CN100337826C - 记录头用基板、记录头、头墨盒、驱动方法和记录装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种记录头用基板、使用该基板的记录头、以及使用了该记录头的记录装置。该记录头用基板能够为实现记录性能的提高而增加同时驱动的记录元件的个数，并抑制布线宽度的增加，抑制以成膜工艺(film forming process)制作的基板尺寸的增大。为了使基板的布线成为公共布线，且避免施加到发热电阻器的能量因同时驱动个数的差而脱离墨水的排出稳定范围，通过将驱动元件的尺寸相对于现有技术明显地小型化，使MOS型晶体管的动作从其非饱和区域移动到饱和区域，进行工作。

Description

记录头用基板、记录头、头墨盒、驱动方法和记录装置

技术领域

本发明涉及一种记录头用基板、使用该基板的记录头(printhead)、包含该记录头的头墨盒、该记录头的驱动方法和使用该记录头的记录装置，特别是涉及一种按照向记录介质排出墨水并进行图像等的记录的喷墨方式的记录头的记录头用基板、使用该基板的记录头、包含该记录头的头墨盒、该记录头的驱动方法和使用该记录头的记录装置。

背景技术

以往，具备打印机、复印机、传真机等功能的记录装置，或者，作为包含计算机、文字处理机等的复合机或工作站的输出设备而使用的记录装置，根据图像信息，在记录用纸、塑料薄板(例如，用于OHP等)等的记录介质上记录图像。

这样的记录装置根据所采用的记录方式，被分成喷墨式、针式、热敏式、热转印式、电摄影方式等。

其中，喷墨式的记录装置(以下，叫做喷墨记录装置)，是从记录头将墨水排出到记录介质(printing medium)并进行记录的装置，具有许多优点，例如，容易使装置小型化；能够高速记录高精细的图像；能够在普通纸上不需要特别的处理就进行记录；运转成本低；作为非击打方式噪音较小；以及容易使用多色的墨水记录彩色图像等。

在喷墨记录方式中也有几种方式，其中之一，有在喷嘴内安装发热体，利用热使气泡产生于墨水内，将该气泡能量用于墨水排出的气泡喷射记录方式。此处，产生用于排出墨水的热能的记录元件，能够使用半导体制造工艺进行制造。为此，作为使用了气泡喷射技术的记录头，以下两种记录头已被产品化：(1)将硅衬底作为基体材料形成记录元件并做成记录元件基板，在其上接合形成了用于形成墨流道的槽的、由聚砜等树脂或玻璃等组成的盖板的结构的记录头；(2)通过光刻法(photolithography)在元件基板上直接形成喷嘴，而没有接合部的高精度类型的记录头。

另外，利用元件基板由硅衬底构成的这一特点，不仅在元件基板上构成记录元件，而且在元件基板上构成了用于驱动记录元件的驱动器，或在元件基板上构成了在根据记录头的温度来控制记录元件时所使用的传感器及其驱动控制部等。

这样的气泡喷射记录方式，与其它喷墨记录方法相比较，具有以下不同的特征：接收了热能的作用的液体被加热并产生气泡，通过基于该气泡产生的作用力，从记录头顶端的排出口形成液滴，该液滴附着在记录介质上进行信息的记录(例如，参照日本专利申请公开特开昭54-51837号公报)。

适用于使用这样的热能的记录方法的喷墨记录头(以下，叫做记录头)，具备：液体排出部，具有一般用于排出液体而设置的排出口，和将用于与该排出口连通并排出液滴的热能是作用在液体的部分的热作用部作为结构的一部分的液体流道；发热电阻器，作为产生热能的装置的电热转换体；以及保护墨水不接触发热电阻器的上部保护层和用于蓄热的下部层。

在这样的记录头中，需要增多用于有效利用其特征的、用于高密度化、高速化的发热电阻器的个数。但是，当发热电阻器的个数变多时，与外部布线板的电连接数目就变多。另外，当以高密度排列发热电阻器时，各自的发热电阻器的电极焊盘的间距变小，就不能用通常的电连接方法(引线键合法等)进行连接。

因此，以往，通过在基板上内置(built-in)发热电阻器的驱动元件，就解决了该问题(例如，参照美国专利第4429321号)。另外，以往，通过将形成了墨水排出口的孔板粘贴并形成在基板上，从热作用部表面垂直地进行排出的类型的记录头也被提出了(例如，参照日本专利申请公开特开昭59-95154号公报)。

在这样的记录头中，在与长槽形状的墨供给口的短边平行的基板外周的边上设置电极焊盘，并进行与基板外部的连接，以便提高停滞在孔板上的墨水的可清除性，并在相同的基板上形成多个墨供给口，能够用一个基板排出多种墨水。

在该结构中，至发热电阻器为止的布线电阻容易变大，当变成能同时驱动多个连接到相同布线的多个发热电阻器的结构时，就出现电压降差随着根据该布线部上的公共电阻而同时驱动的个数不同而不同，不能通过图像数据得到适当的发泡的情况。

为此，采用了这样的结构，即，在将记录头进行产品化方面，分割为多条布线使得各自具有相同的电阻，通过在被连接到公共布线的发热元件中进行时分割驱动使得同时只驱动一个发热电阻器，根据同时驱动的发热电阻器个数的变化将公共布线的不良影响抑制到最低。

图23是表示现有的多条布线的喷墨记录头用基板的构造的图。

在图23中，1100是喷墨记录头用基板，1104是电极焊盘，1108是单独布线。

另外，图24是表示构成图23所示的基板的一部分的等效电路的图。

具体地说，在图23中用圆圈包围的部分的等效电路相当于图24所示的电路。

在图24中，1103是发热电阻器(加热器)，1107是作为用于驱动发热电阻器1103的驱动元件的MOS晶体管，1104a是用于施加电压的电极焊盘，该电压用于将能量供给发热电阻器1103，1104b是用于将能量供给发热电阻器1103的GND布线用电极焊盘，1104c是用于确定MOS晶体管的、最终被施加到栅极的电压的电压供给用电源输入焊盘，1104d是实际上用多个电极焊盘(未图示)所构成的、用于驱动逻辑电路的电源输入焊盘，包括GND、图像数据输入、时分割驱动、为了确定发热电阻器驱动时间而必需的逻辑用电极焊盘等。

1112-(1)～(n)、1113-(1)～(n)(在逻辑电路上)是按被同时驱动的每个发热电阻器分别布线产生的单独布线电阻。

1109是作为电极焊盘1104c所输入的电压的稳定化，或作为根据需要使电压下降的元件的驱动元件驱动电压转换部；1110是移位寄存器(S/R)、锁存器、时分割信号确定电路、驱动时间确定信号的生成电路等的逻辑电路；1111是用于将逻辑控制信号的电压升压到MOS晶体管1107的驱动电压的电路。

基于在逻辑电路1110和合成电路1111中所合成的图像数据、时分割信号、驱动时间确定信号等，接通MOS晶体管1107，使电流流经发热电阻器(heater)1103，通过该能量产生热，用通过连接到发热电阻器1103的墨水进行膜发泡而得到的功率，排出墨水。

此外，当关注于某一时刻时，位于图24中的用虚线所包围的部分的多个发热电阻器内，只有1个被驱动。换言之，若将虚线所包围的各个部分作为块，就同时驱动属于各块的多个发热元件内的每1个发热元件。把这叫做块时分割驱动。

此处，参照图25～图26说明被同时驱动的发热体驱动元件的动作点。

图25是从图24所示的等效电路只抽出多个发热电阻器内通过块时分割驱动而被同时驱动的1个分割部分并显示的等效电路。

在图25中，RH是被同时驱动的发热电阻器中的一个电阻值，RL1是图24所示的每一个单独布线1112-(x)(此处，x＝1，n)的布线电阻值，RL2是图24所示的每一个单独布线1113-(x)(此处，x＝1，n)的布线电阻值，RC1、RC2是如电极焊盘1104a和1104b那样，在单独布线被公共化之前的电布线带或电接点基板上产生的公共布线电阻值部分。

而且，在图25中，电源被供给到发热电阻器1103，并设在被驱动时产生的、加在单独布线+发热电阻器+发热体驱动元件(MOS晶体管)之间的电压为VH，设在被驱动时流过的电流为IDS，设产生在MOS晶体管1107的漏极-源极之间的电压为VDS。

另外，被附加在MOS晶体管1107中的D、G、S分别表示漏极、栅极、源极。

此处，由于在不是硅(Si)等的基板上的部分产生的电阻值RC1、RC2是基板外部的结构，并且，由于有进行使布线厚度加厚的设计等的自由度，因此能够减小电阻值。

图26是表示由RC1、RC2的差异产生的、流经发热电阻器的、同时驱动不同个数的发热电阻器时的电流差的图。

现有的发热体驱动元件结构如下：通过公共地使用供给发热电阻器的电源电压的方法等在能力处于充分的MOS晶体管的非饱和区域中进行工作。在该情况下，由被同时驱动的发热电阻器的电阻值的差产生的VH的差，只是从作为与发热电阻器的电阻值相比较很小的电阻值的RC1、RC2和总的电流的差产生的电压差，若是在该范围内，则如图26所示那样，该电流变动稳定地收容在可排出墨水的范围。

但是，由图26可知，从结果看，作为流经发热电阻器的电流的I_DS的工作点(□：同时驱动个数较多时，■：同时驱动个数较少时)随着发热电阻器的同时驱动个数的不同而不同。另一方面，在设计上，希望该电流的差为大约5％以内，喷墨记录头用的基板的电路设计已是只能在非常严格的条件下进行的状态。

近几年来，喷墨记录装置越来越高速化、高像质化，安装在该装置中的记录头和在该记录头中使用的电路基板具备更多的发热电阻器，并要求记录头用高频进行驱动。

为了驱动多个发热电阻器，首先，考虑增加在块时分割驱动中的时分割数。通过增加时分割数，能够不改变布线数量而驱动更多的发热电阻器。但是，能够给予各自的发热电阻器的驱动时间变短，另外，为了用更高的频率驱动，要求驱动时间变得更短。

为了从记录头稳定地进行墨水排出，需要控制在各自的发热电阻器上增加的能量。为此，以往，使用了通过使发热电阻器的驱动时间变化而控制加到发热电阻器的能量的方法。但是，即使使用了这样的方法，在某种程度上仍然需要驱动时间，在现有的方法中，该时间已不能再短。

另一方面，为了不改变驱动时间而增加发热电阻器个数并用相同的频率进行驱动，有必要增加同时驱动的发热电阻器的个数。另外，为了用更高的频率进行驱动，并为了减少时分割数，更有必要增加同时进行驱动的发热电阻器的个数。因此，为了用现有的布线方法增加同时驱动的发热电阻器的个数，有必要增加单独布线的条数。

由于从基板外周的电极焊盘到发热电阻器的距离不同，因此单独布线的长度也不同。另外，为了使单独布线的电阻值一致，如图23所示那样，这些单独布线的宽度可以构成为，从电极焊盘到最近的地方宽度最细，越向远处走宽度则越粗，但是，另一方面，由于该布线的最小宽度在制造上有制约，因此需要布线数越增加就越粗的布线。实际上，若同时驱动数倍增，则布线宽度就增加到3～4倍，这就产生致使基板尺寸急剧增大的问题。

而且，今后，当随着记录头的发热电阻器的个数增多，越来越要求记录的高速化，不可避免地增加同时驱动个数时，起因于图25所示的公共布线部RC1、RC2的同时驱动个数的差引起的YH电压变动也会变大，这就会给墨水排出的稳定性和记录头的耐久性带来不利影响。

现在讨论其它的问题。

图27是表示现有的喷墨记录头用的元件基板的结构的典型的例子的框图(参照美国专利第6116714号)。

如图27所示，在元件基板900上形成有：将排出用的热能给与墨水的、被并列配置的多个发热体(heater)(记录元件)901和用于驱动各发热体901的功率晶体管(驱动器)902；从外部输入被串行输入的图像数据以及与它同步的串行时钟，并且每1行输入图像数据的移位寄存器904；与锁存用的时钟同步，对从移位寄存器904输出的1行的图像数据进行锁存，并行地传送到功率晶体管902的锁存器903；与功率晶体管902对应地分别设置，根据来自外部的启动信号将锁存器903的输出信号施加到功率晶体管902的多个AND门915；以及用于从外部输入图像数据和各种信号等的输入端子905～912。特别地，910是记录元件驱动GND端子，911是记录元件驱动电源端子。

另外，在元件基板900上，形成用于测定元件基板900的温度的温度传感器，或者用于测定各发热体901的电阻值的电阻监视器之类的传感器监视器914。在元件基板上构成了这样的驱动器、温度传感器及其驱动控制部等的记录头已实用化，有助于记录头可靠性的提高和装置的小型化。

在这样的结构中，作为串行信号被输入的图像数据，通过移位寄存器904被转换成并行信号，并与锁存用的时钟同步，用锁存器903进行输出保持。通过在该状态下经由输入端子输入发热体901的驱动脉冲信号(对AND门915的启动信号)，按照图像数据接通功率晶体管902，使电流流过相应的发热体901，使该液体流道(喷嘴)的墨水变热，墨水作为液滴从喷嘴顶端的排出口排出。

图28是详细地表示在图27所示的喷墨记录头用的元件基板上，关于寄生电阻的变动的部分的图。

此处，在用于驱动图27和图28所示的功率晶体管902(此处，是双极性晶体管，但可以是MOS晶体管)或多个记录元件的公共电源布线或GND布线上，不仅存在与在对记录装置主体施加一定的电源电压时，在记录元件中输入能量时的损耗有关系的寄生电阻(或恒定电压)成分916，而且在用图28所示的虚线所包围的区域2801、2802中，由于发热体901的同时驱动个数不同，在寄生电阻916中产生的电压也不同，因此从结果看，被施加到发热体901中的能量发生变化。在区域2801中，存在着在喷墨记录装置的电源布线中存在的寄生电阻成分2801a、在喷墨记录装置的电源布线中存在的寄生电阻成分2801b、以及电源公共布线中的寄生电阻成分2801c。另外，在区域2802中，存在着在喷墨记录装置的GND布线中存在的寄生电阻成分2802a、在喷墨记录装置的GND布线中存在的寄生电阻成分2802b、以及GND公共布线中的寄生电阻成分2802c。

实际上，也如图28所示那样，在基板制造步骤中，当根据膜厚度的不同及其分布来考虑大量生产时，作为记录元件的发热体901，其绝对电阻值有±20％～30％的差异是不可避免的。

因此，现有被实用化的喷墨记录头的记录元件驱动用的驱动器，主要从低电阻的观点出发而使用了功率晶体管。此处的功率晶体管902作为一定的元件驱动电源和反向偏置的恒定电源、或正向电阻进行工作。在该情况下，由于因记录元件的电阻差异使流过记录元件901的电流发生变化，因此在一定时间所输入的记录元件中的能量(消耗电力)随着记录元件制造时的电阻值不同而有很大差异。

因此，现有根据记录元件的电阻，使为了驱动记录元件而施加的脉冲宽度变化并对应起来，使得在驱动喷墨记录头并进行稳定的墨水排出，并为了使该记录头达到较长寿命，设记录元件中的消耗功率为恒定。

近几年来，为加快记录速度，增加了相当多的必要的记录元件个数。另外，同时，由于记录的高精细化，施加到记录元件上的能量的均匀化就会被要求在现有程度以上，如上述那样，记录元件的同时驱动个数的差越大，被施加到各记录元件上的能量的变动幅度也越大，记录头的寿命也将越短。这就会关联到由于能量变动使记录质量下降等故障的发生。

此处，作为最近的技术，以使上述能量变为恒定的观点来采取有效的结构，人们考虑对驱动器部分进行控制使得如图29所示那样使恒定的电流流过各发热体。通过采用这样的构成，由于在各发热体中总是流过恒定的电流，因此只要电阻值在使用中没有变动，那么对记录元件的同时驱动个数就没有影响、就供给发热体的电阻值×恒定电流值的2次方的能量，从而能解决上述问题。在专利文件(日本特开2001-191531)中记载了设有双极晶体管、在发热元件中流过恒定电流的记录头。另外，对于将流过加热器的电流保持恒定的结构也被提案了(例如，参照美国专利第6523922号)。

在记录头用的基板之间，电阻成分中最大的记录元件(发热电阻器)的电阻如已经叙述的那样，由于制造上的误差而有20％～30％差异。此外，在图29中，对于在图27～图28中已说明的相同的事项添加相同的参照号码，并省略其说明。另外，由于现有的机构中的记录装置主体一侧的电源电压是恒定的，因此，如已经叙述的那样，对于记录元件的电阻差异，通过调整施加在记录元件上的脉冲电压而对应起来，使以便使施加在记录元件上的能量保持恒定。

但是，如上述现有例子那样，在为了消除记录元件的同时驱动个数的不同引起的能量差异，在多个基板的多个发热体中已公共地输入一定电流的情况下，在该记录元件的电阻差异引起的喷墨记录头用基板中的功率损耗就会明显不同。

图30是表示用恒定电流驱动了记录元件的情况的功率损耗的差异的图。

在图30所示的例子中，记录元件的电阻值是100Ω左右，作为恒定电流假定了这样的情况，即，在使150mA的电流通电的情况下，有在发热体的两端产生的电压和发热体制造的差异(在该例中为±20％)。而且，在图30中，在记录元件是最大电阻(120Ω)的情况下，对于记录元件的两端电压(18V)，认为需要1V来用于驱动器电压控制，并且，示出了为了控制恒定电流而在记录装置一侧施加比其高1V的电压(19V)的情况下的、在记录元件以外所消耗的能量的比率。此外，由于记录元件的电阻值的变动(80～120Ω)，在恒定电流输入时的记录元件中的消耗电力不相同(1.8～2.7W)，但是，该变动通过使施加到实际记录时的各记录元件上的脉冲宽度变化来进行输入能量的调整。

此外，在图30中同时表示已将能量变为恒定时所需的脉冲宽度。

依据图30，如画了斜线的区域3001所示，在记录元件的电阻值为80Ω时，实际上在记录元件中需要的功率的约58％就主要消耗(功率损耗)在用于使恒定的电流流过的控制部分(喷墨记录头用的基板内的驱动器部分)。而且，即使电阻值不同，为使被输入到记录元件中的能量保持恒定，在记录元件的电阻是80Ω时，将施加脉冲宽度调整到1.25μs，为120Ω时，调整到0.83μs，该比率约为1.5倍，从画点的区域3002和3002所示的值的比较可知，在记录元件电阻是80Ω和120Ω时，其损失能量的差大约是10倍。特别是，在记录元件电阻是80Ω时，输入能量大约损失58％，与此相对，在该电阻是120Ω时，其损失约为6％，因此根据记录元件电阻的值在基板上产生的热也会分散。

无论如何，这些能量由于在喷墨记录头用的基板内被全部消耗，使基板的温度上升，从而给墨排出量带来影响。

图31是表示在喷墨记录头的基板上输入了一定电流的情况的记录时间和基板温度的关系的图。

由图31也可知，当记录元件的电阻有差异时，基板温度的上升方法也不同。

图32是表示墨温度和墨排出量的关系的图。

由图32也可知，当墨温度变化时，则墨排出量也变化。由于该墨温度受基板温度的影响，因此基板温度的上升对墨排出的特性就会产生影响。

因此，在记录头制造时，不可避免在记录元件的电阻值中产生约20～30％的差异，这一点表示提供具有均匀的墨排出性能的喷墨记录头是非常困难的。

如以上上述，在为了消除伴随记录元件的同时驱动个数的变化的差，引入以恒定电流来驱动记录元件的方法的情况下，将产生这样的问题，即，由于因记录头的制造步骤而产生差异的记录元件的电阻值，所以，不仅有无用的能量消耗，而且，在实际的记录中，基板的温度变化的特性也将不同，并且，由于因墨的温度使墨的粘性等发生变化，记录头的记录性能将有很大变动。

发明内容

因此，本发明是针对上述现有技术的缺点而做出的。

例如，本发明的记录头基板能够为实现记录性能的提高而增加同时驱动的记录元件的个数，并抑制布线宽度的增加，抑制以成膜工艺制作的基板尺寸的增大。

根据本发明的一个方案，提供一种记录头用基板，具有多个记录元件和驱动元件，该驱动元件由与上述多个记录元件对应地设置、并对对应的记录元件的驱动进行开关控制的MOS晶体管构成，该记录头用基板的特征在于，包括：公共布线部，连接上述可同时驱动的多个记录元件，并公共地供给电力；第1焊盘，向上述公共布线部提供电力；设定电路，设定对上述记录元件进行通电的MOS晶体管的栅极宽度；以及驱动电路，驱动由上述设定电路设定的栅极宽度的MOS晶体管，其中，上述驱动元件是使恒定电流流入上述记录元件的元件。

此处，上述多个记录元件是电热转换体，优选的是上述电热体的一端被连接到上述公共布线部，另一端被连接到上述MOS晶体管的漏极。

另外，优选的是上述MOS晶体管在漏极-源极电流的饱和区域进行动作。

而且，优选的是包括控制上述多个驱动元件的逻辑电路；与上述公共布线部对应，对为了分时驱动而分割的上述多个块公共化的GND布线部；以及连接上述GND布线部的第2焊盘。

除此以外，也可以是还包括具有代表上述记录元件的电阻值的电阻；其中，上述设定电路是根据该电阻的电阻值设定上述栅极宽度的电路。

另外，优选的是，上述MOS晶体管由对各记录元件连接的、栅极宽度不同的多个小MOS晶体管构成，根据上述代表的电阻值来确定最佳电流值，并且，具有根据存储进行驱动的每一个记录元件的MOS晶体管的个数的记录元件和上述存储元件，来确定接通的MOS晶体管的合计栅极宽度的电路，使得各小MOS晶体管的饱和电流的总和变为上述最佳的电流值。

此外，在上述记录头基板中，各记录元件实质上等效地被连接到上述公共布线部，或者，也可以是上述公共布线部无分支地作为1条布线，连接在上述记录元件上。

另外，优选的是该公共布线是带状的。

根据本发明的另一个方案，提供一种内置了上述结构的记录头用基板的记录头。

此外，也可以是在该记录头中包括非易失性存储器，存储上述记录头基板的记录元件驱动电压、电流值、驱动脉冲宽度、MOS晶体管栅极宽度设定信息。

而且，优选该记录头是喷墨记录头，在该情况下，上述电热转换体为了利用热能排出墨水，而产生提供给墨水的热能。

根据本发明的另一个方案，提供一种包括上述喷墨记录头和收容了提供给该喷墨记录头的墨水的墨盒的头墨盒。

根据本发明的另一个方案，提供一种使用上述结构的记录头或头墨盒来进行记录的记录装置。

而且，可以做到该记录装置根据上述记录头所具有的记录头设定信息，进行MOS晶体管栅极宽度的设定，和对记录元件施加电源电压、驱动脉冲。

根据本发明的另一个方案，提供一种驱动上述结构的记录头的记录头驱动方法。

该方法的特征在于，在将上述多个记录元件分成多个块并进行时分割驱动时，以恒定电流驱动上述多个驱动元件。

此外，可以在该方法中包括：测量步骤，测量代表在上述记录头用基板上所具备的上述多个记录元件的电阻值的电阻的值(监视制造差异)；设定步骤，设定在反映由上述测量步骤测量出的电阻值、并驱动1个上述记录元件时的MOS晶体管的栅极宽度；以及控制步骤，进行控制使得基于上述设定条件向记录元件进行电压供给，且上述MOS晶体管在饱和区域工作。

此外，优选的是在上述设定步骤中，为了调整输入到上述多个记录元件中的能量，设定用于驱动上述记录元件的脉冲信号的脉冲宽度。

这样一来，不从现有的结构进行大的变更，能够实现与记录元件的电阻值的差异无关、记录特性上优越的记录头的驱动方法。

另外，优选的是在实现该记录头的驱动方法的记录头用基板的上述设定电路中具有为电流调整而附加的电路，而且优选的是在该设定电路中，为调整输入到上述多个记录元件的能量而设定用于驱动上述记录元件的脉冲信号的脉冲宽度。

本发明是非常有利的，因为通过以恒定电流驱动记录头的记录元件，对该记录元件的施加能量变成恒定，因此能够抑制以往发生的同时驱动记录元件的个数的变动所引起的对记录元件的施加能量的差异，能够完成高品位的记录。

另外，通过设置公共地将电力供给到用于分时驱动的多个块的公共布线部，能够抑制布线宽度的增加，并有助于记录头的小型化。

此外，由于测定表示在记录头的电路基板中所具备的记录元件的电阻值的电阻的值，并根据该值设定对记录元件通电的电流值，因此即使批量生产记录头时，即使记录元件的电阻值产生差异，也能够使最佳电流对记录元件通电并进行记录。

因此，能够实现功率损耗少，记录特性上优越的高品位的记录。

本发明的其他特征和优点可以通过下面参照附图进行的说明得到明确，对附图中的相同或相似的部分添加相同的说明标号。

附图说明

该附图构成说明书的一部分，用于说明本发明的一个实施例，以便于更好地理解本发明。

图1是表示作为本发明的典型的实施例的喷墨记录装置1的概要结构的外观斜视图。

图2是表示图1所示的记录装置的控制结构的框图。

图3是从图2所示的结构只抽取关于记录头的驱动的结构元件的框图。

图4A和图4B是表示由记录头和墨盒构成的记录头墨盒1000的大致轮廓的斜视图。

图5是表示记录头3的详细结构的分解斜视图。

图6是表示记录元件装置1002的详细结构的分解斜视图。

图7是表示喷墨记录头用基板1100的构造的平面图。

图8是表示一体地形成了墨盒和记录头的头墨盒的结构的外观斜视图。

图9是表示被施加在发热电阻器的两端的电压和墨水排出速度的关系的图。

图10是表示在图7中用线所包围的部分的等效电路的图。

图11是表示从图10所示的等效电路只抽出多个发热电阻器内的、由块时分割驱动所同时驱动的1分割部分并表示的等效电路。

图12是表示同时驱动的发热电阻器的个数的变化和MOS晶体管的漏极-源极电流(I_DS)的变动的关系的图。

图13是表示在被安装在按照本发明的第1实施例的记录头上的记录头用基板(元件基板)上的缩略图。

图14是将MOS晶体管的栅极宽度W作为参数表示漏极-源极之间电压V和加热器驱动电流I之间的特性(V-I特性)的图。

图15是表示记录元件和MOS晶体管周边的图。

图16是表示MOS晶体管的一般特性的图。

图17是表示在记录装置中安装了记录头，该记录头安装了喷墨记录头用的基板，对施加到该记录装置中的记录元件的能量给与影响的部分的结构的框图。

图18是表示从基板制造到头制造、记录头的记录装置安装、及记录的步骤的流程图。

图19是对在记录元件的电阻值有差异时的电流值的设定进行表示的图。

图20是表示抽取了1位(bit)部分的用于驱动记录元件701和记录元件的块的结构的图。

图21A和图21B是表示在本发明的第2实施例中使用的MOS晶体管(驱动器)的电流-电压特性的图。

图22是在3处构成了主要的栅极宽度100μs、小型的20μm的驱动器尺寸的情况下，恒定电流是怎样变化的图。

图23是表示现有的多条布线的喷墨记录头用的基板的构造的图。

图24是表示图23所示的基板的一部分的等效电路的图。

图25是从图24所示的等效电路只抽出多个发热电阻器内由块时分割驱动所同时驱动的1分割部分并表示的等效电路。

图26是表示在现有的记录头中同时驱动的发热电阻器个数的变化和MOS晶体管的漏极-源极电流(I_DS)的变动的关系的图。

图27是表示现有的喷墨记录头用的基板的结构的典型例子的框图。

图28是详细地表示在图27所示的喷墨记录头用的基板中与寄生电阻的变动有关系的部分的图。

图29是表示控制驱动器部分使得恒定的电流流经各发热体的结构的图。

图30是表示用恒定电流驱动了记录元件的情况的功率损失的差异的图。

图31是表示在喷墨记录头的基板中输入了恒定电流的情况的记录时间和基板温度的关系的图。

图32是表示墨温度和墨排出量的关系的图。

具体实施方式

现在，根据附图详细地说明本发明的优选实施例。

此外，在本说明书中，所谓“记录”(有时也叫做“打印”)，不仅表示形成文字、图形等有意义的信息的情况，而且也表示不管有意义无意义，也不管是否是人能用视觉感知那样地明显存在，而广泛地在记录介质上形成图像、图样、图案等，或进行介质的加工的情况。

另外，所谓“记录介质”不仅表示在一般的记录装置中使用的纸，而且也广泛地表示布、塑料、薄膜、金属板、玻璃、陶瓷、木材、皮革等能容纳墨水的介质。

此外，所谓“墨水”(有时也叫做“液体”)，是表示这样的液体，即，因为与上述“记录(打印)”的定义相同而应广泛地进行解释，所以，通过被付与在记录介质上，能够供图像、图样、图案等的形成或记录介质的加工、或者墨水的处理(例如，在被付与记录介质的墨水中的色剂的凝固或不溶化)所使用。

此外，只要不特别说明，就将排出口至与它连通的液路以及产生用于墨水排出的能量的元件总括起来称为“喷嘴”。

另外，以下使用的所谓“元件基板”，不是仅仅指由硅半导体构成的衬底，而是表示设置了各元件和布线等的基体。而且，所谓“元件基板上”，不是仅仅指示元件基体的上面，也表示元件基体的表面、表面附近的元件基体内部一侧。

另外，在本发明中所说的“内置(built-in)”，不是表示只在基体上配置单个的各元件，而是表示利用半导体电路的制造步骤等在元件基体上一体地形成、制造各元件。

首先，说明使用以下说明的本发明的记录头的记录装置的典型的整体结构和控制结构。

<喷墨记录装置的说明图1>

图1是表示作为本发明的典型的实施例的喷墨记录装置1的结构的概要的外观斜视图。

如图1所示那样，喷墨记录装置(以下，叫做记录装置)从传动机构4将通过滑架马达M1产生的驱动力传给安装了按照喷墨方式排出墨水并进行记录的记录头3的滑架2，在箭头A方向使滑架2往复移动，并且，例如，经由进纸机构5使记录纸等的记录介质P进纸(走纸)，并输送到记录位置，在该记录位置上通过从记录头3将墨水排出到记录介质P来进行记录。

另外，为了良好地维持记录头3的状态，使滑架2移动到恢复装置10的位置，并间歇地进行记录头3的排出恢复处理。

在记录装置1的滑架2上，不仅安装记录头3，还安装贮存供给到记录头3的墨水的墨盒6。墨盒6相对于滑架2可自由装卸。

图1所示的记录装置1能进行彩色记录，为此，在滑架2上安装分别收容了品红色(M)、青色(C)、黄色(Y)、黑色(K)的墨水的4个墨盒。这4个墨盒能分别独立地装卸。

滑架2和记录头3，这两个构件的接合面适当地接触，就能维持达到所需要的电连接。记录头3通过按照记录信号施加能量，有选择地从多个排出口排出墨水并进行记录。尤其是，该实施例的记录头3采取利用热能排出墨水的喷墨方式，为了产生热能而具备电热转换体，将所施加到该电热转换体的电能向热能进行转换，利用将该热能提供给墨水而产生的膜沸腾引起的气泡的成长、收缩产生的压力变化，使墨水从排出口排出。该电热转换体与各排出口分别对应地设置，通过按照记录信号将脉冲电压施加到对应的电热转换体，从对应的排出口排出墨水。

如图1所示那样，滑架2与传动滑架马达M1的驱动力的传动机构4的驱动带7的一部分连接，沿着导向轴13在箭头A方向自由滑动地进行引导支撑。因此，滑架2通过滑架马达M1的正转和反转，沿着导向轴13往复移动。另外，沿着滑架2的移动方向(箭头A方向)具备用于表示滑架2的绝对位置的标度8。在该实施例中，标度8使用以需要的间距在透明的PET薄膜上打印了黑色的条的际度，它的一方被紧固在机架9上，另一方用板簧支撑。

另外，在记录装置1中，与形成记录头3的排出口(未图示)的排出口表面相对地设置了压纸滚筒(未图示)，在安装了记录头3的滑架2通过滑架马达M1的驱动力而往复移动的同时，通过将记录信号提供给记录头3并排出墨水，遍及在压纸滚筒上所传送的记录介质P的整个宽度进行记录。

此外，在图1中，14是用于传送记录介质P的、由传送马达M2驱动的传送辊，15是通过弹簧(未图示)使记录介质P与传送辊14抵接的压带轮，16是自由旋转地支持压带轮15的压带轮支座，17是被紧固在辊14的一端的传送辊齿轮。而且，通过经由中间齿轮(未图示)传动到传送辊齿轮17的传送马达M2的旋转，来驱动传送辊14。

另外，20是用于将通过记录头3形成了图像的记录介质P向记录装置外排出的排出辊，并通过传送马达M2的旋转的传动而被驱动。此外，排出辊20通过由弹簧(未图示)压接记录介质P的齿辊(spur roller)(未图示)进行抵接。22是旋转自由地支撑齿辊的齿辊架。

另外，在记录装置1，如图1所示那样，在用于安装记录头3的滑架2的记录动作的往复运动的范围以外(记录区域以外)的所希望的位置(例如，与初始位置对应的位置)，配置了用于恢复(解除)记录头3的排出故障的恢复装置10。

恢复装置10具备对记录头3的排出口表面进行加盖(capping)的加盖机构11和清洁记录头3的排出口表面的擦拭机构12，与加盖机构11的排出口表面的加盖连动，通过恢复装置内的吸引装置(吸引泵等)从排出口强制性地使墨水排出，从而，进行除去记录头3的墨水流道内的粘度增加的墨水和气泡等的排出恢复处理。

另外，在非记录动作时等，由加盖机构11将记录头3的排出口表面进行加盖，能够保护记录头3，并且，防止墨水的蒸发和干燥。另一方面，擦拭机构12被配置在加盖机构11的附近，擦去已附着在记录头3的排出口表面的墨滴。

通过这些加盖机构11和擦拭机构12，能正常地保持记录头3的墨水排出状态。

<喷墨记录装置的控制结构图2>

图2是表示图1所示的记录装置的控制结构的框图。

如图2所示那样，控制器600由以下部分构成：MPU601；存储了与后述的控制顺序对应的程序、所需要的表、其它固定数据的ROM602；生成用于滑架马达M1的控制、传送马达M2的控制、以及记录头3的控制的控制信号的特殊用途集成电路(ASIC)603；将设置了图像数据的展开区域和用于程序执行的作业用区域等的RAM604、MPU601、ASIC603相互连接并进行数据的收发的系统总线605；以及输入来自以下说明的传感器群的模拟信号，进行A/D转换，并将数字信号供给到MPU601的A/D转换器606等。

另外，在图2中，610是作为图像数据的供给源的计算机(或者，图像读取用的阅读器和数字摄像机等)，总称为主机装置。在主机装置610和记录装置1之间，经由接口(I/F)611发送接收图像数据、命令、状态信号等。

此外，620是开关组，由以下用于操作者的指令输入的开关构成：电源开关621；用于指示打印开始的打印开关622；以及用于指示起动用于将记录头3的墨水排出性能维持良好状态的处理(恢复处理)的恢复开关623等。630是用于检测装置状态的传感器组，由用于检测初始位置h的光电耦合器等的位置传感器631、用于检测环境温度而设置在记录装置的适当的部位的温度传感器632等构成。

此外，640是驱动用于在箭头A方向使滑架2往复扫描的滑架马达M1的滑架马达驱动器，642是驱动用于传送记录介质P的传送马达M2的传送马达驱动器，644是驱动记录头3的头驱动控制器。

ASIC603在记录头3的记录扫描时，一边直接访问RAM604的记忆区域，一边向记录头3传送记录元件(排出加热器)的驱动数据(DATA)。

此外，记录头装置主体具备将用于驱动记录头的记录元件的电源电压供给到记录头的电源电路(未图示)。

此处，是将MPU601执行的控制程序存储在ROM602中的，但也可以构成为再追加EEPROM等可进行擦除/写入的存储介质，并能从与记录装置1连接的主机装置610变更控制程序。

图3是从图2所示的结构中只抽取出与记录头的驱动有关的结构元件后的框图。

依据图3，通过来自MPU601和头驱动控制器644的控制，以及来自电源部650的电力供给来驱动记录头3。在记录头3中具备：为排出墨液滴而将热能付与墨水的发热电阻器(加热器)1103；用于驱动驱动器(无图示)并对加热器通电的驱动器驱动电压生成·控制部1201；以及用于经由头驱动控制器644接收图像输出和驱动控制信号并驱动驱动器的图像数据、驱动信号控制逻辑电路(逻辑电路)1202。

但是，关注记录装置主体一侧可知，能够原样使用一般的结构。

图4A～图4B是表示由记录头和墨盒(ink tank)构成的记录头墨盒1000的概观的斜视图。

从图4A～图4B可知，记录头墨盒1000由4个墨盒6和记录头3构成，并可相互分离。图4A表示已安装4个墨盒6和记录头3的状态，图4B表示4个墨盒6从记录头3分离的状态。

另外，墨盒6由分别容纳黄色(Y)墨水、青色(C)墨水、品红色(M)墨水、黑色(K)墨水的4个墨盒6Y、6C、6M、6K构成。若这些墨盒中的墨水用完，能分别单独地从记录头分离并替换。

记录头墨盒1000通过设置在记录装置主体中的滑架2的定位装置和电接点而被固定支撑，并且，相对于滑架2是可装卸的。

另外，记录头3是使用生成用于按照电信号使墨水产生膜沸腾的热能的发热电阻器(heater)进行记录的气泡喷射方式的记录头，是在与发热电阻器的表面相对的一侧排出墨水的、所谓侧喷射器类型(side-shooter type)的记录头。

图5是表示记录头3的详细结构的分解斜视图。

如图5所示，记录头由以下部分构成：安装了多个发热电阻器(加热器)的记录元件单元1002；墨水供给单元1003；以及容纳4个墨盒的盒支座2000。此外，为了不使墨水泄漏，使记录元件单元1002的墨水连通口(未图示)和墨水供给单元1003的墨水连通口2301连通，经由接合密封构件2300以螺钉2400固定，使得压住各自的构件。

图6是表示记录元件单元1002的详细的结构的分解斜视图。

如图6所示那样，记录元件单元1002由以下部分构成：两个喷墨记录头用的基板(以下，叫做基板)1100；作为第1支持构件的板1200；电布线带(挠性布线基板)1300；电接触基板2200；以及作为第2支持构件的板1400。

另外，基板1100如图6所示那样，与板1200的墨水连通口1210的某部分粘接并进行固定。而且，具有开口部分的板1400与板1200粘接并被固定，电布线带1300与板1400粘接并被固定，相对于基板1100保持预定的位置关系。

电布线带1300是施加用于将墨水排出到基板1100的电信号的部件，具有与基板1100对应的电布线，并与具有接收来自喷墨记录装置主体的电信号的外部信号输入端子1301的电接触基板2200进行连接。电接触基板2200通过端子定位孔1309(2个位置)定位，被固定在墨水供给单元1103上。

图7是表示喷墨记录头用基板(以下，叫做基板)1100的构造的平面图。

如图7所示那样，基板1100在厚度为0.5～1mm的Si基板的一面设置了用于排出墨水的多个发热电阻器1103，而且，通过光刻法(photolithography)技术形成与它对应的多个墨水流道(未图示)和多个墨水排出口(未图示)。

此外，与在板1200上形成的墨水连通口1201对应，形成用于将墨水供给到多个墨水流道的墨水供给口1102，使得在相反一侧的面(背面)开口。发热电阻器1103夹持着墨水供给口1102并在两侧各1列地配置成锯齿形。在其外侧，配置了进行该发热电阻器1103的ON/OFF的发热体驱动元件(以下，叫做驱动元件)1107。由于与发热电阻器1103相对设置了墨水排出口，因此从墨水供给口1102供给的墨水通过发热电阻器1103的发热产生的气泡而从排出口排出。

为了对基板1100施加用于排出墨水的电信号，通过热超声波压接法等将被固定在板1200上的基板1100的电极焊盘1104上的凸起部分(隆起：未图示)和电布线带1300的电极引线(未图示)进行电连接。此外，在图7所示的基板1100中示出了多个电极焊盘，但将这些总称时，作为参照标号使用1104，在个别地言及每个电极焊盘时在参照标号1104后面附加小写字母。

发热电阻器1103分别使其一端对于公共布线1105(用于提供将能量供给到发热电阻器的电源电压的布线)等效(从发热电阻器到公共布线部的电阻值实质上相等)地连接，另一端连接到驱动元件1107。驱动元件1107的另一端被连接到公共布线1106(用于提供将能量供给到发热电阻器的电压的GND布线)。由图7可知，在本发明中，将与可同时驱动的发热电阻器的个数无关的布线公共化，另外，公共布线1105和公共布线1106被分割成4个块，它们是从中央将墨水供给口1102的每一侧的列分开的4个块。公共布线1101分别与电极焊盘1104a、1104b连接，从电极焊盘1104a、b施加用于将墨水排出到各自的发热电阻器1103(电源一侧)和驱动元件1107(GND一侧)的电信号。

此外，如上所述，墨盒6和记录头3可以构成为能分离的结构，但它们也可以一体地形成并构成可替换的头墨盒IJC。

图8是表示一体地形成墨盒和记录头的头墨盒IJC的结构的外观斜视图。在图8中，点线K是墨盒IT和记录头IJH的边界线。在头墨盒IJC中，当它被安装在滑架2上时，设置用于接收滑架2所供给的电信号的电极(未图示)，通过该电信号，如上述那样驱动记录头IJH并排出墨水。

此外，在图8中，500是墨水排出口列。另外，在墨盒IT中为了保持墨水，设置纤维质状或多孔质状的墨水吸收体。

以下，说明被安装在上述结构的记录装置的、本发明的记录头的实施例。

[第1实施例]

图9是表示被施加在发热电阻器的两端的电压和墨水排出速度的关系的图。

该图对于加在发热电阻器1103的两端的电压V(能量E)，用排出速度的观点表示墨水的排出状态。这样，由于墨水的排出状态通过电压(能量)变化，因此在现有的结构中，按在基板内以同时驱动电极布线发热电阻器的数量设定单独布线，直到填满电极焊盘为止，使得根据发热电阻器的同时驱动个数，而在发热电阻器的两端产生的电位差收敛在稳定排出范围内。

实际上，能进行稳定的墨水的排出的范围是图9所示的稳定区域的范围，一般是发热电阻器的两端电位差在±5％的范围。但是，若考虑发热电阻器1103的电阻值的差异和公共布线1101的电阻值的差异，以及发热电阻器1103的耐久性等，那么在此之前需要将电极焊盘之间的电位差抑制在5％左右的范围。

在该实施例中，即使随着今后的高速记录、多喷嘴化而增多发热电阻器的同时驱动个数，也能够使基板的单独布线的增大引起的布线区域增大的新片尺寸的增加(最终是成本的增大)，或者伴随着同时驱动个数的变化的公共布线部上的电势差的发热电阻器的施加能量的变化，小于或等于现有技术。另外，通过相对于现有将驱动元件的尺寸小型化，并通过使MOS型晶体管的动作从该非饱和区域向饱和区域移动并使之进行工作，即使能同时驱动的多个发热元件对于公共布线等效地被连接，被施加到发热电阻器上的能量不因同时驱动个数的差而脱离墨水的排出稳定范围。

这样，在本发明中，能够稳定地驱动可同时驱动的多个记录元件，而不需按块地将布线进行分割布线(即，不象图23所示那样使布线分支)。另外，在本发明中，能够用直线状的1根布线连接可同时驱动的多个记录元件。

即，(1)设定为使驱动元件小型化并在饱和区域进行动作，使得流经发热电阻器的电流恒定而不依赖于同时驱动的个数，(2)通过(1)使根据同时驱动的个数而在发热电阻器中消耗的每单位时间的能量变动成为恒定，从而使对至少2个以上的被同时驱动的块的布线为公共布线，(3)将电力供给到发热电阻器的电源电压和驱动元件用的电源电压施加相同的电压。

图10是表示在图7中用线包围的部分的等效电路的图。

比较图10和图24就知道，对于以往以被同时驱动的发热电阻器为单位个别地存在电阻的布线电阻1112-(x)(此处，x＝1、n)和1113-(x)(此处，x＝1、n)，依据图10，根据至少能同时驱动的多个发热电阻器被连接到公共的布线，可以考虑将这些发热电阻器作为一个电阻来考虑(实际上关于公共布线部的电阻1112、1113，被连接到离电极焊盘远的部分的发热电阻器的电阻变大，此处已简易地记载)。

此处，说明同时驱动个数发生了变化时的驱动元件的工作点。

图11是从图10所示的等效电路中只抽取出在多个发热电阻器内通过块时分割驱动而被同时驱动的1个分割部分来表示的等效电路。

在图11中，RH是被同时驱动的发热电阻器中的一个的电阻值。另外，图25所示的以往已存在的单独布线电阻成分的RL1、RL2随着公共布线化，将在以往已存在的单独布线进行公共化以前的电布线带1300或电接点基板2200上产生的公共布线的电阻值部分，和基板1100内的公共布线电阻部分1112、1113作为一体，在图11中作为公共布线电阻部RC3(电源一侧)、RC4(GND一侧)进行图示。

此外，在图11中，电源被供给到发热电阻器1103，将在驱动时产生的发热电阻器+驱动元件之间的电压设为VH。另外，将发热电阻器在被驱动时流过的电流设为I_DS，将在驱动元件1107的漏极-源极之间产生的电压设为V_DS。然后，将作为驱动元件的MOS晶体管1107的漏极、栅极、源极分别记作D、G、S。

通过采用图11那样的电路结构，通过使以往单独的布线变为共用，即使在离电极焊盘最远的部分也能够将变得较大的电阻损耗抑制到1/3～1/4的电阻值，并能大幅度减小布线部的电阻损耗。但是，对于作为以往的公共布线的电阻值的RC1、RC2，由于RC3、RC4已变成相当大的电阻值，因此同时驱动个数的VH的变动相对于以往变得非常大，不改变MOS型晶体管的动作区域只将单独布线变成了公共布线，则同时驱动个数的差所引起的、向发热电阻器施加的能量的差异变大，不能进行稳定的记录。

图12是表示该实施例的同时驱动的发热电阻器个数的变化和MOS晶体管的漏极-源极电流(I_DS)的变动的关系的图。

如上所述，以往确定驱动元件的尺寸，使得发热电阻器的驱动元件在非饱和区域进行动作，但在该实施例中积极地将发热电阻器分别串联连接的驱动元件的尺寸进行小型化，使驱动元件的动作从非饱和区域向饱和区域移动并设计工作点。

此处，参照图13～图16说明使每个驱动元件在饱和区域工作的情况的结构和在达到该饱和区域化的情况下能同时达到的驱动元件尺寸的小型化。

图13是表示在被安装在按照该实施例的记录头上的记录头用的基板(元件基板)上的缩略图。

此处，以往的尺寸的元件基板也一并记载。

在图13中，只摘录表示有关由用于供给墨水的墨水供给孔和电阻器构成的记录元件，用于从外部向元件基板内部供给信号和电力的焊盘以及被串联连接到记录元件、单独地驱动控制各记录元件的MOS晶体管的部分。

此外，多个电阻器被连接到公共的电源线。此外，在该元件基板上内置了发热电阻器、电源线、MOS晶体管和根据记录数据将信号提供给MOS晶体管的逻辑电路。

在该实施例中，作为记录元件的尺寸使用了形成宽24μm×长28μm的发热体。该发热体具有约400Ω的电阻器。与此相对，将从记录装置主体供给到记录头的记录元件的电源电压设为24V。除这些以外，还存在布线电阻等，但在MOS晶体管的ON电阻低的情况下就会有大约55～60mA的电流流过记录元件。

由图13可知，在该实施例中，将MOS晶体管部分的长度做成大约1/4，因此成为比以往更小型的元件基板。

接着，使用图14说明相对于以往能够取大约1/4的尺寸的理由。

驱动记录元件的MOS晶体管的尺寸用栅极宽度W确定，但在图14中将在该实施例中使用的MOS晶体管的栅极宽度W作为参数来表示漏极-源极之间的电压V和加热器驱动电流I之间的特性(V-I特性)。

以往用栅极宽度W＝560μm尺寸形成了记录头用的元件基板。此处，由图14可知，在W＝560μm的情况下，通过在电流为55～60mA的区域中使MOS晶体管在非饱和区域工作，用ON电阻没有大的变化的部位作为进行动作的开关来使用。在这样的非饱和区域工作的情况下，若电源电压发生变化，那么ON电阻低并且恒定，因此就有电流容易变化、即被施加到记录元件的能量容易变化，不能得到稳定的记录、具有较长寿命的问题。

在美国专利第6523922号公报所记载的结构中，例如，由于是控制MOS晶体管的结构，使得即使电源电压发生差异，也使记录元件两端的电压变为恒定，所以，比较恒定的能量被供给到记录元件。

但是，在记录元件的电阻材料是具有负的温度系数的电阻材料的情况下，若记录元件两端的电压恒定，则随着温度上升电流增加，结果有可能增大能量。

在使用这样的具有负的温度系数的记录元件的情况下，通过做到使流过记录元件的电流值变为恒定，也能够减小对于记录元件的能量负荷，使其得到较长寿命。

此处，由图14可知，使用大约55～60mA进入饱和区域的MOS晶体管的栅极宽度W是大约140μm。

图15是表示记录元件和MOS晶体管周边的图。

若使栅极宽度变短，相应地能使芯片尺寸小型化。因此，若根据本发明，那么通过从现有的560μm到大约1/4的140μm构成栅极宽度，能够在饱和区域使用于控制记录元件的驱动的MOS晶体管工作，能够使流经记录元件的电流变为恒定，并且，也能够同时进行驱动器尺寸的小型化。

此外在图15中，701是记录元件，702是用于使恒定电流对记录元件(加热器)701通电的、与以往相比大幅度地小型化的驱动器。

图16是表示MOS晶体管的一般特性的图。

依据图16，通过使栅极宽度充分变小，能够在饱和区域使MOS晶体管工作，所以，由该特性可知，能够与栅极电压无关地维持恒定的电流。此处，I_D是漏极电流，W是MOS-FET的沟道长度，L是MOS-FET的沟道宽度，μ_n是沟道中的载流子迁移率，C_OX是栅极氧化膜电容，V_G是栅极电压，V_TH是阈值电压，V_D是漏极电压。

通过这样做，如图12所示那样，在被同时驱动的发热电阻器的个数变动了的情况下，当在图12中用■表示的同时驱动个数少的情况下和在图12中用□表示的同时驱动个数多的情况下，驱动元件的漏极-源极之间电压V_DS的变动变大，但由于该变动区域是驱动元件的饱和区域，因此与V_DS的变动无关，即，与同时驱动个数无关，恒定的电流被施加到发热电阻器。

在该情况下，由于I_DS变为恒定，因此I_DS ²×R(发热电阻器的电阻值)也变为恒定，恒定的能量被施加到发热电阻器。

因此，依据以上已说明的实施例，由于将驱动元件的尺寸变小，在饱和区域使驱动元件工作，因此即使同时驱动个数增加也能够将恒定的能量投入到发热电阻器。另外，由于以往通过将作为单独布线的布线变为公共布线，能抑制布线区域的增大，因此也不使芯片尺寸本身大型化，结果，能够抑制生产成本的增加。

从而，依据以上已说明的实施例，能够使墨水稳定地排出，并能够提供高图像质量、长寿命的记录头。

[第2实施例]

图17是表示本发明的第2实施例的喷墨记录头用基板(以下，叫做基板)1100和安装了该基板的记录头3，以及在安装了该记录头的记录装置中对施加在记录元件上的能量产生影响的部分的结构的框图。

此外，在装置本身设置对记录头和记录元件基板供给电力的电源，从该电源对基板供给预定的电压、电流。

因此，此处，对使用图27～图32已说明的以往的基板没有变化的部分省略，只记述在适用本发明的实施例中具有特征的部分。

在图17中，2101是记录元件(发热电阻器)，2102是用于使恒定电流流经各记录元件的记录元件的开关元件(驱动器)，该开关元件具有使之可选择地进行工作的、多个被分割后的栅极宽度的栅极。2103a、2103b是在基板1100内的公共布线中产生的寄生电阻，2104a、2104b是在记录头3内的公共布线中产生的寄生电阻，2105a、2105b是在记录装置的公共布线中产生的寄生电阻，2107是为了反映基板1100的记录元件2101的代表电阻值，而在与形成记录元件相同的时形成的监视器用电阻。

另外，2108是控制器，根据从记录装置的头驱动控制器644输出的、经由移位寄存器、锁存器等的用于记录的图像数据，或用于向上述记录元件提供用于墨水排出的能量的驱动脉冲信号，对驱动器2102进行ON/OFF控制，并且，与根据监视器用的电阻2107的电阻值和因同时驱动记录元件个数的变动而在上述的寄生电阻中产生的电压降无关地、进行使恒定电流对记录元件通电的控制的合计栅极宽度选择等的处理。2110是负责驱动记录元件的驱动脉冲的脉冲宽度控制的驱动控制逻辑部。

此外，2112是存储作为在各记录元件中反映监视器用的电阻2107的电阻值并进行确定的恒定的电流值那样的设定信息的、例如作为EEPROM、FeRAM、MRAM等的非易失性存储器的头存储器。在该实施例中，根据被存储在头存储器2112中的信息，能够使在记录元件2101的两端产生的电压最佳化，与记录元件制造时的差异等无关，将驱动器2102中的能量损耗取为最小限度。

2111是根据由头存储器2112读出的信息，设定恒定电流的设定电路。

图18是表示该实施例的、从基板制造到头制造、记录头的记录装置安装、以及记录的步骤的流程图。

首先，在步骤S110中，使用半导体制造工艺制造基板1100。基本的制造工艺是按现有技术进行的。但是，在该实施例中，在所制造的基板1100中，内置(built-in)了记录元件2101、驱动器2102、监视器用电阻2107、控制部2108、以及在各记录元件中设定按照其电阻值所确定的恒定电流值的设定电路2111等。

在基板的制造后，在步骤S120中，组合其它的部件等制造记录头3。在记录头3中，安装有将用于设定恒定的电流值，并用于确定驱动记录元件的时间的信息进行保存的头存储器2112。在记录头3完成后，在步骤S130中，为了确定恒定电流值，读取监视器用电阻2107的电阻值，而且，在步骤S140中，根据该电阻值确定对具有制造差异的记录元件通电的最佳电流值。

此处，说明记录元件的电阻值已存在差异时的电流值的设定。

图19是表示在该实施例的记录元件的电阻值已存在差异时的电流值的设定的图。

此处，设定了与在现有例子中已说明的条件相同的条件，即记录元件的电阻值是100Ω左右，由于制造差异，在该电阻值中有±20％的差异的情况。另外，作为恒定电流值已进行了设定，以便在记录元件的两端产生从电源电压减去了驱动器恒流控制用电压的变动最大值(此处为4.5V)的电压(此处为15V)。

例如，在记录元件的电阻值变为80Ω的情况下，记录元件两端的电压为15V时，电流是188mA。因此，为了将该信息提供给基板100以设定电流值为188mA，向头存储器2112进行写入。在其它的电阻值的基板的情况下，同样地可以向头存储器2112进行写入，使得按照图19所示的表设置适当的电流。

如以上那样，执行步骤S150的步骤。

接着，使用图20说明步骤S160的步骤，即，根据被设置在头存储器2112中的信息使恒定电流通电的例子。

图20是表示以1位部分摘录了记录元件2101和用于驱动记录元件的块的结构的图。

在图20中，701是记录元件，702是用于在记录元件(加热器)701中使恒定电流通电的、与现有技术比被大幅度地小型化的驱动器，703是比驱动器702更小型的附加驱动器，704是用合并了这些驱动器的恒定电流工作的驱动器部。在该实施例中，采用以下结构：在驱动记录元件701时，能够为是否驱动附加驱动器703而微调整恒定电流。此处，驱动器702、703由MOS晶体管构成，因为被小型化以便在饱和区域工作，所以每个记录元件都能维持恒定电流。

在图20所示的结构中，每1个记录元件设置有4个附加驱动器。如果设该附加驱动器各自的电流增加量为Δx、Δy，那么，通过由小型驱动器选择部705有选择地驱动它们其中的一个或者两个，能够多阶段地微调整电流值。另外，恒定电流的能量损耗也与记录元件的电阻值无关，能够恒定并且变小。

当然，由图17所示的寄生电阻2103a、2103b，2104a、2104b，2105a、2105b等在记录元件中公共地产生的电压降，由于记录元件的同时驱动个数的变化而产生差，即使如此，依据该实施形式的构成，使在各记录元件中流过的电流成为恒定，因此，不会出现能量的差异。可以只预先考虑在这些公共布线中能产生的电压降的差，并设定驱动器602的电压控制范围。

在使用以上的结构的情况下，如图19所示，即使记录元件的电阻值在80～120Ω的范围发生差异，通过根据并各记录元件的电阻值，来确定并设置恒定电流，从而消除在现有技术例子中成为问题的、在低电阻一侧发生的大的功率损耗(58％)，并能够在电阻差异的全部范围中使功率损耗(能量损失)变为恒定。

此处，在图21A～图21B中表示在该实施例中使用的MOS晶体管(驱动器)的电流-电压特性。其性能可由栅极长度、栅极宽度等各种指标进行表达，但是，在该实施例中，通过小型的驱动器个数使恒定电流值可变，因此将栅极宽度的W作为参数进行记载。

在图21A～图21B中表示从作为现有ON电阻使用的栅极宽度560μm到70μm已小型化的情况的例子。

如图19所示，因为150mA是电流值的中心，所以如图21A～图21B所示，若以栅极宽度约140μm为中心，那么能够利用饱和电流使流过记录元件的电流保持恒定。

图22是表示在3个部位构成了主栅极宽度100μm、小型的20μm的驱动器尺寸的情况下，恒定的电流值如何变化的图。

由该图可知，即使可用约20mA的等级进行变化，也能够利用饱和电流将流过记录元件的电流保持为恒定。此外，在图2中，以栅极宽度(W)140μm为中心记载了3个部位的变化，但是，不言而喻，若更增加该个数，那么能够精密地详细地设置恒定电流值。

这样，使用已设定电流值的记录头，为了将大致恒定的能量提供给墨水确定用于在各记录元件中通电的信号脉冲的宽度，以便能够进行稳定的墨水排出。实际上，只要使脉冲宽度从某个值逐渐地增加，并设定稳定的脉冲宽度即可。

按以上那样做，来执行步骤S160的步骤。

此外，在图19中，记载了将供给大致相同的能量的脉冲宽度作为实施例。

即，依据图19，则在使投入到一个记录头的能量为2.25μJ的情况下，按照记录元件的电阻变成已适合0.8μS～1.2μS的脉冲宽度。此处，由图19所示的能量损耗的值可知，在现有技术例中，该能量损耗由于记录元件的电阻值的差异有了10倍差距，与此相对，在该实施例中，即使有记录元件的电阻值的差异，能量损耗也是恒定的，而且，其损耗值也止于最低限度(约6.7％)。

这样确定的脉冲宽度在步骤S170中，作为脉冲信息被存储在记录头3的头存储器2112中。

按以上那样，被制造、设定的记录头3在步骤S180中被安装在记录装置中，之后，在步骤S190中，记录装置通过根据被存储在头存储器2112中的脉冲宽度信息和进行记录的图像信息从头驱动控制器644将记录信号供给到记录头，然后供给到基板1100，来进行记录。

因此，根据以上已说明的实施例，根据记录头所具备的监视器用电阻值，来确定用于对每个记录头驱动记录元件的最佳电流值，因此能够根据记录元件的电阻值的差异将能量损耗的差异抑制为一定，并且，将其损耗量抑制到最小限度。

因此，能实现稳定的高品位的记录、和记录头的长寿命化。

此外，在以上的实施例中，假定从记录头排出的液滴是墨水并进行说明，而且假定被收容在墨盒中的液滴是墨水并进行了说明，但其收容物不限定于墨水。例如，为了提高记录图像的定影性和耐水性，或者提高其图像质量，对于记录介质所排出的处理液那样的液滴也可以收容在墨盒中。

此外，以上的实施例，尤其在喷墨记录方式中，也具备了作为用于使墨水排出进行而利用的能量产生热能的装置(例如，电热转换体)，能够通过使用利用上述热能使墨水状态变化发生的方式达成记录的高密度化、高精细化。

关于它的典型的结构和原理，例如，希望使用美国专利第4723129号说明书、和第4740796号说明书中所公开的基本的原理并进行。该方式也能适用于所谓请求型、连续型的任意一个。特别地，在请求型的情况下，通过在与保持有液体(墨水)的液道对应配置的电热转换体上，施加与记录信息对应并给予与超过核沸腾(气泡状汽化)的急速的温度上升的至少一个的驱动信号，从而使在电热变换器中产生热能，在记录头的热作用面上产生膜沸腾，结果，能形成与该驱动信号1对1对应的液体(墨水)内的气泡，所以是有效的。通过该气泡的成长、收缩，经由排出用的开口使液体(墨水)排出，至少形成1个液滴。若将该驱动信号变成脉冲形状，则由于即时适当地进行气泡的成长、收缩，因此更希望能达成在应答性方面特别优越的液体(墨水)的排出。

作为该脉冲形状的驱动信号，适合在美国专利第4463359号说明书、和第4345262号说明书中所记载的驱动信号。此外，若采用关于上述热作用面的温度上升率的发明的美国专利第4313124号说明书所记载的条件，就更能进行优越的记录。

作为记录头的结构，除了在上述的各说明书中所公开的排出口、液道、电热转换体的组合结构(直线状液体流路或直角液体流路)外，使用了公开在热作用面弯曲的区域中进行配置的结构的美国专利第4558333号说明书、美国专利第4459600号说明书的结构也包含在本发明中。

另外，以上的实施例是对记录头扫描并进行记录的串行类型的记录装置，但是，也可以是使用了具有与记录介质的宽度对应的长度的记录头的全行类型的记录装置。作为实线类型的记录头，也可以是通过在上述的说明书中所公开的那样的多个记录头的组合来满足其长度的结构，或者是作为一体地形成的1个记录头的结构的任意1个。

另外，不仅可以使用上述的实施例说明的在记录头本身中一体地设置了墨盒的盒式的记录头，而且可以使用通过安装在装置主体上，能够与装置主体电连接或能够进行来自装置主体的墨水的供给的自由交换(互换)的片式的记录头。

另外，在以上已说明的记录装置的结构中，优选附加对记录头恢复装置、预备的装置等能够使记录动作更稳定，所以优选之。若具体地将它们举例，则有对于记录头的加盖装置、擦拭装置、加压或吸引装置、以及电热转换体或与它不同的加热元件或它们的组合的预备加热装置等。另外，具备用于进行与记录不同的排出的预备排出模式对于进行稳定的记录也是有效的。

此外，作为记录装置的记录模式，不仅是黑色等的主流颜色的记录模式，还可以是一体地构成记录头或通过多个组合的模式，但是，也能够是至少具备了不同颜色的多种彩色，或者混色的全彩色的1种的模式。

在不脱离本发明的精神和范围的前提下，本发明可以有各种不同的实施方式，并且应该理解为，本发明不受上述特定的实施方式的限定，其范围由所附的权利要求限定。

Claims (19)

1.一种记录头用基板，具有多个记录元件和驱动元件，该驱动元件由与上述多个记录元件对应地设置、并对对应的记录元件的驱动进行开关控制的MOS晶体管构成，该记录头用基板的特征在于，包括：

公共布线部，连接上述可同时驱动的多个记录元件，并公共地供给电力；

第1焊盘，向上述公共布线部提供电力；

设定电路，设定对上述记录元件进行通电的MOS晶体管的栅极宽度；以及

驱动电路，驱动由上述设定电路设定的栅极宽度的MOS晶体管，

其中，上述驱动元件是使恒定电流流入上述记录元件的元件。

2.根据权利要求1所述的记录头用基板，其特征在于：

上述多个记录元件是电热转换体；

上述电热转换体的一端连接到上述公共布线部，另一端连接到上述MOS晶体管的漏极。

3.根据权利要求2所述的记录头用基板，其特征在于：

上述MOS晶体管在漏极-源极电流的饱和区域进行工作。

4.根据权利要求1所述的记录头用基板，其特征在于，还包括：

控制上述多个驱动元件的逻辑电路；

与上述公共布线部对应，对为了分时驱动而分割的多个块公共化的GND布线部；以及

连接上述GND布线部的第2焊盘。

5.根据权利要求1所述的记录头用基板，其特征在于：

还包括具有代表上述记录元件的电阻值的电阻；

其中，上述设定电路是根据该电阻的电阻值设定上述栅极宽度的电路。

6.根据权利要求1所述的记录头用基板，其特征在于：

上述MOS晶体管由对各记录元件连接的、栅极宽度不同的多个小MOS晶体管构成，

上述设定电路是根据小MOS晶体管的驱动个数的设定而进行上述栅极宽度的设定的电路。

7.根据权利要求6所述的记录头用基板，其特征在于：

由基于上述代表的电阻值的电流值与上述各小MOS晶体管的饱和电流的总和，来设定小MOS晶体管的驱动个数。

8.根据权利要求1所述的记录头用基板，其特征在于：

各记录元件实质上等效地被连接到上述公共布线部。

9.根据权利要求1所述的记录头用基板，其特征在于：

上述公共布线部无分支地作为1条布线，连接在上述记录元件上。

10.根据权利要求1所述的记录头用基板，其特征在于：

上述公共布线是带状的。

11.一种记录头，其特征在于：

使用权利要求1-10中任一项所述的记录头用基板。

12.根据权利要求11所述的记录头，其特征在于：

还包括非易失性存储器，存储上述记录头基板的记录元件驱动电压、电流值、驱动脉冲宽度、MOS晶体管栅极宽度设定信息。

13.根据权利要求11所述的记录头，其特征在于：

上述记录头是喷墨记录头。

14.根据权利要求13所述的记录头，其特征在于：

上述喷墨记录头的电热转换体，为了利用热能排出墨水而产生提供给墨水的热能。

15.一种头墨盒，其特征在于：

使用权利要求13所述的记录头和用于收容被提供给上述记录头的墨水的墨盒。

16.一种记录装置，其特征在于：

使用权利要求11～14的任一项所述的记录头、或者使用权利要求15所述的头墨盒来进行记录。

17.根据权利要求16所述的记录装置，其特征在于：

根据上述记录头所具有的记录头设定信息，进行MOS晶体管栅极宽度的设定，和对记录元件施加电源电压、驱动脉冲。

18.一种驱动权利要求11所述的记录头的记录头驱动方法，其特征在于：

在将上述多个记录元件分成多个块并进行分时驱动时，以恒定电流驱动上述多个驱动元件。

19.根据权利要求18所述的记录头驱动方法，其特征在于，还包括：

测量步骤，测量代表在上述记录头用基板上所具备的上述多个记录元件的电阻值的电阻的值；

设定步骤，设定在反映由上述测量步骤测量出的电阻值、并驱动1个上述记录元件时的MOS晶体管的栅极宽度；以及

控制步骤，进行控制使得基于上述设定条件向记录元件进行电压供给，且上述MOS晶体管在饱和区域工作。

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