CN1177690C - 打印头基片、打印头、打印头盒、及其打印机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及打印头基片、打印头、打印头盒、及其打印机，其中打印头基片用来与时钟信号(CLK)同步地输入数据信号(DATA)。该打印头基片包括：输入终端，输入时钟信号和数据信号；移位寄存器，与从输入终端输入的时钟信号同步地输入和保持数据信号；及一个时间滞后调节器，布置在一个输入终端与移位寄存器之间，以调节时钟信号或数据信号至少一个的时间滞后。借助于通过时间滞后调节器调节时间滞后，保证在输入到移位寄存器的时钟信号与数据信号之间的建立时间和保持时间。

Description

打印头基片、打印头、打印头盒、及其打印机
技术领域
本发明涉及一种用来与时钟信号同步地输入数据信号的打印头基片、打印头、打印头盒、及其打印机。
背景技术
图1和2分别表示用来与时钟信号同步地输入数据信号的常规喷墨打印头的布局图和电路图。
参照图1，打印头基片(加热器板)100包括：一个加热器部分101，用作电热换能器；一个驱动器部分102，带有用来驱动加热器部分101的晶体管；一个锁存器103，锁存打印数据，一个移位寄存器104，存储串行输入的打印数据；及一个PAD部分105，用作其中输入各种信号的输入终端。
图2是图1中表示的加热器板100的电路图。为图1中表示的那些共有的元件用相同的标号指示。加热器部分101包括多个加热器(电阻器)，而驱动器部分102带有一个FET晶体管、用于每个加热器的缓冲电路。
图3解释在当把驱动表示在图2中的电路的CLK信号和DATA信号输入到加热器板100时得到的输入波形、与当把CLK信号和DATA信号输入到移位寄存器104的部分A和B时得到的输入波形之间的关系。
这里假定DATA信号与CLK信号的两个过渡状态(前和后沿)，即从低电平变到高电平的状态、和从高电平变到低电平的状态，则同步地输入到移位寄存器104。注意，从采用打印头的打印机主单元发送的DATA信号是一个用来接通/切断希望加热器的(加热元件)的高电平或低电平信号。输入到PAD部分105的DATA信号发送到Schitt电路106，然后通过连接到Schitt电路106的输出终端上的缓冲电路107，输入到移位寄存器104(部分B)。类似地，来自PAD部分105的CLK信号输入到Schitt电路106，然后通过连接到Schitt电路106的输出终端上的缓冲电路107，输入到移位寄存器104(部分A)。DATA信号与CLK信号低电平到高电平和高电平到低电平的过渡同步地输入到移位寄存器104。
在其中提供的移位寄存器104的数量如在常规打印头中那样是一的情况下，从PAD部分105到移位寄存器104的逻辑门的数量在CLK信号和DATA信号中是相等的。另外，由缓冲电路107的每一个驱动的负载在CLK信号和DATA信号中是相等的。因此，在PAD部分105与点A之间产生的CLK信号的时间滞后等于在在PAD部分105与点B之间产生的DATA信号的时间滞后。因而，在CLK信号与DATA信号之间的临时相对关系在PAD部分105及移位寄存器104的输入部分A和B中是相等的。为了肯定地把DATA信号没有故障地输入到移位寄存器104，DATA信号的电平在CLK信号的过渡之前和之后需要是恒定的。换句话说，在其期间DATA信号相对于CLK信号是恒定的时间，即建立时间和保持时间，在移位寄存器104的输入部分A和B中必需相等，以便允许提供用于故障的余量和能够实现高速数据传输。
为了满足对彩色图像的高精度打印质量的最新要求，例如如图4中所示，一块单加热器板(打印头基片)包括用来打印多色图像的多个加热元件(加热器)。另外，为了保持在打印时增大速度和较高精度的趋势，加热器的放电频率随加热器数量的增大而增大。结果，每单位时间传输到打印头的数据量增大。为了处理增大的数据量，划分传送数据，并且把划分的多个数据块与一个时钟信号同步地传输。在这种情况下，多个移位寄存器需要提供在打印头中与多个数据块一致。
在带有多个移位寄存器的打印头中，为了与时钟信号同步地把DATA信号输入到多个移位寄存器，必须输入与移位寄存器数量相对应的多个CLK信号和DATA信号。然而，如果用来输入这些信号的多个PAD和对应的输入电路提供在打印头基片中，则这些电路必需的布局区域增大，并且作为结果，芯片尺寸增大。另外，由于上述基片形成在硅晶片上，所以增大的芯片尺寸引起从一个晶片生产减小数量的芯片，导致增大的成本。
为了避免增大芯片尺寸，必须减小输入到加热器板的信号线的数量。为了实现这点，用作对于多个移位寄存器401至406的公共同步信号的CLK信号提供为一个共用信号，从而例如，仅一个输入PAD对于图5中表示的CLK信号是必需的。在这种情况下，尽管多个移位寄存器401至406连接到CLK信号的缓冲电路500的输出上，但只有一个移位寄存器连接到DATA信号的缓冲电路501的每个输出上。假定缓冲电路500的电流驱动能力等于缓冲电路501的，则在CLK信号的时间滞后与输入到每个移位寄存器之间产生一个差。更具体地说，有CLK信号比DATA信号的较大延迟。当电源电压是如常规情况下的5V时，由于缓冲电路500的电流驱动能力是足够的，所以信号的时间滞后较小。因此，在CLK信号的时间滞后与DATA信号的时间滞后之差在每个移位寄存器中较小。
对于常规打印机的接口，一般一直采用并行接口。在这种情况下，用于打印机主单元的逻辑的电源电压是5V。而且，用于在打印头中的喷墨打印头基片的逻辑的电源电压是5V。另外，打印机的内部电路的IC的一部分需要5V的电源。这些是喷墨打印头基片的特征的背景，这种喷墨打印头基片已经开发以使用5V的逻辑电源。
然而，最近由于IC设计规则的显微技术已经改进，并且已经采用新接口，所以采用5V逻辑电源在成本和尺寸方面是有缺点的。鉴于这点，采用3.3V是打印机主单元的逻辑电源的主流中的最新运动。然而，已经证实，如果把在打印头基片中的逻辑电源电压从久经考验的5V降低到3.3V，几个问题发生。下面参照附图描述诸问题。
问题之一是喷墨打印头基片的减小图像数据传输能力。
图18表示喷墨打印头基片的构造的一个例子。标号1003指示一个从外部单元接收信号的PAD。一个VDD终端1006接收逻辑电源电压，一个VH终端1008接收一个加热器驱动电源电压，一个GND终端1005接地，及一个VSS终端1007。另外，串行接收图像数据和并行输出图像数据的一个逻辑电路1002，如一个移位寄存器；一个驱动每个加热器1004的驱动器部分1001等提供在一个硅基片中。
图19进一步详细表示其中为620点(位)提供加热器1004的情形。用于620位的加热器划分成16个块，每个用于40位。用于高达40位的加热器在块单元中同时驱动。通过重复驱动加热器16次，驱动用于620位的所有加热器(对应于1个周期)。图20表示加热器的驱动计时。下文提供对于在其中进行恒定高速打印的情况下、在对于一个线单元需要的15KHz驱动频率下驱动用于620位的所有加热器必需的图像数据传输速度的描述。
驱动频率15KHz的时钟周期是66.67μs。在给定时间内40位图像数据传输必须进行16次分隔(块)。传输图像数据信号DATA的、CLK信号必需的频率至少是12KHz或更大。尽管考虑到一般CPU的过程速度该频率不是一个较快的值，但在喷墨打印头的情况下，12KHz不容易达到，因为运行支架和主体与一个长柔性基片等相连接，并且由于打印机的减小尺寸有对小支架的需要。
记住这些情况，参照图21A和21B现在提供对于在其中把逻辑电源电压从5V降低到3.3V的情况下减小数据传输能力的描述。
图21A表示逻辑信号(电源)电压和在其下图像数据可传输的最大CLK频率。
如图21A中所示，当逻辑信号(电源)电压减小时，CLK频率往往减小。这归因于用作CMOS的栅极电压的减小逻辑电源电压引起在用来传输图像数据的移位寄存器或CLK输入电路等中采用的MOS晶体管的驱动能力的下降。
另外，在喷墨打印头基片中，在考虑到温度的同时必须驱动在基片上的加热器以达到满意的速度。这是一种对喷墨打印头基片特性要求的能力，该喷墨打印头基片通过用加热器加热墨水而排出墨水。图21B表示在基片上的温度与最大CLK频率之间的关系。曲线表示当逻辑电压降低到3.3V时数据传输能力的减小趋势、和当温度升高时数据传输能力的减小趋势。
从以上描述可以理解，尽管5V的逻辑电压在12KHz的CLK频率下没有引起问题，但把逻辑电压降低到3.3V需要增大的数据传输能力。
其次，提供对于由于上述降低的逻辑电压在打印头基片中由在CLK信号的时间滞后与DATA信号的时间滞后之间的加大差值引起的减小数据传输能力的因数的描述。
与降低的逻辑电压一起，驱动构成逻辑电路的MOS晶体管的栅极电压也下降。图6表示当把MOS晶体管的栅极电压Vgs用作一个参数时漏极电流(Id)如何取决于漏极-源极电压(Vds)。如从图6明白的那样，当栅极电压Vgs从5V降低到3.3V时，电流驱动能力成为1/2或更低。
另外，在其中CMOS变换器驱动MOS晶体管的栅极的情况下，能说把与等效驱动栅极的电容对应的负载送给变换器的输出，如图7中所示。假定MOS的接通电阻是RMOS而等效负载电容是Cgate，则从变换器的输入变化的时刻到变换MOS晶体管的输出的时刻的时间常数由Cgate×RMOS表示。如果负载不变并且RMOS的值由于降低的电压而加倍或更高，则时间常数也成为两倍高或更高。
再参照图4，假定在一个移位寄存器中CLK信号的输入电容等于DATA信号的输入信号的电容，则在驱动缓冲电路500时的接通电阻是RBUF，并且移位寄存器的数量是n。在缓冲电路中的信号输入与在移位寄存器中的信号输出之间产生的时间滞后在DATA信号中与(CL×RBUF)成正比，同时它在CLK信号中与(n×CL×RBUF)成正比。另外，因为DATA信号和CLK信号的时间滞后成为n倍长，并且在驱动缓冲电路时的接通电阻值由于降低的逻辑电源电压加倍，所以时间滞后的差是常规差的两倍大。因此，不能忽略时间滞后。
图8表示在相对于在每个移位寄存器的输入中的DATA信号延迟CLK信号的情况下的信号波形。图8的上侧表示输入到输入PAD的相应信号的波形，而图8的下侧表示输入到每个移位寄存器的信号的波形。尽管用作在输入PAD中DATA信号相对于CLK信号的余量的建立时间和保持时间，在图8的上侧基本上相等，但在移位寄存器的输入部分中，在CLK信号的过渡计时与DATA信号的变化计时之间的时间差(保持时间)801的余量减小，因为CLK信号的时间滞后大于DATA信号的时间滞后。
以上述方式，因为在移位寄存器输入时的建立时间或保持时间的余量减小，所以变得难以保证数据信号到移位寄存器的输入。这成为故障的原因，并且使得难以借助于增大的CLK信号频率实现高速数据传输。
另外，尽管对于打印头基片带有多个移位寄存器的情形已经提供以上描述，但伴随着具有多位打印头和减小芯片尺寸的趋势，用于DATA信号和CLK信号的布线往往在芯片内较长。结果，在CLK信号和DATA信号的布线中的寄生电容和电阻值增大，引起在DATA信号和CLK信号的布线中的寄生分量的较大差别。即使连接到DATA信号和CLK信号上的移位寄存器的数量相等，当在缓冲器输出的布线中的寄生电容和电阻值在DATA信号和CLK信号中不同时，由于降低的电源电压，在输入到每个移位寄存器的DATA信号的时间滞后与CLK信号的时间滞后之间也产生较大差值，这与上述情形类似。这成为故障的原因，并且干扰高速数据传输。
发明内容
鉴于上述常规例子已经提出了本发明，其目的在于减小在数据信号的时间滞后与时钟信号的时间滞后之差，这种差是由逻辑电源的降低电压引起的，以便保证时钟信号和输入到每个移位寄存器的时钟信号和数据信号的建立时间和保持时间，由此提供与高速数据传输相适应的打印头基片、打印头、打印头盒、及打印机而不增大制造成本。
为了实现上述目的，提供一种与时钟信号同步输入数据信号的打印头基片，包括：多个打印元件；输入终端，适用于输入时钟信号和数据信号；一个寄存器，适于输入从所述输入终端输入的时钟信号和数据信号，并且保持数据信号与时钟信号同步；一个时间滞后调节电路，布置在所述输入终端的至少一个与所述寄存器的一个输入终端之间，以减小时钟信号和数据信号之间的时间滞后，其中所述时间滞后调节电路是延迟电路或用于增大电流驱动能力的电路；及一个驱动器电路，适于根据数据信号驱动所述多个打印元件。
为了实现上述目的，本发明还提供一种打印头，包括：多个打印元件；输入终端，适用于输入时钟信号和数据信号；一个寄存器，适于输入从所述输入终端输入的时钟信号和数据信号，并且保持数据信号与时钟信号同步；一个时间滞后调节电路，适于布置在输入终端的至少一个与所述寄存器的一个输入终端之间，以减小时钟信号和数据信号之间的时间滞后，其中所述时间滞后调节电路是延迟电路或用于增大电流驱动能力的电路；及一个驱动器电路，适于根据数据信号驱动所述多个打印元件。
本发明还提供一种打印头盒，包括：多个打印元件；输入终端，适用于输入时钟信号和数据信号；一个寄存器，适于输入从所述输入终端输入的时钟信号和数据信号，并且保持数据信号与时钟信号同步；一个时间滞后调节电路，适于布置在输入终端的至少一个与所述寄存器的一个输入终端之间，以减小时钟信号和数据信号之间的时间滞后，其中所述时间滞后调节电路是延迟电路或用于增大电流驱动能力的电路；一个驱动器电路，适于根据数据信号驱动所述多个打印元件；及一个墨水容器，适于包含要供给到所述多个打印元件的墨水。
本发明还提供一种打印机，包括：一个打印头，包括：多个打印元件；输入终端，适用于输入时钟信号和数据信号；一个寄存器，适于输入从输入终端输入的时钟信号和数据信号，并且保持数据信号与时钟信号同步；一个时间滞后调节电路，适于布置在输入终端的至少一个与寄存器的一个输入终端之间，以减小时钟信号和数据信号之间的时间滞后，其中所述时间滞后调节电路是延迟电路或用于增大电流驱动能力的电路；及一个驱动器电路，适于根据数据信号驱动多个打印元件；一个墨水容器，适于包含要供给到多个打印元件的墨水；输入装置，用来从外部设备输入图像数据；及数据供给装置，用来根据由所述输入装置输入的图像数据产生数据信号，并且把数据信号供给到所述打印头。
本发明还提供一种打印机，包括：一个打印头盒，包括：多个打印元件；输入终端，适用于输入时钟信号和数据信号；一个寄存器，适于输入从输入终端输入的时钟信号和数据信号，并且保持数据信号与时钟信号同步；一个时间滞后调节电路，适于布置在输入终端的至少一个与寄存器的一个输入终端之间，以减小时钟信号和数据信号之间的时间滞后，其中所述时间滞后调节电路是延迟电路或用于增大电流驱动能力的电路；一个驱动器电路，适于根据数据信号驱动多个打印元件；及一个墨水容器，适于包含要供给到多个打印元件的墨水；输入装置，用来从外部设备输入图像数据；及数据供给装置，用来根据由所述输入装置输入的图像数据产生数据信号，并且把数据信号供给到所述打印头盒。
本发明的其它特征和优点从结合附图采取的如下描述是显然的，其中类似标号贯穿其附图指示相同或类似的部分。
附图说明
包括在本说明书中并且构成其一部分的附图，表明本发明的实施例，并且与描述一起用来解释本发明的原理。
图1表示用来与时钟信号同步地输入数据信号的常规喷墨打印头的布局；
图2是是用来与时钟信号同步地输入数据信号的常规喷墨打印头的电路图的例子；
图3是解释图，表示在驱动图2中所示电路的CLK信号与DATA信号之间的关系；
图4是解释图，表示常规打印头基片的构造；
图5是解释图，表示在常规打印头基片中输入到移位寄存器的CLK信号和DATA信号的输入电路；
图6是曲线图，解释当MOS晶体管的栅极电压用作参数时漏电流(Id)如何取决于漏极-源极电压(Vds)；
图7是MOS晶体管栅极的解释图；
图8解释常规问题；
图9是方块图，表示根据本发明一个实施例的打印头基片的构造；
图10是电路图，表示在根据本发明第二实施例的打印头基片上的DATA信号和CLK信号的布线；
图11是电路图，表示在根据本发明第三实施例的打印头基片上的DATA信号和CLK信号的布线；
图12是电路图，表示在根据本发明第四实施例的打印头基片上的DATA信号和CLK信号的布线；
图13是电路图，表示在根据本发明第五实施例的打印头基片上的DATA信号和CLK信号的布线；
图14是电路图，表示在根据本发明第六实施例的打印头基片上的DATA信号和CLK信号的布线；
图15是立体图，表示作为本发明的典型实施例的喷墨打印机IJRA的外观；
图16是方块图，表示图15中所示的喷墨打印机的功能的布置；
图17是立体图，表示其中墨水容器和打印头可分离的墨盒IJC的外观；
图18表示常规喷墨打印头基片的布局；
图19是喷墨打印头基片的方块图；
图20是喷墨打印头基片的驱动计时的例子；及
图21A和21B表示与逻辑电源电压有关的图像数据传输最大CLK频率。
具体实施方式
按照附图现在详细描述本发明的最佳实施例。
[第一实施例]
图9是方块图，表示根据本发明第一实施例的打印头基片的构造。对于图2中所示那些共用的元件用相同的标号指示。
打印头基片901至906的每一个具有与图1中表示的打印头基片相同的电路布置。假定打印通过使用基片901至906这六个片进行。
在图9中，标号101指示用作电热换能器的加热器部分(加热器元件)，标号102指示按照打印数据驱动每个加热器元件的驱动器部分，标号103指示锁存打印数据的锁存电路，标号104指示存储和保持与CLK信号同步串行输入的DATA信号的移位寄存器，及标号920指示按照打印数据驱动驱动器部分102的AND(与)电路，以在以后参照AND电路描述的加热启动信号HE是HIGH(高)的同时加热加热器部分101。上述元件集成形成在，由硅等通过半导体制造过程，如沉积过程等，制成的半导体基片上。由于基片902至906具有与基片901相同的构造，所以省略其详细描述。注意，在如下实施例中，术语“在基片上”不仅指由硅等制成的基片顶部表面，而且也指在基片表面的邻近部分中的基片靠内部分。
在上述基片上，对应于每个加热器元件(打印元件)101提供一个墨水排出孔口和形成连接到墨水排出嘴上的液体路径的件(未表示)，由此构成打印头。供给到加热器元件的墨水通过驱动加热器元件101加热，以引起产生在墨水中的气泡的膜沸腾，并且从排出孔口(喷嘴)排出墨水。
标号105指示一个输入PAD部分，标号106指示一个磁滞电路，及标号107指示一个缓冲电路。标号910指示一个作为第一实施例的特征元件提供的时间滞后调节器，该时间滞后调节器相对于CLK信号把每个DATA信号延迟一个预定时间段。通过延迟DATA信号，时间滞后调节器910补偿通过由图8中的801指示的延迟时钟信号CLK引起的减小余量。
一个信号HE指示一个定义每个加热器元件101的通电时间的加热启动信号。当信号HE是高时，启动至AND电路920的输入，并且按照来自锁存电路103的打印数据驱动对应驱动器电路102，以把电流施加到对应加热元件101上。信号LT指示一个使锁存电路103输入和锁存存储在移位寄存器104中的数据的锁存信号。信号HE和LT都分别输入到打印头基片901至906。
根据上述第一实施例，使CLK信号的时间滞后基本上等于DATA信号的时间滞后。因而，解决由图8中表示的减小余量引起的问题。
注意，尽管第一实施例已经描述了一种其中相对于CLK信号延迟DATA信号的情形，但本发明不限于这种情形。CLK信号的驱动能力可以增大，或者对于DATA信号和CLK信号可以提供与时间滞后调节器相对应的元件，以便结果使输入到每个移位寄存器的DATA信号和CLK信号的时间滞后相等。
[第二实施例]
图10是电路图，表示在根据本发明第二实施例的打印头基片上的DATA信号和CLK信号的布线。对于图9中所示的那些共用的元件由相同的标号指示，并且省略其描述。
图10表示一个电容器911连接到每个DATA信号的缓冲器107的每个输出上，作为时间滞后调节器910的一个例子。这里，假定每个电容器911的电容是CL，并且在每个移位寄存器110的DATA输入终端和CLK输入终端处的输入电容分别是CDATA和CCLK。进一步假定在驱动缓冲电路107时的DATA信号和CLK信号的接通电阻分别是RDATA和RCLK，并且公共连接到CLK信号上的移位寄存器110的数量是n。这里，按如下描述输入到每个移位寄存器110的DATA信号的时间滞后TDATA和CLK信号的时间滞后TCLK：
TDATA≈RDATA×(CDATA+CL)
TCLK≈n×RCLK×CCLK
这里，CL按如下设置：
CL＝(n×RCLK×CCLK)/RDATA-CDATA
结果，TDATA＝TCLK成立。借助于这点，能消除在输入到每个移位寄存器110的DATA信号的时间滞后与CLK信号的时间滞后之差。
[第三实施例]
图11是电路图，表示在根据本发明第三实施例的打印头基片上的DATA信号和CLK信号的布线。对于图9和10中所示的那些共用的元件由相同的标号指示，并且省略其描述。
图11表示一个电阻912连接到每个DATA信号的缓冲器107的每个输出上，作为时间滞后调节器910的一个例子。假定每个电阻912的电阻值是RL，则按如下描述输入到每个移位寄存器的DATA信号的时间滞后TDATA和CLK信号的时间滞后TCLK：
TDATA≈(RDATA+RL)×CDATA
TCLK≈n×RCLK×CCLK
这里，电阻值RL按如下设置：
RL＝(n×RCLK×CCLK)/CDATA-RDATA
结果，TDATA＝TCLK成立。借助于这点，能消除在输入到每个移位寄存器110的DATA信号的时间滞后与CLK信号的时间滞后之差。
[第四实施例]
图12是电路图，表示在根据本发明第四实施例的打印头基片上的DATA信号和CLK信号的布线。对于图9和10中所示的那些共用的元件由相同的标号指示，并且省略其描述。
图12表示一个变换器913连接到每个DATA信号的缓冲器107的每个输出上，作为时间滞后调节器910的一个例子。假定每个变换器913的输入电容是CL。这种情形类似于第二实施例的情形。变换器的尺寸这样设置，从而每个变换器的输入电容CL满足下式：
CL＝(n×RCLK×CCLK)/RDATA-CDATA
借助于这点，能消除在输入到每个移位寄存器110的DATA信号的时间滞后与CLK信号的时间滞后之差。
[第五实施例]
图13是电路图，表示在根据本发明第五实施例的打印头基片上的DATA信号和CLK信号的布线。对于图9和10中所示的那些共用的元件由相同的标号指示，并且省略其描述。
这里，作为时间滞后调节器的一个例子，假定在每个移位寄存器110的DATA终端和CLK终端处的输入电容分别是CDATA和CCLK。进一步假定在驱动缓冲电路914和915时的DATA信号和CLK信号的接通电阻分别是RDATA和RCLK，并且公共连接到CLK信号上的移位寄存器110的数量是n。这里，按如下描述在每个移位寄存器中的时间滞后TDATA和TCLK：
TDATA≈RDATA×CDATA
TCLK≈n×RCLK×CCLK
这里，设置DATA信号和CLK信号的缓冲电路914和915以便满足下式：
RDATA×CDATA＝n×RCLK×CCLK
借助于这点，能消除在输入到每个移位寄存器110的DATA信号的时间滞后与CLK信号的时间滞后之差。
[第六实施例]
图14是电路图，表示在根据本发明第六实施例的打印头基片上的DATA信号和CLK信号的布线。对于图9和10中所示的那些共用的元件由相同的标号指示，并且省略其描述。
在该实施例中，仅为CLK信号提供用作时间滞后调节器的一个缓冲电路916，而DATA信号按常规通过缓冲电路107输出。
这里，缓冲电路916有助于使时钟信号CLK的电流驱动能力高于用于DATA信号的缓冲电路107的电流驱动能力。
通过上述方式，增大CLK信号的电流驱动能力，以相对于DATA信号补偿CLK信号的时间滞后。因而，保证至移位寄存器110的数据传输。
如上所述，根据以上实施例，减小在构成打印头的打印头基片中的数据信号的时间滞后与时钟信号的时间滞后之差，以保证与时钟信号CLK同步地进行数据信号DATA的输入和存储。因而，有可能用较低功率消耗以高速把数据可靠地输入和存储到一个移位寄存器。
其次，通过提供采用上述打印头(喷墨头)的喷墨打印机的一个例子，描述根据本发明实施例的喷墨打印机。
注意，在该实施例中，“记录”(或“打印”)不仅表示形成诸如字符或图形之类的有意义信息的情形，而且也表示在广义上在记录介质上形成图像、图样、图案等的情形，或处理介质的情形，而不管信息是有意义还是无意义的，或者信息是否清楚表示以便由人类肉眼可见。
另外，“打印介质”不仅指示用在一般打印机中的纸，而且也指示能接收墨水的织物、塑料膜、金属板、玻璃、陶瓷、木材、皮革等。
另外，“墨水”(或“液体”)应该广泛地解释，如在“记录”(或“打印”)的定义中那样。“墨水”指示能用来形成图像、图样、图案等或者通过涂敷到打印介质上处理打印介质、或处理墨水(例如，固化或不溶解涂敷到打印介质上的墨水的着色剂)的液体。
<设备主单元的简要描述>
图15是立体图，表示作为本发明的典型实施例的喷墨打印机IJRA的外观。
参照图15，一个支架HC与一个导螺杆5005的螺旋槽啮合，导螺杆5005在一个驱动电机5013的正向/反向转动时通过驱动力传递齿轮5009至5011转动。支架HC带有一个销(未表示)，并且在由导轨5003支撑的同时在箭头a和b的方向上往复扫描。包括一个带有上述打印头基片的打印头IJH和墨水容器IT的集成型喷墨支架IJC，安装在支架HC上。标号5002指示一个贴着台板5000压紧纸张P、范围从支架HC的扫描路径的一端到另一端的片状压板。标号5007和5008指示光电耦合器，这些耦合器用作原始位置探测器以便识别支架的杠杆5006在对应区域中的存在、和用来切换例如电机5013的转动方向。标号5016指示用来支撑盖板件5022的一个件，盖板件5022盖住打印头IJH的前表面；而5015指示用来通过盖板件的内部抽吸墨水残余物的抽吸装置。抽吸装置5015通过盖板件5022的开口5023进行打印头的抽吸恢复。标号5017指示一个清理刀片；5019指示一个允许刀片在刀片的前后方向可运动的件。这些件由一块主单元支撑板5018支撑。刀片的形状不限于这种，而是已知的清理刀片能用在本实施例中。标号5021指示一根在抽吸操作中启动抽吸操作的杠杆。杠杆5021在与支架啮合的凸轮5020运动时运动，并且通过诸如离合切换之类的已知传动机构从驱动电机接收驱动力。
当支架到达原始位置侧区域时，在导螺杆5005的操作时在其对应位置处进行盖住、清理、和抽吸操作。然而，本发明不限于这种布置，只要在已知计时处进行希望的操作。
<控制结构的描述>
其次，描述用来控制上述设备的记录操作的控制结构。
图16是方块图，表示图15中所示的喷墨打印机IJRA的控制电路的布置。参照表示控制电路的图16，标号1700指示一个用来输入打印信号的接口，标号1701指示一个MPU，标号1702指示存储由MPU1701执行的控制程序的ROM，及标号1703指示存储各种数据的DRAM(供给到打印头的上述打印信号或打印数据等)。标号1704指示一个用来进行打印数据至打印头IJH的供给控制的门阵列(G.A.)。门阵列1704也在接口1700、MPU1701、和RAM1703中进行数据传输控制。标号5013指示一个用来携带打印头IJH的支架电机，并且标号1709指示用来运送打印纸张的运送电机。标号1705指示一个用来驱动打印头的打印头驱动器，及标号1706和1707指示用来驱动运送电机1709和支架电机5013的电机驱动器。
现在描述上述控制结构的操作。当把打印信号输入到接口1700时，打印信号由彼此相互通信的门阵列1704和MPU1701转换成打印数据。当驱动电机驱动器1706和1707时，按照传输到打印头驱动器1705的打印数据驱动打印头，由此进行打印。
这里，尽管由MPU1701执行的控制程序存储在ROM1702中，但可以另外提供一种可擦除/可写存储介质，例如EEPROM等，以便使连接到喷墨打印机IJRA上的主计算机改变控制程序。
注意，尽管墨水容器IT和打印头IJH可以集成地形成以便如上述那样构成可更换墨盒IJC，但可以使墨水容器IT和打印头IJH是可分离的，以便能够实现当用完墨水时只有墨水容器IT的更换。
<墨盒的描述>
图17是立体图，表示其中墨水容器和打印头可分离的墨盒IJC的外观。墨水容器IT能在图17中所示的边界线K处与打印头IJH分离。墨盒IJC包括当安装在支架HC上时用来从支架HC接收电信号的电极(未表示)。打印头IJH由上述电信号驱动以排出墨水。
注意在图17中，标号500指示墨水排出孔口的一个阵列。墨水容器IT包括用来保持墨水的纤维或多孔墨水吸收物。
注意在以上实施例中，尽管根据由打印头排出的液滴是墨水和包含在墨水容器中的液体是墨水的假设，已经提供了描述，但成分不限于墨水。比如，墨水容器可以包含处理液体等，这种处理液体排出到打印介质上，以便提高打印图像的图像质量、或改进打印图像的固色性或抗水性。
[其它实施例]
上述实施例的每一个包括用来产生作为在墨水排出执行时利用的能量的加热能量的装置(例如，电热换能器、激光束发生器等)，并且在喷墨打印方法中采用通过加热能量引起墨水状态变化的方法。根据这种打印方法，能实现高密度、高精度打印操作。
作为喷墨打印系统的典型布置和原理，通过在例如美国专利No.4,723,129和4,740,796中公开的基本原理的使用实施的一种是最好的。以上系统适用于所谓的即期型或连续型的任一种。特别是，在即期型的情况下，系统是有效的，因为通过把与打印信息相对应的并且引起快速温度升高超过成核沸腾的至少一个驱动信号，施加到与纸张相对应布置的电热换能器或保持液体(墨水)的液体通道的每一个上，加热能量由电热换能器产生，以实现在打印头的加热作用表面上的膜沸腾，并且因此，气泡能与驱动信号一一对应地形成在液体(墨水)中。
通过借助于气泡的成长和收缩经一个排出开口排出液体(墨水)，形成至少一个液滴。如果把驱动信号作为一个脉冲信号施加，则能立即和适当地实现气泡的成长和收缩，以便以特别高的响应特性实现液体(墨水)的排出。
作为脉冲驱动信号，在美国专利No.4,463,359和4,345,262中公开的信号是适当的。注意，通过使用与加热作用表面的温度升高速率有关的美国专利No.4,313,124中描述的发明的条件，能进行更优良的打印。
作为打印头的一种布置，除在以上说明书中公开的排出喷嘴、液体通道、及电热换能器(线性液体通道或直角液体通道)的组合布置之外，使用公开使加热作用部分布置在弯曲区域中的布置的美国专利No.4,558,333和4,459,600的布置，也包括在本发明中。另外，根据公开把对于多个电热换能器共用的一个槽用作电热换能器的排出部分的布置的日本专利申请公开No.59-123670、或公开带有用来吸收与排出部分相对应的加热能量压力波的开口的布置的日本专利申请公开No.59-138461，能把本发明有效地应用于一种布置。
此外，代替通过扫描打印头进行打印的上述串行型打印头，根据本发明的打印头可以是具有与由打印机能打印的最大打印介质宽度相对应的长度的全线型打印头。在这种情况下，打印头可以采用通过组合多个打印基片、或集成形成单打印头的布置满足全行长度的布置。
另外，本发明不仅可以采用其中如在以上实施例中描述的那样墨水容器集成布置在打印头本身上的盒式打印头，而且可以使用能电气连接到设备主单元上并且安装在设备主单元上时能从设备主单元接收墨水的可更换芯片型打印头。
最好把用于打印头的恢复装置、预备辅助装置等添加到上述打印机的布置上，因为能进一步稳定打印操作。这种装置的例子对于打印头包括盖住装置、清理装置、加压或抽吸装置、及使用电热换能器、另一种加热元件、或其组合的预备加热装置。对于提供进行独立于打印的排出的预备排出模式的稳定打印也是有效的。
此外，作为打印机的一种打印模式，不仅只使用诸如黑色等之类的基色的打印模式、而且使用多种不同颜色的多色模式或通过颜色混合实现的全色模式的至少一种，能通过使用集成打印头或通过组合多个打印头在打印机中实现。
况且，在本发明的上述实施例的每一个中，假定墨水是液体。要不然，本发明可以采用在室温或更低温度下是固体的墨水、或在室温下软化或液化的墨水、或在打印信号施加时液化的墨水，因为一般习惯是在喷墨系统中在从30℃至70℃的范围内进行墨水本身的温度控制，从而墨水粘度能落在稳定的排出范围内。
另外，为了防止由通过肯定地把其用作用来引起墨水从固态至液态的状态变化的能量的加热能量引起的温度升高、或为了防止墨水的蒸发，可以使用在非使用状态下是固体而在加热时液化的墨水。在任一种情况下，通过加热能量的施加开始液化的墨水，如根据打印信号在加热能量施加时液化并且以液态排出的墨水、或当达到打印介质时开始固化的墨水，适用于本发明。
另外，本发明的打印机，除诸如计算机之类的信息处理设备的集成提供或独立的图像输出终端之外，可以以与阅读器等相结合的复印机、或具有发送/接收功能的传真设备的形式使用。
本发明不限于以上实施例，并且在本发明的精神和范围内能进行各种变更和修改。因此，为了通知公众本发明的范围，形成如下权利要求书。

Claims (15)

1.一种与时钟信号同步输入数据信号的打印头基片，包括：
多个打印元件；
输入终端，适用于输入时钟信号和数据信号；
一个寄存器，适于输入从所述输入终端输入的时钟信号和数据信号，并且保持数据信号与时钟信号同步；
一个时间滞后调节电路，布置在所述输入终端的至少一个与所述寄存器的一个输入终端之间，以减小时钟信号和数据信号之间的时间滞后，其中所述时间滞后调节电路是延迟电路或用于增大电流驱动能力的电路；及
一个驱动器电路，适于根据数据信号驱动所述多个打印元件。
2.根据权利要求1所述的打印头基片，其中所述时间滞后调节电路调节时间滞后，以便保证在从输入终端输入到所述寄存器的时钟信号与数据信号之间的建立时间和保持时间。
3.根据权利要求2所述的打印头基片，其中按照数据信号的数量提供多个寄存器，并且通常把时钟信号从输入终端输入到所述多个寄存器。
4.根据权利要求3所述的打印头基片，其中所述时间滞后调节电路包括一个电容器元件，该电容器元件被设置成具有把从输入终端输入的数据信号延迟一个预定时间段的预定电容。
5.根据权利要求3所述的打印头基片，其中所述时间滞后调节电路包括一个电阻元件，该电阻元件被设置成具有把从输入终端输入的数据信号延迟一个预定时间段的预定电阻值。
6.根据权利要求3所述的打印头基片，其中所述时间滞后调节电路包括一个变换电路，该变换电路被设置成把从所述输入终端输入的数据信号延迟一个预定时间段。
7.根据权利要求3所述的打印头基片，其中所述时间滞后调节电路包括一个缓冲电路，适于把从输入终端输入的数据信号延迟一个预定时间段。
8.根据权利要求3所述的打印头基片，其中所述时间滞后调节电路包括一个电路，适于输入从输入终端输入的时钟信号，并且增大时钟信号的电流驱动能力使其高于数据信号。
9.一种打印头，包括：
多个打印元件；
输入终端，适用于输入时钟信号和数据信号；
一个寄存器，适于输入从所述输入终端输入的时钟信号和数据信号，并且保持数据信号与时钟信号同步；
一个时间滞后调节电路，适于布置在输入终端的至少一个与所述寄存器的一个输入终端之间，以减小时钟信号和数据信号之间的时间滞后，其中所述时间滞后调节电路是延迟电路或用于增大电流驱动能力的电路；及
一个驱动器电路，适于根据数据信号驱动所述多个打印元件。
10.根据权利要求9所述的打印头，其中所述时间滞后调节电路调节时间滞后，以便保证在从输入终端输入到所述寄存器的时钟信号与数据信号之间的建立时间和保持时间。
11.根据权利要求10所述的打印头，其中所述打印头是通过使用多个打印元件的每一个进行打印以排出墨水的喷墨打印头。
12.根据权利要求11所述的打印头，其中多个打印元件的每一个包括一个用来产生排出墨水必需的加热能量的电热换能器。
13.一种打印头盒，包括：
多个打印元件；
输入终端，适用于输入时钟信号和数据信号；
一个寄存器，适于输入从所述输入终端输入的时钟信号和数据信号，并且保持数据信号与时钟信号同步；
一个时间滞后调节电路，适于布置在输入终端的至少一个与所述寄存器的一个输入终端之间，以减小时钟信号和数据信号之间的时间滞后，其中所述时间滞后调节电路是延迟电路或用于增大电流驱动能力的电路；
一个驱动器电路，适于根据数据信号驱动所述多个打印元件；及
一个墨水容器，适于容纳要供给到所述多个打印元件的墨水。
14.一种打印机，包括：
一个打印头，包括：多个打印元件；输入终端，适用于输入时钟信号和数据信号；一个寄存器，适于输入从输入终端输入的时钟信号和数据信号，并且保持数据信号与时钟信号同步；一个时间滞后调节电路，适于布置在输入终端的至少一个与寄存器的一个输入终端之间，以减小时钟信号和数据信号之间的时间滞后，其中所述时间滞后调节电路是延迟电路或用于增大电流驱动能力的电路；及一个驱动器电路，适于根据数据信号驱动多个打印元件；
一个墨水容器，适于包含要供给到多个打印元件的墨水；
输入装置，用来从外部设备输入图像数据；及
数据供给装置，用来根据由所述输入装置输入的图像数据产生数据信号，并且把数据信号供给到所述打印头。
15.一种打印机，包括：
一个打印头盒，包括：多个打印元件；输入终端，适用于输入时钟信号和数据信号；一个寄存器，适于输入从输入终端输入的时钟信号和数据信号，并且保持数据信号与时钟信号同步；一个时间滞后调节电路，适于布置在输入终端的至少一个与寄存器的一个输入终端之间，以减小时钟信号和数据信号之间的时间滞后，其中所述时间滞后调节电路是延迟电路或用于增大电流驱动能力的电路；一个驱动器电路，适于根据数据信号驱动多个打印元件；及一个墨水容器，适于包含要供给到多个打印元件的墨水；
输入装置，用来从外部设备输入图像数据；及
数据供给装置，用来根据由所述输入装置输入的图像数据产生数据信号，并且把数据信号供给到所述打印头盒。
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