CN104015480A - 打印头基板、打印头和打印装置 - Google Patents

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Abstract

本公开内容涉及打印头基板、打印头和打印装置。一种用于可安装在打印装置上的打印头的基板包括：用于连接到打印装置的三个端子、打印元件、连接到第一端子的驱动电路、连接在第一端子和第二端子之间的检查电路、以及连接在第二端子和第三端子之间的电阻元件。当检查信号被从打印装置提供到第一端子时，检查电路根据检查信号输出一输出信号。当用于执行打印的控制信号被从打印装置提供到第一端子时，驱动电路根据控制信号驱动打印元件，并且检查电路将检查电路和第二端子设置为与彼此成开路状态。

Description

打印头基板、打印头和打印装置
技术领域
本发明涉及打印头基板（board）、打印头和打印装置。
背景技术
对于诸如喷墨打印机之类的一些打印装置，用于排出墨的打印头可以从打印装置拆卸。打印装置和打印头分别具有连接端子，通过这些连接端子，打印装置和打印头相互连接。日本专利特开No.2007-008064提出了一种技术，其中，打印头根据从打印装置提供的信号向打印装置输出信号以便打印装置确定打印装置和打印头是否相互连接。打印头具有专用于输出指示打印头是否连接到打印装置的信号的连接端子。
另外，日本专利特开No.2004-090246提出了一种技术，其中，在打印头基板上形成具有与用于排出墨的热产生元件的布置相同的布置的电阻元件（列加热器），并且打印装置测量电阻元件的电阻值以为热产生元件设置最优的驱动条件。打印头的电阻元件的两端分别连接到专用的连接端子，并且打印装置测量这两个连接端子之间的电阻值。
发明内容
如果日本专利特开No.2007-008064中描述的用于输出指示连接状态的信号的连接端子和日本专利特开No.2004-090246中描述的分别连接到电阻元件的两端的连接端子被安装在一个打印头上，则连接端子的数量相应地增加。由于连接端子的数量的增加增大了打印头的大小，所以这不是优选的。为了解决此问题，本发明的一个方面提供了一种减少连接打印装置和打印头的连接端子的数量的技术。
根据第一方面，一种用于可安装在打印装置上的打印头的基板，包括：用于连接到打印装置的第一端子、第二端子和第三端子；被配置为排出液体的打印元件；连接到第一端子的驱动电路；连接在第一端子和第二端子之间的检查电路；以及连接在第二端子和第三端子之间的电阻元件，其中，当用于检查打印装置与打印头之间的连接状态的检查信号被从打印装置提供到第一端子时，检查电路从第二端子输出根据检查信号的输出信号，并且当用于执行打印的控制信号被从打印装置提供到第一端子时，驱动电路根据控制信号驱动打印元件，并且检查电路将检查电路和第二端子设置为与彼此成开路（open）状态。
根据第二方面，一种打印装置，其上可安装打印头，该打印装置包括：用于连接到打印头的第一端子、第二端子和第三端子；确定单元，用于基于当从第一端子输出检查信号时第二端子的电压来确定打印装置与打印头之间的连接状态；打印控制单元，用于从第一端子输出用于驱动打印头排出液体的控制信号；以及测量单元，用于测量第二端子和第三端子之间的电阻值。
通过以下对示范性实施例的描述（参考附图），本发明的进一步特征将变得清楚。
附图说明
图1是用于说明根据本发明的一些实施例的打印装置和打印头的布置的示例的电路图；
图2是用于说明根据本发明的一些实施例的驱动电路的布置的示例的电路图；
图3是用于说明根据本发明的一些实施例的检查电路的布置的示例的电路图；
图4A和4B是用于说明根据本发明的一些实施例的打印装置和打印头的操作的示例的时序图；
图5A和5B是用于说明根据本发明的实施例的打印头的加热元件的结构的示例的视图；以及
图6A和6B是用于说明根据本发明的实施例的打印头的电阻元件的结构的示例的视图。
具体实施方式
下面将参考附图描述本发明的实施例。在各种实施例中，相同的标号指示相同的元素并且重复性描述将被省略。根据需要可以改变或组合各个实施例。本发明的一些实施例涉及一种诸如喷墨打印机之类的打印装置，其通过从打印头朝着诸如纸张片材之类的打印介质排出诸如墨之类的液体来执行打印。打印头具有基板，在该基板上形成有用于向墨施加能量以从喷嘴排出墨的打印元件。打印元件可以是压电元件，其在有电流供应时变形并且推出墨，或者打印元件可以是加热元件（加热器），其在有电流供应时加热并且产生气泡以推出墨。另外，打印头可以是墨盒型打印头，其中用于储存墨的罐与打印头本身成为一体，或者打印头可以是具有用于可拆卸地保持罐的保持结构的打印头。在以下实施例中，将描述打印头是墨盒型的并且加热元件用作打印元件的情况。打印头被制造为可更换的部件，并且可被安装在打印装置上。
将参考图1来描述根据本发明的一些实施例的打印头100和打印装置150的布置的示例。打印装置150可包括端子151至157、打印控制单元161、连接确定单元162和测量单元163。打印头100可包括基板110和罐130。在基板110上，可形成端子111至117、驱动电路120、检查电路121、多个加热元件122、电阻元件123。加热元件122例如可以是热产生元件。
打印头100和打印装置150经由端子111至117和151至157彼此电连接。更具体而言，如图1中所示，端子111至117与端子151至157一一对应地连接。这些端子可由导电焊盘或金属引脚形成。打印头100和打印装置150可在端子彼此直接接触或经由线缆电连接时彼此电连接。
打印装置150的打印控制单元161从端子151至154输出用于控制驱动电路120的操作的控制信号，并且向端子157施加电压，从而控制打印头100执行打印。打印头100的驱动电路120根据从打印装置150提供到端子111至114（第一端子）的控制信号驱动加热元件122。更具体而言，驱动电路120通过向多个加热元件122中与应当排出墨的喷嘴相对应的一个加热元件施加与端子117的电压相应的电流，来对该加热元件加热。罐130向喷嘴供给墨，并且加热元件122被加热以从喷嘴朝着打印介质排出墨。
打印装置150的连接确定单元162从端子151至154输出用于确定打印头100与打印装置150之间的连接状态的检查信号。打印头100的检查电路121根据从打印装置150提供到端子111至114的检查信号从端子115（第二端子）输出一输出信号。基于提供到端子155的输出信号，连接确定单元162确定打印头100与打印装置150之间的连接状态。
打印装置150的测量单元163测量端子155和156之间的电阻值，并将测量值提供给打印控制单元161。基于该电阻值，打印控制单元161至少调整要提供给打印头100的控制信号或要施加到端子157的电压。
接下来将参考图2来描述驱动电路120的布置的示例。驱动电路120可具有任何布置，只要其能够根据来自打印装置150的控制信号驱动加热元件122即可，并且可以使用现有布置。图2中所示的驱动电路120包括移位寄存器201和锁存电路202，并且对于多个加热元件122中的每一个包括AND（与）电路203和晶体管204。移位寄存器201可存储n位数据（n是2或更大的整数）。移位寄存器201的数据输入端子连接到端子111，并且移位寄存器201的时钟输入端子连接到端子112。移位寄存器201的n个输出端子一一对应地连接到锁存电路的n个输入端子。锁存电路202可存储n位数据。锁存电路202的置位端子经由反相器连接到端子113。锁存电路202的n个输出端子分别连接到AND电路203的第一输入端子。AND电路203的第二输入端子分别经由反相器连接到端子114。AND电路203的输出端子分别连接到相应晶体管204的控制端子（栅极）。晶体管204例如是NMOS晶体管，这些NMOS晶体管中的每个均具有连接到端子117的第一主电极（例如，漏极）和连接到相应加热元件122的一端的第二主电极（例如，源极）。每个加热元件122的另一端连接到端子116（第三端子）。
接下来将参考图3描述检查电路121的布置的示例。图3中所示的检查电路121包括三个AND电路301至303、反相器304和晶体管305。AND电路301的第一输入端子经由反相器连接到端子111，并且AND电路301的第二输入端子经由反相器连接到端子112。AND电路302的第一输入端子连接到端子113，并且AND电路302的第二输入端子连接到端子114。AND电路303的第一输入端子连接到AND电路301的输出端子，并且AND电路303的第二输入端子连接到AND电路302的输出端子。AND电路303的输出端子连接到反相器304的输入端子，并且反相器304的输出端子连接到晶体管305的控制端子（栅极）。晶体管305例如是PMOS晶体管，其具有连接到端子115的第一主电极（例如，漏极）和连接到电压源VDD的第二主电极（例如，源极）。电阻元件123的一端连接到端子115，并且电阻元件123的另一端连接到端子116。连接在端子111至114与晶体管305之间的AND电路和反相器形成逻辑电路310。从逻辑电路310输出（即，从反相器304输出）的逻辑值在下文中将由CNO表示。晶体管305可以是NMOS晶体管。在此情况下，反相器304变得不必要。
接下来将参考图4A和4B中所示的时序图来描述打印头100和打印装置150的操作的示例。首先将参考图4A连同图2来说明当打印装置150使用打印头100执行打印时打印装置150和驱动电路120的操作。在打印时，打印装置150的打印控制单元161从端子151输出图像信号DATA、从端子152输出时钟信号CLK、从端子153输出锁存信号LT并从端子154输出驱动信号HE，作为控制信号。也就是说，打印控制单元161并行提供这四个信号给打印头100作为控制信号。当打印头100连接到打印装置150时，图像信号DATA输入到端子111，时钟信号CLK输入到端子112，锁存信号LT输入到端子113，并且驱动信号HE输入到端子114。
图像信号DATA是通过对要打印的图像数据进行串行化而获得的信号。当图像信号DATA处于高电平时，其指示应当排出墨。当图像信号DATA处于低电平时，其指示不应当排出墨。图像信号DATA输入到移位寄存器201的数据输入端子。时钟信号CLK是指示移位寄存器201对存储的数据移位的定时的信号，并且输入到移位寄存器201的时钟输入端子。当时钟信号CLK上升时，移位寄存器201对存储的数据移位。如图4A中所示，当时钟信号CLK上升n次时，移位寄存器201存储n位图像数据。
锁存信号LT是用于驱动锁存电路202的信号，并且经由反相器输入到锁存电路202的置位端子。当锁存信号LT处于低电平时，锁存电路202存储提供到其输入端子的信号。当锁存信号LT处于高电平时，锁存电路202从输出端子输出其中存储的信号。如图4A中所示，在移位寄存器201存储n位图像数据之后，锁存信号LT从高电平切换到低电平，从而将n位图像数据存储在锁存电路202中。
驱动信号HE是指示加热元件122排出墨的定时的信号，并且经由反相器输入到AND电路203的一个输入端子。如图4A中所示，在锁存电路202存储n位图像数据之后，驱动信号HE从高电平切换到低电平，并且提供到AND电路203的一个输入端子的信号切换到高电平。在此情况下，如果从锁存电路202提供到AND电路203的另一输入端子的信号处于高电平，则来自AND电路203的输出信号也被设置到高电平，晶体管变得导通，并且电流流经加热元件122，从而排出墨。如果从锁存电路202提供到AND电路203的另一输入端子的信号处于低电平，则来自AND电路203的输出信号保持在低电平，晶体管保持不导通，并且没有电流流经加热元件122，从而阻止墨被排出。
接下来将参考图4B连同图3来描述当打印装置150检查与打印头100的连接状态时打印装置150和检查电路121的操作的示例。打印装置150的连接确定单元162从端子151输出第一检查信号EX1、从端子152输出第二检查信号EX2、从端子153输出第三检查信号EX3并且从端子154输出第四检查信号EX4，作为检查信号。也就是说，连接确定单元162并行提供这四个信号给打印头100作为检查信号。当打印头100连接到打印装置150时，第一检查信号EX1输入到端子111，第二检查信号EX2输入到端子112，第三检查信号EX3输入到端子113，并且第四检查信号EX4输入到端子114。结果，第一检查信号EX1和第二检查信号EX2经由反相器被提供到AND电路301的输入端子，并且第三检查信号EX3和第四检查信号EX4被提供到AND电路302的输入端子。当第一检查信号EX1和第二检查信号EX2处于低电平并且第三检查信号EX3和第四检查信号EX4处于高电平时，从逻辑电路310输出的逻辑值CNO被设置到高电平（真）；否则，逻辑值CNO被设置到低电平（假）。
当逻辑值CNO处于高电平时，晶体管305变得导通，并且端子115的电压变得等于电压源VDD的电压。当逻辑值CNO处于低电平时，晶体管305保持不导通，并且检查电路121和端子115被设置在开路状态中。注意，开路状态指的是没有电流从检查电路121流到端子115的状态。
为了确定与打印头100的连接状态，打印装置150的连接确定单元162从端子151至154输出图4B中所示的波形的检查信号，并且向端子156施加地电压。在打印装置150和打印头100相互连接时，如果逻辑值CNO处于低电平，则端子155的电压变得等于地电压，而如果逻辑值CNO处于高电平，则端子155的电压变得等于电压源VDD的电压。因此，如果在输出检查信号时端子155的电压切换，则连接确定单元162可确定打印装置150和打印头100相互连接。另一方面，即使连接确定单元162输出图4B中所示的波形的检查信号，当打印装置150和打印头100未相互连接时，端子155的电压也不变化。因此，如果在输出检查信号时端子155的电压不切换，则连接确定单元162可确定打印装置150和打印头100未相互连接。
将参考图4A来描述当打印装置150使用打印头100执行打印时打印装置150和检查电路121的操作。当打印装置150的打印控制单元161向打印头100提供图4A中所示的控制信号时，从逻辑电路310输出的逻辑值CNO即使在一段时间过去之后仍保持在低状态。这样，当打印装置150向打印头100提供把从逻辑电路310输出的逻辑值CNO设置到恒定值的控制信号时，可以抑制检查电路121中影响打印时打印头100的操作的噪声的产生。
另外，如果逻辑值CNO处于低电平，则检查电路121和端子115被设置在开路状态中。因此，端子115和116之间的电阻值变得等于电阻元件123的电阻值。在此情况下，打印装置150的测量单元163可通过向端子156施加地电压并且测量当向端子155施加另一值的电压时流经端子155的电流来测量电阻元件123的电阻值。基于电阻元件123的电阻值，打印控制单元161调整打印头100的驱动条件。例如，通过调整要施加到端子157的电压V的值和驱动信号HE的脉冲宽度中的至少一者，使加热元件122产生的热能量接近目标值。
为了使打印装置150的打印控制单元161以高精度调整加热元件122，在基板110上可将加热元件122和电阻元件123形成为具有相同结构。将参考图5A至6B来描述这种形成的示例。上述打印头基板110可通过例如执行用于制造半导体基板的大规模集成电路（LSI）的标准工艺来形成。图5A是示出基板110的形成有三个加热元件122的部分的平面图。图5B是沿着图5A中所示的线A-A所截取的截面图。每个加热元件122可通过在基板110上形成诸如镍铬合金之类的加热器材料501并在加热器材料501上形成铜等的导电图案502来形成。加热器材料501的从导电图案502暴露的部分充当加热元件122。
图6A是示出基板110的形成有电阻元件123的部分的平面图。图6B是沿着图6A中所示的线B-B所截取的截面图。电阻元件123可通过在基板110上形成诸如镍铬合金之类的加热器材料601并且在加热器材料601上形成铜等的导电图案602来形成。加热器材料601的从导电图案602暴露的部分充当电阻元件123。加热器材料501和601可在一个工艺中形成，并且导电图案502和602可在一个工艺中形成。这样，当加热元件122和电阻元件123具有相同结构时，打印装置150的打印控制单元161可基于电阻元件123的电阻值来估计加热元件122的电阻值。在图5A至6B中所示的示例中，在加热器材料上形成导电图案。然而，可在导电图案上形成加热器材料。
在上述实施例中，打印头100的端子115不仅用于输出来自检查电路121的信号，而且还用于测量电阻元件123的电阻值。这减少了打印头100中用于连接到打印装置150的端子的数量。尤其当加热元件122沿着基板110的一侧布置并且连接端子111至117沿着基板110的与该侧垂直的一侧布置时，打印头100的大小取决于连接端子的数量。因此，减少端子的数量就减小了打印头100的大小。
本发明不限于上述实施例。例如，检查电路121可具有任何布置，在该布置中，当打印装置150提供控制信号时，检查电路121和端子115被设置在开路状态中，而当打印装置150提供检查信号时，端子115的电压变化。例如，检查电路121可包括用于实现开路状态的开关和用于控制开关的断开/闭合（接通/关断）的逻辑电路。该开关具有连接到端子115的第一端子、连接到电压源的第二端子、以及被提供逻辑电路的输出的控制端子。该开关可以是如上所述的MOS晶体管，或者双极性晶体管。逻辑电路可具有当打印装置150提供控制信号时输出恒定逻辑值并且当打印装置150提供检查信号时改变要输出的逻辑值的任何布置。
虽然已参考示范性实施例描述了本发明，但要理解，本发明不限于所公开的示范性实施例。所附权利要求的范围应遵循最宽泛的解释，以便包含所有这样的修改以及等同的结构和功能。

Claims (11)

1.一种用于能够安装在打印装置上的打印头的基板，包括：
用于连接到打印装置的第一端子、第二端子和第三端子；
被配置为排出液体的打印元件；
连接到所述第一端子的驱动电路；
连接在所述第一端子和所述第二端子之间的检查电路；以及
连接在所述第二端子和所述第三端子之间的电阻元件，
其中，当用于检查打印装置与打印头之间的连接状态的检查信号被从打印装置提供到所述第一端子时，所述检查电路从所述第二端子输出根据检查信号的输出信号，以及
当用于执行打印的控制信号被从打印装置提供到所述第一端子时，所述驱动电路根据控制信号驱动所述打印元件，并且所述检查电路将所述检查电路和所述第二端子设置为与彼此成开路状态。
2.根据权利要求1所述的基板，其中，当控制信号被从打印装置提供到所述第一端子时，基于由打印装置在所述第二端子和所述第三端子之间施加的电压和所述电阻元件的电阻值确定的电流被提供到打印装置。
3.根据权利要求1所述的基板，其中
所述打印元件是加热元件，以及
所述电阻元件具有与打印元件的结构相同的结构。
4.根据权利要求1所述的基板，其中
所述检查电路包括：
连接到所述第一端子的逻辑电路，和
具有控制端子、第一端和第二端的开关，所述控制端子被提供所述逻辑电路的输出，所述第一端连接到所述第二端子，并且所述第二端连接到电压源，以及
当控制信号被提供到所述第一端子时，所述逻辑电路输出恒定的逻辑值，用于关断所述开关而不管控制信号的值的变化如何。
5.根据权利要求4所述的基板，其中，当检查信号被提供到所述第一端子时，所述逻辑电路根据控制信号的值的变化来改变要输出的逻辑值。
6.一种打印头，包括：
根据权利要求1所述的基板；以及
罐，被配置为储存要由所述基板的打印元件排出的液体。
7.一种打印头，包括：
根据权利要求1所述的基板；以及
保持结构，被配置为能够更换地保持用于储存要由所述基板的打印元件排出的液体的罐。
8.一种打印装置，在该打印装置上能够安装打印头，该打印装置包括：
用于连接到打印头的第一端子、第二端子和第三端子；
确定单元，用于基于当从所述第一端子输出检查信号时所述第二端子的电压来确定所述打印装置与打印头之间的连接状态；
打印控制单元，用于从所述第一端子输出用于驱动打印头排出液体的控制信号；以及
测量单元，用于测量所述第二端子和所述第三端子之间的电阻值。
9.根据权利要求8所述的打印装置，其中，所述打印控制单元根据由所述测量单元测量的电阻值来调整打印头的驱动条件。
10.根据权利要求8所述的打印装置，其中
所述打印头包括逻辑电路，
当所述打印装置连接到所述打印头时，所述第一端子连接到所述逻辑电路，以及
控制信号是用于使得所述逻辑电路在控制信号被输入到所述逻辑电路时输出恒定的逻辑值而不管控制信号的值的变化如何的信号。
11.根据权利要求10所述的打印装置，其中，检查信号是用于根据检查信号的值的变化来改变在检查信号被输入到所述逻辑电路时要从所述逻辑电路输出的逻辑值的信号。
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