JPH11138775A - 素子基体、インクジェット記録ヘッドおよびインクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 記録ヘッドの記録素子を駆動するためのスイ
ッチング手段で生じるリンギングを防止することで、誤
動作、ヘッド等の劣化を防止する。 【解決手段】 記録素子である電気熱変換体を駆動する
ためのスイッチング手段を、複数のスイッチング素子を
並列に接続し、それぞれのスイッチング素子のスイッチ
ングタイミングが異なるように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、記録ヘッドに用い
る素子基体に関するもので、特にリンギングを抑制する
ためのスイッチング回路を有する素子基体、インクジェ
ット記録ヘッドおよびこの記録ヘッドを用いたインクジ
ェット記録装置に関する。

【０００２】なお、本発明において用いる「記録」と
は、文字や図形等の意味を持つ画像を被記録媒体に対し
て付与することだけでなくパターン等の意味を持たない
画像を付与することをも意味するものである。

【０００３】また、本発明は紙、糸、繊維、布帛、皮
革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックス
等の被記録媒体に対し記録を行う、プリンター、複写
機、通信システムを有するファクシミリ、プリンタ部を
有するワードプロセッサ等の装置、さらには各種処理装
置と複合的に組み合せた産業用記録装置に適用可能な発
明である。

【０００４】

【従来の技術】従来、熱を用いてインクを吐出口から吐
出するインクジェット方式に従う記録装置に搭載される
記録ヘッドには、熱エネルギーを発生するための複数の
電気熱変換素子（ヒータ）と、各電気熱変換体を独立に
駆動するための駆動素子を備えている。そして、これら
の電気熱変換体と駆動素子とは、たとえば特開平５−１
８５５９４に示されているように半導体プロセス技術を
用いて同一基体上に形成されている（これらの素子が作
り込まれた基板を以下素子基体もしくはヒーターボード
という）。

【０００５】このような、素子基板を用いたインクジェ
ットヘッドにおいて用いられている１ビット（1つの電
気熱変換体）あたりの駆動等価回路を示すと図９のよう
表わされる。この等価回路において前述の電気熱変換体
１を駆動するためのスイッチ２（ＳＱ）を高速にＯＮ、
ＯＦＦ制御する場合、Ｌｐ１、Ｌｐ２で示される規制イ
ンダクタンスやＣｐ１〜Ｃｐ３で示される寄生容量等に
より共振回路が形成され、信号のオーバーシュートやア
ンダーシュートが生じるリンギング現象が現れる。

【０００６】通常スイッチＳＱは、ダイオード、バイポ
ーラトランジスタ、ＦＥＴなどで構成され、それらのス
イッチ素子のスイッチング特性により前述したリンギン
グ現象の様子も大きく左右される。

【０００７】たとえば、スイッチをＮ型ＭＯＳＦＥＴト
ランジスタ（ＮＭＯＳトランジスタ）等のＭＯＳトラン
ジスタを用いて構成する場合、ＯＮ抵抗をできるだけ小
さくするためにはＭＯＳトランジスタのサイズは非常に
大きなものとなってしまう。このため1ビットあたりの
ＭＯＳトランジスタを図１０のようにすればよく、実際
のレイアウトパターンは図１１のようにドレイン電極１
３、ソース電極１４、ポリシリコンで構成されるゲート
電極Ｇ１〜Ｇ４を並列配置すればよいことを発明者らは
見出した。しかし、このようにゲートの電極の接続が並
列接続のレイアウトであるトランジスタを駆動した場合
のスイッチング信号の電流波形は図１２に示されるよう
に立ち上がり、立ち下がり共に急峻となりリンギングを
発生させやすい波形になる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ようなトランジスタを有する素子基板は通常非常に小型
であるため、リンギングを抑制するためのディスクリー
ト部品を設けることは困難であり、また、寄生インダク
タンスや寄生容量を減少させることも困難である。従っ
て、上述のリンギングを防止することは困難でありリン
ギングによるヒータ（電気熱変換体）やスイッチ素子へ
のストレスに伴なう劣化やリンギングによって発生する
ノイズによる誤動作が懸念される。

【０００９】本発明の目的は、リンギング現象を抑制す
る手段を備え、リンギング現象を抑制することでヒータ
やスイッチの劣化や、ノイズによる誤動作を抑制した素
子基板、インクジェット記録ヘッド、インクジェット記
録装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
めの本発明の素子基板の主たる構成は、記録を行うため
の熱を発生する複数の電気熱変換素子と、該複数の電気
熱変換素子を駆動するために電気熱変換素子に対応して
設けられた複数のスイッチング手段とを有し、前述のス
イッチング手段は、複数のスイッチング素子を並列に接
続しており、それぞれのスイッチング素子のスイッチン
グタイミングが異なるように構成されていることであ
る。

【００１１】また、上述の課題を解決するための本発明
のインクジェット記録ヘッドの主たる構成は、吐出口か
らインクを吐出するための熱を発生する複数の電気熱変
換素子と、該複数の電気熱変換素子を駆動するために前
記電気熱変換素子に対応して設けられた複数のスイッチ
ング手段とを有する素子基板と、該電気熱変換素子に対
応して設けられ一端が前記吐出口に連通する流路と、を
有するインクジェット記録ヘッドであって、前記スイッ
チング手段は複数のスイッチング素子を並列に接続して
おり、それぞれのスイッチング素子のスイッチングタイ
ミングが異なるように構成されていることである。

【００１２】また、上述の課題を解決するための本発明
のインクジェット記録装置は、上述のインクジェット記
録ヘッドと、この記録ヘッドを駆動するための駆動信号
を供給する駆動信号供給手段とを装置である。

【００１３】(作用)上述のような構成によると、スイッ
チング手段を構成する複数のスイッチング素子のスイッ
チングタイミングをずらすことで、スイッチングの瞬間
に発生する高周波の電流成分の振幅を減少させることで
リンギングを抑制することができ、このことでヒータや
スイッチの劣化や、ノイズによる誤動作を抑制すること
ができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下図面を用いて本発明を説明す
るが、以下に用いる「素子基体」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。

【００１５】さらに、「素子基体上」とは、単に素子基
体の上を指し示すだけでなく、素子基体の表面、表面近
傍の素子基体内部側をも示すものである。

【００１６】また、本発明でいう「作り込み」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
って素子基体上に一体的に形成、製造していることを示
すものである。

【００１７】本発明の説明を成すにあたって、まず、図
１を用いて本発明のインクジェット記録ヘッドの概略構
成について説明する。

【００１８】素子基体２０上には、電気信号を受けるこ
とで熱を発生し、その熱によって発生する気泡によって
吐出口４０からインクを吐出するための電気熱変換素子
（ヒータ）が複数列状に配されている。この電気熱変換
素子のそれぞれには、各電気熱変換素子を駆動するため
の電気信号を供給する配線電極３が設けられており、配
線電極の一端側は後述するスイッチング手段に電気的に
接続されている。

【００１９】電気熱変換体に対向する位置に設けられた
吐出口４０へインクを供給するための流路４１がそれぞ
れの吐出口に対応して設けられている。これらの吐出口
および流路を構成する壁が溝付き部材１０１に設けられ
ており、これらの溝付き部材１０１を前述の素子基体２
０に接続することで流路４１と複数の流路にインクを供
給するための共通液室２１が設けられている。

【００２０】以下、上述した素子基体２０に電気熱変換
素子や配線電極等と共に作り込まれた本発明のスイッチ
ング手段について各実施例で説明する。

【００２１】（第１の実施例）図２は本発明の素子基体
上の回路構成の特徴をよく表わす図であり、ヒータ（電
気熱変換素子）を駆動する１ビットあたりのブロック図
である。１はＯＮ・ＯＦＦされるヒータＳ１〜４はヒー
ターに対応して設けられたスイッチング手段を構成する
スイッチ素子を示しており、２はタイミングコントロー
ル回路、ＶＨは電源が供給される端子、ＩＮはスイッチ
制御入力端子、Ｃ１〜４はＳ１〜４それぞれのスイッチ
制御信号である。次にこのスイッチング手段の動作につ
いて図３を用いて説明する。まずＩＮ端子に図３に示す
タイミングで信号が入力されるとタイミングコントロー
ル回路によりＣ１〜４の信号がそれぞれ作られる。この
場合Ｃ１の信号はＩＮ信号と等しく、Ｃ２の信号はＣ１
に対しｔ₁分だけ遅らせた信号となり、Ｃ４はＣ１に対
しｔ₃分遅らせた信号となり、おのおののスイッチは各
タイミングにあわせてＯＮ・ＯＦＦ制御され、負荷に流
れる電流ＩＨは理想的な状態において図３に示すような
階段状の波形となる。

【００２２】この結果電流の立上り、立下りに含まれる
高周波成分は同じであるが、その振幅を小さくすること
ができ、オーバーシュートやアンダーシュートの振幅が
抑えられ結果としてリンギング現象が抑制できる（図
４）。

【００２３】これにより、ヒーターやスイッチング手段
の劣化や、ノイズによる誤動作を抑制することができ
る。

【００２４】（第２の実施例）図５は本発明に係わる他
の実施例を示す図であり、Ｍ１〜４はスイッチング手段
を構成するスイッチ素子であるところのＮＭＯＳ，Ｒ１
〜３は抵抗、ＶＨは電源が供給される端子、ＩＮは制御
入力端子である。なおＲ１〜３の抵抗としては後述する
ようなポリシリコンを用いて構成でもよいが、素子基板
に作り込みができる薄膜抵抗であればよい。次に動作に
ついて簡単に説明する。ＩＮ端子にＬｏｗレベルからＨ
ｉｇｈレベルの信号が入力されるとＭ１のゲートには同
様の信号が与えられＭ１がほぼ同じタイミングでＯＮ・
ＯＦＦする。しかし他のＭ２〜４のＮＭＯＳはそれら自
身の持つゲート容量とＲ１〜３の抵抗によるＲＣ時定数
によりある時間だけ遅れた信号がゲートに与えられＭ
２，３，４の順番にてＯＮ・ＯＦＦすることになり電流
ＩＬは前に説明したのと同様流れる電流は階段状にする
ことができ、先の実施例と同様に、リンギング現象を抑
制することができる。

【００２５】これによってヒーターやスイッチング手段
の劣化や、ノイズによる誤動作を抑制することができ
る。

【００２６】図６は図５で説明したスイッチング手段を
実現させるＩＣレイアウトの一例を示す図である。１１
はゲート電極であるポリシリコン、１２はソース・ドレ
インのか拡散層とアルミ電極とのコンタクト部、１３は
ドレイン電極であるアルミ配線、１４はソース電極であ
るアルミ配線。Ｇ１〜４は図５に示すＭ１〜４のゲート
部である。

【００２７】本例において図５のＲ１〜Ｒ３は、ゲート
電極を構成するポリシリコンを抵抗体として兼用しＧ１
〜４をシリーズに接続することで回路を実現させてい
る。従ってこのＲ１〜３に相当するＧ１〜３の接続方法
を変えることで種々のＲＣ回路を構成することが可能で
ある。

【００２８】図６に示すレイアウトから実際の動作を説
明する。ゲートを形成するポリシリコンが抵抗体である
ことからＭ１のゲートであるＧ１内においてもＲＣの回
路が存在する。これはＭ１〜４すべてに対してあてはま
り、結果としてＲとＣが分布定数として表現される。従
って電流波形ＩＬは階段状ではなく曲線を示す。その結
果高周波成分が抑えられてリンギング抑制される効果と
なる。

【００２９】さらにＭＯＳトランジスタ自身の容量及び
抵抗を用いるため、面積を増大させることなく同一ヒー
タボード上に作り込む事が可能である。

【００３０】（その他の実施例）図７は発明の素子基体
５１を組み込んだインクジェット記録ヘッドの構造を示
すもので、枠体５４に素子基体５１が組み込まれてい
る。この素子基体上には前述のような吐出口や流路を構
成する部材が取り付けられている。そして、装置側から
の電気信号を受け取るためのコンタクトパッド５３が設
けられており、フレキシブルケーブル５２を介して素子
基体に電気信号が供給される。

【００３１】このようなインクジェットヘッドによる
と、前述したようなリンギングを抑制するための構成を
素子基体自体が有しているため、小型ながらもリンギン
グによる誤動作が生じにくい、しかも寿命の長いヘッド
を提供することができる。

【００３２】図８は本発明のインクジェットヘッドが適
用されるインクジェット記録装置ＩＪＲＡの概観図で、
駆動モータ５０１３の正逆回転に連動して駆動力伝達ギ
ア５０１１、５００９を介して回転するリードスクリュ
ー５００５のら線溝５００４に対して係合するキャリッ
ジＨＣはピン（不図示）を有し、矢印ａ、ｂ方向に往復
移動される。５００２は紙押え板であり、キャリッジ移
動方向にわたって紙を記録媒体搬送手段であるプラテン
５０００に対して押圧する。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の回転方向切換等を行うた
めのホームポジション検知手段である。５０１６は記録
ヘッド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
引手段でキャップ内開口５０２３を介して記録ヘッドの
吸引回復を行う。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にこれらは支持されてい
る。ブレードは、この形態でなく周知のクリーニングブ
レードが本例に適用できることはいうまでもない。又、
５０１２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換等の公
知の伝達手段で移動制御される。

【００３３】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領域にきた
とき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作動を行うようにすれ
ば、本例には何れも適用できる。上述における各構成は
単独でも複合的に見ても優れた発明であり、本発明にと
って好ましい構成例を示している。

【００３４】尚、本装置には電気熱変換素子を駆動する
ための駆動信号供給手段を有している。

【００３５】本発明インクジェット記録装置では、先に
説明したようなインクジェット記録ヘッドを搭載してい
るため、与えた信号に対して誤動作を生じることなく忠
実に記録動作を行うことができる。又、ヘッド自体の寿
命が長いため長寿命で低ランニングコストの記録装置を
提供することができる。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、第１の本発明によ
れば、複数のスイッチ素子により構成され、スイッチン
グのタイミングが異なるように構成されたスイッチング
素子を素子基体上に有するため、リンギングの抑制が可
能になり、リンギング現象を抑制することでヒータやス
イッチの劣化やノイズによる誤動作を抑制した素子基
板、インクジェット記録ヘッド、インクジェット記録装
置を提供することができる。

【００３７】またスイッチ素子であるＭＯＳトランジス
タのゲート電極にポリシリコンを抵抗体として用いた構
成ではゲート容量を組み合わせてＲＣ時定数を構成する
ことでタイミング制御を行うことができるため、特に面
積を増大させることなく同一素子基体上にスイッチング
タイミングを異ならせる構成を作り込むことが可能とな
り、ヘッドの小型化をも達成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のインクジェット記録ヘッドの概略構成
図

【図２】本発明の素子基体上の回路構成の一例を示す図

【図３】スイッチング手段の動作について説明するため
の図

【図４】本発明による電流の立上り、立下りを説明する
ための図

【図５】本発明の素子基体上の回路構成の他の例を示す
図

【図６】本発明のＩＣレイアウトの一例を示す図

【図７】本発明のインクジェット記録ヘッドの構成図

【図８】本発明のインクジェット記録装置の概観図

【図９】従来の素子基体上の回路構成の一例を示す図

【図１０】公知ではない背景技術におけるスイッチング
手段の回路構成を示す図

【図１１】公知ではない背景技術におけるスイッチング
手段のＩＣレイアウトの一例を示す図

【図１２】リンギングを生じている場合の電流波形を説
明するための図

【符号の説明】

ＶＨ 電源端子 ＩＮ 入力信号端子 Ｓ０〜４ スイッチ Ｍ１〜４ ＮＭＯＳトランジスタ Ｃ１〜４ Ｓ１〜４の制御端子（信号） Ｒ１〜３ 抵抗 Ｌｐ１，２ 寄生インダクタンス Ｃｐ１，２，３ 寄生容量 １ 電気熱変換素子（ヒータ） ２ タイミングコントロール回路 ５１ ヒータボード ５２ ＴＡＢテープ ５３ 端子部 ５４ 筐体

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 記録を行うための熱を発生する複数の電
   気熱変換素子と、該複数の電気熱変換素子を駆動するた
   めに前記電気熱変換素子に対応して設けられた複数のス
   イッチング手段とを有する素子基体において、 前記スイッチング手段は、複数のスイッチング素子を並
   列に接続しており、それぞれのスイッチング素子のスイ
   ッチングタイミングが異なるように構成されていること
   を特徴とする素子基体。
2. 【請求項２】 前記スイッチング素子はＭＯＳトランジ
   スタで構成されている請求項１の素子基体。
3. 【請求項３】 前記ＭＯＳトランジスタのゲート電極は
   ポリシリコンである請求項２の素子基体。
4. 【請求項４】 前記スイッチング素子はバイポーラトラ
   ンジスタで構成されている請求項１の素子基体。
5. 【請求項５】 前記スイッチング手段は前記複数のスイ
   ッチング素子のそれぞれの駆動タイミングを所定時間遅
   延させるための遅延回路を有する請求項１の素子基体。
6. 【請求項６】 前記遅延回路はタイミングコントロール
   回路である請求項５の素子基体。
7. 【請求項７】 前記遅延回路は前記スイッチング素子の
   ゲート電極間に配された電気抵抗で構成されている請求
   項５の素子基体。
8. 【請求項８】 前記電気抵抗は前記スイッチング素子を
   構成し各スイッチング素子に接続されたゲート電極の電
   気抵抗を利用する請求項７の素子基体。
9. 【請求項９】 吐出口からインクを吐出するための熱を
   発生する複数の電気熱変換素子と、該複数の電気熱変換
   素子を駆動するために前記電気熱変換素子に対応して設
   けられた複数のスイッチング手段とを有する素子基体
   と、 該電気熱変換素子に対応して設けられ一端が前記吐出口
   に連通する流路と、を有するインクジェット記録ヘッド
   において、 前記スイッチング手段は複数のスイッチング素子を並列
   に接続しており、それぞれのスイッチング素子のスイッ
   チングタイミングが異なるように構成されていることを
   特徴とするインクジェット記録ヘッド。
10. 【請求項１０】 前記スイッチング素子はＭＯＳトラン
    ジスタで構成されている請求項9のインクジェット記録
    ヘッド。
11. 【請求項１１】 前記ＭＯＳトランジスタのゲート電極
    はポリシリコンである請求項10のインクジェット記録ヘ
    ッド。
12. 【請求項１２】 前記スイッチング素子はバイポーラト
    ランジスタで構成されている請求項9のインクジェット
    記録ヘッド。
13. 【請求項１３】 前記スイッチング手段は前記複数のス
    イッチング素子のそれぞれの駆動タイミングを所定時間
    遅延させるための遅延回路を有する請求項9のインクジ
    ェット記録ヘッド。
14. 【請求項１４】 前記遅延回路はタイミングコントロー
    ル回路である請求項13のインクジェット記録ヘッド。
15. 【請求項１５】 前記遅延回路は前記スイッチング素子
    のゲート電極間に配された電気抵抗で構成されている請
    求項13のインクジェット記録ヘッド。
16. 【請求項１６】 前記電気抵抗は前記スイッチング素子
    を構成し各スイッチング素子に接続されたゲート電極の
    電気抵抗を利用する請求項15のインクジェット記録ヘッ
    ド。
17. 【請求項１７】 請求項９から１６の何れかのインクジ
    ェット記録ヘッドと、前記インクジェット記録ヘッドを
    駆動するための駆動信号を供給する駆動信号供給手段と
    を有するインクジェット記録装置。