CN102152620B - 打印头基板、打印头及打印装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种打印头基板、打印头及打印装置。该打印头基板包括：在预定方向上排列的多个打印元件；第一逻辑电路，与各自被分配给预定数量的相邻打印元件的各个组相对应地布置，第一逻辑电路被构造为从属于组中的各个的打印元件中，选择要驱动的打印元件；驱动电路，其被构造为基于从第一逻辑电路输出的信号，驱动打印元件；第二逻辑电路，其被构造为将从外部输入的打印数据，供给至与各个组相对应的第一逻辑电路；以及储电单元，其布置在各个组中，并且连接至用于向第一逻辑电路、第二逻辑电路及驱动电路中的至少一个供给电力的电力供给线，储电单元被构造为依照通过电力供给线施加的电压来储存电荷。

Description

打印头基板、打印头及打印装置

技术领域

本发明涉及一种打印头基板、打印头及打印装置。 

背景技术

已知在诸如纸或胶片(film)等的打印介质上打印诸如文字或图像等的信息的打印装置。大多数这种类型的打印装置采用串行打印方法，其在与打印介质进给方向垂直的方向上往复扫描的同时进行打印。串行打印方法具有诸如易于降低成本及易于缩减尺寸等的优点。 

在这些打印装置中，已知遵循喷墨打印方法的打印装置(以下称为“喷墨打印装置”)。喷墨打印装置包括例如使用热能进行打印的打印头(参见日本特开2005-199703号公报)。 

打印头具有喷墨打印头基板(以下简称为“打印头基板”)。图7A足例示传统喷墨打印头基板500的电路布局的图。图7B是例示用于驱动图7A所示的打印头基板500上的加热器502的阵列的电路布置的电路图。 

如图7A所示，打印头基板500包括加热器、驱动晶体管503、高压逻辑电路504、逻辑电路505及驱动电压发生电路506等。如图7B所示，将各种不同的驱动电力供给至各个部分。为了提高打印处理速度及图像质量，打印头基板500倾向于增加加热器的数量并基板形状加长。 

一般来说，打印头基板正向缩减尺寸等的高效电路布置的方向发展。然而，打印头基板需要如图7A所示的供墨口501，与具有任意形状的一般IC(集成电路，Integrated Circuit)相比，这极大地制约了电路布置。由于如上所述，基板形状趋于变长，因此需要沿加热器阵列长的电路布置。对于长的基板形状而言，需要从基板端部的垫片(pad)开始布设长的电力供给线。电力供给线的寄生C、R及L可能使电源不稳定，从而导致故障。 

在打印头基板上，一次流过每个加热器数十mA或每整个基板数A 的脉冲电流，以引起墨的膜沸腾。脉冲电流流过通过基板电路的整个上层的铝线。这样，与一般IC相比，叠加在电路电源上的噪声变得非常大。特别地，图7A及7B所示的逻辑电路505需要以低电压快速驱动。然而，在布局的制约下，逻辑电路505被布置为平行于加热器脉冲电流流过的铝线的下层，从而受到噪声的极大影响。 

由于如上所述，加热器的数量增加，因此噪声趋于进一步增大。加热器数量的越大，需要电路驱动速度越快(频率越高)，而随着电力消耗的增加，电源变得不稳定。另外，高速驱动使电源噪声增大，电路故障的风险加大。也就是说，基板上的电源的稳定化成为重要问题。 

发明内容

本发明提供一种使基板上的电源稳定化的打印头基板、打印头及打印装置。 

根据本发明的第一方面，提供一种打印头基板，该打印头基板包括：在预定方向上排列的多个打印元件；第一逻辑电路，与各自被分配给预定数量的相邻打印元件的各个组相对应地布置，所述第一逻辑电路被构造为从属于所述组中的各个的所述打印元件中，选择要驱动的打印元件；驱动电路，其被构造为基于从所述第一逻辑电路输出的信号，驱动所述打印元件；第二逻辑电路，其被构造为将从外部输入的打印数据，供给至与所述各个组相对应的所述第一逻辑电路；以及电容器，其布置在所述各个组中，并且连接至用于向所述第一逻辑电路、所述第二逻辑电路及所述驱动电路中的至少一个供给电力的电力供给线，所述电容器被构造为依照通过所述电力供给线施加的电压来储存电荷。 

根据本发明的第二方面，提供一种安装有上述打印头基板的打印头。 

根据本发明的第三方面，提供一种打印装置，该打印装置包括：安装有上述打印头基板的打印头，其中，所述打印装置通过相对于打印介质扫描所述打印头，来进行打印。 

通过下面参照附图对示例性实施例的描述，本发明的其他特征将变 得清楚。 

附图说明

图1是例示根据本发明的实施例的喷墨打印装置1的外观的立体图； 

图2是例示图1所示的打印装置1的功能结构的框图； 

图3A及3B是例示图1所示的打印头基板100的图； 

图4是示出驱动加热器102时的信号及电流电压波形的波形图； 

图5A及5B是例示根据第二实施例的打印头基板300的图； 

图6A及6B是例示根据第三实施例的打印头基板400的图； 

图7A及7B是例示传统技术的图； 

图8A是用于说明根据第一实施例的电容器的连接的电路图，图8B是用于说明根据第二实施例的电容器的连接的电路图；以及 

图9是用于说明打印元件的驱动定时(timing)的图。 

具体实施方式

现在，将参照附图详细描述本发明的示例性实施例。应当指出，除非另外具体说明，在这些实施例中描述的部件、数字表示和数值的相对配置不限制本发明的范围。 

注意，以下描述将以采用喷墨打印系统的打印装置为例进行说明。然而，本发明不限于这种特定系统。例如，可以采用使用调色剂作为色材的电子照相系统。 

打印装置可以是例如仅具有打印功能的单功能打印机，或者具有多个功能(包括打印功能、FAX(传真)功能和扫描器功能)的多功能打印机。此外，打印装置可以是例如用于使用预定打印系统来制造滤色器(color filter)、电子设备、光学设备、微结构等的制造装置。 

在本说明书中，“打印(printing)”不仅是指形成诸如字符或图形的有意义的信息，在广义上还指在打印介质上形成例如图像、设计、图案或结构，而不管形成的信息是否有意义，或者是指对介质进行处理。此 外，形成的信息不需要为了人们在视觉上进行识别而总是可见的。 

此外，“打印介质”不仅是指在普通打印装置中使用的纸张，在广义上还指可以使墨固定的部件，例如织物、塑料膜、金属板、玻璃、陶瓷、树脂、木材或皮革。 

此外，如在上述“打印”的定义中，应当在广义上解释“墨”，“墨”是指在供给到打印介质上时，能够用于形成例如图像、设计或图案，对打印介质进行处理，或进行墨处理的液体。墨处理包括例如供给到打印介质上的墨中的色材的凝固或使其不溶解。 

(第一实施例) 

图1是例示根据本发明的实施例的喷墨打印装置1的外观的立体图。 

在喷墨打印装置(以下称为“打印装置”)1中，将根据喷墨方法通过排出墨来进行打印的喷墨打印头(以下称为“打印头”)3，安装在托架2上。打印装置1通过在预定方向上往复移动托架2来进行打印。打印装置1经由进纸机构进给诸如打印纸等的打印介质P，并且将其输送至打印位置。在打印位置，打印头3将墨排出至打印介质P，来进行打印。 

根据第一实施例的打印头3采用使用热能来排出墨的喷墨方法。因而，打印头3包括发热元件。与各个排出口相对应地布置发热元件，并且将与打印信号相对应的脉冲电压施加至相应的发热元件。响应于此，从相应的排出口排出墨。 

除了打印头3之外，例如，还将墨盒6安装在托架2上。墨盒6储存要供给至打印头3的墨。在图1所示的打印装置1中，分别储存磨砂黑色(mat black)(MBk)、品红色(M)、青色(C)、黄色(Y)及黑色(K)墨的5个墨盒6，安装在托架2上。5个墨盒6能够独立进行安装/拆卸。 

图2是例示图1所示的打印装置1的功能结构的框图。 

控制器600包括MPU 601、ROM 602、专用集成电路(ASIC)603、RAM 604、系统总线605及A/D转换器606。 

ROM 602存储与控制序列(稍后描述)相对应的程序、预定表及其 他固定数据。ASIC 603控制托架电机M1及输送电机M2。另外，ASIC 603生成控制打印头3的控制信号。RAM 604用作图像数据光栅化区域以及执行程序的工作区域等。系统总线605将MPU 601、ASIC 603及RAM 604相互连接，以便交换数据。A/D转换器606对从传感器组(稍后描述)输入的模拟信号进行A/D转换，并且将转换后的数字信号供给至MPU601。 

开关组620包括电源开关621、打印开关622及恢复开关623。用于检测装置状况的传感器组630包括位置传感器631及温度传感器632。 

在打印头3执行的打印扫描中，ASIC 603在直接访问RAM 604的存储区域的同时，向打印头3传送数据以驱动打印元件(加热器)。 

托架电机M1是用于在由箭头A表示的方向上往复扫描托架2的驱动源。托架电机驱动器640控制托架电机M1的驱动。输送电机M2是用于输送打印介质P的驱动源。输送电机驱动器642控制输送电机M2的驱动。在与打印介质P的输送方向垂直的方向(以下称为“扫描方向”)上，扫描打印头3。更具体地说，相对于打印介质扫描打印头3。虽然稍后将描述打印头3的详情，但是打印头3包括喷墨打印头基板(以下简称“打印头基板”)100。打印头基板100基于从控制器600输入的打印数据，来控制打印头3。 

计算机610(或用于读取图像的读取器或者数字照相机)作为图像数据供给源，将其统称为“主机装置”等。主机装置610和打印装置1经由接口(以下称为“I/F”)611，交换图像数据、命令及状态信号等。 

说明图2所示的打印头基板100的示例。图3A是例示根据第一实施例的打印头基板100的电路布局的图。图3B是例示用于驱动图3A所示的打印头基板100上的发热元件(以下称为“加热器”)102的阵列的电路结构的电路图。 

打印头基板100包括加热器102。加热器102产生用来排出墨的热能。开关元件(以下称为“驱动晶体管”)103是用于驱动加热器102的驱动元件。加热器102和驱动晶体管103构成驱动电路1020。与各加热器102 (各打印元件)相对应地布置驱动电路1020，驱动电路1020对加热器102施加电压，以驱动加热器102。 

各第一逻辑电路(选择电路)104包括多个与(AND)电路1042及升压(booster)电路1041。与电路1042用作加热器选择电路，与各加热器102及各驱动晶体管103相对应地布置与电路1042。升压电路1041将输入电压升高，以产生驱动晶体管103的驱动电压。与分配给预定数量的相邻打印元件的组相对应地布置第一逻辑电路104。第一逻辑电路104从属于该组的打印元件中选择要驱动的打印元件。 

驱动电压发生电路106将来自与用于驱动加热器102的24V电压的电源(VH电源120)相同的电源(VHT电源122)的电压，转换为12V。驱动电压发生电路106将转换后的电压供给至第一逻辑电路104。也就是说，以大约12V的电压VHTM驱动第一逻辑电路104。 

在打印头基板100上，与M×N个加热器102相对应地布置驱动晶体管103及与电路1042。形成各自包含N个(预定数量的)连续(相邻)加热器102的M个组。更具体地说，将M×N个加热器102划分为各自包含N个加热器102的组。在N个驱动块中，以时分的方式对各组中的加热器102进行驱动。换句话说，以不同的定时驱动属于各组的N个加热器102。图9是用于说明加热器102的驱动定时的图。在图9中，一个组包含10个打印元件(加热器)，并且同时驱动具有相同块编号的打印元件。以预定顺序驱动这些打印元件。与电路1042基于来自存储M个数据的移位寄存器1051的输出DATA和来自N个解码器信号BLE113的输出的“与(AND)”，选择任意的加热器。 

在打印头基板100上，将与打印数据及时分控制数据相对应的DATA信号112，与CLK信号111的定时同步地串行传送至移位寄存器1051。移位寄存器1051大致分为两种类型：几位的移位寄存器1051b和M位的移位寄存器1051a。 

第二逻辑电路105将从外部输入的打印数据供给至与各个组相对应地布置的第一逻辑电路104。各第二逻辑电路105包括与电路1053、锁 存器1052a及移位寄存器1051a。与各个组相对应地布置第二逻辑电路105，第二逻辑电路105向在相应的组中要驱动的驱动元件输出信号(输出电压)。第二逻辑电路105基于与来自M位的锁存器1052a的打印数据相对应(与M位的移位寄存器1051a相对应)的打印数据信号和确定加热时间的HE信号114的“与”，输出信号。 

将数据的其余位输入至移位寄存器1051b，由解码器1054进行解码。在LT(锁存器)信号110改变为“H”的定时，解码器1054输出N位的BLE信号113(块选择信号)。两个或更多个N位的BLE信号113不同时改变为“H”，仅它们中的一个改变为“H”。 

打印数据信号及BLE信号113被升压电路1041升压为大约12V的信号，然后输入至与电路1042，从而选择要驱动的加热器102。由来自与电路1042的输出对驱动晶体管103进行驱动，从而对选择的加热器102施加电压。通过将该操作重复N次，以时分的方式在N个定时每次针对M个加热器，对M×N个加热器102进行驱动。 

电容器108用作储电单元并储存电荷。如图3A所示，沿加热器102的排列方向布置多个电容器108。更具体地说，如图3B所示，在第一逻辑电路104中一一对应地布置电容器108。电容器108连接至用于从作为第一逻辑电路104的电源的VHTM电源(12V)供给电力的电力供给线。图8A是用于说明针对各组布置的第一逻辑电路104的电力供给系统的电路图。如图8A所示，电容器108被置于第一逻辑电路104中的电力供给线VHTM与接地线VSS(GND)之间，并且与升压电路1041及与电路1042并联连接。即使从驱动电压发生电路106供给的电压下降，储存在电容器108中的电荷也会被放出以补偿电压降，从而将稳定的电压施加至第一逻辑电路104。 

图4示出了驱动加热器102时的信号及电流电压波形。在HE信号114改变为Lo时，电流流过任意加热器102。加热器电流波形202代表加热器电流。电流消耗波形(VHTM电流)203代表第一逻辑电路104的电流消耗。参照电流消耗波形203，在加热器电流(加热器电流波形 202)的前沿，第一逻辑电路104的电流消耗变大。这是因为，当对驱动晶体管103进行驱动时，需要使栅极(gate)带电，并且需要一次向栅极供给大量的电流。流过的电流值依据同时驱动的驱动晶体管103的数量而改变。例如，一次流过大约数十至数百mA的电流。 

芯片端部的驱动电压发生电路106供给VHTM电力。尽管电压降的幅度依据流过的电流量而改变，但是当对驱动晶体管103进行驱动时，瞬时发生电压降(参见VHTM电压204)。如果电压降大，则驱动晶体管103的驱动能力暂时降低，从而影响加热器电流波形202的前沿。在这种情况下，可能无法向加热器供给任意的能量。为了抑制这一点，如图7B所示，传统上在驱动电压发生电路附近(基板端部)布置电源稳定电容器509。电容器509连接在VHTM与VSS之间。 

然而，由于近来基板变长，因此电容器509与驱动晶体管503之间的距离趋于变长，电容器509逐渐失效。随着同时驱动的驱动晶体管503的数量的增加，电容也需要增大，基板端部的面积成为问题。 

为此，在第一实施例中，如图3B所示，在各第一逻辑电路104中布置电容器108。也就是说，与各组相对应地布置电容器108。这样，从邻近的电容器108向驱动晶体管103稳定地供给驱动电流。这使驱动电压发生电路106的电力供给负担减小，也使在对驱动晶体管103进行驱动时VHTM电源的电压降减小。与不使用该结构相比，该结构能够以更高的可靠性驱动加热器。 

布置电容器108，使流过VHTM电力供给线(在芯片纵向上布设的线)的最大电流减小。因此，能够使打印头基板100缩减尺寸，并且能够使芯片宽度缩小。即使基板加长，并且同时驱动的驱动晶体管103的数量增加，也不需要增大布置在基板端部的电容器109的电容。因而，可以使基板端部的面积缩小。 

传统上，使用考虑到电压降而将电压设置为高于通常需要的最小电压的VHTM电源。然而，第一实施例的结构能够使VHTM电源的电压降最小，并削减电压的上容限(upper margin)。结果，可以将VHTM电 压设置为低。因此，即使对于使用栅极氧化膜薄(栅极击穿电压低)的驱动晶体管的打印头基板，该技术也有效。注意，不局限于驱动晶体管的MOSFET，通过使栅极氧化膜薄而改善其性能。对于下一代高性能打印头基板而言，有必要使栅极氧化膜薄。 

如上所述，根据第一实施例，与不使用第一实施例的结构相比，能够将基板上的电源稳定化，进而以更高的可靠性驱动加热器。此外，芯片宽度的缩小有助于降低成本以及改善打印头基板的性能。 

(第二实施例) 

描述第二实施例。图5A是例示根据第二实施例的打印头基板300的电路布局的图。图5B是例示用于驱动图5A所示的打印头基板300上的加热器302的阵列的电路结构的电路图。注意，根据第二实施例的打印装置1的结构及打印头基板300的结构，与在第一实施例中描述的图1、2、3A及3B中的结构基本相同，将不重复其详细描述，而主要说明不同之处。注意，图5A所示的附图标记300至308，分别对应于图3A所示的附图标记100至108。例如，图5A所示的附图标记301对应于图3A所示的附图标记101。另外，例如，图5A所示的附图标记302对应于图3A所示的附图标记102。此外，图5B所示的附图标记302至3054，分别对应于图3B所示的附图标记102至1054。例如，图5B所示的附图标记3020对应于图3B所示的附图标记1020。另外，例如，图5B所示的附图标记3041对应于图3B所示的附图标记1041。 

如图5A所示，沿加热器302的排列方向布置多个电容器308。更具体地说，如图5B所示，在第二逻辑电路305中一一对应地布置电容器308。电容器308连接至用于从作为第二逻辑电路305的电源的VDD电源324(3.3V)供给电力的电力供给线。图8B是用于说明针对各组布置的第二逻辑电路305的电力供给系统的电路图。如图8B所示，电容器308被置于第二逻辑电路305中的电力供给线VDD与接地线VSS之间，并且与移位寄存器3051a、锁存器3052a及与电路3053并联连接。即使从VDD电源324供给的电压下降，储存在电容器308中的电荷也会被放 出以补偿电压降，从而向第二逻辑电路305施加稳定的电压。 

如上所述，根据第二实施例，将沿加热器302的阵列布置的第二逻辑电路305的电源稳定化，从而缓解了电源噪声的影响。由于将电源稳定化，因此该结构也适用于使用利用低VDD电压的微半导体工艺的逻辑电路。能够改善打印头基板的性能，并且能够快速驱动逻辑电路。即使长基板和数量大的加热器，该结构也可以应对。 

(第三实施例) 

描述第三实施例。图6A是例示根据第三实施例的打印头基板400的电路布局的图。图6B是例示用于驱动图6A所示的打印头基板400上的加热器402的阵列的电路结构的电路图。注意，根据第三实施例的打印装置1的结构及打印头基板400的结构，与在第一实施例中描述的图1、2、3A及3B中的结构基本相同，将不重复其详细描述，而主要说明不同之处。注意，图6A所示的附图标记400至408，分别对应于图3A所示的附图标记100至108。例如，图6A所示的附图标记401对应于图3A所示的附图标记101。另外，例如，图6A所示的附图标记402对应于图3A所示的附图标记102。此外，图6B所示的附图标记402至4054，分别对应于图3B所示的附图标记102至1054。例如，图6B所示的附图标记4020对应于图3B所示的附图标记1020。另外，例如，图6B所示的附图标记4041对应于图3B所示的附图标记1041。 

如图6A所示，沿加热器402的排列方向布置多个电容器408。更具体地说，如图6B所示，电容器408连接至用于从VH电源420(24V)供给电力的电力供给线。电容器408布置在为各组布置的驱动电路4020中，并且与加热器402与驱动晶体管403之间的连接并联连接。注意，一般以与加热器402的阵列间距相同的间隔，来排列驱动晶体管403。当驱动晶体管403的宽度小于该间距时，可以通过缩短晶体管之间的距离，来布置电容器408。因而，即使从VH电源420供给的电压下降，储存在电容器408中的电荷也会被放出以补偿电压降，从而向驱动晶体管403施加稳定的电压。 

如上所述，根据第三实施例，向加热器402稳定地供给电流，从而缓解了电源噪声。这使得能够进行高可靠性的加热器驱动。通过布置电容器408，流过紧贴电路上方排布的铝线的电流脉冲平缓地升降。这使施加至VDD电源、VHTM电源、VHT电源、第一逻辑电路、第二逻辑电路、驱动晶体管及驱动电压发生电路等的噪声降低，从而改善了电路的驱动可靠性。 

例示了本发明的典型实施例。然而，本发明不局限于上面描述和例示的实施例，而可以在不脱离本发明的范围的情况下进行适当的改变和变型。 

例如，在第一至第三实施例中，在一个组中布置一个电容器108、308或408，但是本发明不局限于此。例如，可以在一个组中布置两个或更多个电容器。更优选在一个组中，同时布置VHTM与VSS之间的电容器108、VDD与VSS之间的电容器308以及VH与GNDH之间的电容器408。可以在两个或更多个组中布置一个电容器108、308或408。例如，即使通过将第一实施例中描述的一个电容器108的电容加倍，将其布置在两个组中时，也能够获得与第一实施例中相同的效果。一次布置相同的元件提高了布局效率，从而获得基板缩小效果。 

虽然参照示例性实施例对本发明进行了描述，但是应当理解，本发明不局限于所公开的示例性实施例。应当对所附权利要求的范围给予最宽的解释，以使其涵盖所有这种变型、等同结构和功能。 

Claims (6)

1.一种打印头基板，该打印头基板包括：

在预定方向上排列的多个打印元件(102、302、402)；

第一逻辑电路(104、304、404)，与各自被分配给预定数量的相邻打印元件的各个组相对应地布置，所述第一逻辑电路被构造为从属于所述各个组的所述打印元件中，选择要驱动的打印元件；

驱动电路(1020、3020、4020)，其被构造为基于从所述第一逻辑电路输出的信号，驱动所述打印元件；

第二逻辑电路(105、305、405)，其被构造为将从外部输入的打印数据，供给至与所述各个组相对应的所述第一逻辑电路；以及

电容器(108、308、408)，其沿所述打印元件的排列方向布置在所述各个组中，并且连接至用于向所述第一逻辑电路、所述第二逻辑电路及所述驱动电路中的至少一个供给电力的电力供给线，所述电容器被构造为依照通过所述电力供给线施加的电压来储存电荷。

2.根据权利要求1所述的打印头基板，其中，所述电容器(108)与所述第一逻辑电路相对应地布置，并且所述电容器连接至所述第一逻辑电路的电力供给线。

3.根据权利要求1所述的打印头基板，其中，所述电容器(308)与所述第二逻辑电路相对应地布置，并且所述电容器连接至所述第二逻辑电路的电力供给线。

4.根据权利要求1所述的打印头基板，其中，所述电容器(408)布置在各组的所述驱动电路中，并且连接至所述驱动电路的电力供给线。

5.一种安装有根据权利要求1至4中的任何一项所述的打印头基板的打印头。

6.一种打印装置，该打印装置包括：安装有根据权利要求1至4中的任何一项所述的打印头基板的打印头，

其中，所述打印装置通过所述打印头相对于打印介质进行扫描，来进行打印。