和加熱器驅(qū)動(dòng)電流I之間的特性(V-I特性)的圖。
圖15是表示記錄元件和MOS晶體管周邊的圖。
圖16是表示MOS晶體管的一般特性的圖。
圖17是表示在記錄裝置中安裝了記錄頭，該記錄頭安裝了噴墨記錄頭用的基板，對施加到該記錄裝置中的記錄元件的能量給與影響的部分的結(jié)構(gòu)的框圖。
圖18是表示從基板制造到頭制造、記錄頭的記錄裝置安裝、及記錄的步驟的流程圖。
圖19是對在記錄元件的電阻值有差異時(shí)的電流值的設(shè)定進(jìn)行表示的圖。
圖20是表示抽取了1位(bit)部分的用于驅(qū)動(dòng)記錄元件701和記錄元件的塊的結(jié)構(gòu)的圖。
圖21A和圖21B是表示在本發(fā)明的第2實(shí)施例中使用的MOS晶體管(驅(qū)動(dòng)器)的電流-電壓特性的圖。
圖22是在3處構(gòu)成了主要的柵極寬度100μs、小型的20μm的驅(qū)動(dòng)器尺寸的情況下，恒定電流是怎樣變化的圖。
圖23是表示現(xiàn)有的多條布線的噴墨記錄頭用的基板的構(gòu)造的圖。
圖24是表示圖23所示的基板的一部分的等效電路的圖。
圖25是從圖24所示的等效電路只抽出多個(gè)發(fā)熱電阻器內(nèi)由塊時(shí)分割驅(qū)動(dòng)所同時(shí)驅(qū)動(dòng)的1分割部分并表示的等效電路。
圖26是表示在現(xiàn)有的記錄頭中同時(shí)驅(qū)動(dòng)的發(fā)熱電阻器個(gè)數(shù)的變化和MOS晶體管的漏極-源極電流(IDS)的變動(dòng)的關(guān)系的圖。
圖27是表示現(xiàn)有的噴墨記錄頭用的基板的結(jié)構(gòu)的典型例子的框圖。
圖28是詳細(xì)地表示在圖27所示的噴墨記錄頭用的基板中與寄生電阻的變動(dòng)有關(guān)系的部分的圖。
圖29是表示控制驅(qū)動(dòng)器部分使得恒定的電流流經(jīng)各發(fā)熱體的結(jié)構(gòu)的圖。
圖30是表示用恒定電流驅(qū)動(dòng)了記錄元件的情況的功率損失的差異的圖。
圖31是表示在噴墨記錄頭的基板中輸入了恒定電流的情況的記錄時(shí)間和基板溫度的關(guān)系的圖。
圖32是表示墨溫度和墨排出量的關(guān)系的圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在，根據(jù)附圖詳細(xì)地說明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。
此外，在本說明書中，所謂“記錄”(有時(shí)也叫做“打印”)，不僅表示形成文字、圖形等有意義的信息的情況，而且也表示不管有意義無意義，也不管是否是人能用視覺感知那樣地明顯存在，而廣泛地在記錄介質(zhì)上形成圖像、圖樣、圖案等，或進(jìn)行介質(zhì)的加工的情況。
另外，所謂“記錄介質(zhì)”不僅表示在一般的記錄裝置中使用的紙，而且也廣泛地表示布、塑料、薄膜、金屬板、玻璃、陶瓷、木材、皮革等能容納墨水的介質(zhì)。
此外，所謂“墨水”(有時(shí)也叫做“液體”)，是表示這樣的液體，即，因?yàn)榕c上述“記錄(打印)”的定義相同而應(yīng)廣泛地進(jìn)行解釋，所以，通過被付與在記錄介質(zhì)上，能夠供圖像、圖樣、圖案等的形成或記錄介質(zhì)的加工、或者墨水的處理(例如，在被付與記錄介質(zhì)的墨水中的色劑的凝固或不溶化)所使用。
此外，只要不特別說明，就將排出口至與它連通的液路以及產(chǎn)生用于墨水排出的能量的元件總括起來稱為“噴嘴”。
另外，以下使用的所謂“元件基板”，不是僅僅指由硅半導(dǎo)體構(gòu)成的襯底，而是表示設(shè)置了各元件和布線等的基體。而且，所謂“元件基板上”，不是僅僅指示元件基體的上面，也表示元件基體的表面、表面附近的元件基體內(nèi)部一側(cè)。
另外，在本發(fā)明中所說的“內(nèi)置(built-in)”，不是表示只在基體上配置單個(gè)的各元件，而是表示利用半導(dǎo)體電路的制造步驟等在元件基體上一體地形成、制造各元件。
首先，說明使用以下說明的本發(fā)明的記錄頭的記錄裝置的典型的整體結(jié)構(gòu)和控制結(jié)構(gòu)。
<噴墨記錄裝置的說明圖1>
圖1是表示作為本發(fā)明的典型的實(shí)施例的噴墨記錄裝置1的結(jié)構(gòu)的概要的外觀斜視圖。
如圖1所示那樣，噴墨記錄裝置(以下，叫做記錄裝置)從傳動(dòng)機(jī)構(gòu)4將通過滑架馬達(dá)M1產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力傳給安裝了按照噴墨方式排出墨水并進(jìn)行記錄的記錄頭3的滑架2，在箭頭A方向使滑架2往復(fù)移動(dòng)，并且，例如，經(jīng)由進(jìn)紙機(jī)構(gòu)5使記錄紙等的記錄介質(zhì)P進(jìn)紙(走紙)，并輸送到記錄位置，在該記錄位置上通過從記錄頭3將墨水排出到記錄介質(zhì)P來進(jìn)行記錄。
另外，為了良好地維持記錄頭3的狀態(tài)，使滑架2移動(dòng)到恢復(fù)裝置10的位置，并間歇地進(jìn)行記錄頭3的排出恢復(fù)處理。
在記錄裝置1的滑架2上，不僅安裝記錄頭3，還安裝貯存供給到記錄頭3的墨水的墨盒6。墨盒6相對于滑架2可自由裝卸。
圖1所示的記錄裝置1能進(jìn)行彩色記錄，為此，在滑架2上安裝分別收容了品紅色(M)、青色(C)、黃色(Y)、黑色(K)的墨水的4個(gè)墨盒。這4個(gè)墨盒能分別獨(dú)立地裝卸。
滑架2和記錄頭3，這兩個(gè)構(gòu)件的接合面適當(dāng)?shù)亟佑|，就能維持達(dá)到所需要的電連接。記錄頭3通過按照記錄信號施加能量，有選擇地從多個(gè)排出口排出墨水并進(jìn)行記錄。尤其是，該實(shí)施例的記錄頭3采取利用熱能排出墨水的噴墨方式，為了產(chǎn)生熱能而具備電熱轉(zhuǎn)換體，將所施加到該電熱轉(zhuǎn)換體的電能向熱能進(jìn)行轉(zhuǎn)換，利用將該熱能提供給墨水而產(chǎn)生的膜沸騰引起的氣泡的成長、收縮產(chǎn)生的壓力變化，使墨水從排出口排出。該電熱轉(zhuǎn)換體與各排出口分別對應(yīng)地設(shè)置，通過按照記錄信號將脈沖電壓施加到對應(yīng)的電熱轉(zhuǎn)換體，從對應(yīng)的排出口排出墨水。
如圖1所示那樣，滑架2與傳動(dòng)滑架馬達(dá)M1的驅(qū)動(dòng)力的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)4的驅(qū)動(dòng)帶7的一部分連接，沿著導(dǎo)向軸13在箭頭A方向自由滑動(dòng)地進(jìn)行引導(dǎo)支撐。因此，滑架2通過滑架馬達(dá)M1的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，沿著導(dǎo)向軸13往復(fù)移動(dòng)。另外，沿著滑架2的移動(dòng)方向(箭頭A方向)具備用于表示滑架2的絕對位置的標(biāo)度8。在該實(shí)施例中，標(biāo)度8使用以需要的間距在透明的PET薄膜上打印了黑色的條的標(biāo)度，它的一方被緊固在機(jī)架9上，另一方用板簧支撐。
另外，在記錄裝置1中，與形成記錄頭3的排出口(未圖示)的排出口表面相對地設(shè)置了壓紙滾筒(未圖示)，在安裝了記錄頭3的滑架2通過滑架馬達(dá)M1的驅(qū)動(dòng)力而往復(fù)移動(dòng)的同時(shí)，通過將記錄信號提供給記錄頭3并排出墨水，遍及在壓紙滾筒上所傳送的記錄介質(zhì)P的整個(gè)寬度進(jìn)行記錄。
此外，在圖1中，14是用于傳送記錄介質(zhì)P的、由傳送馬達(dá)M2驅(qū)動(dòng)的傳送輥，15是通過彈簧(未圖示)使記錄介質(zhì)P與傳送輥14抵接的壓帶輪，16是自由旋轉(zhuǎn)地支持壓帶輪15的壓帶輪支座，17是被緊固在輥14的一端的傳送輥齒輪。而且，通過經(jīng)由中間齒輪(未圖示)傳動(dòng)到傳送輥齒輪17的傳送馬達(dá)M2的旋轉(zhuǎn)，來驅(qū)動(dòng)傳送輥14。
另外，20是用于將通過記錄頭3形成了圖像的記錄介質(zhì)P向記錄裝置外排出的排出輥，并通過傳送馬達(dá)M2的旋轉(zhuǎn)的傳動(dòng)而被驅(qū)動(dòng)。此外，排出輥20通過由彈簧(未圖示)壓接記錄介質(zhì)P的齒輪(spur roller)(未圖示)進(jìn)行抵接。22是旋轉(zhuǎn)自由地支撐齒輪的齒輪架。
另外，在記錄裝置1，如圖1所示那樣，在用于安裝記錄頭3的滑架2的記錄動(dòng)作的往復(fù)運(yùn)動(dòng)的范圍以外(記錄區(qū)域以外)的所希望的位置(例如，與初始位置對應(yīng)的位置)，配置了用于恢復(fù)(解除)記錄頭3的排出故障的恢復(fù)裝置10。
恢復(fù)裝置10具備對記錄頭3的排出口表面進(jìn)行加蓋(capping)的加蓋機(jī)構(gòu)11和清潔記錄頭3的排出口表面的擦拭機(jī)構(gòu)12，與加蓋機(jī)構(gòu)11的排出口表面的加蓋連動(dòng)，通過恢復(fù)裝置內(nèi)的吸引裝置(吸引泵等)從排出口強(qiáng)制性地使墨水排出，從而，進(jìn)行除去記錄頭3的墨水流道內(nèi)的粘度增加的墨水和氣泡等的排出恢復(fù)處理。
另外，在非記錄動(dòng)作時(shí)等，由加蓋機(jī)構(gòu)11將記錄頭3的排出口表面進(jìn)行加蓋，能夠保護(hù)記錄頭3，并且，防止墨水的蒸發(fā)和干燥。另一方面，擦拭機(jī)構(gòu)12被配置在加蓋機(jī)構(gòu)11的附近，擦去已附著在記錄頭3的排出口表面的墨滴。
通過這些加蓋機(jī)構(gòu)11和擦拭機(jī)構(gòu)12，能正常地保持記錄頭3的墨水排出狀態(tài)。
<噴墨記錄裝置的控制結(jié)構(gòu)圖2>
圖2是表示圖1所示的記錄裝置的控制結(jié)構(gòu)的框圖。
如圖2所示那樣，控制器600由以下部分構(gòu)成MPU601；存儲(chǔ)了與后述的控制順序?qū)?yīng)的程序、所需要的表、其它固定數(shù)據(jù)的ROM602；生成用于滑架馬達(dá)M1的控制、傳送馬達(dá)M2的控制、以及記錄頭3的控制的控制信號的特殊用途集成電路(ASIC)603；將設(shè)置了圖像數(shù)據(jù)的展開區(qū)域和用于程序執(zhí)行的作業(yè)用區(qū)域等的RAM604、MPU601、ASIC603、RAM604相互連接并進(jìn)行數(shù)據(jù)的收發(fā)的系統(tǒng)總線605；以及輸入來自以下說明的傳感器群的模擬信號，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，并將數(shù)字信號供給到MPU601的A/D轉(zhuǎn)換器606等。
另外，在圖2中，610是作為圖像數(shù)據(jù)的供給源的計(jì)算機(jī)(或者，圖像讀取用的閱讀器和數(shù)字?jǐn)z像機(jī)等)，總稱為主機(jī)裝置。在主機(jī)裝置610和記錄裝置1之間，經(jīng)由接口(I/F)611發(fā)送接收圖像數(shù)據(jù)、命令、狀態(tài)信號等。
此外，620是開關(guān)組，由以下用于操作者的指令輸入的開關(guān)構(gòu)成電源開關(guān)621；用于指示打印開始的打印開關(guān)622；以及用于指示起動(dòng)用于將記錄頭3的墨水排出性能維持良好狀態(tài)的處理(恢復(fù)處理)的恢復(fù)開關(guān)623等。630是用于檢測裝置狀態(tài)的傳感器組，由用于檢測初始位置h的光電耦合器等的位置傳感器631、用于檢測環(huán)境溫度而設(shè)置在記錄裝置的適當(dāng)?shù)牟课坏臏囟葌鞲衅?32等構(gòu)成。
此外，640是驅(qū)動(dòng)用于在箭頭A方向使滑架2往復(fù)掃描的滑架馬達(dá)M1的滑架馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器，642是驅(qū)動(dòng)用于傳送記錄介質(zhì)P的傳送馬達(dá)2的傳送馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器，644是驅(qū)動(dòng)記錄頭3的頭驅(qū)動(dòng)器。
ASIC603在記錄頭3的記錄掃描時(shí)，一邊直接訪問RAM604的記憶區(qū)域，一邊向記錄頭3傳送記錄元件(排出加熱器)的驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)(DATA)。
此外，記錄頭裝置主體具備將用于驅(qū)動(dòng)記錄頭的記錄元件的電源電壓供給到記錄頭的電源電路(未圖示)。
此處，是將MPU601執(zhí)行的控制程序存儲(chǔ)在ROM602中的，但也可以構(gòu)成為再追加EEPROM等可進(jìn)行擦除/寫入的存儲(chǔ)介質(zhì)，并能從與記錄裝置1連接的主機(jī)裝置610變更控制程序。
圖3是從圖2所示的結(jié)構(gòu)中只抽取出與記錄頭的驅(qū)動(dòng)有關(guān)的結(jié)構(gòu)元件后的框圖。
依據(jù)圖3，通過來自MPU601和頭驅(qū)動(dòng)器644的控制，以及來自電源部650的電力供給來驅(qū)動(dòng)記錄頭3。在記錄頭3中具備為排出墨液滴而將熱能付與墨水的發(fā)熱電阻器(加熱器)1103；用于驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)器(無圖示)并對加熱器通電的驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)電壓生成·控制部1201；以及用于經(jīng)由頭驅(qū)動(dòng)器644接收圖像輸出和驅(qū)動(dòng)控制信號并驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)器的圖像數(shù)據(jù)、驅(qū)動(dòng)信號控制邏輯電路(邏輯電路)1202。
但是，關(guān)注記錄裝置主體一側(cè)可知，能夠原樣使用一般的結(jié)構(gòu)。
圖4A～圖4B是表示由記錄頭和墨盒(ink tank)構(gòu)成的記錄頭墨盒1000的概觀的斜視圖。
從圖4A～圖4B可知，記錄頭墨盒1000由4個(gè)墨盒6和記錄頭3構(gòu)成，并可相互分離。圖4A表示已安裝4個(gè)墨盒6和記錄頭3的狀態(tài)，圖4B表示4個(gè)墨盒6從記錄頭3分離的狀態(tài)。
另外，墨盒6由分別容納黃色(Y)墨水、青色(C)墨水、品紅色(M)墨水、黑色(K)墨水的4個(gè)墨盒6Y、6C、6M、6K構(gòu)成。若這些墨盒中的墨水用完，能分別單獨(dú)地從記錄頭分離并替換。
記錄頭墨盒1000通過設(shè)置在記錄裝置主體中的滑架2的定位裝置和電接點(diǎn)而被固定支撐，并且，相對于滑架2是可裝卸的。
另外，記錄頭3是使用生成用于按照電信號使墨水產(chǎn)生膜沸騰的熱能的發(fā)熱電阻器(heater)進(jìn)行記錄的氣泡噴射方式的記錄頭，是在與發(fā)熱電阻器的表面相對的一側(cè)排出墨水的、所謂側(cè)噴射器類型(side-shooter type)的記錄頭。
圖5是表示記錄頭3的詳細(xì)結(jié)構(gòu)的分解斜視圖。
如圖5所示，記錄頭由以下部分構(gòu)成安裝了多個(gè)發(fā)熱電阻器(加熱器)的記錄元件單元1002；墨水供給單元1003；以及容納4個(gè)墨盒的盒支座2000。此外，為了不使墨水泄漏，使記錄元件單元1002的墨水連通口(未圖示)和墨水供給單元1003的墨水連通口2301連通，經(jīng)由接合密封構(gòu)件2300以螺釘2400固定，使得壓住各自的構(gòu)件。
圖6是表示記錄元件單元1002的詳細(xì)的結(jié)構(gòu)的分解斜視圖。
如圖6所示那樣，記錄元件單元1002由以下部分構(gòu)成兩個(gè)噴墨記錄頭用的基板(以下，叫做基板)1100；作為第1支持構(gòu)件的板1200；電布線帶(撓性布線基板)1300；電接觸基板2200；以及作為第2支持構(gòu)件的板1400。
另外，基板1100如圖6所示那樣，與板1200的墨水連通口1201的某部分粘接并進(jìn)行固定。而且，具有開口部分的板1400與板1200粘接并被固定，電布線帶1300與板1400粘接并被固定，相對于基板1100保持預(yù)定的位置關(guān)系。
電布線帶1300是施加用于將墨水排出到基板1100的電信號的部件，具有與基板1100對應(yīng)的電布線，并與具有接收來自噴墨記錄裝置主體的電信號的外部信號輸入端子1301的電接觸基板2200進(jìn)行連接。電接觸基板2200通過端子定位孔1309(2個(gè)位置)定位，被固定在墨水供給單元1103上。
圖7是表示噴墨記錄頭用基板(以下，叫做基板)1100的構(gòu)造的平面圖。
如圖7所示那樣，基板1100在厚度為0.5～1mm的Si基板的一面設(shè)置了用于排出墨水的多個(gè)發(fā)熱電阻器1103，而且，通過光刻法(photolithography)技術(shù)形成與它對應(yīng)的多個(gè)墨水流道(未圖示)和多個(gè)墨水排出口(未圖示)。
此外，與在板1200上形成的墨水連通口1201對應(yīng)，形成用于將墨水供給到多個(gè)墨水流道的墨水供給口1102，使得在相反一側(cè)的面(背面)開口。發(fā)熱電阻器1103夾持著墨水供給口1102并在兩側(cè)各1列地配置成鋸齒形。在其外側(cè)，配置了進(jìn)行該發(fā)熱電阻器1103的ON/OFF的發(fā)熱體驅(qū)動(dòng)元件(以下，叫做驅(qū)動(dòng)元件)1107。由于與發(fā)熱電阻器1103相對設(shè)置了墨水排出口，因此從墨水供給口1102供給的墨水通過發(fā)熱電阻器1103的發(fā)熱產(chǎn)生的氣泡而從排出口排出。
為了對基板1100施加用于排出墨水的電信號，通過熱超聲波壓接法等將被固定在板1200上的基板1100的電極焊盤1104上的凸起部分(隆起未圖示)和電布線帶1300的電極引線(未圖示)進(jìn)行電連接。此外，在圖7所示的基板1100中示出了多個(gè)電極焊盤，但將這些總稱時(shí)，作為參照標(biāo)號使用1104，在個(gè)別地言及每個(gè)電極焊盤時(shí)在參照標(biāo)號1104后面附加小寫字母。
發(fā)熱電阻器1103分別使其一端對于公共布線1105(用于提供將能量供給到發(fā)熱電阻器的電源電壓的布線)等效(從發(fā)熱電阻器到公共布線部的電阻值實(shí)質(zhì)上相等)地連接，另一端連接到驅(qū)動(dòng)元件1107。驅(qū)動(dòng)元件1107的另一端被連接到公共布線1106(用于提供將能量供給到發(fā)熱電阻器的電壓的GND布線)。由圖7可知，在本發(fā)明中，將與可同時(shí)驅(qū)動(dòng)的發(fā)熱電阻器的個(gè)數(shù)無關(guān)的布線公共化，另外，公共布線1105和公共布線1106被分割成4個(gè)塊，它們是從中央將墨水供給口1102的每一側(cè)的列分開的4個(gè)塊。公共布線1101分別與電極焊盤1104a、1104b連接，從電極焊盤1104a、b施加用于將墨水排出到各自的發(fā)熱電阻器1103(電源一側(cè))和驅(qū)動(dòng)元件1107(GND一側(cè))的電信號。
此外，如上所述，墨盒6和記錄頭3可以構(gòu)成為能分離的結(jié)構(gòu)，但它們也可以一體地形成并構(gòu)成可替換的頭墨盒IJC。
圖8是表示一體地形成墨盒和記錄頭的頭墨盒IJC的結(jié)構(gòu)的外觀斜視圖。在圖8中，點(diǎn)線K是墨盒IT和記錄頭IJH的邊界線。在頭墨盒IJC中，當(dāng)它被安裝在滑架2上時(shí)，設(shè)置用于接收滑架2所供給的電信號的電極(未圖示)，通過該電信號，如上述那樣驅(qū)動(dòng)記錄頭IJH并排出墨水。
此外，在圖8中，500是墨水排出口列。另外，在墨盒IT中為了保持墨水，設(shè)置纖維質(zhì)狀或多孔質(zhì)狀的墨水吸收體。
以下，說明被安裝在上述結(jié)構(gòu)的記錄裝置的、本發(fā)明的記錄頭的實(shí)施例。
圖9是表示被施加在發(fā)熱電阻器的兩端的電壓和墨水排出速度的關(guān)系的圖。
該圖對于加在發(fā)熱電阻器1103的兩端的電壓V(能量E)，用排出速度的觀點(diǎn)表示墨水的排出狀態(tài)。這樣，由于墨水的排出狀態(tài)通過電壓(能量)變化，因此在現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)中，按在基板內(nèi)以同時(shí)驅(qū)動(dòng)電極布線發(fā)熱電阻器的數(shù)量設(shè)定單獨(dú)布線，直到填滿電極焊盤為止，使得根據(jù)發(fā)熱電阻器的同時(shí)驅(qū)動(dòng)個(gè)數(shù)，而在發(fā)熱電阻器的兩端產(chǎn)生的電位差收斂在穩(wěn)定排出范圍內(nèi)。
實(shí)際上，能進(jìn)行穩(wěn)定的墨水的排出的范圍是圖9所示的穩(wěn)定區(qū)域的范圍，一般是發(fā)熱電阻器的兩端電位差在±5％的范圍。但是，若考慮發(fā)熱電阻器1103的電阻值的差異和公共布線1101的電阻值的差異，以及發(fā)熱電阻器1103的耐久性等，那么在此之前需要將電極焊盤之間的電位差抑制在5％左右的范圍。
在該實(shí)施例中，即使隨著今后的高速記錄、多噴嘴化而增多發(fā)熱電阻器的同時(shí)驅(qū)動(dòng)個(gè)數(shù)，也能夠使基板的單獨(dú)布線的增大引起的布線區(qū)域增大的新片尺寸的增加(最終是成本的增大)，或者伴隨著同時(shí)驅(qū)動(dòng)個(gè)數(shù)的變化的公共布線部上的電勢差的發(fā)熱電阻器的施加能量的變化，小于或等于現(xiàn)有技術(shù)。另外，通過相對于現(xiàn)有將驅(qū)動(dòng)元件的尺寸小型化，并通過使MOS型晶體管的動(dòng)作從該非飽和區(qū)域向飽和區(qū)域移動(dòng)并使之進(jìn)行工作，即使能同時(shí)驅(qū)動(dòng)的多個(gè)發(fā)熱元件對于公共布線等效地被連接，被施加到發(fā)熱電阻器上的能量不因同時(shí)驅(qū)動(dòng)個(gè)數(shù)的差而脫離墨水的排出穩(wěn)定范圍。
這樣，在本發(fā)明中，能夠穩(wěn)定地驅(qū)動(dòng)可同時(shí)驅(qū)動(dòng)的多個(gè)記錄元件，而不需按塊地將布線進(jìn)行分割布線(即，不象圖23所示那樣使布線分支)。另外，在本發(fā)明中，能夠用直線狀的1根布線連接可同時(shí)驅(qū)動(dòng)的多個(gè)記錄元件。
即，(1)設(shè)定為使驅(qū)動(dòng)元件小型化并在飽和區(qū)域進(jìn)行動(dòng)作，使得流經(jīng)發(fā)熱電阻器的電流恒定而不依賴于同時(shí)驅(qū)動(dòng)的個(gè)數(shù)，(2)通過(1)使根據(jù)同時(shí)驅(qū)動(dòng)的個(gè)數(shù)而在發(fā)熱電阻器中消耗的每單位時(shí)間的能量變動(dòng)成為恒定，從而使對至少2個(gè)以上的被同時(shí)驅(qū)動(dòng)的塊的布線為公共布線，(3)將電力供給到發(fā)熱電阻器的電源電壓和驅(qū)動(dòng)元件用的電源電壓施加相同的電壓。
圖10是表示在圖7中用線包圍的部分的等效電路的圖。
比較圖10和圖24就知道，對于以往以被同時(shí)驅(qū)動(dòng)的發(fā)熱電阻器為單位個(gè)別地存在電阻的布線電阻1112-(x)(此處，x＝1、n)和1113-(x)(此處，x＝1、n)，依據(jù)圖10，根據(jù)至少能同時(shí)驅(qū)動(dòng)的多個(gè)發(fā)熱電阻器被連接到公共的布線，可以考慮將這些發(fā)熱電阻器作為一個(gè)電阻來考慮(實(shí)際上關(guān)于公共布線部的電阻1112、1113，被連接到離電極焊盤遠(yuǎn)的部分的發(fā)熱電阻器的電阻變大，此處已簡易地記載)。
此處，說明同時(shí)驅(qū)動(dòng)個(gè)數(shù)發(fā)生了變化時(shí)的驅(qū)動(dòng)元件的工作點(diǎn)。
圖11是從圖10所示的等效電路中只抽取出在多個(gè)發(fā)熱電阻器內(nèi)通過塊時(shí)分割驅(qū)動(dòng)而被同時(shí)驅(qū)動(dòng)的1個(gè)分割部分來表示的等效電路。
在圖11中，RH是被同時(shí)驅(qū)動(dòng)的發(fā)熱電阻器中的一個(gè)的電阻值。另外，圖25所示的以往已存在的單獨(dú)布線電阻成分的RL1、RL2隨著公共布線化，將在以往已存在的單獨(dú)布線進(jìn)行公共化以前的電布線帶1300或電接點(diǎn)基板2200上產(chǎn)生的公共布線的電阻值部分，和基板1100內(nèi)的公共布線電阻部分1112、1113作為一體，在圖11中作為公共布線電阻部RC3(電源一側(cè))、RC4(GND一側(cè))進(jìn)行圖示。
此外，在圖11中，電源被供給到發(fā)熱電阻器1103，將在驅(qū)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的發(fā)熱電阻器+驅(qū)動(dòng)元件之間的電壓設(shè)為VH。另外，將發(fā)熱電阻器在被驅(qū)動(dòng)時(shí)流過的電流設(shè)為IDS，將在驅(qū)動(dòng)元件1107的漏極-源極之間產(chǎn)生的電壓設(shè)為VDS。然后，將作為驅(qū)動(dòng)元件的MOS晶體管107的漏極、柵極、源極分別記作D、G、S。
通過采用圖11那樣的電路結(jié)構(gòu)，通過使以往單獨(dú)的布線變?yōu)楣灿?，即使在離電極焊盤最遠(yuǎn)的部分也能夠?qū)⒆兊幂^大的電阻損耗抑制到1/3～1/4的電阻值，并能大幅度減小布線部的電阻損耗。但是，對于作為以往的公共布線的電阻值的RC1、RC2，由于RC3、RC4已變成相當(dāng)大的電阻值，因此同時(shí)驅(qū)動(dòng)個(gè)數(shù)的VH的變動(dòng)相對于以往變得非常大，不改變MOS型晶體管的動(dòng)作區(qū)域只將單獨(dú)布線變成了公共布線，則同時(shí)驅(qū)動(dòng)個(gè)數(shù)的差所引起的、向發(fā)熱電阻器施加的能量的差異變大，不能進(jìn)行穩(wěn)定的記錄。
圖12是表示該實(shí)施例的同時(shí)驅(qū)動(dòng)的發(fā)熱電阻器個(gè)數(shù)的變化和MOS晶體管的漏極-源極電流(IDS)的變動(dòng)的關(guān)系的圖。
如上所述，以往確定驅(qū)動(dòng)元件的尺寸，使得發(fā)熱電阻器的驅(qū)動(dòng)元件在非飽和區(qū)域進(jìn)行動(dòng)作，但在該實(shí)施例中積極地將發(fā)熱電阻器分別串聯(lián)連接的驅(qū)動(dòng)元件的尺寸進(jìn)行小型化，使驅(qū)動(dòng)元件的動(dòng)作從非飽和區(qū)域向飽和區(qū)域移動(dòng)并設(shè)計(jì)工作點(diǎn)。
此處，參照圖13～圖16說明使每個(gè)驅(qū)動(dòng)元件在飽和區(qū)域工作的情況的結(jié)構(gòu)和在達(dá)到該飽和區(qū)域化的情況下能同時(shí)達(dá)到的驅(qū)動(dòng)元件尺寸的小型化。
圖13是表示在被安裝在按照該實(shí)施例的記錄頭上的記錄頭用的基板(元件基板)上的縮略圖。
此處，以往的尺寸的元件基板也一并記載。
在圖13中，只摘錄表示有關(guān)由用于供給墨水的墨水供給孔和電阻器構(gòu)成的記錄元件，用于從外部向元件基板內(nèi)部供給信號和電力的焊盤以及被串聯(lián)連接到記錄元件、單獨(dú)地驅(qū)動(dòng)控制各記錄元件的MOS晶體管的部分。
此外，多個(gè)電阻器被連接到公共的電源線。此外，在該元件基板上內(nèi)置了發(fā)熱電阻器、電源線、MOS晶體管和根據(jù)記錄數(shù)據(jù)將信號提供給MOS晶體管的邏輯電路。
在該實(shí)施例中，作為記錄元件的尺寸使用了形成寬24μm×長28μm的發(fā)熱體。該發(fā)熱體具有約400Ω的電阻器。與此相對，將從記錄裝置主體供給到記錄頭的記錄元件的電源電壓設(shè)為24V。除這些以外，還存在布線電阻等，但在MOS晶體管的ON電阻低的情況下就會(huì)有大約55～60mA的電流流過記錄元件。
由圖13可知，在該實(shí)施例中，將MOS晶體管部分的長度做成大約1/4，因此成為比以往更小型的元件基板。
接著，使用圖14說明相對于以往能夠取大約1/4的尺寸的理由。
驅(qū)動(dòng)記錄元件的MOS晶體管的尺寸用柵極寬度W確定，但在圖14中將在該實(shí)施例中使用的MOS晶體管的柵極寬度W作為參數(shù)來表示漏極-源極之間的電壓V和加熱器驅(qū)動(dòng)電流I之間的特性(V-I特性)。
以往用柵極寬度W＝560μm尺寸形成了記錄頭用的元件基板。此處，由圖14可知，在W＝560μm的情況下，通過在電流為55～60mA的區(qū)域中使MOS晶體管在非飽和區(qū)域工作，用ON電阻沒有大的變化的部位作為進(jìn)行動(dòng)作的開關(guān)來使用。在這樣的非飽和區(qū)域工作的情況下，若電源電壓發(fā)生變化，那么ON電阻低并且恒定，因此就有電流容易變化、即被施加到記錄元件的能量容易變化，不能得到穩(wěn)定的記錄、具有較長壽命的問題。
在美國專利第6523922號公報(bào)所記載的結(jié)構(gòu)中，例如，由于是控制MOS晶體管的結(jié)構(gòu)，使得即使電源電壓發(fā)生差異，也使記錄元件兩端的電壓變?yōu)楹愣ǎ?，比較恒定的能量被供給到記錄元件。
但是，在記錄元件的電阻材料是具有負(fù)的溫度系數(shù)的電阻材料的情況下，若記錄元件兩端的電壓恒定，則隨著溫度上升電流增加，結(jié)果有可能增大能量。
在使用這樣的具有負(fù)的溫度系數(shù)的記錄元件的情況下，通過做到使流過記錄元件的電流值變?yōu)楹愣ǎ材軌驕p小對于記錄元件的能量負(fù)荷，使其得到較長壽命。
此處，由圖14可知，使用大約55～60mA進(jìn)入飽和區(qū)域的MOS晶體管的柵極寬度W是大約140μm。
圖15是表示記錄元件和MOS晶體管周邊的圖。
若使柵極寬度變短，相應(yīng)地能使芯片尺寸小型化。因此，若根據(jù)本發(fā)明，那么通過從現(xiàn)有的560μm到大約1/4的140μm構(gòu)成柵極寬度，能夠在飽和區(qū)域使用于控制記錄元件的驅(qū)動(dòng)的MOS晶體管工作，能夠使流經(jīng)記錄元件的電流變?yōu)楹愣?，并且，也能夠同時(shí)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)器尺寸的小型化。
此外在圖15中，701是記錄元件，702是用于使恒定電流對記錄元件(加熱器)701通電的、與以往相比大幅度地小型化的驅(qū)動(dòng)器。
圖16是表示MOS晶體管的一般特性的圖。
依據(jù)圖16，通過使柵極寬度充分變小，能夠在飽和區(qū)域使MOS晶體管工作，所以，由該特性可知，能夠與柵極電壓無關(guān)地維持恒定的電流。此處，ID是漏極電流，W是MOS-FET的溝道長度，L是MOS-FET的溝道寬度，μn是溝道中的載流子遷移率，COX是柵極氧化膜電容，VG是柵極電壓，VTH是閾值電壓，VD是漏極電壓。
通過這樣做，如圖12所示那樣，在被同時(shí)驅(qū)動(dòng)的發(fā)熱電阻器的個(gè)數(shù)變動(dòng)了的情況下，當(dāng)在圖12中用■表示的同時(shí)驅(qū)動(dòng)個(gè)數(shù)少的情況下和在圖12中用□表示的同時(shí)驅(qū)動(dòng)個(gè)數(shù)多的情況下，驅(qū)動(dòng)元件的漏極-源極之間電壓VDS的變動(dòng)變大，但由于該變動(dòng)區(qū)域是驅(qū)動(dòng)元件的飽和區(qū)域，因此與VDS的變動(dòng)無關(guān)，即，與同時(shí)驅(qū)動(dòng)個(gè)數(shù)無關(guān)，恒定的電流被施加到發(fā)熱電阻器。
在該情況下，由于IDS變?yōu)楹愣?，因此IDS2×R(發(fā)熱電阻器的電阻值)也變?yōu)楹愣ǎ愣ǖ哪芰勘皇┘拥桨l(fā)熱電阻器。
因此，依據(jù)以上已說明的實(shí)施例，由于將驅(qū)動(dòng)元件的尺寸變小，在飽和區(qū)域使驅(qū)動(dòng)元件工作，因此即使同時(shí)驅(qū)動(dòng)個(gè)數(shù)增加也能夠?qū)⒑愣ǖ哪芰客度氲桨l(fā)熱電阻器。另外，由于以往通過將作為單獨(dú)布線的布線變?yōu)楣膊季€，能抑制布線區(qū)域的增大，因此也不使芯片尺寸本身大型化，結(jié)果，能夠抑制生產(chǎn)成本的增加。
從而，依據(jù)以上已說明的實(shí)施例，能夠使墨水穩(wěn)定地排出，并能夠提供高圖像質(zhì)量、長壽命的記錄頭。
圖17是表示本發(fā)明的第2實(shí)施例的噴墨記錄頭用基板(以下，叫做基板)1100和安裝了該基板的記錄頭3，以及在安裝了該記錄頭的記錄裝置中對施加在記錄元件上的能量產(chǎn)生影響的部分的結(jié)構(gòu)的框圖。
此外，在裝置本身設(shè)置對記錄頭和記錄元件基板供給電力的電源，從該電源對基板供給預(yù)定的電壓、電流。
因此，此處，對使用圖27～圖32已說明的以往的基板沒有變化的部分省略，只記述在適用本發(fā)明的實(shí)施例中具有特征的部分。
在圖17中，2101是記錄元件(發(fā)熱電阻器)，2102是用于使恒定電流流經(jīng)各記錄元件的記錄元件的開關(guān)元件(驅(qū)動(dòng)器)，該開關(guān)元件具有使之可選擇地進(jìn)行工作的、多個(gè)被分割后的柵極寬度的柵極。2103a、2103b是在基板1100內(nèi)的公共布線中產(chǎn)生的寄生電阻，2104a、2104b是在記錄頭3內(nèi)的公共布線中產(chǎn)生的寄生電阻，2105a、2105b是在記錄裝置的公共布線中產(chǎn)生的寄生電阻，2107是為了反映基板1100的記錄元件2101的代表電阻值，而在與形成記錄元件相同的時(shí)形成的監(jiān)視器用電阻。
另外，2108是控制器，根據(jù)從記錄裝置的頭驅(qū)動(dòng)器633輸出的、經(jīng)由移位寄存器、鎖存器等的用于記錄的圖像數(shù)據(jù)，或用于向上述記錄元件提供用于墨水排出的能量的驅(qū)動(dòng)脈沖信號，對驅(qū)動(dòng)器2102進(jìn)行ON/OFF控制，并且，與根據(jù)監(jiān)視器用的電阻2107的電阻值和因同時(shí)驅(qū)動(dòng)記錄元件個(gè)數(shù)的變動(dòng)而在上述的寄生電阻中產(chǎn)生的電壓降無關(guān)地、進(jìn)行使恒定電流對記錄元件通電的控制的合計(jì)柵極寬度選擇等的處理。2110是負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)記錄元件的驅(qū)動(dòng)脈沖的脈沖寬度控制的驅(qū)動(dòng)控制邏輯部。
此外，2112是存儲(chǔ)作為在各記錄元件中反映監(jiān)視器用的電阻2107的電阻值并進(jìn)行確定的恒定的電流值那樣的設(shè)定信息的、例如作為EEPROM、FeRAM、MRAM等的非易失性存儲(chǔ)器的頭存儲(chǔ)器。在該實(shí)施例中，根據(jù)被存儲(chǔ)在頭存儲(chǔ)器2112中的信息，能夠使在記錄元件2101的兩端產(chǎn)生的電壓最佳化，與記錄元件制造時(shí)的差異等無關(guān)，將驅(qū)動(dòng)器2102中的能量損耗取為最小限度。
2111是根據(jù)由頭存儲(chǔ)器2112讀出的信息，設(shè)定恒定電流的設(shè)定電路。
圖18是表示該實(shí)施例的、從基板制造到頭制造、記錄頭的記錄裝置安裝、以及記錄的步驟的流程圖。
首先，在步驟S110中，使用半導(dǎo)體制造工藝制造基板1100?；镜闹圃旃に囀前船F(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行的。但是，在該實(shí)施例中，在所制造的基板1100中，內(nèi)置(built-in)了記錄元件2101、驅(qū)動(dòng)器2102、監(jiān)視器用電阻2107、控制部2108、以及在各記錄元件中設(shè)定按照其電阻值所確定的恒定電流值的設(shè)定電路2111等。
在基板的制造后，在步驟S120中，組合其它的部件等制造記錄頭3。在記錄頭3中，安裝有將用于設(shè)定恒定的電流值，并用于確定驅(qū)動(dòng)記錄元件的時(shí)間的信息進(jìn)行保存的頭存儲(chǔ)器2112。在記錄頭3完成后，在步驟S130中，為了確定恒定電流值，讀取監(jiān)視器用電阻2107的電阻值，而且，在步驟S140中，根據(jù)該電阻值確定對具有制造差異的記錄元件通電的最佳電流值。
此處，說明記錄元件的電阻值已存在差異時(shí)的電流值的設(shè)定。
圖19是表示在該實(shí)施例的記錄元件的電阻值已存在差異時(shí)的電流值的設(shè)定的圖。
此處，設(shè)定了與在現(xiàn)有例子中已說明的條件相同的條件，即記錄元件的電阻值是100Ω左右，由于制造差異，在該電阻值中有±20％的差異的情況。另外，作為恒定電流值已進(jìn)行了設(shè)定，以便在記錄元件的兩端產(chǎn)生從電源電壓減去了驅(qū)動(dòng)器恒流控制用電壓的變動(dòng)最大值(此處為4.5V)的電壓(此處為15V)。
例如，在記錄元件的電阻值變?yōu)?0Ω的情況下，記錄元件兩端的電壓為15V時(shí)，電流是188mA。因此，為了將該信息提供給基板100以設(shè)定電流值為188mA，向頭存儲(chǔ)器2112進(jìn)行寫入。在其它的電阻值的基板的情況下，同樣地可以向頭存儲(chǔ)器2112進(jìn)行寫入，使得按照圖19所示的表設(shè)置適當(dāng)?shù)碾娏鳌?br> 如以上那樣，執(zhí)行步驟S150的步驟。
接著，使用圖20說明步驟S160的步驟，即，根據(jù)被設(shè)置在頭存儲(chǔ)器2112中的信息使恒定電流通電的例子。
圖20是表示以1位部分摘錄了記錄元件2101和用于驅(qū)動(dòng)記錄元件的塊的結(jié)構(gòu)的圖。
在圖20中，701是記錄元件，702是用于在記錄元件(加熱器)701中使恒定電流通電的、與現(xiàn)有技術(shù)比被大幅度地小型化的驅(qū)動(dòng)器，703是比驅(qū)動(dòng)器702更小型的附加驅(qū)動(dòng)器，704是用合并了這些驅(qū)動(dòng)器的恒定電流工作的驅(qū)動(dòng)器部。在該實(shí)施例中，采用以下結(jié)構(gòu)在驅(qū)動(dòng)記錄元件701時(shí)，能夠?yàn)槭欠耱?qū)動(dòng)附加驅(qū)動(dòng)器703而微調(diào)整恒定電流。此處，驅(qū)動(dòng)器702、703由MOS晶體管構(gòu)成，因?yàn)楸恍⌒突员阍陲柡蛥^(qū)域工作，所以每個(gè)記錄元件都能維持恒定電流。
在圖20所示的結(jié)構(gòu)中，每1個(gè)記錄元件設(shè)置有4個(gè)附加驅(qū)動(dòng)器。如果設(shè)該附加驅(qū)動(dòng)器各自的電流增加量為Δx、Δy，那么，通過由小型驅(qū)動(dòng)器選擇部705有選擇地驅(qū)動(dòng)它們其中的一個(gè)或者兩個(gè)，能夠多階段地微調(diào)整電流值。另外，恒定電流的能量損耗也與記錄元件的電阻值無關(guān)，能夠恒定并且變小。
當(dāng)然，由圖17所示的寄生電阻2103a、2103b，2104a、2104b，2105a、2105b等在記錄元件中公共地產(chǎn)生的電壓降，由于記錄元件的同時(shí)驅(qū)動(dòng)個(gè)數(shù)的變化而產(chǎn)生差，即使如此，依據(jù)該實(shí)施形式的構(gòu)成，使在各記錄元件中流過的電流成為恒定，因此，不會(huì)出現(xiàn)能量的差異?？梢灾活A(yù)先考慮在這些公共布線中能產(chǎn)生的電壓降的差，并設(shè)定驅(qū)動(dòng)器602的電壓控制范圍。
在使用以上的結(jié)構(gòu)的情況下，如圖19所示，即使記錄元件的電阻值在80～120Ω的范圍發(fā)生差異，通過根據(jù)并各記錄元件的電阻值，來確定并設(shè)置恒定電流，從而消除在現(xiàn)有技術(shù)例子中成為問題的、在低電阻一側(cè)發(fā)生的大的功率損耗(58％)，并能夠在電阻差異的全部范圍中使功率損耗(能量損失)變?yōu)楹愣ā?br> 此處，在圖21A～圖21B中表示在該實(shí)施例中使用的MOS晶體管(驅(qū)動(dòng)器)的電流-電壓特性。其性能可由柵極長度、柵極寬度等各種指標(biāo)進(jìn)行表達(dá)，但是，在該實(shí)施例中，通過小型的驅(qū)動(dòng)器個(gè)數(shù)使恒定電流值可變，因此將柵極寬度的W作為參數(shù)進(jìn)行記載。
在圖21A～圖21B中表示從作為現(xiàn)有ON電阻使用的柵極寬度560μm到70μm已小型化的情況的例子。
如圖19所示，因?yàn)?50mA是電流值的中心，所以如圖21A～圖21B所示，若以柵極寬度約140μm為中心，那么能夠利用飽和電流使流過記錄元件的電流保持恒定。
圖22是表示在3個(gè)部位構(gòu)成了主柵極寬度100μm、小型的20μm的驅(qū)動(dòng)器尺寸的情況下，恒定的電流值如何變化的圖。
由該圖可知，即使可用約20mA的等級進(jìn)行變化，也能夠利用飽和電流將流過記錄元件的電流保持為恒定。此外，在圖2中，以柵極寬度(W)140μm為中心記載了3個(gè)部位的變化，但是，不言而喻，若更增加該個(gè)數(shù)，那么能夠精密地詳細(xì)地設(shè)置恒定電流值。
這樣，使用已設(shè)定電流值的記錄頭，為了將大致恒定的能量提供給墨水確定用于在各記錄元件中通電的信號脈沖的寬度，以便能夠進(jìn)行穩(wěn)定的墨水排出。實(shí)際上，只要使脈沖寬度從某個(gè)值逐漸地增加，并設(shè)定穩(wěn)定的脈沖寬度即可。
按以上那樣做，來執(zhí)行步驟S160的步驟。
此外，在圖19中，記載了將供給大致相同的能量的脈沖寬度作為實(shí)施例。
即，依據(jù)圖19，則在使投入到一個(gè)記錄頭的能量為2.25μJ的情況下，按照記錄元件的電阻變成已適合0.8μS～1.2μS的脈沖寬度。此處，由圖19所示的能量損耗的值可知，在現(xiàn)有技術(shù)例中，該能量損耗由于記錄元件的電阻值的差異有了10倍差距，與此相對，在該實(shí)施例中，即使有記錄元件的電阻值的差異，能量損耗也是恒定的，而且，其損耗值也止于最低限度(約6.7％)。
這樣確定的脈沖寬度在步驟S170中，作為脈沖信息被存儲(chǔ)在記錄頭3的頭存儲(chǔ)器2112中。
按以上那樣，被制造、設(shè)定的記錄頭3在步驟S180中被安裝在記錄裝置中，之后，在步驟S190中，記錄裝置通過根據(jù)被存儲(chǔ)在頭存儲(chǔ)器2112中的脈沖寬度信息和進(jìn)行記錄的圖像信息從頭驅(qū)動(dòng)器644將記錄信號供給到記錄頭，然后供給到基板1100，來進(jìn)行記錄。
因此，根據(jù)以上已說明的實(shí)施例，根據(jù)記錄頭所具備的監(jiān)視器用電阻值，來確定用于對每個(gè)記錄頭驅(qū)動(dòng)記錄元件的最佳電流值，因此能夠根據(jù)記錄元件的電阻值的差異將能量損耗的差異抑制為一定，并且，將其損耗量抑制到最小限度。
因此，能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的高品位的記錄、和記錄頭的長壽命化。
此外，在以上的實(shí)施例中，假定從記錄頭排出的液滴是墨水并進(jìn)行說明，而且假定被收容在墨盒中的液滴是墨水并進(jìn)行了說明，但其收容物不限定于墨水。例如，為了提高記錄圖像的定影性和耐水性，或者提高其圖像質(zhì)量，對于記錄介質(zhì)所排出的處理液那樣的液滴也可以收容在墨盒中。
此外，以上的實(shí)施例，尤其在噴墨記錄方式中，也具備了作為用于使墨水排出進(jìn)行而利用的能量產(chǎn)生熱能的裝置(例如，電熱轉(zhuǎn)換體)，能夠通過使用利用上述熱能使墨水狀態(tài)變化發(fā)生的方式達(dá)成記錄的高密度化、高精細(xì)化。
關(guān)于它的典型的結(jié)構(gòu)和原理，例如，希望使用美國專利第4723129號說明書、和第4740796號說明書中所公開的基本的原理并進(jìn)行。該方式也能適用于所謂請求型、連續(xù)型的任意一個(gè)。特別地，在請求型的情況下，通過在與保持有液體(墨水)的液道對應(yīng)配置的電熱轉(zhuǎn)換體上，施加與記錄信息對應(yīng)并給予與超過核沸騰(氣泡狀汽化)的急速的溫度上升的至少一個(gè)的驅(qū)動(dòng)信號，從而使在電熱變換器中產(chǎn)生熱能，在記錄頭的熱作用面上產(chǎn)生膜沸騰，結(jié)果，能形成與該驅(qū)動(dòng)信號1對1對應(yīng)的液體(墨水)內(nèi)的氣泡，所以是有效的。通過該氣泡的成長、收縮，經(jīng)由排出用的開口使液體(墨水)排出，至少形成1個(gè)液滴。若將該驅(qū)動(dòng)信號變成脈沖形狀，則由于即時(shí)適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行氣泡的成長、收縮，因此更希望能達(dá)成在應(yīng)答性方面特別優(yōu)越的液體(墨水)的排出。
作為該脈沖形狀的驅(qū)動(dòng)信號，適合在美國專利第4463359號說明書、和第4345262號說明書中所記載的驅(qū)動(dòng)信號。此外，若采用關(guān)于上述熱作用面的溫度上升率的發(fā)明的美國專利第4313124號說明書所記載的條件，就更能進(jìn)行優(yōu)越的記錄。
作為記錄頭的結(jié)構(gòu)，除了在上述的各說明書中所公開的排出口、液道、電熱轉(zhuǎn)換體的組合結(jié)構(gòu)(直線狀液體流路或直角液體流路)外，使用了公開在熱作用面彎曲的區(qū)域中進(jìn)行配置的結(jié)構(gòu)的美國專利第4558333號說明書、美國專利第4459600號說明書的結(jié)構(gòu)也包含在本發(fā)明中。
另外，以上的實(shí)施例是對記錄頭掃描并進(jìn)行記錄的串行類型的記錄裝置，但是，也可以是使用了具有與記錄介質(zhì)的寬度對應(yīng)的長度的記錄頭的全行類型的記錄裝置。作為實(shí)線類型的記錄頭，也可以是通過在上述的說明書中所公開的那樣的多個(gè)記錄頭的組合來滿足其長度的結(jié)構(gòu)，或者是作為一體地形成的1個(gè)記錄頭的結(jié)構(gòu)的任意1個(gè)。
另外，不僅可以使用上述的實(shí)施例說明的在記錄頭本身中一體地設(shè)置了墨盒的盒式的記錄頭，而且可以使用通過安裝在裝置主體上，能夠與裝置主體電連接或能夠進(jìn)行來自裝置主體的墨水的供給的自由交換(互換)的片式的記錄頭。
另外，在以上已說明的記錄裝置的結(jié)構(gòu)中，優(yōu)選附加對記錄頭恢復(fù)裝置、預(yù)備的裝置等能夠使記錄動(dòng)作更穩(wěn)定，所以優(yōu)選之。若具體地將它們舉例，則有對于記錄頭的加蓋裝置、擦拭裝置、加壓或吸引裝置、以及電熱轉(zhuǎn)換體或與它不同的加熱元件或它們的組合的預(yù)備加熱裝置等。另外，具備用于進(jìn)行與記錄不同的排出的預(yù)備排出模式對于進(jìn)行穩(wěn)定的記錄也是有效的。
此外，作為記錄裝置的記錄模式，不僅是黑色等的主流顏色的記錄模式，還可以是一體地構(gòu)成記錄頭或通過多個(gè)組合的模式，但是，也能夠是至少具備了不同顏色的多種彩色，或者混色的全彩色的1種的模式。
在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的前提下，本發(fā)明可以有各種不同的實(shí)施方式，并且應(yīng)該理解為，本發(fā)明不受上述特定的實(shí)施方式的限定，其范圍由所附的權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
1.一種記錄頭用基板，具有多個(gè)記錄元件和驅(qū)動(dòng)元件，該驅(qū)動(dòng)元件由與上述多個(gè)記錄元件對應(yīng)地設(shè)置、并對對應(yīng)的記錄元件的驅(qū)動(dòng)進(jìn)行開關(guān)控制的MOS晶體管構(gòu)成，該記錄頭用基板的特征在于，包括公共布線部，連接上述可同時(shí)驅(qū)動(dòng)的多個(gè)記錄元件，并公共地供給電力；以及第1焊盤，向上述公共布線部提供電力；其中，上述驅(qū)動(dòng)元件是使恒定電流流入上述記錄元件的元件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的記錄頭用基板，其特征在于上述多個(gè)記錄元件是電熱轉(zhuǎn)換體；上述電熱轉(zhuǎn)換體的一端連接到上述公共布線部，另一端連接到上述MOS晶體管的漏極。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的記錄頭用基板，其特征在于上述MOS晶體管在漏極-源極電流的飽和區(qū)域進(jìn)行工作。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的記錄頭用基板，其特征在于，還包括控制上述多個(gè)驅(qū)動(dòng)元件的邏輯電路；與上述公共布線部對應(yīng)，對上述多個(gè)塊公共化的GND布線部；以及連接上述GND布線部的第2焊盤。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的記錄頭用基板，其特征在于，還包括設(shè)定電路，設(shè)定對上述記錄元件進(jìn)行通電的MOS晶體管的柵極寬度；以及驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)由上述設(shè)定電路設(shè)定的柵極寬度的MOS晶體管。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的記錄頭用基板，其特征在于還包括具有代表上述記錄元件的電阻值的電阻；其中，上述設(shè)定電路是根據(jù)該電阻的電阻值設(shè)定上述柵極寬度的電路。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的記錄頭用基板，其特征在于上述MOS晶體管由對各記錄元件連接的、柵極寬度不同的多個(gè)小MOS晶體管構(gòu)成，上述設(shè)定電路是根據(jù)小MOS晶體管的驅(qū)動(dòng)個(gè)數(shù)的設(shè)定而進(jìn)行上述柵極寬度的設(shè)定的電路。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的記錄頭用基板，其特征在于由基于上述代表的電阻值的電流值與上述各小MOS晶體管的飽和電流的總和，來設(shè)定小MOS晶體管的驅(qū)動(dòng)個(gè)數(shù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的記錄頭用基板，其特征在于各記錄元件實(shí)質(zhì)上等效地被連接到上述公共布線部。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的記錄頭用基板，其特征在于上述公共布線部無分支地作為1條布線，連接在上述記錄元件上。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的記錄頭用基板，其特征在于上述公共布線是帶狀的。
12.一種記錄頭，其特征在于使用權(quán)利要求1-11中任一項(xiàng)所述的記錄頭用基板。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的記錄頭，其特征在于還包括非易失性存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)上述記錄頭基板的記錄元件驅(qū)動(dòng)電壓、電流值、驅(qū)動(dòng)脈沖寬度、MOS晶體管柵極寬度設(shè)定信息。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的記錄頭，其特征在于上述記錄頭是噴墨記錄頭。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的記錄頭，其特征在于上述噴墨記錄頭的電熱轉(zhuǎn)換體，為了利用熱能排出墨水而產(chǎn)生提供給墨水的熱能。
16.一種頭墨盒，其特征在于使用權(quán)利要求14所述的記錄頭和用于收容被提供給上述記錄頭的墨水的墨盒。
17.一種記錄裝置，其特征在于使用權(quán)利要求12～15的任一項(xiàng)所述的記錄頭、或者使用權(quán)利要求16所述的頭墨盒來進(jìn)行記錄。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的記錄裝置，其特征在于根據(jù)上述記錄頭所具有的記錄頭設(shè)定信息，進(jìn)行MOS晶體管柵極寬度的設(shè)定，和對記錄元件施加電源電壓、驅(qū)動(dòng)脈沖。
19.一種驅(qū)動(dòng)權(quán)利要求12所述的記錄頭的記錄頭驅(qū)動(dòng)方法，其特征在于在將上述多個(gè)記錄元件分成多個(gè)塊并進(jìn)行時(shí)分割驅(qū)動(dòng)時(shí)，以恒定電流驅(qū)動(dòng)上述多個(gè)驅(qū)動(dòng)元件。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的記錄頭驅(qū)動(dòng)方法，其特征在于，還包括測量步驟，測量代表在上述記錄頭用基板上所具備的上述多個(gè)記錄元件的電阻值的電阻的值；設(shè)定步驟，設(shè)定在反映由上述測量步驟測量出的電阻值、并驅(qū)動(dòng)1個(gè)上述記錄元件時(shí)的MOS晶體管的柵極寬度；以及控制步驟，進(jìn)行控制使得基于上述設(shè)定條件向記錄元件進(jìn)行電壓供給，且上述MOS晶體管在飽和區(qū)域工作。
全文摘要
本發(fā)明提供一種記錄頭用基板、使用該基板的記錄頭、以及使用了該記錄頭的記錄裝置。該記錄頭用基板能夠?yàn)閷?shí)現(xiàn)記錄性能的提高而增加同時(shí)驅(qū)動(dòng)的記錄元件的個(gè)數(shù)，并抑制布線寬度的增加，抑制以成膜工藝(film forming process)制作的基板尺寸的增大。為了使基板的布線成為公共布線，且避免施加到發(fā)熱電阻器的能量因同時(shí)驅(qū)動(dòng)個(gè)數(shù)的差而脫離墨水的排出穩(wěn)定范圍，通過將驅(qū)動(dòng)元件的尺寸相對于現(xiàn)有技術(shù)明顯地小型化，使MOS型晶體管的動(dòng)作從其非飽和區(qū)域移動(dòng)到飽和區(qū)域，進(jìn)行工作。
文檔編號B41J2/14GK1613648SQ200410090
公開日2005年5月11日 申請日期2004年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月6日
發(fā)明者今仲良行, 尾崎照夫, 初井琢也, 山口孝明, 齊藤一郎, 望月無我, 坂井稔康 申請人:佳能株式會(huì)社