JP2005343132A - 液体吐出用ヘッドおよびそれを用いた記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 素子基板の面積を抑制してコストを低減した記録ヘッド、およびそれを用いた記録装置を提供する。
【解決手段】 液体吐出のためのエネルギーを発生する複数の記録素子１０１は所定方向に配列され、複数のブロックＧｒｐ１〜ＧｒｐＭに分割されている。第１の入力回路１０６、１０５は、複数のブロックに関する一連のデータ信号を入力とし、複数のブロックの各々に対するデータ信号を出力する。そして、この第１の入力回路はブロックに対応して分割され、対応するブロックの記録素子１０１等と隣接して配置されている。第２の入力回路は１０９、１０８は、符号化された一組のブロック信号を入力とし、ブロックに対して一組のブロック信号を出力する。複数の出力回路１０３は、第１の入力回路からのデータ信号、および第２の入力回路からのブロック信号に応じて駆動回路１０２を駆動する。複数の駆動回路１０２は記録素子１０１に通電して駆動する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、記録ヘッドおよびその記録ヘッドを用いた記録装置に関し、特に、所定方向に配列された複数の記録素子とその記録素子を駆動するための駆動回路とが同一の素子基体上に設けられており、記録素子が複数のブロック毎に分割駆動されるように構成された記録ヘッドおよびその記録ヘッドを用いた記録装置に関する。

例えば、ワードプロセッサ、パーソナルコンピュータ、ファクシミリ等に用いられる情報出力装置として、所望される文字や画像等の情報を用紙やフィルム等のシート状の記録媒体に記録するプリンタ等の記録装置が広く使用されている。

プリンタの記録方式として様々な方式が知られているが、近年、その中でもインクジェット方式が特に注目されている。インクジェット方式には、用紙等の記録媒体に非接触で情報を記録することができる、カラー化が容易である、静粛性に富む、等の様々な利点がある。

インクジェット方式の記録装置の構成としては、所望される記録情報に応じてインクを吐出する記録ヘッドを備えており、その記録ヘッドを記録媒体の送り方向と交差する方向に往復走査しながら記録を行なうシリアル記録方式が広く用いられている。このシリアル記録方式には安価で小型化が容易などの利点がある。

インクジェット方式におけるインクの吐出方法としては、熱エネルギーを利用してインクを吐出する方法が知られている。この場合、記録ヘッドには、インク液滴を吐出する吐出口に連通する部位に発熱素子等の電気熱変換体が設けられている。そして、この発熱素子に数マイクロ秒程度の間通電することにより、インク中に気泡を発生させ、その圧力によってインク液滴を記録媒体に対して吐出する。

このような記録ヘッドでは、多数の吐出口および発熱素子を高密度に配置することが容易であり、これにより高精細な画像の記録を行うことができる。

さて、このような記録ヘッドの全ての発熱素子を同時に駆動することとすると、瞬時に大きな電流を流すこととなるので大容量の電源が必要となる。そこで通常は数十から数百の発熱素子を複数のブロックに分割し、ブロック毎に僅かに異なるタイミングで時分割駆動を行うことにより、瞬時に流れる電流の値を低く押えるようにしている。

また、記録ヘッドの素子基板上に発熱素子の駆動回路を内蔵することにより、記録ヘッドと記録装置本体の間の配線数が多くならないようにしている。この発熱素子や駆動回路を内蔵した記録ヘッド素子基板の材料（素子基体）としては、Ｓｉ（シリコン）ウエハが広く用いられている。素子基体としてＳｉウエハを用いた例として特許文献１に記載されたものがある。

この素子基板上に作り込まれる回路の構成には様々なものがあるが、その代表的な記録ヘッド素子基板のレイアウト構成の例を図６に示す。

図６を参照すると、記録装置本体（不図示）からの信号によってインク吐出動作を行う２つのグループ６２３、６２４がインクの供給口６００を挟んで対称に配置されている。グループ６２３、６２４の各々は、端子６２１、シフトレジスタ６１９、ラッチ回路６１７、デコーダー６１５、配線６０５、ゲート回路６０３、バッファ６０１、パワートランジスタ６０９、および発熱素子６１１を有している。

記録装置から記録ヘッド素子基板へはクロックとそれに同期したシリアル形式の記録データが入力される。記録データは記録ヘッド素子基板の端子６２１に入力される。記録データはデータ信号とブロック信号から構成されている。データ信号は、駆動するブロックを示す信号である。ブロック信号は、ブロック内の駆動する発熱素子を示す、エンコードされた信号である。

端子６２１に入力された記録データの各ビットはクロックに同期してシフトレジスタ６１９をシフトし、ラッチ回路６１７に保持される。ラッチ回路６１７に保持された記録データのうち、ブロック信号の部分は、デコーダー６１５で復号され、配線６０５に出力される。一方、データ信号の部分は、ラッチ回路６１７から、直接、配線６０５に出力される。

配線６０５の先にはゲート回路６０３、パワートランジスタ６０９、発熱素子６１１、および不図示のレベルコンバータからなる回路が複数備えられている。配線６０５のうち各発熱素子６１１の選択条件を示す部分が各ゲート回路６０３に接続されている。ゲート回路６０３は、不図示のレベルコンバータを介してパワートランジスタ６０９に接続されている。レベルコンバータは、ゲート回路６０３の出力を昇圧させることによりパワートランジスタ６０９の駆動能力をアップさせるものであり、バッファ６０１によって駆動される。パワートランジスタ６０９は発熱素子６１１に接続されており、パワートランジスタ６０９からの信号に従って発熱素子６１１が駆動される。

このような構成により記録ヘッド素子基板は記録装置からの記録データに基づいて各発熱素子６１１を駆動し、記録媒体にインクを吐出する。
特開２００２−３２１３６６号公報

図６に示したような記録ヘッド素子基板を有する従来の記録ヘッドでは、一般的に、発熱素子の数を増やすことによって高画質と高速化を実現する。具体的には、記録データ中のデータ信号のビット数を増やして、インクを同時に吐出できる発熱素子の数を増やし、印字速度を上げる。

発熱素子６１１の増加は避けることができないが、それに伴ってパワートランジスタ６０９およびゲート回路６０３も増加する。そして、発熱素子の増加に応じて、発熱素子６１１の配列方向に記録ヘッド素子基板が大きくなる。

一方、インクの吐出特性により決まる、同一ノズルの繰り返し吐出可能な最小時間間隔がは数十マイクロ秒程度であるため、発熱素子６１１の数を増やすために記録データ中のブロック信号のビット数を増やすことには制限がある。

また、データ信号のビット数を増やせばシフトレジスタ６１９とラッチ回路６１７のビット数が増加し、配線６０５に含まれる配線数も増加する。これによって、端子６２１近傍に配置されるシフトレジスタ６１９およびラッチ回路６１７のエリア、さらには配線６０５のエリアが増大することになり、発熱素子６１１の配列方向のみならず、その垂直方向にも記録ヘッド素子基板が大きくなる。

このように、図６の構成では、高画質および高速化を実現しようとすると、１枚のＳｉウエハから取れるヘッド素子基板の数が著しく減少し、ヘッド素子基板のコストが上昇してしまう。

本発明の目的は、素子基板の面積を抑制してコストを低減した記録ヘッド、およびそれを用いた記録装置を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明の液体吐出用ヘッドは、
所定方向に配列され複数のブロックに分割された、液体吐出のためのエネルギーを発生する複数の記録素子と、
前記記録素子に通電して駆動する複数の駆動回路と、
複数の前記ブロックに関して、前記ブロック内の所定の記録素子を駆動すべきか否かを示す一連のデータ信号を入力とし、複数の前記ブロックの各々に対するデータ信号を出力する第１の入力回路と、
前記ブロック内の前記所定の記録素子を示すように符号化された一組のブロック信号を入力とし、前記ブロックに対して前記一組のブロック信号を出力する第２の入力回路と、
前記第１の入力回路からの前記データ信号、および前記第２の入力回路からの前記ブロック信号に応じて前記駆動回路を駆動する信号を出力する複数の出力回路とを有し、
前記第１の入力回路が前記ブロックに対応して分割されており、分割された各々が、対応する前記ブロックの前記記録素子と該記録素子に対応する前記駆動回路および前記出力回路とに隣接して配置されていることを特徴としている。

本発明によれば、各ブロックに対応するデータ信号を出力する第１の入力回路を、対応する各ブロックの記録素子および駆動回路に隣接して分割配置しているので、記録素子を増加させても、素子基板面積の増加はブロック数の増加に伴う記録素子配列方向のみとなり、素子基板の無駄な増大を抑制することができる。

本発明の好適な実施形態について図面を参照して詳細に説明する。

なお、以下に説明する実施形態では、インクジェット記録方式を用いた記録装置としてプリンタを例に挙げるが、本発明はこれに限られるものではない。本発明は、複写機、ファクシミリ、ワードプロセッサ、コンピュータ等の情報機器の出力用装置として用いられる記録装置、あるいはＤＮＡチップ、有機トランジスタ、カラーフィルタなどの作製に用いられる液体吐出装置などに広く応用できる。

本明細書において、「記録」（「プリント」という場合もある）とは、文字、図形等の有意の情報を記録媒体に形成する場合のみならず、無意の情報を形成する場合も含む。また、形成された情報が人間の視覚で知覚し得るように顕在化したものであるか否かを問わず、広く記録媒体上に画像、模様、パターン等を形成し、または記録媒体の加工を行う場合も「記録」に含むものとする。

また、「記録媒体」とは、一般的な記録装置で用いられる紙のみならず、布、プラスチック・フィルム、金属板、ガラス、セラミックス、木材、皮革等、インクを受容可能なものも広く含むものとする。

また、「インク」（「液体」という場合もある）とは、上述した「記録（プリント）」の定義と同様に広く解釈されるべきものであり、記録媒体上に付与されることによって、画像、模様、パターン等の形成、または記録媒体の加工、あるいはインクの処理（例えば記録媒体に付与されるインク中の色剤の凝固または不溶化）に供され得る液体を広く含むものとする。

また、以下に用いる「素子基体（「素子基板」と言う場合もある）」という語は、シリコン半導体からなる単なる基体を指し示すものではなく、各素子や配線などが設けられた基体を示すものである。

更に、以下の説明で用いる「素子基体上」という表現は、単に素子基体の上を指し示すだけでなく、素子基体の表面、表面近傍の素子基体内部をも示すものである。また、本明細書でいう「作り込み（ビルトイン（ｂｕｉｌｔ−ｉｎ））」とは、別体の各素子を単に基体上に配置することを指し示している言葉ではなく、各素子を半導体回路の製造工程などによって素子基体上に一体的に形成、製造することを示すものである。

＜装置本体の機構の説明＞
図１は、本発明の代表的な実施形態であるインクジェットプリンタ（以下、プリンタという）ＩＪＲＡの構成の概要を示す外観斜視図である。

図１において、駆動モータ５０１３の正逆回転に連動して駆動力伝達ギア５００９〜５０１１を介してリードスクリュー５００５が回転する。

キャリッジＨＣは、リードスクリュー５００５の螺旋溝５００４に対して係合するピン（不図示）を有しており、ガイドレール５００３に支持され、リードスクリュー５００５の回転によって矢印ａ，ｂ方向に往復移動する。キャリッジＨＣには、記録ヘッドＩＪＨとインクタンクＩＴとを内蔵した一体型インクジェットカートリッジＩＪＣが搭載されている。

また、紙押え板５００２は、キャリッジＨＣの移動方向に亙って記録媒体Ｐをプラテン５０００に対して押圧する。

フォトカプラ５００７，５００８は、モータ５０１３の回転方向切り換え等を行うために、キャリッジＨＣのレバー５００６の所定領域での存在を確認する。レバー５００６の確認により、キャリッジＨＣがホームポジションにあることが検知される。

キャップ部材５０２２は、支持部材５０１６で支持されており、所定位置に来た記録ヘッドＩＪＨの前面をキャップする。これがキャピングと呼ばれる。吸引器５０１５は、キャップ内開口５０２３を介してキャップ内を吸引することにより記録ヘッドＩＪＨの吸引回復を行う。

クリーニングブレード５０１７および可動部材５０１９は本体支持板５０１８に支持されており、可動部材５０１８がクリーニングブレード５０１７を前後方向に移動可能にしている。この構成によりクリーニングブレード５０１７がキャリッジＨＣの方向に移動してクリーニングを行う。図１に示したクリーニングブレード５０１７は一例であり、他の周知の形態のものを本実施形態のプリンタに適用可能であることは言うまでもない。

レバー５０２１は、吸引回復における吸引を開始するためのレバーであり、キャリッジＨＣと係合するカム５０２０に伴って移動する。カム５０２０およびレバー５０２１は、駆動モータ５０１３からクラッチ切り換え等の公知の伝達機構で伝達された駆動力により移動制御される。

本実施形態では、キャリッジＨＣがホームポジション側の領域にきたときに、リードスクリュー５００５の作用によって、キャッピング、クリーニング、吸引回復の所望の処理が所定位置で行えるように各部が構成されている。しかし、本発明は、これに限定されるものではなく、各部が周知のタイミングで所望の動作を行うことによりキャッピング、クリーニング、吸引回復を行うための、いかなる構成あってもよい。

また、ここでは、インクタンクＩＴと記録ヘッドＩＪＨを一体的に形成した交換可能なインクカートリッジＩＪＣを例示したが、本発明は、これに限定されるものではない。例えば、インクタンクＩＴと記録ヘッドＩＪＨを分離可能な構成とし、インクがなくなったときにインクタンクＩＴだけを交換することとしてもよい。

上述したような機構を有する装置本体に所定の制御を加えることにより記録媒体Ｐに所望の情報を記録することができる。

＜制御回路の構成の説明＞
図２は、本実施形態のインクジェットプリンタにおいて記録制御を行なう制御回路の構成を示すブロック図である。図２を参照すると、制御回路は、インタフェース１７００、制御処理部１７０、ヘッドドライバ１７０５、モータドライバ１７０６、１７０７を有している。制御処理部１７０は、ＭＰＵ１７０１、ＲＯＭ１７０２、ＤＲＡＭ１７０３、およびゲートアレイ（ＧＡ）１７０４を有している。

インタフェース１７００には、記録制御を指示する記録信号が入力される。

ＭＰＵ１７０１は、ＲＯＭ１７０２に格納されている制御プログラムを実行して、インタフェース１７００に入力された記録信号に応じた処理を行うことにより、記録ヘッドＩＪＨへの記録データの供給、記録媒体Ｐを搬送する搬送モータ１７０９の駆動、および記録ヘッドＩＪＨを搬送するキャリアモータ５０１３の駆動を行う。制御プログラムを実行する際に、ＭＰＵ１７０１は、インタフェース１７００に入力された記録信号や、記録ヘッドＩＪＨに供給する記録データなどの各種データをダイナミック型のＲＡＭであるＤＲＡＭ１７０３に記録する。ゲートアレイ１７０４は、ＭＰＵ１７０１から記録ヘッドＩＪＨへの記録データの供給を制御する。また、ゲートアレイ１７０４は、インタフェース１７００、ＭＰＵ１７０１、およびＲＡＭ１７０３の間のデータ転送制御をも行う。

ヘッドドライバ１７０５は、制御処理部１７０からの制御に従って記録ヘッドＩＪＨを駆動する。モータドライバ１７０６，１７０７は、制御処理部１７０からの制御に従って、それぞれ搬送モータ１７０９、キャリアモータ１７１０を駆動する。

なお、ここでは、ＭＰＵ１７０１で実行される制御プログラムがＲＯＭ１７０２に格納された構成を例示したが、他の構成であってもよい。例えば、ＥＥＰＲＯＭ等のデータの消去／書き込みが可能な記憶媒体を制御回路に備え、インクジェットプリンタＩＪＲＡに接続したホストコンピュータから記憶媒体上の制御プログラムを更新可能とすることもできる。

＜制御回路の動作の説明＞
以上説明した構成を有する制御回路の動作について説明する。

インタフェース１７００に入力された記録信号がゲートアレイ１７０４を介してＭＰＵ１７０１に与えられると、ＭＰＵ１７０１は、その記録信号をプリント用の記録データに変換してヘッドドライバ１７０５に与えると共に、モータドライバ１７０６、１７０７に駆動信号を与える。

モータドライバ１７０６、１７０７が、ＭＰＵ１７０１からの駆動信号に従って搬送モータ１７０９、キャリアモータ５０１３の各々を駆動し、それと連動してヘッドドライバ１７０５が記録ヘッドＩＪＨを駆動することにより、記録媒体Ｐに所望の情報が記録される。

＜記録ヘッドの説明＞
以下、本実施形態における記録ヘッドＩＪＨについて説明する。本実施形態の記録ヘッドＩＪＨでは記録素子として発熱素子が用いられている。そして、その発熱素子を駆動する駆動回路としてパワートランジスタが用いられている。

記録ヘッドＩＪＨには、（１６×Ｍ）個を１組とする２組の発熱素子、すなわち合計（１６×Ｍ×２）個の発熱素子が備えられている。各組の発熱素子は、各々が１６個ずつの発熱素子からなるＭ個のブロックに分割されている。そして、各ブロックの中から１つずつの発熱素子が同時に駆動される。

図３は、本実施形態の記録ヘッドＩＪＨ内の１組の発熱素子に対して、記録ヘッド素子基板上に作り込み（ビルトイン（ｂｕｉｌｔ−ｉｎ））された回路を示す回路図である。図３を参照すると、１組の発熱素子に対して、Ｍ個のブロックＧｒｐ１〜ＧｒｐＭと、それぞれ４個のラッチ回路１０９およびラッチ回路１０８と、１つのＶＨＴバッファ１１３とが作りこまれている。Ｍ個のブロックＧｒｐ１〜ＧｒｐＭは同一構成である。

各ブロックは、ラッチ回路１０５、ラッチ回路１０６、およびＡＮＤ回路１０４を１つずつと、ＡＮＤ回路１０３、レベルコンバータ１１２、パワートランジスタ１０２、および発熱素子１０１を１６個ずつ有している。

記録ヘッドＩＪＨに作りこまれた図３の回路には、ヘッドドライバ１７０５から、電源電圧ＶＨ、ＶＨＴ、接地電圧ＧＮＤＨ、記録データＤＡＴＡ、クロック信号ＣＬＫ、イネーブル信号ＨＥ、ラッチ信号ＬＴが供給される。電源電圧ＶＨは、発熱素子１０１を駆動するための電源であり、電源電圧ＶＨＴは、発熱素子１０１を駆動するドライバのドライバビリティを向上するための電源である。

電源を供給された図３の回路は、記録データＤＡＴＡ、クロック信号ＣＬＫ、イネーブル信号ＨＥ、およびラッチ信号ＬＴに従って動作する。記録データＤＡＴＡはデータ信号とブロック信号から構成されている。データ信号は、駆動するブロックを示す信号である。ブロック信号は、ブロック内において駆動する発熱素子を示す、エンコードされた信号である。

各ブロックＧｒｐ１〜Ｍのラッチ回路１０６と、いずれのブロックにも含まれない４つのラッチ回路１０９とでシフトレジスタが構成されており、そのシフトレジスタは、クロック信号ＣＬＫの立ち上がりおよび立ち下がりエッジに同期して記録データＤＡＴＡを順次シリアルシフトする。

ラッチ回路１０５は、ラッチ回路１０６にラッチされている信号をラッチ信号ＬＴに同期してラッチする。これにより、ラッチ回路１０５には、記録データ中のデータ信号がラッチされる。ＡＮＤ回路１０４は、配線１１０により、ラッチ回路１０５の出力と接続されており、イネーブル信号ＨＥとラッチ回路１０５にラッチされたデータ信号との論理積を求める。このように、各ブロックＧｒｐ１〜ＧｒｐＭのラッチ回路１０５、ラッチ回路１０６、およびＡＮＤ回路１０４からなる回路は、記録データを入力とし、その中から各ブロックＧｒｐ１〜ＧｒｐＭに対するデータ信号を出力するデータ信号入力回路として動作する。

ラッチ回路１０８は、ラッチ回路１０９にラッチされている信号をラッチ信号ＬＴに同期してラッチする。これにより、ラッチ回路１８には、記録データ中のブロック信号がラッチされる。４個のラッチ回路１０８の正出力Ｑおよび反転出力ＸＱの合計８本の信号線からなる配線１０７が各ブロックＧｒｐ１〜ＧｒｐＭに与えられる。このように、ラッチ回路１０９およびラッチ回路１０８からなる回路は、記録データを入力とし、エンコードされた一組のブロック信号をブロックＧｒｐ１〜ＧｒｐＭに出力するブロック信号入力回路として動作する。

各ブロックＧｒｐ１〜ＧｒｐＭ内では、発熱素子１０１の各々に対して、その発熱素子１０１を駆動するパワートランジスタ１０２、パワートランジスタ１０２への駆動信号を生成するＡＮＤ回路１０３、およびＡＮＤ回路１０３の出力を昇圧してパワートランジスタ１０２に与えるレベルコンバータ１１２が１つずつ備えられている。

ＡＮＤ回路１０３には、ブロック外の４個のラッチ回路１０８からの８本の配線１０７の中から選択された４本と、ブロック内で共通のＡＮＤ回路１０４からの出力信号とが入力されている。そして、ＡＮＤ回路１０３は、それら入力の論理積を求める。

配線１０７のブロック信号は、ブロック内の発熱素子を示すエンコードされた信号なので、同一のラッチ回路１０８の正出力Ｑまたは反転出力ＸＱのいずれかを選択するように４本の信号を選択し、各ＡＮＤ回路１０３にて、それら入力の論理積を求めることによりデコーダの役割を果たす。このデコーダによってブロック内の１６個の発熱素子１０１の中から１つが選択される。

このように、ＡＮＤ回路１０３からなる回路は、エンコードされた一組のブロック信号をデコードして選択された発熱素子１０１に対して、イネーブル信号ＨＥによって駆動タイミングに調整されたデータ信号を出力することにより、エンコードされたブロック信号と、ＡＮＤ回路１０４からのデータ信号とに応じて、駆動する発熱素子１０１を選択する出力回路として動作する。

ＶＨＴバッファ１１３は、発熱素子１０１へのドライバビリティを向上させるためのバッファ回路であり、電源電圧ＶＨＴの供給を受けてレベルコンバータ１１２を駆動する。ＡＮＤ回路１０３の出力は、レベルコンバータ１１２によって昇圧されてパワートランジスタ１０２に入力される。

パワートランジスタ１０２は入力に従ってオン／オフし、発熱素子１０１への通電を制御する。発熱素子１０１の駆動のタイミングおよびパルス幅は、ＡＮＤ回路１０４からの出力信号と、ラッチ回路１０８からのブロック信号とによって決まる。

図４は、本実施形態の記録ヘッド素子基板のレイアウト構成を示す図である。

ここで、記録ヘッド素子基板の材料（素子基体）としては、従来と同様にＳｉ（シリコン）ウエハ等が用いられている。図４はレイアウト図なので各部の配置を示しているが、図３における各部と同じ符号が付与されている部分には、図３に示した各部が配置される。

図４を参照すると、図３の回路がインク供給口２０２に対してほぼ点対称に２組の回路が配置されている。また、図４中の上下に、端子エリア１１１が配置されている。

端子エリア１１１は、プリンタＩＪＲＡの本体から記録ヘッドＩＪＨへ供給される信号線（記録データＤＡＴＡ、ラッチ信号ＬＴ、クロックＣＬＫ、イネーブル信号ＨＥ、発熱素子電源電圧ＶＨ、発熱素子接地電圧ＧＮＤＨ、ドライバ駆動電源電圧ＶＨＴ）を接続する。

ブロックＧｒｐ１〜ＧｒｐＭは、インク供給口２０２の長辺方向に平行に並べて配置されている。また、ブロックＧｒｐ１〜ＧｒｐＭの各々はインク供給口２０２の長辺方向と垂直に構成されている。そして、各ブロック内において、ラッチ回路１０６，１０５およびＡＮＤ回路１０４と、それぞれ１６個のＡＮＤ回路１０３、レベルコンバータ１１２、パワートランジスタ１０２、および発熱素子１０１とはインク供給口２０２の長辺方向に垂直に並べて配置されている。

このように、記録データを入力として各ブロックＧｒｐ１〜ＧｒｐＭに対応するデータ信号を出力するラッチ回路１０５、１０６およびＡＤＮ回路１０４からなるデータ信号入力回路は、各ブロックＧｒｐ１〜ＧｒｐＭに対応して分割配置されており、分割された各々が、対応するブロックの発熱素子１０１、パワートランジスタ１０２、およびＡＮＤ回路１０３に隣接して配置されている。

また、ラッチ回路１０８，１０９はブロックＧｒｐＭと端子エリア１１１の間に配置されている。さらに、ＶＨＴバッファ１１３は、ブロックＧｒｐ１またはブロックＧｒｐＭと端子エリア１１１の間に配置されている。

本実施形態によれば、ラッチ回路１０６からなるシフトレジスタ、ラッチ回路１０５、およびＡＮＤ回路１０４によりデータ信号入力回路が構成されている。そして、そのデータ信号入力回路は、複数のブロックに関して、ブロック内の所定の記録素子（発熱素子１０１）を駆動すべきか否かを示す一連のデータ信号を入力とし、複数の各ブロックに対するデータ信号を出力する。そして、そのデータ信号入力回路の構成は、ブロックに対応して分割されており、分割された各々が、対応する各ブロックの記録素子（発熱素子１０１）および駆動回路（パワートランジスタ１０２）に隣接して配置されている。

そのため、記録素子の数を増加させたときの素子基板面積の増加について、記録素子配列方向と異なる方向への増大が抑制され、素子基板の無駄な増大が抑制される。その結果、１枚の半導体ウエハからの素子基板の収量が増加し、記録ヘッドのコストが低減される。また、配置面積の減少による配線長の短縮効果もあるので、輻射ノイズをさらに抑えることができる。

また、各ブロックの配線長が均一化されると共に短くなり、動作速度の向上、輻射ノイズの低減を図ることができる。また、各ブロックを同一の構成にできるので、共通ユニットを標準化することができ、設計の効率化と品質の向上を図ることができる。

また、本実施形態によれば、ラッチ回路１０９、１０８でブロック信号入力回路が構成されている。ブロック信号入力回路は、ブロック内の所定の記録素子を示すように符号化された一組のブロック信号を入力とし、その一組のブロック信号を各ブロックに対して出力する。そして、データ信号入力回路およびブロック信号入力回路に、一連のデータ信号および一組のブロック信号からなる記録データが入力される構成なので、記録ヘッドと記録装置本体の間の配線数が多くならないためにシリアル形式の記録データを入力する制御方式に適用可能である。

また、本実施形態によれば、ブロック信号入力回路は、一組のブロック信号として、符号化されている各々の信号の正出力と反転出力の双方を出力し、出力回路（ＡＮＤ回路１０３）は、その中から任意に選択した信号の論理積を求めることにより、各記録素子を駆動するための駆動信号を生成するので、デコーダを構成する回路を各記録素子に隣接して分割配置することができる。そのため、記録素子の数を増加させた場合の素子基板の面積増加は、記録素子配列方向に限定され、素子基板の無駄な増大を抑制することができる。また各ブロックの配線長も短くなる。

また、本実施形態によれば、データ信号入力回路は、クロック信号ＣＬＫと、記録素子の駆動を許可する駆動タイミングを示すイネーブル信号ＨＥとを供給され、ラッチ回路１０６からなるシフトレジスタで、シリアルに入力されたデータ信号をクロック信号ＣＬＫに従ってシフトし一時的に格納し、そのシフトレジスタに格納されたデータ信号をラッチ回路１０５により所定のラッチタイミングでラッチし、イネーブル信号ＨＥによって示される駆動タイミングで出力する。そのため、シフトレジスタの配置方向を記録素子の配置方向と同じ方向に配置できるので、シフトレジスタを構成するラッチ回路間の配線長を均一化すると共に短くすることができる。

図５は、本実施形態の記録ヘッドＩＪＨを駆動するときの各信号の状態を示すタイミングチャートである。

記録データＤＡＴＡは、クロック信号ＣＬＫの立ち上がりおよび立ち下がりエッジに同期して、ラッチ回路１０９およびラッチ回路１０６で構成されたシフトレジスタをシリアルシフトする。次に、ラッチ信号ＬＴが“Ｌｏｗ”となっているタイミングで、シフトレジスタを構成する各ラッチ回路１０９、１０６の内容がラッチ回路１０８、１０５にそれぞれ保持される。

次に、イネーブル信号ＨＥが“Ｈｉｇｈ”の期間において、選択された発熱素子１０１が駆動され、インク滴が吐出される。

図５のタイミングチャートにおいては、動作の理解を容易にするため、記録データＤＡＴＡをシフトレジスタにシリアル転送する転送タイミングと、イネーブル信号ＨＥが“Ｌｏｗ”となって発熱素子１０１を駆動する駆動タイミングとを時間的に分離した例を示したが、本実施形態は、この動作に限定されるものではない。本実施形態の記録ヘッドＩＪＨは、転送タイミングを、１つ前の周期で転送されたデータで発熱素子１０１を駆動する駆動タイミングと時間的に重複させてもよい。データの転送と発熱素子１０１の駆動を同
時に行うことにより、プリンタＩＪＲＡの記録速度を向上させることができる。

＜本実施形態の変形例＞
本実施形態では、図３に示した１組の回路に対して１つのＶＨＴバッファ１１３を備えた構成としたが、他の構成を採ることもできる。例えば、Ｍ個のブロックＧｒｐ１〜ＧｒｐＭを半分に分け、２つのＶＨＴバッファがそれぞれを賄うこととしてもよい。また、Ｍ個のブロックを任意に分割し、それぞれを賄うだけの個数のＶＨＴバッファを備えることとしてもよい。その場合のレイアウトとして、各ＶＨＴバッファは端子エリアの近傍に配置すればよい。

また、本実施形態では、ＡＮＤ回路１０３の出力をレベルコンバータ１１２で昇圧することによりパワートランジスタ１０２の駆動能力を上げる構成としたが、他の構成を採ることも可能である。例えば、駆動能力の十分高いパワートランジスタを使用できれば、ＡＮＤ回路１０３の出力をパワートランジスタ１０２に直接接続することとし、レベルコンバータ１１２およびＶＨＴバッファ１１３を省略してもよい。それにより回路規模を更に縮小することができる。

また、図３の回路は、シフトレジスタにデータを転送するタイミングと、発熱素子１０１を駆動するタイミングとを時間的に重複させることのできる構成とされているが、他の構成を採ることもできる。例えば、図５のタイミングチャートのように、記録データＤＡＴＡの転送は、必ず、発熱素子１０１の駆動を終了した後に行うこととすれば、図３の回路からラッチ回路１０５、１０８を省略することができる。それにより回路規模を更に縮小することができる。

また、図５に示したタイミングチャートでは、クロック信号ＣＬＫの立ち上がりと立ち下がりの両エッジに同期して、記録データＤＡＴＡをシフトレジスタに取り込むこととしたが、他の構成を採ることもできる。例えば、立ち上がりエッジのみ、または立ち下がりエッジのみに同期してデータを取り込むこととしてもよい。

また、図３の回路では、クロック信号のエッジに同期して動作するフリップフロップのラッチ回路でシフトレジスタを構成したが、他の構成を採ることもできる。例えば、スルーラッチのラッチ回路でシフトレジスタを構成することとしてもよい。それにより回路規模を更に縮小することができる。

また、図５のタイミングチャートではラッチ回路１０８、１０５のラッチ論理をロースルーとしたが、ハイスルーとしてもよい。また、図３の回路におけるラッチ回路１０８、１０５はフリップフロップで構成してもよい。その場合、立ち上がりエッジ、立ち下がりエッジに同期してデータをラッチすることとしてもよく、両エッジに同期してラッチすることとしてもよい。

また、図３の回路では、発熱素子１０１毎のＡＮＤ回路１０３の前段にブロック内で共通のＡＮＤ回路１０４を備える構成としたが、他の構成を採ることもできる。例えば、ＡＮＤ回路１０３を６入力のＡＮＤゲートとし、イネーブル信号ＨＥをＡＮＤ回路１０３に直接入力することとしてもよい。さらに他の構成として、ブロック信号とイネーブル信号ＨＥの論理積の出力と、データ信号とを入力とした論理積の出力をレベルコンバータ１１２に入力する構成としてもよい。

また、図３の回路では、４個のラッチ回路１０８の正出力Ｑおよび反転出力ＸＱの８本の配線１０７の中から４本を選択し、それらとＡＮＤ回路１０４の出力の５本の信号の論理積をＡＮＤ回路１０３により求める構成としたが、他の構成を採ることもできる。

例えば、ラッチ回路１０８でラッチしたエンコードされた４ビットのブロック信号の中から２ビットをデコードして４個の信号を生成し、残りの２ビットの正出力Ｑと反転出力ＸＱからなる４個の信号から２個を選択し、選択した２個の信号と、生成した４個の信号の中の１個とをＡＮＤ回路１０３に入力することとしてもよい。この場合、ＡＮＤ回路１０３には４入力のＡＮＤゲートを用いればよい。

他の例として、エンコードされた４ビットのブロック信号の中から３ビットをデコードして８個の信号を生成し、残りの１ビットの正出力Ｑと反転出力ＸＱからなる２個の信号から１個を選択し、選択した１個の信号と、生成した８個の信号の中の１個とをＡＮＤ回路１０３に入力することとしてもよい。この場合、ＡＮＤ回路１０３には３入力のＡＮＤゲートを用いればよい。

さらに他の例として、エンコードされた４ビットのブロック信号をフルデコードして１６個の信号を生成し、生成した１６個の信号の中の１個をＡＮＤ回路１０３に入力することとしてもよい。この場合、ＡＮＤ回路１０３には２入力のＡＮＤゲートを用いればよい。

また、本実施形態では、記録データＤＡＴＡは４ビットのデータ信号と４ビットのブロック信号からなるものとしたが、記録データＤＡＴＡを構成するデータ信号およびブロック信号のビット数は特に限定されない。また、データ信号とブロック信号の順番も本実施形態で用いたものに限定されるものではない。

また、本実施形態では、インクジェットプリンタとその記録ヘッドを例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明は、インクジェット方式以外の方式で記録を行う記録ヘッドおよびその記録ヘッドを用いて記録を行うプリンタにも広く適用できる。

また、本実施形態では、ラッチ回路１０９、１０６を連結してシフトレジスタを構成し、データ信号とブロック信号からなる記録データをシリアルにシフトすることとしたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、ラッチ回路１０９で構成されるシフトレジスタと、ラッチ回路１０６で構成されるシフトレジスタとを別個に設け、データ信号とブロック信号を別線で供給し、２つのシフトレジスタの各々にてブロック信号とデータ信号をそれぞれシリアルにシフトすることとしてもよい。

＜実施例＞
本実施形態の具体的な実施例について説明する。

インクジェット方式においてもインクの吐出には様々な方式がある。その中でも、インクを吐出するためのエネルギーとして、例えば電気熱変換体やレーザ光などによる熱エネルギーを用い、その熱エネルギーによりインクの状態変化を生起させて吐出する方式は、特に記録の高密度化、高精細化が可能である。

その代表的な構成や原理については、例えば、米国特許第４７２３１２９号明細書、同第４７４０７９６号明細書に開示されている基本的な構成や原理を用いるのが好ましい。この方式は、いわゆるオンデマンド型およびコンティニュアス型のいずれにも適用可能である。

オンデマンド型の場合、液体（インク）が保持されているシートや液路に対応して配置されている電気熱変換体に、記録情報に対応して少なくとも１つの駆動信号を印加し、核沸騰を越える急速な温度上昇を与える。そして、それにより電気熱変換体に発生した熱エネルギーで記録ヘッドの熱作用面に膜沸騰が生じ、その結果、液体（インク）内に、駆動信号に１対１で対応した気泡を形成できるので、この方式はオンデマンド型には特に有効である。そして、この気泡の成長および収縮により吐出口を介して液体（インク）を吐出させ、少なくとも１つの滴が形成される。この駆動信号をパルス形状とすると、即時適切に気泡の成長および収縮が行われるので、特に応答性に優れた液体（インク）の吐出が達成でき、より好ましい。

パルス形状の駆動信号としては、米国特許第４４６３３５９号明細書、同第４３４５２６２号明細書に記載されているようなものが適している。また、熱作用面の温度上昇率に関する発明の米国特許第４３１３１２４号明細書に記載されている条件を採用すれば、更に優れた記録を行うことができる。

本発明では、記録ヘッドの構成として、上述の各明細書に開示されているような吐出口、液路、電気熱変換体の組み合わせ構成（直線状液流路または直角液流路）の他に、熱作用面が屈曲する領域に配置されている構成を開示する米国特許第４５５８３３３号明細書、米国特許第４４５９６００号明細書に記載された構成としてもよい。

また、複数の電気熱変換体に対して共通するスロットを吐出部とする構成を開示する特開昭５９−１２３６７０号公報や、熱エネルギーの圧力波を吸収する開口を吐出部に対応させる構成を開示する特開昭５９−１３８４６１号公報に基づいた構成としてもよい。

さらに、記録装置が記録できる記録媒体の最大幅に対応した長さを有するフルラインタイプの記録ヘッドとしては、上述した明細書に開示されているような複数記録ヘッドの組み合わせによってその長さを満たす構成や、一体的に形成された１個の記録ヘッドとしての構成のいずれでもよい。

加えて、本実施形態で説明した記録ヘッド自体に一体的にインクタンクが設けられたカートリッジタイプの記録ヘッドのみならず、装置本体に装着されることで、装置本体との電気的な接続や装置本体からのインクの供給が可能になる交換自在のチップタイプの記録ヘッドを用いてもよい。

また、以上説明した記録装置の構成に、記録ヘッドに対する回復手段、予備的な手段等を付加することは記録動作を一層安定にできるので好ましいものである。これらを具体的に挙げれば、記録ヘッドに対してのキャッピング手段、クリーニング手段、加圧あるいは吸引手段、電気熱変換体あるいはこれとは別の加熱素子あるいはこれらの組み合わせによる予備加熱手段などがある。また、記録とは別の吐出を行う予備吐出モードを備えることも安定した記録を行うために有効である。

さらに、記録装置の記録モードとしては黒色等の主流色のみの記録モードだけではなく、記録ヘッドを一体的に構成するか複数個の組み合わせによってでも良いが、異なる色の複色カラー、または混色によるフルカラーの少なくとも１つを備えた装置とすることもできる。

本実施形態においては、インクが液体であることを前提として説明したが、室温やそれ以下で固化するインク、あるいは室温で軟化もしくは液化するインクを用いてもよい。また、インクジェット方式ではインク自体を３０°Ｃ以上７０°Ｃ以下の範囲内で温度調整することによりインクの粘性を安定吐出範囲に制御するのが一般的なので、記録信号を付与するときにインクが液状をなすものであればよい。

さらに、積極的に熱エネルギーによる昇温をインクの固形状態から液体状態への状態変化のエネルギーとして使用することとしてもよい。また、インクの蒸発を防止するため、放置状態で固化し加熱によって液化するインクを用いてもよい。いずれにしても、記録信号に応じた熱エネルギーの付与によってインクが液化し、液状インクが吐出されるものや、吐出されたインクが記録媒体に到達する時点では既に固化し始めるもの等のような、熱エネルギーの付与によって初めて液化する性質のインクを使用する場合も、本発明は適用可能である。

このような場合、インクは、特開昭５４−５６８４７号公報あるいは特開昭６０−７１２６０号公報に記載されるような、多孔質シート凹部または貫通孔に液状または固形物として保持された状態で、電気熱変換体に対向する形態としてもよい。本発明において各インクに最も有効なのは上述した膜沸騰方式である。

なお、本発明は、複数の機器（例えばホストコンピュータ、インターフェース機器、リーダ、プリンタなど）から構成されるシステムに適用しても、１つの機器からなる装置（例えば、複写機、ファクシミリ装置など）に適用してもよい。

本発明の代表的な実施形態であるインクジェットプリンタの構成の概要を示す外観斜視図である。 本実施形態のインクジェットプリンタにおいて記録制御を行なう制御回路の構成を示すブロック図である。 本実施形態の記録ヘッド内の１組の発熱素子に対して、記録ヘッド素子基板上にビルトインされた回路を示す回路図である。 本実施形態の記録ヘッド素子基板のレイアウト構成を示す図である。 本実施形態の記録ヘッドを駆動するときの各信号の状態を示すタイミングチャートである。 従来の一般的な記録ヘッド素子基板のレイアウト構成の一例を示す図である。

符号の説明

１０１ 発熱素子
１０２ パワートランジスタ
１０３、１０４ ＡＮＤ回路
１０５、１０６、１０８、１０９ ラッチ回路
１１２ レベルコンバータ
１１３ ＶＨＴバッファ
１７０ 制御処理部
ＩＪＨ 記録ヘッド

Claims (8)

1. 所定方向に配列され複数のブロックに分割された、液体吐出のためのエネルギーを発生する複数の記録素子と、
   前記記録素子に通電して駆動する複数の駆動回路と、
   複数の前記ブロックに関して、前記ブロック内の所定の記録素子を駆動すべきか否かを示す一連のデータ信号を入力とし、複数の前記ブロックの各々に対するデータ信号を出力する第１の入力回路と、
   前記ブロック内の前記所定の記録素子を示すように符号化された一組のブロック信号を入力とし、前記ブロックに対して前記一組のブロック信号を出力する第２の入力回路と、
   前記第１の入力回路からの前記データ信号、および前記第２の入力回路からの前記ブロック信号に応じて前記駆動回路を駆動する信号を出力する複数の出力回路とを有し、
   前記第１の入力回路が前記ブロックに対応して分割されており、分割された各々が、対応する前記ブロックの前記記録素子と該記録素子に対応する前記駆動回路に隣接して配置されていることを特徴とする液体吐出用ヘッド。
2. 前記第１の入力回路および前記第２の入力回路には、前記一連のデータ信号および前記一組のブロック信号からなる記録データが入力されることを特徴とする、請求項１記載の液体吐出用ヘッド。
3. 前記第２の入力回路は、前記一組のブロック信号として、符号化されている各々の信号の正出力と反転出力の双方を出力し、
   前記出力回路は、前記第１の入力回路からの前記データ信号と、前記第２の入力回路からの前記一組のブロック信号から任意に選択した信号との論理積を演算するＡＮＤ回路を有し、前記ＡＮＤ回路の演算結果によって、前記記録素子を駆動するための駆動信号を前記駆動回路に出力することを特徴とする、請求項１または２に記載の液体吐出用ヘッド。
4. 前記第１の入力回路は、クロック信号と、前記記録素子の駆動を許可する駆動タイミングを示すイネーブル信号とを供給され、シリアルに入力された前記データ信号を前記クロックに従ってシフトし一時的に格納するシフトレジスタと、前記シフトレジスタに格納された前記データ信号を所定のラッチタイミングでラッチするラッチ回路を有し、前記ラッチ回路の出力を、前記イネーブル信号によって示される前記駆動タイミングで出力することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の液体吐出用ヘッド。
5. 前記第２の入力回路は、クロック信号を供給され、シリアルに入力された前記ブロック信号を前記クロックに従ってシフトし一時的に格納するシフトレジスタと、前記シフトレジスタに格納された前記ブロック信号を所定のラッチタイミングでラッチするラッチ回路とを有することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載された液体吐出用ヘッド。
6. 前記出力回路の出力を昇圧して前記駆動回路に供給する複数の昇圧回路をさらに有することを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の液体吐出用ヘッド。
7. 前記記録素子が発熱体を有することを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の液体吐出用ヘッド。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の液体吐出用ヘッドからなる記録ヘッドと、前記液体吐出ヘッドに対する信号の供給を制御する制御処理部とを有することを特徴とする記録装置。

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