JP2000198200A

JP2000198200A - 液体噴射記録装置

Info

Publication number: JP2000198200A
Application number: JP236699A
Authority: JP
Inventors: Kunihito Sato; 邦仁佐藤; Toru Mihara; 徹三原; Kota Nakayama; 広太中山
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 1999-01-07
Filing date: 1999-01-07
Publication date: 2000-07-18

Abstract

(57)【要約】【課題】回路およびレイアウト規模が小さく、しかも
噴射滴量を不均一にすることなく、またコストアップを
抑えた液体噴射記録装置を提供する。【解決手段】発熱素子２の一端はすべて共通電極１に
接続され、他端はそれぞれドライバ素子３に接続されて
いる。ドライバ素子３は、プリドライバ４からの駆動信
号に従って、対応する発熱素子２を駆動する。プリドラ
イバ４は、８ｂｉｔカウンタ５からのブロック選択駆動
信号と、６４ｂｉｔラッチ６からの記録データと、印字
イネーブル信号ＥＮＡＢＬＥが入力され、さらに、プリ
ドライバ電源回路８または９から中間電位ＭＶ１または
ＭＶ２が供給されているとき、ドライバ素子３に対して
駆動信号を出力する。このように、プリドライバ電源回
路８，９のＯＮ／ＯＦＦ制御を併用することにより発熱
素子２を選択駆動する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ノズル内に保持さ
れた液体に対し、噴射エネルギーを印加して液体を噴射
する液体噴射記録装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】現在、大きく注目されている記録技術と
して液体噴射記録方式がある。液体噴射記録方式は、普
通紙への記録が可能であり、高品位記録、カラー化が容
易であり、さらに静粛性に優れ、記録スピードと価格の
バランスに優れているという特徴がある。さらに、構造
が単純であるという利点も有している。

【０００３】一方、構造が単純であるといっても、現在
でも記録ヘッドや液体の取り扱いに課題を残している。
特に、液体を扱うことによる信頼性、耐久性の確保が課
題となっている。信頼性、耐久性を損なう要因として
は、液体による目詰まり、液体流路への気泡の混入、記
録ヘッド材料の液体による劣化などが挙げられる。

【０００４】最近の液体噴射記録装置には、安価であっ
ても写真画質に迫る高画質の画像を記録できるものも増
えてきた。６色以上の多色インクを使用したり、１ヶ所
に液体を重ね打ちするなどの工夫で色調表現を豊かに
し、画像のざらざらした感じが少なくなった。このよう
な液体噴射記録装置は、会社や広告等の専門業だけでな
く、パーソナルコンピュータの普及に伴い一般家庭でも
普通に使用されるようになった。例えば、家族の写真を
入れてはがきを作るなどといったことが日常的に行われ
るようになった。このような用途では、人物の顔がかな
り小さくなる場合もあり、少ないドットの集まりで表現
しなければならない。このような場合、性能が低いと目
の表情が変わってしまったり、肌にドットが目立って荒
れた感じになってしまう。しかし最近の高機能化によっ
て画質が向上し、このような用途にも十分利用可能にな
っている。

【０００５】液体噴射方式には、発熱素子によって液体
を急激に加熱し、液体中に発生した気泡により液体を吐
出させるサーマル（バブル）方式と、電圧を印可すると
変形するセラミックを用いて液体を吐出させるピエゾ方
式がある。特にサーマル方式では、液体に噴射エネルギ
ーを加えるための発熱素子が比較的単純な薄膜プロセス
で作成できることから、発熱素子と同一基板上に同一薄
膜プロセスで作成された電子回路を搭載する構成が増え
ている。発熱素子のみならず、ドライバや、低電圧の論
理機能素子などを、発熱素子を搭載した基板に集積化す
ることも行われている。これによって、配線を簡略化
し、駆動ＩＣの負荷を低減し、さらには電気的接続のた
めのパッド数を削減してチップサイズを小さくすること
ができ、ノズルの高密度化や多ノズル化、およびコスト
面で効果をあげている。このように発熱素子が搭載され
た基板上に各種の回路を構成することは、例えば特開平
９−３００６２０号公報などに記載されている。

【０００６】ここで、発熱素子を流れる電流は、例えば
３００ｄｐｉ程度の記録密度で印字が可能な発熱素子で
は、印加電圧が約４０Ｖで約２００ｍＡ程度の電流が駆
動中流れるものが存在する。このような発熱素子を５個
同時に駆動したとすると、約１Ａもの大電流が流れる。
例えば記録ヘッドには６４個、１２８個、２５６個とい
った多数の発熱素子が設けられている。これらの発熱素
子を同時に駆動することは、電流容量からして困難であ
る。そのため、数個の発熱素子ごとに時分割的に駆動
し、一時に大電流が流れるのを防止している。

【０００７】図１１は、従来の発熱素子駆動方式の一例
を示す概念図である。６１，６１ａ，６１ｂは共通電
極、６２は発熱素子、６３はドライバ、６４，６４ａ，
６４ｂは接地線、６５は信号線である。図１１（Ａ）に
示す構成では、複数の発熱素子６２は、１本の共通電極
６１に接続されており、対応するドライバ６３が２本の
接地線６４ａまたは６４ｂのいずれかに接続されてい
る。そして、接地線６４ａまたは接地線６４ｂのうちい
ずれかをスイッチングして接地することによって、駆動
する発熱素子６２を選択することができる。

【０００８】また、図１１（Ｂ）に示す構成では、発熱
素子６２が２本の共通電極６１ａあるいは６１ｂのいず
れかに接続され、ドライバ６３は共通の接地線６４に接
続されている。そして、共通電極６１ａまたは共通電極
６１ｂのうちいずれかをスイッチングして高電圧の電源
と接続することによって、駆動する発熱素子６２を選択
することができる。

【０００９】通常、発熱素子６２を駆動するために消費
される電力は上述のように大きいので、図１１に示すよ
うに大電流が流れる共通電極や接地線をスイッチングす
ることは構成を複雑にし、コストアップを助長する。ま
た、配線の引き回しやスイッチングのために余分な寄生
抵抗を付加してしまうことになり、発熱素子に生じるエ
ネルギーがそれだけ小さくなり、噴射滴量の不均一によ
る画質劣化を引き起こすという問題がある。

【００１０】図１２は、従来の発熱素子駆動方式の別の
例を示す概念図である。図中、６６はプリドライバ、６
７はデータ線である。この例では、共通電極６１および
接地線６４とも１本とし、ドライバ６３のゲートに入力
される駆動信号だけで発熱素子を選択駆動する方式を示
している。このような方式は、例えば上述の文献（特開
平９−３００６２０号公報）などにおいても採用されて
いる。

【００１１】この方式では、プリドライバ６６の論理回
路に入力される駆動のための信号線６５によってそれぞ
れの発熱素子６２を選択するため、信号線６５の本数が
増大してレイアウト規模が大きくなる。また、信号線６
５を順次選択するための回路規模も大きくなるという問
題がある。例えば図１２に示した例では、図１１に示し
た例に比べて信号線６５の数は２倍が必要である。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述した事
情に鑑みてなされたもので、回路およびレイアウト規模
が小さく、しかも噴射滴量を不均一にすることなく、ま
たコストアップを抑えた液体噴射記録装置を提供するこ
とを目的とするものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、液体に噴射エ
ネルギーを印加する複数の噴射素子と、噴射素子をそれ
ぞれ駆動するための複数のドライバ素子と、ドライバ素
子をそれぞれ駆動する複数のプリドライバ回路を有して
おり、プリドライバ回路に電力を供給するプリドライバ
電源を複数系統設置している。そして、プリドライバ電
源をＯＮ／ＯＦＦ制御することによって、プリドライバ
回路を選択的に駆動可能とし、発熱素子の駆動を制御す
ることができる。

【００１４】これにより、信号線だけで選択駆動する場
合より信号線および回路を簡略化でき、回路規模および
レイアウト規模を小さくすることができる。また、プリ
ドライバ回路に流れる電流は、噴射素子に流れる電流の
通常百分の一程度であり、容易にスイッチングを行うこ
とができる。そのため、共通電極のＯＮ／ＯＦＦで噴射
素子の駆動を制御する場合より、回路を簡略化してコス
トを低減でき、また、噴射素子の電源系統に寄生抵抗が
生じないため、噴射素子の駆動を均一化することができ
る。さらに、プリドライバ電源線には寄生抵抗が挿入さ
れていても特性に影響を与えることはないため、例えば
交差する場所においては一方のプリドライバ電源線を配
線層以外のポリシリコンまたは拡散層を使用して配線す
ることが可能であり、二重にＡｌなどの配線層を設ける
必要がなく、製造プロセスを簡略化し、コストを低減す
ることができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の液体噴射記録装
置の実施の一形態において発熱素子が搭載された基板に
設けられた回路の一例を示す構成図である。図中、１は
共通電極、２は発熱素子、３はドライバ素子、４はプリ
ドライバ、５は８ｂｉｔカウンタ、６は６４ｂｉｔラッ
チ、７は６４ｂｉｔシフトレジスタ、８，９はプリドラ
イバ電源回路である。この例では、サーマル方式の液体
噴射記録装置について示し、噴射素子として発熱素子を
用いた例を示している。

【００１６】また、この例では６４個の発熱素子２を搭
載している。厳密には６４個分の発熱素子の領域を持っ
ているということを示し、発熱素子をおく領域だけがあ
って実際には発熱素子がなかったり、通常の記録には使
用しない特性の異なる素子であったり、いわゆるダミー
素子である場合も含んでいる。例えば、一つの基板を使
用して異なる色の液体を噴射させて記録を行う場合、異
なる色の境界にいくつかのダミー素子を設けることが多
い。以下の説明では、以上のことを踏まえて、発熱素子
の配置可能数を発熱素子数と呼ぶことにする。もちろ
ん、発熱素子数は任意であり、６４個に限られるもので
はない。

【００１７】６４個の発熱素子２の一端は、すべて共通
電極１を介して高電圧の電源ＨＶＤＤに接続されてい
る。共通電極１に印加される発熱素子２の動作電圧は、
例えば３４〜４０Ｖ程度である。また、発熱素子２の他
端は、それぞれ、ドライバ素子３に接続されている。な
お、図１に示した例では、後述するように６４個の発熱
素子２を、４つずつ、１６回に分割駆動する。

【００１８】ドライバ素子３は、例えばＭＯＳ−ＦＥＴ
やバイポーラトランジスタなどで構成することができ、
プリドライバ４からの駆動信号に従って、対応する発熱
素子２を駆動する。

【００１９】プリドライバ４は、対応する発熱素子２の
駆動信号を生成するとともに、昇圧してドライバ素子３
の制御電極、例えばＭＯＳ−ＦＥＴではゲート電極に入
力する。プリドライバ４には、８ｂｉｔカウンタ５から
のブロック分割駆動信号の１本と、印字イネーブル信号
ＥＮＡＢＬＥと、６４ｂｉｔラッチ６からのデータ信号
が入力されており、これらの信号をＡＮＤ合成すること
によって駆動信号を生成する。さらにプリドライバ４
は、プリドライバ電源８またはプリドライバ電源９のい
ずれかと接続されて中間電圧ＭＶ１またはＭＶ２を受け
ており、プリドライバ電源回路８または９によってＯＮ
／ＯＦＦ制御されている。すなわち、８ｂｉｔカウンタ
５により対応する発熱素子２を含むブロックが選択さ
れ、記録すべきデータが存在し、さらに印字イネーブル
信号ＥＮＡＢＬＥが入力され、さらに、プリドライバ電
源回路８または９から中間電位ＭＶ１またはＭＶ２が供
給されているとき、ドライバ素子３に対して駆動信号を
出力する。

【００２０】８ｂｉｔカウンタ５は、ブロック転送用ク
ロックＢＣＬＫをカウントしてブロック分割駆動信号を
発生し、複数のプリドライバ４に入力する。ここで、１
つのブロック分割駆動信号が供給される複数のプリドラ
イバ４、およびそれらのプリドライバに対応する発熱素
子２を１つのブロックとする。すなわち、８ｂｉｔカウ
ンタ５は、各グループごとにブロック分割駆動信号を、
そのグループに含まれる複数のプリドライバ４に対して
出力する。この例では、６４個の発熱素子２を８個ずつ
８個のブロックに分割して、ブロックごとにブロック分
割駆動信号を出力する。もちろん、ブロック内の発熱素
子２の数は任意である。また８ｂｉｔカウンタ５は、ブ
ロック転送方向信号ＢＤＩＲにより、ブロック分割駆動
信号を発生する方向、すなわちこの例ではブロック１か
らブロック１６の方向か、あるいはブロック１６からブ
ロック１の方向かを切り換えることができる。なお、ブ
ロックリセット信号ＢＲＳＴによりリセットされる。

【００２１】６４ｂｉｔラッチ６は、データラッチ用ク
ロックＬＣＬＫに従って各発熱素子２に対応した６４ｂ
ｉｔの記録データをラッチして保持し、それぞれ対応す
るプリドライバ４に対して出力する。なお、データリセ
ット信号ＤＲＳＴによってリセットされる。

【００２２】６４ｂｉｔシフトレジスタ７は、データ転
送用クロックＤＣＬＫとともにデータ信号ＤＡＴＡとし
てシリアル入力された記録データを順次保持する。ま
た、保持した６４ｂｉｔの記録データを、６４ｂｉｔラ
ッチ６に対してパラレルに転送する。

【００２３】プリドライバ電源回路８，９は、プリドラ
イバ４に対して給電するための電源である。上述のよう
にプリドライバ４は低電圧の論理機能素子よりも高い電
圧で動作させるため、共通電極１に供給されている高電
圧電源ＨＶＤＤの電圧を低下させてプリドライバ４に供
給している。このプリドライバ電源８，９は、それぞ
れ、制御信号ＭＶＯＦＦ１，ＭＶＯＦＦ２によってＯＮ
／ＯＦＦ制御可能である。この例では、プリドライバ電
源回路８とプリドライバ電源回路９は、各ブロックの８
個のプリドライバ４のうち、半数の４個ずつが接続され
ている。図１に示した例では、発熱素子Ｎｏ．が奇数の
ものがプリドライバ電源回路８に接続され、偶数のもの
がプリドライバ電源回路９に接続されている。これによ
って８ｂｉｔカウンタ５から同じブロック分割駆動信号
が出力されていても、プリドライバ電源回路のＯＮ／Ｏ
ＦＦ制御によって、駆動する発熱素子２を選択すること
ができる。

【００２４】このような構成において、発熱素子２は、
プリドライバ４に入力される３つの信号、すなわち、８
ｂｉｔカウンタ５から出力されるブロック分割駆動信号
と、印字イネーブル信号ＥＮＡＢＬＥと、６４ｂｉｔラ
ッチ６から出力される記録データによって選択される。
このとき、８ｂｉｔカウンタ５から出力されるブロック
分割駆動信号によって８個のプリドライバ４が選択され
る。しかし、４個ずつ別のプリドライバ電源回路８また
は９に接続されている。そのため、ＯＮ制御されたプリ
ドライバ電源回路に接続されているプリドライバ４のみ
が駆動信号をドライバ素子３に出力する。これによって
発熱素子２は、記録データにもよるが、最大で４個ずつ
同時に駆動されることになる。このようにして図１に示
した６４個の発熱素子２は、８ｂｉｔカウンタ５による
ブロック分割駆動信号と、プリドライバ電源回路８，９
のＯＮ／ＯＦＦ制御によって、４個ずつ１６に分割して
駆動することが可能である。もちろん、記録モードによ
っていずれか一方のプリドライバ電源回路のみを動作さ
せて記録したり、共通電極１上の電流量は多くなるが両
方のプリドライバ電源回路８，９をＯＮ制御して８個ず
つ同時駆動してもよい。

【００２５】もし、プリドライバ電源回路を全て共通に
して、６４個の発熱素子を４個ずつ１６個のブロックに
分割して駆動する場合には、図１の８ｂｉｔカウンタ５
を１６ｂｉｔカウンタにして、ブロック分割駆動信号の
ための配線を１６本引き回す必要がある。あるいは、プ
リドライバ４を選択するためのプリドライバ・アクティ
ブ用信号線を付加してプリドライバ４を４入力にする等
の回路構成も考えられる。しかし、いずれにしても回路
が複雑になってしまう。上述のような本発明の構成によ
り、回路構成を簡素化し、また配線量を低減することが
できる。また、その際に発熱素子２に対する影響はな
く、噴射される液滴量が変化して画質が劣化することは
ない。

【００２６】図２は、本発明の液体噴射記録装置の実施
の一形態における動作の一例を示すタイミングチャート
である。最初の記録を行う前に、予め各発熱素子２に対
応した６４個の記録データを６４ｂｉｔシフトレジスタ
７にシリアルに入力する。その後、データリセット信号
ＤＲＳＴで６４ｂｉｔラッチ６をリセットし、データラ
ッチ用クロック信号ＬＣＬＫにより６４ｂｉｔシフトレ
ジスタ７内の全ての記録データを６４ｂｉｔラッチ６に
転送してラッチさせる。６４ｂｉｔラッチ６は、記録デ
ータをそれぞれのプリドライバ４に出力している。

【００２７】８ｂｉｔカウンタ５は、ブロックリセット
信号ＢＲＳＴでリセットされ、ブロック転送方向信号Ｂ
ＤＩＲで駆動順序が選択された後、ブロック転送用クロ
ック信号ＢＣＬＫをカウントしてブロック分割駆動信号
を選択的に送出する。ここではブロック転送方向信号Ｂ
ＤＩＲが‘Ｌ’で順方向記録、‘Ｈ’で逆方向記録を選
択する。図２では、ブロック転送方向信号ＢＤＩＲとし
て‘Ｌ’が入力され、順方向記録を行うものとする。

【００２８】８ｂｉｔカウンタ５は、まず最初のブロッ
ク転送用クロック信号ＢＣＬＫによりブロック１に対す
るブロック分割駆動信号を１〜８番目のプリドライバ４
に対して出力する。このとき、プリドライバ電源回路８
に制御信号ＭＶＯＦＦ１として‘Ｌ’が入力されている
場合には中間電圧ＭＶ１が供給され、プリドライバ電源
回路９に制御信号ＭＶＯＦＦ２として‘Ｌ’が入力され
ている場合には中間電圧ＭＶ２がプリドライバ４に対し
て供給される。図２に示す信号シーケンス例では、ブロ
ック転送用クロック信号ＢＣＬＫの最初（１ｓｔ）の
‘Ｈ’の部分では、制御信号ＭＶＯＦＦ１が‘Ｌ’で制
御信号ＭＶＯＦＦ２が‘Ｈ’である。そのため、プリド
ライバ電源回路８から中間電圧ＭＶ１のみがプリドライ
バ４に供給されている。従って、ブロック転送用クロッ
ク信号ＢＣＬＫの最初（１ｓｔ）の‘Ｈ’の部分では、
８ｂｉｔカウンタ５により１〜８番目のプリドライバ４
が選択されるが、そのうち中間電圧ＭＶ１が供給されて
いるＮｏ．１，３，５，７のプリドライバ４のみが動作
する。

【００２９】さらにプリドライバ４には外部よりプレパ
ルス（ＰＲＥと表記）およびメインパルス（ＭＡＩＮと
表記）を有する印字イネーブル信号ＥＮＡＢＬＥと、６
４ｂｉｔラッチ６から記録データが入力されている。動
作する４個のプリドライバ４のうち、６４ｂｉｔラッチ
６から記録データが出力されているもののみが、印字イ
ネーブル信号ＥＮＡＢＬＥに従った駆動信号を出力す
る。これにより、プリドライバ４を介してドライバ素子
３が駆動され、１〜４番目の発熱素子２のうち記録デー
タが存在するものに電流が流れ、発熱素子２が発熱す
る。このとき、プレパルス（ＰＲＥ）では液体は吐出さ
れず、発熱素子２の発熱による昇温のみが行われ、次の
メインパルス（ＭＡＩＮ）で発熱素子２の発熱によって
液体中に気泡が発生し、液体が吐出して記録が行われ
る。

【００３０】続いて８ｂｉｔカウンタ５は、次のブロッ
ク転送用クロック信号ＢＣＬＫをカウントしてブロック
２に対するブロック分割駆動信号を９〜１６番目のプリ
ドライバ４に対して出力し、そのうちプリドライバ電源
回路８から中間電圧ＭＶ１が供給されているＮｏ．９，
１１，１３，１５のプリドライバ４のみが動作し、その
うち記録データが存在するものが印字イネーブル信号Ｅ
ＮＡＢＬＥに従った駆動信号を出力する。これによって
発熱素子２が通電して発熱し、記録が行われる。

【００３１】以下、順にブロック８までの駆動動作を行
う。これによって、発熱素子２のうち、発熱素子Ｎｏ．
が奇数のものが順に４個ずつ駆動される。

【００３２】ブロック８までの駆動が終了すると、制御
信号ＭＶＯＦＦ１を‘Ｈ’にしてプリドライバ電源回路
８をＯＦＦにし、制御信号ＭＶＯＦＦ２を‘Ｌ’にして
プリドライバ電源回路９をＯＮにする。これによって中
間電圧の供給をＭＶ１からＭＶ２に切り替える。そし
て、ブロック転送用クロック信号ＢＣＬＫの９回目（９
ｔｈ）の‘Ｈ’の部分では、８ｂｉｔカウンタ５により
１〜８番目のプリドライバ４が選択されるが、そのうち
中間電圧ＭＶ２が供給されているＮｏ．２，４，６，８
のプリドライバ４のみが動作する。そのうち記録データ
が存在するものが印字イネーブル信号ＥＮＡＢＬＥに従
った駆動信号を出力する。これによって発熱素子２が通
電して発熱し、記録が行われる。

【００３３】以下、順にブロック８まで（ブロック転送
用クロック信号ＢＣＬＫの１６ｔｈまで）駆動して記録
を行なう。これによって、後半の８回の駆動によって、
発熱素子２のうち発熱素子Ｎｏ．が偶数のものが順に４
個ずつ駆動される。このようにして、各ブロックを２回
ずつ駆動することによって、６４個の発熱素子２を駆動
することができる。

【００３４】以上のように、ブロック転送用クロック信
号ＢＣＬＫが１６回‘Ｈ’となる間に、次の６４個分の
記録データをシリアルに６４ｂｉｔシフトレジスタ７に
入力する。１６回のブロックの駆動が終了すると、ブロ
ックリセット信号ＢＲＳＴにより８ｂｉｔカウンタ５が
リセットされ、ブロック転送方向信号ＢＤＩＲにより駆
動方向が設定される。ここでは順方向記録を連続してい
るが、もちろん、順方向記録と逆方向記録を連続して行
ったり、逆方向記録を連続して行ってもよい。

【００３５】また、データリセット信号ＤＲＳＴによっ
て６４ｂｉｔラッチ６がリセットされ、データラッチ用
クロック信号ＬＣＬＫによって６４ｂｉｔシフトレジス
タ７内の記録データが６４ｂｉｔラッチ６にラッチされ
る。以後、１番目のブロックから順に駆動される。これ
ら一連の動作を繰り返し、記録を行なう。

【００３６】図３は、プリドライバ電源回路の一例を示
す回路構成図である。図中、１１，１４はＥ−ＭＯＳト
ランジスタ、１２は第１の抵抗体、１３は第２の抵抗体
である。プリドライバ４に供給する電源電圧を外部から
供給するとコストアップを招くので、この例ではプリド
ライバ電源回路８または９を同一基板内部に構成し、プ
リドライバ４へ給電している。なお、プリドライバ電源
回路８とプリドライバ電源回路９は同一の構成で実現で
きるので、１つのみを図示している。

【００３７】ＮチャネルのＥ−ＭＯＳトランジスタ１１
は、ソースホロワ回路であり、共通電極１からの高圧の
発熱素子駆動用の電源電圧ＨＶＤＤを、第１の抵抗体１
２と第２の抵抗体１３の分圧比に応じた中間電圧ＭＶ１
またはＭＶ２をプリドライバ４へ供給する。Ｅ−ＭＯＳ
トランジスタ１４は、制御信号ＭＶＯＦＦ１または制御
信号ＭＶＯＦＦ２を入力してＯＮとなり、第２の抵抗体
１３を短絡して、Ｅ−ＭＯＳトランジスタ１１を遮断さ
せてプリドライバ４への電源供給を停止させる。

【００３８】Ｅ−ＭＯＳトランジスタ１１、１４は、高
耐圧ＮチャネルＭＯＳトランジスタを使用している。高
耐圧Ｎ−ＭＯＳトランジスタには、ドレイン領域にオフ
セット領域としてシート抵抗が５ｋΩ程度のｎ^-領域が
３μｍ程度の長さで入っている。発熱素子２の共通電極
１の印字動作電圧が３４〜４０Ｖであり、ソースホロワ
ＭＯＳトランジスタが飽和領域で動作することから、第
１，第２の抵抗体１２，１３は、ｎ⁺をドープした発熱
素子２と同一の工程で作られ、シート抵抗が４０〜６０
Ω程度のポリシリコン層からなる。

【００３９】また、回路記号の横に付した数値は、Ｗ
（μｍ）／Ｌ（μｍ）の値を示している。第１の抵抗体
１２のＷ／Ｌは５／４８００で抵抗値が３６〜４８ｋ
Ω、第２の抵抗体１３のＷ／Ｌは５／３２００で抵抗値
が２４〜３６ｋΩである。したがって、第１の抵抗体１
２と第２の抵抗体１３との抵抗比は、１．５：１であ
る。第１の抵抗体１２，第２の抵抗体１３を拡散層を用
いて作ると、配線面積が大きくなりサブストレートへの
リークの原因にもなるため、ポリシリコン層の方がよ
い。一例では、第１，第２の抵抗体１２，１３とも同一
成分で構成したが、第１，第２の抵抗体１２，１３の代
わりに、ＭＯＳトランジスタを用いてもよい。

【００４０】このような構成により、制御信号ＭＶＯＦ
Ｆ１，ＭＶＯＦＦ２を用いてプリドライバ電源回路８，
９を制御することによって、ブロック中の駆動するプリ
ドライバ４を選択することが可能となる。

【００４１】図４は、プリドライバの一例を示す回路図
である。図中、２１，２５は負荷Ｄ−ＭＯＳトランジス
タ、２２〜２４，２６〜２８は駆動Ｅ−ＭＯＳトランジ
スタである。初段ゲートは、負荷Ｄ−ＭＯＳトランジス
タ２１と駆動Ｅ−ＭＯＳトランジスタ２２〜２４の直列
接続によるＥＤ−ＭＯＳトランジスタ構成の３入力ＮＡ
ＮＤゲートである。印字イネーブル信号ＥＮＡＢＬＥが
駆動Ｅ−ＭＯＳトランジスタ２２のゲート電極に入力さ
れる。また、８ｂｉｔカウンタ５から出力される８本の
ブロック分割駆動信号のうちの１本が駆動Ｅ−ＭＯＳト
ランジスタ２３のゲート電極に入力される。さらに、６
４ｂｉｔラッチ６から出力される記録データが駆動Ｅ−
ＭＯＳトランジスタ２４のゲート電極に入力される。

【００４２】２段目のゲートは、負荷Ｄ−ＭＯＳトラン
ジスタ２５と駆動Ｅ−ＭＯＳトランジスタ２６の直列接
続によるＥＤ−ＭＯＳトランジスタ構成のインバータで
あり、初段ゲートの負荷Ｄ−ＭＯＳトランジスタ２１と
駆動Ｅ−ＭＯＳトランジスタ２２の接続点が駆動Ｅ−Ｍ
ＯＳトランジスタ２６のゲート電極に接続される。

【００４３】３段目のゲートは、駆動Ｅ−ＭＯＳトラン
ジスタ２７，２８の直列接続ＥＥ−ＭＯＳトランジスタ
構成のプッシュプル駆動である。２段目のゲートの負荷
Ｄ−ＭＯＳトランジスタ２５と駆動Ｅ−ＭＯＳトランジ
スタ２６の接続点が駆動Ｅ−ＭＯＳトランジスタ２７の
ゲート電極に接続され、２段目のゲートの駆動Ｅ−ＭＯ
Ｓトランジスタ２６のゲート電極が駆動Ｅ−ＭＯＳトラ
ンジスタ２８のゲート電極に接続される。

【００４４】３段目のゲートの駆動Ｅ−ＭＯＳトランジ
スタ２７と駆動Ｅ−ＭＯＳトランジスタ２８の接続点は
プリドライバ４の出力端となり、ドライバ３のゲート電
極に接続される。なお、ドライバ３のゲートがフローテ
ィングになるのを防止するために、駆動Ｅ−ＭＯＳトラ
ンジスタ２７と駆動Ｅ−ＭＯＳトランジスタ２８の接続
点とドライバ３のゲートの間にＤ−ＭＯＳトランジスタ
等によりプル・ダウン抵抗を設けてもよい。

【００４５】プリドライバ４の電源電圧は、プリドライ
バ電源回路８あるいはプリドライバ電源回路９から中間
電圧ＭＶ１またはＭＶ２が供給される。この中間電圧Ｍ
Ｖ１，ＭＶ２は、上述のようにＯＮ／ＯＦＦ制御されて
いる。また発熱素子２の電源電圧は、共通電極１から高
電圧の電源電圧ＨＶＤＤが供給される。

【００４６】全てのＭＯＳトランジスタは、Ｎチャネル
型であり、回路記号の横に付した数値は、Ｗ（μｍ）／
Ｌ（μｍ）の値を示している。Ｗはゲート幅（チャネル
幅）、Ｌはゲート長（チャネル長）である。Ｗ（μｍ）
／Ｌ（μｍ）の値は、負荷Ｄ−ＭＯＳトランジスタ２１
が５／１０、駆動Ｅ−ＭＯＳトランジスタ２２〜２４が
２３／４、負荷Ｄ−ＭＯＳトランジスタ２５が７／３
０、駆動Ｅ−ＭＯＳトランジスタ２６が７／１０、駆動
Ｅ−ＭＯＳトランジスタ２７が３５／４、駆動Ｅ−ＭＯ
Ｓトランジスタ２８が３５／４としている。なお、これ
らの数値は、性能上許容できる範囲であれば、必要に応
じて最適化すればよい。

【００４７】Ｅ−ＭＯＳトランジスタに関しては、閾値
電圧Ｖ_thd＝１Ｖ、Ｄ−ＭＯＳトランジスタに関して
は、閾値電圧Ｖ_thd＝−４Ｖである。ゲート酸化膜厚
は、Ｅ−ＭＯＳトランジスタ，Ｄ−ＭＯＳトランジスタ
ともに９０ｎｍ程度である。また、ドライバ３のＥ−Ｍ
ＯＳ高耐圧トランジスタのＷ（μｍ）／Ｌ（μｍ）の値
は、３２００／４程度である。

【００４８】上述のように、駆動Ｅ−ＭＯＳトランジス
タ２２〜２４のゲートには、それぞれ印字イネーブル信
号ＥＮＡＢＬＥ、ブロック分割駆動信号、記録データが
入力されている。プリドライバ電源回路８または９から
例えば約１３Ｖの電圧が供給されているときに、これら
の信号がすべて‘Ｈ’であった場合にだけ、ドライバ３
のゲートが‘Ｈ’になり、発熱素子２が駆動される。発
熱素子２を駆動していない場合でも、プリドライバ電源
（約１３Ｖ）が供給されていれば、負荷Ｄ−ＭＯＳトラ
ンジスタ２５および駆動Ｅ−ＭＯＳトランジスタ２６に
貫通電流が約５０μＡ程度流れる。例えば図２に示した
ようにプリドライバ電源回路８または９のいずれか一方
を遮断することによって、プリドライバ電源が遮断され
たプリドライバ４における負荷Ｄ−ＭＯＳトランジスタ
２５および駆動Ｅ−ＭＯＳトランジスタ２６における電
力消費をなくすことができる。特にサーマル方式では問
題となる発熱も抑えることができる。

【００４９】図５は、ドライバトランジスタの動作点の
説明図、図６は、ドライバトランジスタの動作特性を表
すグラフである。図中、Ｖ_DSはドレインソース間電圧、
Ｖ_Gはゲート電圧、Ｉはソース電流であり、発熱素子を
流れる負荷電流でもある。図６に示したＶ_DS−Ｉ特性
は、ドライバ３のＭＯＳトランジスタのドレインソース
間電圧Ｖ_DSとソース電流Ｉとの関係を、ゲート電圧Ｖ_G
をパラメータとして表したものである。負荷直線は、発
熱素子２の抵抗値をパラメータとして、発熱素子２の負
荷特性を、ドレインソース間電圧Ｖ_DSと負荷電流Ｉとの
関係で表したものである。ソース電流Ｉは負荷電流に等
しいため、両特性線の交点が動作点となる。

【００５０】ドライバ３は、Ｗ／Ｌの値が大きい方がＯ
Ｎ抵抗が小さくなるが、図から明らかなように、非飽和
領域動作ならその効果が少ない。同様に、ゲート電圧Ｖ
_Gが高いほどＯＮ抵抗が小さいが、非飽和領域動作なら
その効果が少ない。また、ゲート電圧Ｖ_Gが多少変動し
ても、発熱素子２に流れるソース電流Ｉはほとんど変わ
らない。また、ドライバ３のＶｔｈ等の製造バラツキの
影響も、非飽和領域で動作させた方が、飽和領域で動作
させた時より少ない。このように、ドライバ３は非飽和
領域で動作するように構成するとよい。

【００５１】図７は、プリドライバのマスクレイアウト
構成の一例を示す平面図、図８は、図７におけるＡ−Ｂ
断面図である。図中、図４と同様の部分には同じ符号を
付してある。３１はＭＶ１配線、３２はＭＶ２配線、３
３は交差配線、３４は接地線である。また、図７に示し
たレイアウト構成では、太線がＡｌによる配線層を、破
線がポリシリコン層を、ハッチングを施した部分が拡散
層をそれぞれ示し、黒く塗りつぶした部分はコンタクト
部分であり、これらの部分のみを記してある。Ｄ−ＭＯ
Ｓトランジスタ用デプリーションマスクや、拡散層への
Ｎ⁺インプラ用マスク、基板へのコンタクト及び基板コ
ンタクト用Ｐ⁺マスクは割愛してある。

【００５２】プリドライバ４の電源ラインは、ＭＶ１配
線３１およびＭＶ２配線３２の２系統存在する。それぞ
れ、ＭＶ１配線３１はプリドライバ電源回路８に、ＭＶ
２配線３２はプリドライバ電源回路９に接続されてい
る。ＭＶ１配線３１とＭＶ２配線３２は並行して配置し
ているので、いずれか一方は他方をまたぐ必要がある。
そのために、例えば図８に示すようにポリシリコン層に
よる交差配線３３を用いている。この例では、ＭＶ１配
線３１をＭＶ２配線３２がまたぐ構成としている。

【００５３】交差配線３３に用いるポリシリコン層は、
ＭＯＳトランジスタのゲートに使用するものと同じもの
でよく、シート抵抗が数十Ω程度である。なお、交差配
線３３は、拡散層によって形成してもよい。交差配線３
３をポリシリコン層や拡散層によって形成すると、ＭＶ
２配線３２がＭＶ１配線３１をまたぐ際に数十Ω程度の
抵抗が生じる。しかし、プリドライバ４に流れる電流は
僅かであり、数十Ω程度の抵抗が生じても全体の特性に
与える影響は極めて少なく、実質問題が無い。特に、ド
ライバ３が図６に示す非飽和領域で動作している場合に
は、この数十Ω程度の抵抗の影響は特性として現れて来
ないくらいに少ない。従って、交差配線３３のために二
層のＡｌ配線を使用して交差をさせる必要がなく、構造
を簡略化することができる。また、二層のＡｌ配線プロ
セスが不必要となることによるプロセス・コストを削減
することができる。

【００５４】図９は、本発明の液体噴射記録装置の実施
の一形態における全体構成の概略のレイアウト例を示す
平面図である。図中、４１は発熱素子部、４２はドライ
バ部、４３はプリドライバ電源部、４４はプリドライバ
部、４５はロジック部、４６はパッド部である。基板上
には、その長手方向に延在する方向に発熱素子部４１が
設けられ、以下短手方向にドライバ部４２、プリドライ
バ部４４、ロジック部４５、パッド部４６の順で各領域
が設けられている。発熱素子部４１は、解像度３００ｄ
ｏｔｓ／２５．４ｍｍの６４個の発熱素子２を持ち、各
発熱素子２は、シート抵抗４０〜６０Ω程度のポリシリ
コン層から構成されている。

【００５５】プリドライバ電源部４３は、発熱を分散さ
せるために基板の長手方向の両端部に設けられている。
この基板の長手方向の両端部は、基板の接着や図示しな
いマニホールドとの接合などのために比較的大きな領域
が空いており、この空き領域にプリドライバ電源部４３
を配置することによって基板面積を有効に利用すること
ができる。特にプリドライバ電源回路が２個や４個など
の場合には、この配置は有効である。

【００５６】上述の例においては、６４個の発熱素子２
を配置した場合について説明したが、もちろん１００
個、２００個等さらに多数の発熱素子２を搭載した場合
に関しても同様に適用できる。また、分割ブロック数や
同時に駆動する発熱素子の数なども任意である。

【００５７】また、上述の例ではプリドライバ電源が２
系統の場合に関して述べたが、さらに多系統に分割する
ことも可能である。さらに、上述の例ではドライバ３と
してＭＯＳトランジスタを使用したがバイポーラトラン
ジスタであってもよい。バイポーラトランジスタの場
合、プリドライバ電源を５Ｖ程度の低電圧で使用するこ
とができる。また、各系統のプリドライバ電源から供給
を受ける発熱素子２は、奇数番目、偶数番目に分ける構
成に限られるものではなく、例えば１〜３２番目と３３
〜６４番目に分けるなど、発熱素子２の駆動順序に応じ
て任意に構成することが可能である。なお、上述の例の
ように発熱素子２を奇数番目と偶数番目に分けて駆動す
る方法では、隣接するドットが接触して生じるブリーデ
ィングなどの画質劣化を低減することができる。

【００５８】また、ブロックに分割せずに次の駆動の立
ち上りを所定時間だけずらして順次駆動して行く駆動方
法の場合についても、複数系統のプリドライバ電源につ
いてＯＮにするタイミングをずらすことによって、同様
にして分割駆動を行うことができる。例えば奇数番目の
発熱素子２（Ｎｏ．１，３，５，…）を順次駆動して行
き、次に偶数番目の発熱素子２（Ｎｏ．２，４，６，
…）を順次駆動するような場合には、奇数番目の発熱素
子を駆動する時は偶数番目のプリドライバ４に給電する
プリドライバ電源をＯＦＦにし、偶数番目の発熱素子を
駆動する時は奇数番目のプリドライバ４に給電するプリ
ドライバ電源をＯＦＦにすることにより順次駆動するこ
とができる。

【００５９】本発明の応用例として、例えば１本のノズ
ル内に複数の発熱素子を隣接させて設け、それらを選択
駆動して噴射量を変えて階調制御する場合に適用でき
る。この場合、濃淡の記録をプリドライバ電源の制御に
よって行うことが可能である。また、隣接した複数の発
熱素子を同一の記録データで駆動できるようにして、隣
接した１ないし複数ドットを選択的に駆動することによ
り階調表現を表すこと可能である。さらに、高速記録時
にノズル数の半分のデータで、隣接２ドットを同時に同
じデータで記録するドラフト印字を行う回路構成にも適
用できる。この場合、いずれかのプリドライバ電源のみ
をＯＮの状態にして記録動作を行えばよい。

【００６０】なお、図１に示した構成例では、各発熱素
子２に対応する６４個の記録データを６４ｂｉｔラッチ
６に保持する構成を示した。本発明では、記録データの
保持方法やブロック駆動の方法などは任意である。例え
ば、上述の特開平９−３００６２０号公報に示すよう
に、１ブロック分の記録データのみをラッチさせる構成
としてもよい。

【００６１】さらに、上述の説明では、例えばインクな
どの液体を噴射する噴射素子として発熱素子を用いたサ
ーマル方式の液体噴射記録装置について説明した。しか
し本発明はこれに限られるものではなく、例えばピエゾ
素子を用いた方式など、各種の方式の液体噴射記録装置
に適用可能である。

【００６２】図１０は、本発明の液体噴射記録装置の応
用例を示す概略構成斜視図である。図中、５１は被記録
媒体、５２は記録ヘッド、５３はキャリッジ、５４はイ
ンクカートリッジ、５５はガイド軸、５６はガイドレー
ル、５７はフレキシブルケーブルである。被記録媒体５
１は、例えば紙、ハガキ、布など、あらゆる記録可能な
媒体で構成される。被記録媒体５１は、搬送機構によっ
て記録ヘッド５２と対向する位置に搬送される。

【００６３】記録ヘッド５２には、例えば上述の図１な
どに示した本発明の構成が実現されており、噴射素子に
よって対向する被記録媒体５１へインクを噴射し、記録
を行う。記録ヘッド５２にはインクカートリッジ５４が
装着されており、噴射するインクはこのインクカートリ
ッジ５４から供給される。

【００６４】記録ヘッド５２およびインクカートリッジ
５４はキャリッジ５３に搭載されている。この例では、
２組の記録ヘッド５２およびインクカートリッジ５４が
キャリッジ５３に搭載されている。キャリッジ５３は、
被記録媒体５１の搬送方向と直交する方向に延在するガ
イド軸５５およびガイドレール５６に沿って摺動可能に
構成されている。

【００６５】矢印Ａ方向から被記録媒体５１が搬送され
る。記録ヘッド５２はキャリッジ５３がガイド軸５５お
よびガイドレール５６に沿って摺動することによって、
矢印Ａの方向とはほぼ直交する方向に移動する。このと
き、フレキシブルケーブル５７を介して記録データや制
御信号、それに電力が供給され、記録ヘッド５２に噴射
素子が配列されている幅の帯状の領域に記録を行う。こ
のような帯状領域ごとの記録動作を繰り返し行うことに
よって、被記録媒体５１上に画像を形成する。

【００６６】本発明は、このような構成の装置に限ら
ず、例えば被記録媒体の幅以上の幅を有する記録ヘッド
を有し、記録ヘッドを移動させずに被記録媒体を移動さ
せて記録を行う構成や、被記録媒体を停止させておいて
記録ヘッドのみが移動する構成など、各種の構成に対し
て応用することが可能である。

【００６７】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、駆動回路とともにプリドライバ素子への電源
をＯＮ／ＯＦＦ制御して噴射素子の選択を行うので、信
号線だけで選択駆動する場合より回路を簡略化できると
ともにレイアウトを小さくでき、さらに共通電極のＯＮ
／ＯＦＦによって発熱素子の駆動を制御するよりも製造
プロセスを簡略化でき、発熱素子に対する駆動を均一化
することができる。さらに、階調制御やドラフト印字に
も簡単に適用することが可能であるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液体噴射記録装置の実施の一形態に
おいて発熱素子が搭載された基板に設けられた回路の一
例を示す構成図である。

【図２】本発明の液体噴射記録装置の実施の一形態に
おける動作の一例を示すタイミングチャートである。

【図３】プリドライバ電源回路の一例を示す回路構成
図である。

【図４】プリドライバの一例を示す回路図である。

【図５】ドライバトランジスタの動作点の説明図であ
る。

【図６】ドライバトランジスタの動作特性を表すグラ
フである。

【図７】プリドライバのマスクレイアウト構成の一例
を示す平面図である。

【図８】図７におけるＡ−Ｂ断面図である。

【図９】本発明の液体噴射記録装置の実施の一形態に
おける全体構成の概略のレイアウト例を示す平面図であ
る。

【図１０】本発明の液体噴射記録装置の応用例を示す
概略構成斜視図である。

【図１１】従来の発熱素子駆動方式の一例を示す概念
図である。

【図１２】従来の発熱素子駆動方式の別の例を示す概
念図である。

【符号の説明】

１…共通電極、２…発熱素子、３…ドライバ素子、４…
プリドライバ、５…８ｂｉｔカウンタ、６…６４ｂｉｔ
ラッチ、７…６４ｂｉｔシフトレジスタ、８，９…プリ
ドライバ電源回路、１１，１４…Ｅ−ＭＯＳトランジス
タ、１２…第１の抵抗体、１３…第２の抵抗体、２１，
２５…負荷Ｄ−ＭＯＳトランジスタ、２２〜２４，２６
〜２８…駆動Ｅ−ＭＯＳトランジスタ、３１…ＭＶ１配
線、３２…ＭＶ２配線、３３…交差配線、３４…接地
線、４１…発熱素子部、４２…ドライバ部、４３…プリ
ドライバ電源部、４４…プリドライバ部、４５…ロジッ
ク部、４６…パッド部、５１…被記録媒体、５２…記録
ヘッド、５３…キャリッジ、５４…インクカートリッ
ジ、５５…ガイド軸、５６…ガイドレール、５７…フレ
キシブルケーブル、６１，６１ａ，６１ｂ…共通電極、
６２…発熱素子、６３…ドライバ、６４，６４ａ，６４
ｂ…接地線、６５…信号線、６６…プリドライバ、６７
…データ線。

フロントページの続き (72)発明者中山広太神奈川県海老名市本郷2274番地富士ゼロックス株式会社内Ｆターム(参考） 2C056 EA23 EA24 EC03 EC08 FA03 2C057 AF24 AF35 AG12 AG82 AG94 AM03 AM19 AR05 AR17 BA13 2C061 AQ05 HJ01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】液体を噴射させて記録を行う液体噴射記
録装置において、液体に噴射エネルギーを印加する複数
の噴射素子と、該噴射素子をそれぞれ駆動するための複
数のドライバ素子と、該ドライバ素子をそれぞれ駆動す
る複数のプリドライバ回路と、該プリドライバ回路に電
力を供給する複数系統のプリドライバ電源と、複数の前
記噴射素子を複数のブロックに分割して該ブロックごと
に駆動信号を前記プリドライバ回路に対して出力する駆
動回路を有し、前記駆動回路から同時に駆動信号を受け
るブロックに対応する複数の前記プリドライバ回路には
異なる前記プリドライバ電源から電力が供給されている
ものが存在し、前記プリドライバ電源のＯＮ／ＯＦＦ制
御によって前記駆動回路から駆動信号を受けるブロック
に対応する複数の前記プリドライバ回路を選択的に駆動
可能に構成されていることを特徴とする液体噴射記録装
置。
【請求項２】前記噴射素子と、前記ドライバ回路と、
前記プリドライバ回路は、同一基板上に形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の液体噴射記録装置。
【請求項３】複数の前記プリドライバ電源と前記プリ
ドライバ回路を接続するそれぞれの電源配線は互いに交
差する場所を有し、一方の電源配線が配線層以外のポリ
シリコンまたは拡散層を使用して他方の電源配線と交差
することを特徴とする請求項２に記載の液体噴射記録装
置。
【請求項４】複数の前記プリドライバ電源は、前記噴
射素子と同一基板上に形成されていることを特徴とする
請求項２または請求項３に記載の液体噴射記録装置。
【請求項５】複数の前記プリドライバ電源は、前記発
熱素子、前記ドライバ回路を挟んで前記基板の両側に配
置されていることを特徴とする請求項４に記載の液体噴
射記録装置。
【請求項６】複数の前記プリドライバ電源は、前記発
熱素子に供給される電源線に接続され、電圧を低下させ
て前記プリドライバ回路に供給することを特徴とする請
求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の液体噴射
記録装置。
【請求項７】複数の前記プリドライバ電源は、それぞ
れが等しい数の前記プリドライバ回路に接続されている
ことを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１
項に記載の液体噴射記録装置。
【請求項８】前記ドライバ回路はＮチャネルＭＯＳト
ランジスタで構成されており、前記発熱素子への通電中
は該ドライバ回路は非飽和領域で動作することを特徴と
する請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の液
体噴射記録装置。
【請求項９】前記駆動回路は、ブロックごとに時分割
して駆動信号を出力するブロック分割駆動回路と、印字
データを保持するデータ保持回路を有し、前記プリドラ
イバ回路は、前記ブロック分割駆動回路からの駆動信号
と前記データ保持回路からの印字データを合成すること
を特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか１項に
記載の液体噴射記録装置。