JP2004050846A - Substrate for ink jet head, ink jet head and ink jet printing apparatus using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ノイズに対し、誤動作の低減された安定したプリントを行い得るインクジェットヘッド用基体、このインクジェットヘッド用基体を用いたインクジェットヘッド、およびこのインクジェットヘッドを用いたプリンタ等のインクジェットプリント装置に関する。 The present invention relates to an inkjet head substrate capable of performing stable printing with reduced malfunction due to noise, an inkjet head using the inkjet head substrate, and an inkjet printing apparatus such as a printer using the inkjet head.
インクジェット記録法(液体噴射記録法)は、作動時における騒音の発生が無視し得る程度に極めて小さいという点、高速記録が可能であり、しかも定着という特別な処理を必要とせずにいわゆる普通紙に記録の行なえる点等において極めて優れており、最近ではプリント方式の主流になりつつある。特に、熱エネルギーを利用するインクジェットヘッドでは、発熱体(電気熱変換体;ヒータ)によって発生した熱エネルギーを液体に付与することにより、液体中で選択的に発泡現象を生じさせ、その発泡のエネルギーにより吐出口からインク液滴を吐出する。このようなインクジェットヘッドでは、記録密度(解像度)の向上のために、シリコン半導体基板上などに微細な発熱体を多数個配置し、さらに、発熱体ごとにその発熱体に対向するように吐出口を配置しており、発熱体を駆動するための駆動回路や周辺回路もシリコン半導体基板上に設けるようにしている。このようにシリコン半導体基板上に発熱体や駆動回路、周辺回路を設けたものをインクジェットヘッド用基体と呼ぶ。例えば、数十から数千個の発熱体と、各発熱体に対するドライバと、直列に入力される画像データをそれぞれドライバに並列に送るための発熱体と同一ビット数のシフトレジスタと、シフトレジスタから出力されるデータを発熱体ごとに一時記憶するラッチ回路とを、同一シリコン半導体基板内に設けるようになってきた。 The ink jet recording method (liquid jet recording method) is capable of high-speed recording because the generation of noise during operation is extremely small to a negligible level, and can be performed on so-called plain paper without requiring a special process of fixing. It is extremely excellent in the point that recording can be performed and the like, and recently the printing method is becoming mainstream. In particular, in an ink jet head using thermal energy, by applying thermal energy generated by a heating element (electrical heat converter; heater) to a liquid, a foaming phenomenon is selectively generated in the liquid, and the energy of the foaming is generated. Ejects ink droplets from the ejection ports. In such an ink-jet head, in order to improve the recording density (resolution), a large number of fine heating elements are arranged on a silicon semiconductor substrate or the like, and the discharge ports are arranged for each heating element so as to face the heating element. And a driving circuit and a peripheral circuit for driving the heating element are also provided on the silicon semiconductor substrate. A substrate provided with a heating element, a driving circuit, and a peripheral circuit on a silicon semiconductor substrate in this manner is referred to as a substrate for an inkjet head. For example, dozens to thousands of heating elements, a driver for each heating element, a shift register having the same number of bits as a heating element for transmitting image data input in series to the driver in parallel, and a shift register. A latch circuit for temporarily storing output data for each heating element has been provided in the same silicon semiconductor substrate.
このように最近では、ヘッド用基体へのドライバ,シフトレジスタ,ラッチ等のロジック回路の集積化が進んでいるが、1つの発熱体に流れる電流パルスは、瞬間的にはかなりの電流値に達するものであり、同時にオンとなる発熱体の数(すなわち同時にインク液滴が吐出する吐出口の数)が多い場合には、例えば、1〜数アンペア程度のパルス状の電流が、発熱体を駆動するための電源ラインおよび接地(GND)ラインに流れることになる。 As described above, in recent years, integration of logic circuits such as drivers, shift registers, and latches on a head base is progressing, but a current pulse flowing through one heating element instantaneously reaches a considerable current value. When the number of heating elements that are turned on at the same time (that is, the number of ejection ports from which ink droplets are simultaneously ejected) is large, for example, a pulse current of about 1 to several amps drives the heating element. To the power supply line and the ground (GND) line.
このようなパルス状の大電流が流れることによって、プリンタ装置本体からインクジェットヘッドまでのフレキシブル配線やインクジェットヘッド内の配線等で発生する誘導結合によるノイズによって、ヘッド用基体上のロジック回路部が誤動作するおそれが生じる。また、プリンタ装置の外部への不要な電磁ノイズの放射も懸念されるところである。 When such a large pulsed current flows, the logic circuit section on the head base malfunctions due to noise caused by inductive coupling generated in the flexible wiring from the printer apparatus main body to the ink jet head or the wiring in the ink jet head. There is a fear. In addition, there is a concern about emission of unnecessary electromagnetic noise to the outside of the printer.
誘導ノイズは、単位時間あたりの電流の変化量が大きくなるほどレベルが高くなることから、高速あるいは高精細プリントなどのためにインクジェットヘッドに設けられる吐出口の数の増大に伴い、さらに同時オンされるエレメント数の増加が予想され、電流パルスの電流値もさらに大きくなり、すなわちノイズレベルが高くなることになる。 Since the level of the induction noise increases as the amount of change in current per unit time increases, the number of ejection ports provided in the inkjet head for high-speed or high-definition printing is increased, and the noise is simultaneously turned on. An increase in the number of elements is expected, and the current value of the current pulse is further increased, that is, the noise level is increased.
そこで、ヘッド用基体上に設けられる多数の吐出口に対して同時に駆動を行うのではなく、これらの吐出口を複数のブロックに分割し、ブロック単位での駆動が行われている。すなわち、あるタイミングでは第1のブロックにおいて選択的に発熱体を駆動し、残りのブロックではいずれの発熱体も駆動されないようにし、次のタイミングでは、第2のブロックにおいて選択的に発熱体を駆動し、残りのブロックではいずれの発熱体も駆動されないようにし、以下同様にしてブロックを一巡することによって全ての吐出口に対応した発熱体の1回の駆動が完了するようにしている。 Therefore, instead of simultaneously driving a large number of ejection ports provided on the head base, these ejection ports are divided into a plurality of blocks, and driving is performed in block units. That is, at a certain timing, the heating element is selectively driven in the first block, and in the remaining blocks, none of the heating elements is driven. At the next timing, the heating element is selectively driven in the second block. In the remaining blocks, none of the heat generating elements is driven, and in the same manner, one cycle of the block is completed to complete one drive of the heat generating elements corresponding to all the discharge ports.
しかしながら、吐出口の数が多い場合には、適切な数のブロックに分割した程度では電流パルスの大きさが小さくならず、誘導ノイズの発生量を抑えることができない。ブロック数を多くして同時にオンする発熱体の数を減らすことも考えるが、そのように構成した場合には、1つ当たりのブロックに割り当てられる時間が短くなって、インク吐出のために十分なエネルギが得られなくなるおそれがある。 However, when the number of discharge ports is large, the size of the current pulse does not become small and the amount of induced noise cannot be suppressed if the number of blocks is divided into an appropriate number. Although it is conceivable to increase the number of blocks and reduce the number of heating elements that are turned on at the same time, in such a configuration, the time allocated to one block is shortened, and a sufficient amount of ink is discharged. Energy may not be obtained.
そこで、特開平7−68761号公報には、同一ブロックに属する発熱体に対して印加される駆動パルスを発熱体ごとに少しずつずらす構成が開示されている。すなわち、インクジェットヘッド用基体の形成に際し、発熱体、ドライバ、シフトレジスタ等のロジック吐出制御回路の構成要素とともに、入力部にはヒステリシス回路を設けるとともに、異なる発熱体に対してタイミングがずれて駆動パルスが印加されるようにするため、駆動パルスのパルス幅やタイミングを規定するヒートパルス(入力パルス幅信号)の信号経路にCR(コンデンサ−抵抗)積分回路を形成し、ヒートパルスをディレイさせて各発熱体が順次駆動されるようにしている。このようにCR積分回路を用いてヒートパルスのタイミングをずらし、発熱体に流れる電流を制御することにより、全く同じタイミングでオンとなる発熱体の数を減らし、駆動パルスによる電流のピーク値や電流の立ち上がり率を小さくし、ノイズの発生を抑えるようにしている。これによって、高速プリントに不可欠である吐出口数の増大や高密度実装に伴う同時駆動される発熱体数の増加があったとしても、誘導ノイズ等の発生が抑えられることになる。
しかしながら、上述した特開平7−68761号公報に開示されるようにCR積分回路を用いることによってノイズの発生を抑えるようにした場合、C(コンデンサ)とR(抵抗)のばらつきがある場合には、その積がヒートパルスのディレイ値におけるばらつきとなり、そのため、発熱体に流れる電流を精度よく制御することができず、結果として、ノイズの発生を十分に抑えることができないことがある。また、CR積分回路は、入力バッファ、コンデンサおよび抵抗で構成されているので、次段のロジック回路入力までの配線パターン長の差などが大きくなると、ディレイ値がばらつくことにもなっていた。また、典型的にはシリコン半導体装置製造技術を用いて製造されるヘッド用基体においては、コンデンサにはゲート酸化膜が使用され、抵抗には拡散抵抗を使用される場合が多く、所望の時定数を有するCR積分回路を構成しようとすると、ヘッド用基体上においてコンデンサと抵抗が大きな面積を占めることとなり、ヘッド用基体が大きくなるといった問題点を生じていた。 However, when the generation of noise is suppressed by using a CR integrator as disclosed in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-68761, when there is a variation between C (capacitor) and R (resistance), , The product of the heat pulse causes a variation in the delay value of the heat pulse, so that the current flowing through the heating element cannot be accurately controlled, and as a result, the generation of noise may not be sufficiently suppressed. Further, since the CR integrator is composed of an input buffer, a capacitor, and a resistor, if the difference in the wiring pattern length to the input of the next-stage logic circuit becomes large, the delay value will vary. In a head substrate typically manufactured using a silicon semiconductor device manufacturing technology, a gate oxide film is used for a capacitor, and a diffused resistor is often used for a resistor. When a CR integrating circuit having the following is to be constructed, the capacitor and the resistor occupy a large area on the head base, which causes a problem that the head base becomes large.
そこで本発明の目的は、ノイズの発生を十分に抑えることができるとともに、寸法的にも小さく構成できるインクジェットヘッド用基体、そのような基体を用いたインクジェットヘッドおよびインクジェットプリント装置を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide an ink jet head substrate, which can sufficiently suppress the generation of noise and can be configured to be small in size, and an ink jet head and an ink jet printing apparatus using such a substrate. .
本発明のインクジェットヘッド用基体は、基板上に、複数の発熱体と、発熱体に印加する駆動パルスの幅を規定するためのパルス幅規定信号を入力する入力ラインと、を有するインクジェットヘッド用基体において、前記発熱体に印加される駆動パルスのタイミングをずらして供給するための論理回路を、前記入力ラインに設けたことを特徴とする。 An ink jet head substrate according to the present invention includes: a plurality of heating elements on a substrate; and an input line for inputting a pulse width defining signal for defining a width of a driving pulse applied to the heating elements. Wherein a logic circuit for supplying a driving pulse applied to the heating element at a shifted timing is provided on the input line.
本発明において、上述した論理回路として、CMOSインバータ回路を偶数段接続して構成された遅延回路が好ましく使用される。 In the present invention, as the above-described logic circuit, a delay circuit configured by connecting even-numbered CMOS inverter circuits is preferably used.
本発明のインクジェットヘッドは、本発明のインクジェットヘッド用基体と、インクジェットヘッド用基体に組み合わされ発熱体に関連する液路および液路の一端をなすインク吐出口を形成するための部材と、を備えたことを特徴とする。 The inkjet head of the present invention includes the inkjet head substrate of the present invention, and a member combined with the inkjet head substrate to form a liquid path associated with the heating element and an ink discharge port forming one end of the liquid path. It is characterized by having.
本発明のインクジェットプリント装置は、本発明のインクジェットヘッドと、インクジェットヘッドに対しプリント媒体を相対搬送するための手段と、を備えたことを特徴とする。 The inkjet printing apparatus of the present invention is characterized by comprising the inkjet head of the present invention, and means for transporting a print medium relative to the inkjet head.
本発明は、パルス幅規定信号(ヒートパルス)のラインに論理回路を設けてヒートパルスを遅延させ、同一ブロックに属する異なる発熱体に印加される駆動パルスのタイミングがずれるようにしたことにより、発熱体を流れる電流を精度よく制御できるとともに、発熱体駆動に伴なうパルス状電流の電流変化率が抑えられてノイズの発生が抑制される、という効果がある。さらに、タイミングをずらすためにCR積分回路を使用しないため、ヘッド用基体におけるサイズの増加を抑えることができる、という効果もある。 According to the present invention, the heat pulse is delayed by providing a logic circuit on the line of the pulse width defining signal (heat pulse) so that the timing of the drive pulse applied to different heating elements belonging to the same block is deviated. There is an effect that the current flowing through the body can be accurately controlled, and the rate of change of the pulsed current accompanying the driving of the heating element is suppressed, thereby suppressing the generation of noise. Further, since the CR integration circuit is not used for shifting the timing, there is an effect that an increase in the size of the head base can be suppressed.
次に、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照して説明する。図1は、本発明の一実施形態のインクジェットヘッド用基体の回路構成を示す図である。 Next, a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram illustrating a circuit configuration of a substrate for an inkjet head according to an embodiment of the present invention.
ここで論理回路とは、ある信号を入力した時に、その入力信号に応じて、出力信号を決定する回路のことをいう。例としてダイオード、トランジスタからなるものをDTL(Diode-Transistor Logic),ダイオードの代わりにトランジスタを用いたものを(Transistor-Transistor Logic)という。 論理 Here, the logic circuit refers to a circuit which determines an output signal according to an input signal when a certain signal is input. For example, a device including a diode and a transistor is referred to as DTL (Diode-Transistor Logic), and a device using a transistor instead of the diode is referred to as (Transistor-Transistor Logic).
図1において、基体400上に多数の発熱体401が設けられており、発熱体401の一端は発熱体駆動電源に共通に接続し、他端は、それぞれ、発熱体401ごとに設けられたパワートランジスタ402を介して接地されている。パワートランジスタ402は、発熱体401に対するスイッチとして機能する。基体400上には、ラッチ回路403、シフトレジスタ404が設けられている。さらに、同時に駆動される発熱体401の数を少なくし瞬時に流れる電流を小さくすることによりプリンタ本体電源装置の小型化をはかる目的などで、発熱体群を所定個数ごとのブロックに分割し、ブロックを単位として分割駆動を行うために設けられるデコーダ等の時分割駆動ブロック選択用ロジック405、ヒステリシス特性を有するロジック系バッファ101などが、基体400上に形成されている。また、図示したように、静電保護素子406を入れてもよい。
In FIG. 1, a large number of
入力信号としては、シフトレジスタを動かすためのクロック、画像データを直列(シリアル)で受け取る画像データ入力、ラッチ回路でデータを保持させるためのラッチクロック、ブロック選択のためのブロックイネーブル信号、および、パワートランジスタのオン時間すなわち発熱体を駆動している時間を外部からコントロールするためのヒートパルスであるロジック信号、そして、ロジック回路駆動電源(5V)、接地(GND)線、発熱体駆動電源があり、それぞれ、基体上のパッド407,408,409,410,411,412,413および414を介して入力される。さらに、各パワートランジスタ402ごとに、ヒートパルス、ラッチ403の出力、およびデコーダ405からの出力の論理積(AND)をとってその結果によってパワートランジスタ402を制御し、駆動パルスが発熱体401を流れるようにするアンド(AND)回路が設けられている。
The input signals include a clock for operating the shift register, an image data input for receiving image data in a serial manner, a latch clock for holding data in a latch circuit, a block enable signal for block selection, and power. There are a logic signal which is a heat pulse for externally controlling the ON time of the transistor, that is, a time for driving the heating element, a logic circuit driving power supply (5 V), a ground (GND) line, and a heating element driving power supply. These are input via
ここで、静電保護素子406の等価回路を図6に、膜構成を図7に示す。図1においては詳細は不図示であるが、静電保護素子406は、プルダウン抵抗を備えた図6(A)の回路形式、または、プルアップ抵抗を備えた図6(B)の回路形式のどちらかで構成される。図6において、600(610)は図1の基板上のパッドに接続され、606(616)は図1のロジック系バッファ101に接続され、601(611)はそれぞれ接地(GND)線間に静電保護用の寄生ダイオードを備えたプルダウンとプルアップ抵抗であり、602(612)、604(614)はロジック回路駆動用電源(5V)線に接続された静電保護用のダイオードであり、605(615)は接地(GND)線に接続された静電保護用のダイオードであり、603(613)はポリシリコン抵抗である。図6に示される点線は、パッド600(610)に静電放電された場合の電流の流れる経路を示しており、これからわかるようにパッド600(610)とポリシリコン抵抗603(613)間において、プルアップまたはプルダウン抵抗からなる接地(GND)線に接続された寄生ダイオード601(611)およびロジック回路駆動電源(5V)に接続されたダイオード602(612)からなる経路と、ポリシリコン抵抗603(613)からバッファ間606(616)においては、接地(GND)線に接続されたダイオード605(615)およびロジック回路駆動電源(5V)に接続されたダイオード604(614)からなる経路が構成される。
Here, FIG. 6 shows an equivalent circuit of the
図7は、図6を構成要素ごとに分類した膜構成図であり、図7(A)は寄生ダイオード付きプルダウン抵抗601、図7(B)は寄生ダイオード付きプルアップ抵抗611、図7(C)はロジック回路駆動電源(5V)に接続されたダイオード602(612)、604(614)、図7(D)は接地(GND)線に接続されたダイオード605(615)を示している。図7(A)〜(D)において、701はP型シリコン基板、702はP型ウエル領域、703はN型ウエル領域、704はフィールド酸化膜であり、図7(A)に示される705a、705c、706cや、図7(B),(C)に示される705b,と706aは、不図示のアルミニウム配線とオーミックコンタクトをとるための高濃度N型領域および高濃度P型領域である。ここで、抵抗として使用されるN型ウエル領域703は、高濃度P型領域706cとともにダイオードの端子となり、かつ、パッドと直接接続されている高濃度N型領域705aと離れて設けられた高濃度N型領域705cとを接続するように設けられており、高濃度N型領域705cは、不図示のアルミニウムを介してP型ウエル領域702に設けられた高濃度P型領域706cと接続されている。これにより、N型ウエル領域703は、P型シリコン基板701とP型ウエル領域702とともにダイオードを構成し、かつ高濃度N型領域705aと高濃度N型領域705cとの間の抵抗として作用する。図7(B)においては、図7(A)と比べ、高濃度N型領域が705cから705bに代わったことによりプルダウン抵抗からプルアップ抵抗になったことを除き、その他は同一なので、同一の層には同一記号を付して、重複するので説明は省略する。図7(C)では、N型ウエル領域703、高濃度P型領域706a、および、高濃度N型領域705bによりダイオードを構成し、図7(D)では、N型ウエル領域703、P型ウエル領域702、高濃度P型領域706c、および、高濃度N型領域705aによりダイオードを構成する。
7A and 7B are film configuration diagrams in which FIG. 6 is classified according to components. FIG. 7A shows a pull-
このヘッド用基体を用いた記録の駆動シーケンスは、まずプリンタ本体より画像データをクロックに同期してシリアルにヘッド内部の基体に送り、それを基体内シフトレジスタ404が取り込む。その取り込んだデータをラッチ回路403において一時記憶し、次の画像データのラッチ回路保持までの間にブロック選択を時分割で行ない、そのブロック選択の各々でヒートパルス入力パッド411からヒートパルスが入力されると、ブロック選択され、かつ画像データがオンである、ひとつもしくは複数のパワートランジスタ402がオンとなり、当該ブロック選択され、かつ画像データがオンである、ひとつもしくは複数の発熱体401に電流(駆動パルス)が流れて駆動されるというものである。
In the recording drive sequence using the head substrate, first, the image data is serially transmitted from the printer main body to the substrate inside the head in synchronization with a clock, and is taken in by the
さらにこの実施の形態では、同一ブロックに属する発熱体であってもずれたタイミングで駆動されるようにするため、遅延回路群102を設け、ヒートパルス入力パッド411から入力したヒートパルスに基づいて、遅延時間が異なるヒートパルスを生成し、これらのヒートパルスを同じブロック中の異なる発熱体401に向けて供給するようにしている。すなわち、遅延回路群102は、インバータ回路を直列に偶数段接続して設けたいくつかの論理回路104を有しており、同一ブロックに含まれる発熱体の数から1を減じた数の発熱体に対して、それぞれの発熱体に対するヒートパルスを、それらの発熱体に対するそれぞれのヒートパルス信号ライン103上に出力する。図示した例では、1つのブロックは4個の発熱体401から構成されており、これらを便宜的にA〜Dで表わすものとする。Aの発熱体に対しては、ヒートパルス入力パッド411から入力したヒートパルスがそのまま供給され、Bの発熱体に対しては、ヒートパルス入力パッド411から入力したヒートパルスが1つの論理回路104を介して供給され、Cの発熱体に対しては、Bの発熱体に供給されるべきヒートパルスを1つの論理回路104によってさらに遅延させたヒートパルスが供給され、Dの発熱体に対しては、Cの発熱体に供給されるべきヒートパルスを1つの論理回路104によってさらに遅延させたヒートパルスが供給されている。結局、B、CおよびDの発熱体には、ヒートパルス入力パッド411に入力したヒートパルスをそれぞれ1段、2段および3段の論理回路104によって遅延させて得られたヒートパルスが供給されることになる。
Further, in this embodiment, a
このような論理回路104は、シフトレジスタ404およびラッチ回路403を含む駆動制御系のロジック系と同一の成膜工程で構成されるインバータ回路を複数組み合わせて構成されたインバータ遅延回路を用いることができる。図2は、遅延回路として設けられる論理回路104の一例を示している。図2において、(A)は論理回路104をブロックレベルで示しており、(B)はさらに詳細にゲートレベルで示している。
As such a
図2の(A)に示すように、論理回路104は、入力バッファ204と、縦続接続された2段のディレイ205と、および出力バッファ206とにより構成されている。ここで、入力バッファ204、ディレイ205および出力バッファ206のいずれもCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)インバータ回路である。ディレイ205が2段設けられていることから、結局この論理回路104は、4段のインバータ回路を縦続接続したものということになる。
(2) As shown in FIG. 2A, the
この遅延回路では、図2の(B)に示すように、入力バッファ204と出力バッファ206においては、そのインバータを構成する各MOSトランジスタ(pチャネル及びnチャネル)のゲート長(チャネル長)Lを、シフトレジスタ404およびラッチ回路403を含む駆動制御系のロジック系と同一の2μmとしている。また、ディレイ205におけるゲート長Lは、ロジック系の2μmよりも大きな10μmとし、十分な遅延が得られるようにしている。なお、ディレイ205におけるゲート幅(チャネル幅)Wに関しては、入力バッファ204におけるものと同じ値(例えばn−MOSについて6μm、p−MOSについて9μm)としている。出力バッファ206のゲート幅Wは、n−MOSについて12μm、p−MOSについて18μmとしている。
In this delay circuit, as shown in FIG. 2B, in the
本実施形態では、4エレメントの発熱体401によってブロックを形成しているとして、ヒートパルス入力パッド411からのヒートパルスの信号ライン部分に対して3個の論理回路(遅延回路)104を設けて4種類のヒートパルス信号ライン103を構成し、ブロック選択回路405によって同時に選択される4つの発熱体(エレメント)の間で実際にヒートパルスが伝わる時間がそれぞれのエレメントで10nsずつずれるように配線した。ここで、図1でのA〜Dの発熱体が全て選択され駆動されるものとして、すなわちこれら発熱体に対するラッチ403からの信号は全てアクティブ(イネーブル)であってヒートパルスがハイレベルである場合にパワートランジスタ402がオン状態となって発熱体401に電流が駆動パルスとして流れるものとして、本実施形態の動作を説明する。
In the present embodiment, it is assumed that a block is formed by the four-
Aの発熱体は、ヒートパルス入力パッド411に入力した通りのヒートパルスで駆動され、このAの発熱体へのヒートパルスを遅延した波形が発熱体Bへのヒートパルスとなる。この場合、実際に発熱体Bのヒートパルスがパワートランジスタ402のしきい値を越え、発熱体Bに電流が流れ始める(オンする)時刻は、発熱体Aに電流が流れ始める時刻よりも遅れる。同様にして、発熱体Cに電流が流れ始める時刻、さらには発熱体Dに電流が流れ始める時刻も順次遅れることから、発熱体駆動電源ラインに流れる電流パルスは、階段状となる。すなわち単位時間あたりの電流変化量は、単一の発熱体がオンする場合と大差がなくなり、ノイズレベルは大幅に小さくなる。
The heating element of A is driven by the heat pulse input to the heat
特開平7−68761号公報に記載のものと比較しても、本実施形態のヘッド用基体では、CR積分回路ではなくCMOSインバータなどの論理回路によってヒートパルスを遅延させているため、遅延量のばらつきが少なくなり、発熱体に加わる電流を精度よく制御できるようになる。したがって、ノイズの発生量をより抑制することができる。さらに、シリコン半導体基板上において、CMOSインバータ回路の方が、CR積分回路より小さく作りこむことができるから、本実施形態のヘッド用基体の方が、従来のものよりも、小さくすることができ、コストダウン、生産性の向上につながる。 Compared to the one described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-68761, the head base of the present embodiment delays the heat pulse by a logic circuit such as a CMOS inverter instead of a CR integrator circuit. Variation is reduced, and the current applied to the heating element can be accurately controlled. Therefore, the amount of generated noise can be further suppressed. Further, since the CMOS inverter circuit can be made smaller than the CR integration circuit on the silicon semiconductor substrate, the head base of the present embodiment can be made smaller than the conventional one. This leads to cost reduction and productivity improvement.
なお、本実施形態では、4つの発熱体が同時にブロック選択され、かつ1つの発熱体ごとにヒートパルス伝達時間がずれるようにした場合について例示したが、1ブロックを構成する発熱体の数は適宜定め得るものであり、またノイズレベルが問題とならない範囲でいくつかの発熱体を組み合わせて同じタイミングでヒートパルスを印加するようにしてもよい。本発明は、インバータによる遅延回路による遅延量を増減させ、配線を適切に施すことにより、あらゆる数の発熱体の同時オンのケ−スにあてはめられることは、もちろんである。 Note that, in the present embodiment, an example has been described in which four heating elements are simultaneously selected as a block and the heat pulse transmission time is shifted for each heating element. However, the number of heating elements constituting one block is appropriately determined. The heat pulse may be applied at the same timing by combining several heating elements within a range where the noise level does not matter. Of course, the present invention can be applied to a case where any number of heating elements are simultaneously turned on by increasing or decreasing the amount of delay by the delay circuit by the inverter and by appropriately wiring.
上記のインバータによる論理回路(遅延回路)104は、いずれも、シリコン半導体基板上に発熱体,ドライバ(パワートランジスタ),シフトレジスタ,ラッチ回路を含む駆動制御ロジック系、パルス幅入力部(パッド411)およびブロック選択回路405等を成膜工程により形成してヘッド用基体400を製造するプロセスに変更を加えることなく、同時に製造できる。したがって基体の入力部のパッド数や基体内の他の回路構成は大きく変える必要がないことから、上述したように遅延回路群102を設けたとしても、基体自身のコストアップはほとんど生じない。またヘッド内でノイズに対処することができたため、他の部分にノイズ対策用のコンデンサ等の部品をつける必要がなくなることから、装置本体のコストダウン,小型化をも実現するものである。
Each of the logic circuits (delay circuits) 104 using the inverters described above includes a drive control logic system including a heating element, a driver (power transistor), a shift register, and a latch circuit on a silicon semiconductor substrate, and a pulse width input unit (pad 411). In addition, the
本発明において、ヒートパルスを遅延させるための論理回路104としては、図2に示したものに限定されるものではない。図3は、論理回路(遅延回路)の別の例を示している。
In the present invention, the
図3に示す遅延回路は、図2の遅延回路と同様に、それぞれCMOSインバータ回路からなる入力バッファ204と2段のディレイ209と出力バッファ206とを備えているが、ディレイ209の構成が図2に示すものと異なっている。すなわち、図3に示す遅延回路において、CMOSインバータ回路であるディレイ209は、遅延量を大きくするために、通常のCMOSインバータ回路(図2参照)でのNチャネルMOSトランジスタを2個のNチャネルMOSトランジスタを縦続接続したものに置き換え、PチャネルMOSトランジスタを2個のPチャネルMOSトランジスタを縦続接続したものに置き換えたものである。各MOSトランジスタのゲートには共通に前段のインバータの出力が供給されている。
The delay circuit shown in FIG. 3 includes an
この構成では、各MOSトランジスタにおけるゲート(チャネル)長Lを大きくすることなく、十分な遅延時間を得ることができる。特に、遅延回路を構成する各MOSトランジスタのゲート長Lを、シフトレジスタ404およびラッチ回路403を含む駆動制御系のロジック系のトランジスタでのゲート長と同じにすることが容易であるので、半導体装置あるいは集積回路としてのヘッド用基体の回路設計、レイアウト設計が容易になる、という利点がある。
In this configuration, a sufficient delay time can be obtained without increasing the gate (channel) length L of each MOS transistor. In particular, it is easy to make the gate length L of each MOS transistor forming the delay circuit the same as the gate length of the drive control logic transistors including the
次に、上述したようなヘッド用基体を用いる本発明のインクジェットヘッドの概略構成について、図4を用いて説明する。 Next, the schematic configuration of the ink jet head of the present invention using the above-described head substrate will be described with reference to FIG.
ヘッド用基体400上には、上述したように、電気信号を受けることで熱を発生し、その熱によって発生する気泡によって吐出口40からインクを吐出するための発熱体(ヒータ)が複数個、列状に配されている。
As described above, on the
発熱体に対向する位置に設けられた吐出口40へインクを供給するための流路41がそれぞれの吐出口に対応して設けられている。これらの吐出口および流路を構成する壁が溝付き部材101に設けられており、これらの溝付き部材101を前述のヘッド用基体400に接続することで、流路41と複数の流路にインクを供給するための共通液室21が設けられている。
(4) A
次に、このようなインクジェットヘッドを用いるインクジェットプリント装置について説明する。 Next, an inkjet printing apparatus using such an inkjet head will be described.
図5は本発明のインクジェットヘッドが適用されるインクジェットプリント装置IJRAの概観図で、駆動モータ5013の正逆回転に連動して駆動力伝達ギア5011、5009を介して回転するリードスクリュー5005のら線溝5004に対して係合するキャリッジHCは、インクジェットヘッドが着脱自在に搭載されるものであって、ピン(不図示)を有し、矢印a、b方向に往復移動される。5002は紙押え板であり、キャリッジ移動方向にわたって、典型的には紙であるプリント媒体をプリント媒体搬送手段であるプラテン5000に対して押圧する。5007、5008はフォトカプラでキャリッジのレバー5006のこの域での存在を確認してモータ5013の回転方向切換等を行うためのホームポジション検知手段である。5016はインクジェットヘッドの前面をキャップするキャップ部材5022を支持する部材で、5015はこのキャップ内を吸引する吸引手段でキャップ内開口5023を介してインクジェットヘッドの吸引回復を行う。5017はクリーニングブレードで、5019はこのブレードを前後方向に移動可能にする部材であり、本体支持板5018にこれらは支持されている。ブレードは、この形態でなく周知のクリーニングブレードが本例に適用できることはいうまでもない。また、5012は、吸引回復の吸引を開始するためのレバーで、キャリッジと係合するカム5020の移動に伴って移動し、駆動モータからの駆動力がクラッチ切換等の公知の伝達手段で移動制御される。
FIG. 5 is a schematic view of an ink jet printing apparatus IJRA to which the ink jet head of the present invention is applied. The
これらのキャッピング、クリーニング、吸引回復は、キャリッジがホームポジション側領域にきたときにリードスクリュー5005の作用によってそれらの対応位置で所望の処理が行えるように構成されているが、周知のタイミングで所望の作動を行うようにすれば、本例には何れも適用できる。上述における各構成は単独でも複合的に見ても優れた発明であり、本発明にとって好ましい構成例を示している。
The capping, cleaning, and suction recovery are configured so that when the carriage comes to the home position side area, desired operations can be performed at the corresponding positions by the action of the
なお、本装置にはインクジェットヘッド(ヘッド用基体)に対して発熱体を駆動するための駆動信号やその他の信号を供給するための信号供給手段を備えている。 The apparatus is provided with signal supply means for supplying a drive signal for driving the heating element and other signals to the ink jet head (head base).
101 バッファ
102 遅延回路群
104 論理回路
204 入力バッファ
205 ディレイ
206 出力バッファ
400 インクジェットヘッド用基体
401 発熱体
402 パワートランジスタ
403 ラッチ回路
404 シフトレジスタ
405 ブロック選択用ロジック(デコーダ)
406 静電保護素子
407〜415 パッド
406 Electrostatic protection element 407-415 pad
Claims (8)
前記発熱体に印加される前記駆動パルスのタイミングをずらして供給するための論理回路を、前記入力ラインに設けたことを特徴とするインクジェットヘッド用基体。 On a substrate, a plurality of heating elements, and an input line for inputting a pulse width defining signal for defining the width of a driving pulse applied to the heating elements, an inkjet head substrate having:
A substrate for an ink jet head, wherein a logic circuit for supplying the driving pulse applied to the heating element at a shifted timing is provided on the input line.
前記発熱体、前記ドライバ、前記入力部、前記ブロック選択部、前記シフトレジスタおよび前記ラッチ回路は前記基板上に形成され、前記論理回路は、前記シフトレジスタおよび前記ラッチ回路を含む駆動制御ロジック系と同一の成膜工程で構成されるインバータ回路の形態を有することを特徴とする、請求項1に記載のインクジェットヘッド用基体。 A shift register for outputting image data input in series in parallel, and a latch circuit for temporarily storing data output from the shift register are further provided on the substrate,
The heating element, the driver, the input unit, the block selection unit, the shift register and the latch circuit are formed on the substrate, and the logic circuit includes a drive control logic system including the shift register and the latch circuit. 2. The substrate for an ink jet head according to claim 1, wherein the substrate has the form of an inverter circuit formed by the same film forming process.
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