JP2006007761A - Substrate for recording head, recording head, head cartridge and recorder - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は記録ヘッド用基板、記録ヘッド、ヘッドカートリッジ、及び記録装置に関し、特に、例えば、インクジェット方式に従って記録を行うために用いられ、記録素子に所定電流を与えて駆動するための回路を有する記録ヘッド用基板、記録ヘッド、ヘッドカートリッジ、及び記録装置に関するものである。 The present invention relates to a recording head substrate, a recording head, a head cartridge, and a recording apparatus. In particular, the recording head is used for recording in accordance with, for example, an ink jet method and has a circuit for driving a recording element by applying a predetermined current. The present invention relates to a head substrate, a recording head, a head cartridge, and a recording apparatus.
ノズル内に配置されたヒータに通電することにより熱エネルギーを発生させてインクを吐出するインクジェット記録ヘッド(以下、記録ヘッドという)が知られている。 2. Description of the Related Art An ink jet recording head (hereinafter referred to as a recording head) that discharges ink by generating thermal energy by energizing a heater arranged in a nozzle is known.
この記録ヘッドは、発生した熱エネルギーを利用してヒータ近傍のインクを発泡させ、そのノズルからインクを吐出させて記録を行う方式を採用した記録ヘッドである。 This recording head is a recording head that employs a system in which ink is bubbled in the vicinity of a heater using generated thermal energy and ink is ejected from the nozzle to perform recording.
高速に記録を行うためには、記録ヘッドに搭載したなるべく多くのヒータを同時に駆動して同じタイミングでインクを吐出させることが望ましい。しかしながら、記録ヘッドを搭載する記録装置の電源の電力供給能力に制限があることや、電源からヒータに至る配線抵抗に起因する電圧降下などにより、一度に流すことができる電流値が制限される。このため、複数のヒータを時分割駆動してインクを吐出させる時分割駆動方式を用いることが一般的である。例えば、複数個のヒータを複数のグループに分割し、各グループ内で同時に2つ以上のヒータを駆動しないように時分割制御を行い、ヒータを流れる電流の総和を抑えることにより一度に大電力を供給する必要をなくしている。 In order to perform recording at high speed, it is desirable to simultaneously drive as many heaters as possible mounted on the recording head to discharge ink at the same timing. However, the current value that can be flowed at one time is limited by the limitation of the power supply capability of the power source of the recording apparatus equipped with the recording head, the voltage drop due to the wiring resistance from the power source to the heater, and the like. For this reason, it is common to use a time-division drive method in which a plurality of heaters are driven in a time-division manner to discharge ink. For example, a plurality of heaters are divided into a plurality of groups, and time-sharing control is performed so that two or more heaters are not driven simultaneously in each group. There is no need to supply.
図17は従来のインクジェット記録ヘッドに搭載したヒータ駆動回路の構成例を示す図である。 FIG. 17 is a diagram showing a configuration example of a heater driving circuit mounted on a conventional ink jet recording head.
図17に示すヒータ駆動回路は、m個のグループに夫々x個のヒータを搭載し、同時に各グループにつき1つのヒータ、即ち、m個のヒータを同時駆動し、これをx回行うことで1サイクルの駆動を行うように構成されている。 The heater drive circuit shown in FIG. 17 is equipped with x heaters in m groups, and simultaneously drives one heater in each group, that is, m heaters simultaneously. It is configured to drive the cycle.
さて、図17に示すように、ヒータ1101−11〜1101−mx夫々に対応するMOSトランジスタ1102−11〜1102−mxは、図17に示すように、夫々が同数(x個)づつ収容するm個のグループ1100−1〜1100−mに分けられている。即ち、グループ1100−1では、電源パッド(電源端子)1103からの電源配線は、ヒータ1101−11〜1101−1xに共通に接続されており、MOSトランジスタ1102−11〜1102−1x夫々は、電源パッド1103とグランド(GND)1104との間で、対応するヒータ1101−11〜1101−1x夫々と直列に接続されている。
As shown in FIG. 17, the MOS transistors 1102-11 to 1102-mx corresponding to the heaters 1101-11 to 1101-mx, respectively, are accommodated in the same number (x) as shown in FIG. It is divided into groups 1100-1 to 1100-m. That is, in the group 1100-1, the power supply wiring from the power supply pad (power supply terminal) 1103 is commonly connected to the heaters 11011-11 to 1101-1x, and each of the MOS transistors 1102-11 to 1102-1x is connected to the power supply. Between the
また、ヒータ1101−11〜1101−1x夫々は、制御回路1105から、対応するMOSトランジスタ1102−11〜1102−1xのゲートに制御信号が印加されたときに、MOSトランジスタ1102−11〜1102−1xがオンすることにより電源配線から対応するヒータを通って電流が流れて加熱される。
Each of the heaters 1101-11 to 1101-1x has the MOS transistors 1102-11 to 1102-1x when a control signal is applied from the
図18は、図17に示すヒータ駆動回路の各グループのヒータを通電駆動するタイミングを示すタイミングチャートである。この図では、図17のグループ1100−1を例にとって説明している。 FIG. 18 is a timing chart showing timing for energizing and driving the heaters of each group of the heater driving circuit shown in FIG. In this figure, the group 1100-1 in FIG. 17 is described as an example.
図18において、制御信号VG1〜VGxはグループ1100−1に属する第1〜第x番目のヒータ1101−11〜1101−1xを駆動させるためのタイミング信号である。即ち、制御信号VG1〜VGxは、グループ1100−1のMOSトランジスタ1102−11〜1102−1xの制御端子に入力される信号の波形を示し、ハイレベルの時に対応するMOSトランジスタ1102−1i(i=1,x)をオンし、ローレベルの時に対応するMOSトランジスタをオフする。他のグループ1100−2〜1100−mの場合も同様である。また、図18において、Ih1〜Ihx夫々は、ヒータ1101−11〜1101−1x夫々に流れる電流値を示している。 In FIG. 18, control signals VG1 to VGx are timing signals for driving the first to xth heaters 1101-11 to 1101-1x belonging to the group 1100-1. That is, the control signals VG1 to VGx indicate the waveforms of signals input to the control terminals of the MOS transistors 1102-11 to 1102-1x in the group 1100-1, and the corresponding MOS transistors 1102-1i (i = 1, x) is turned on, and the corresponding MOS transistor is turned off when the level is low. The same applies to the other groups 1100-2 to 1100-m. In FIG. 18, Ih1 to Ihx indicate current values flowing through the heaters 1101-11 to 1101-1x, respectively.
このように各グループ内のヒータを順次、時分割で通電駆動することにより、各グループ内で通電駆動されるヒータは、常に1個以下になるように制御することができるので、一度に大電流をヒータに供給する必要はない。 In this way, by sequentially energizing the heaters in each group in a time-sharing manner, it is possible to control the number of heaters that are energized and driven in each group to be always 1 or less. Need not be supplied to the heater.
図19は図17に示す電源パッド1103からグループ1100−1〜1100−mに接続される電源配線のレイアウトを示した図である。言い換えると、図19は、図17に示すヒータ駆動回路を形成している基板(ヘッド基板)のレイアウトの一部を示す図とも言える。図19では図中の紙面の上側にヒータ(不図示)が配置されている場合の電源配線部分のレイアウトを示している。
FIG. 19 is a diagram showing a layout of power supply wirings connected to the groups 1100-1 to 1100-m from the
図19に示すように、グループ1100−1〜1100−m夫々に対し電源パッド1103より個別に電源配線1301−1〜1301−mが接続され、グランド(GND)パッド1104に対して、電源配線1302−1〜1302−mが接続されている。このように、m×x個のヒータ(記録素子)を備えた記録ヘッドにおいて、各グループ内の記録素子1個づつを順に駆動する時分割駆動では、m個の電源供給配線とグランド配線とが必要となる。
As shown in FIG. 19, power supply wirings 1301-1 to 1301 -m are individually connected to the groups 1100-1 to 1100 -m from the
前述のように、各グループで同時に駆動される最大ヒータ数を1以下にすることで、各グループ別に分割された配線を流れる電流値は、常に1つのヒータに流れる電流以下にすることができる。これにより複数のヒータを同時駆動した場合でも、ヒータ基板内での配線における電圧降下量については一定とすることができ、これと同時に、別のグループに属する複数のヒータを同時駆動した場合でも、各ヒータへの投入エネルギー量をほぼ一定にすることができる。 As described above, by setting the maximum number of heaters driven simultaneously in each group to 1 or less, the current value flowing through the wiring divided for each group can always be equal to or less than the current flowing to one heater. As a result, even when a plurality of heaters are driven simultaneously, the voltage drop amount in the wiring in the heater substrate can be constant, and at the same time, even when a plurality of heaters belonging to different groups are driven simultaneously, The amount of energy input to each heater can be made substantially constant.
さて、近年、記録装置には更なる高速化、高精細化が要求されているため、搭載する記録ヘッドも高密度でより多くのノズルを実装するようになっている。そして、記録ヘッドのヒータ駆動に際しては、記録速度の点から、なるべく多くのヒータを同時に高速に駆動することが求められている。 In recent years, recording apparatuses are required to have higher speed and higher definition, so that the mounted recording head is also mounted with more nozzles at higher density. When the heater of the recording head is driven, it is required to drive as many heaters as possible simultaneously at high speed from the viewpoint of recording speed.
また、ヒータやその駆動回路を実装した記録ヘッド基板(以下、ヘッド基板という)は、多数のヒータとその駆動回路を同一の半導体基板上に形成している。このため、製造工程上、1つの半導体ウェハから取れるヒータ基板の個数を増加させてコストダウンを図る必要があるため、ヘッド基板を小型化することも求められている。 In addition, a recording head substrate (hereinafter referred to as a head substrate) on which a heater and its drive circuit are mounted has a large number of heaters and their drive circuits formed on the same semiconductor substrate. For this reason, since it is necessary to reduce the cost by increasing the number of heater substrates that can be taken from one semiconductor wafer in the manufacturing process, it is also required to reduce the size of the head substrate.
ところが前述のように、同時駆動されるヒータ数を増やした場合、ヘッド基板内では同時駆動ヒータの数に対応した数の配線が必要となる。このため配線の数が増加すると、ヘッド基板面積が限られている場合には、配線一本当りの配線領域が減少するため配線抵抗が増加する。また同時に、各配線幅が細くなることにより、ヘッド基板内の配線相互での抵抗のバラツキも増加することになる。このような問題は、ヘッド基板を小型化する場合にも同様に生じ、更に、配線抵抗の増加及び抵抗のバラツキが増加することになる。前述のように、ヘッド基板内では、ヒータと電源配線は電源に対して直列に接続されているため、配線抵抗とその抵抗のバラツキが増加することにより、各ヒータに印加される電圧の変動割合が増加する。 However, as described above, when the number of simultaneously driven heaters is increased, the number of wires corresponding to the number of simultaneously driven heaters is required in the head substrate. For this reason, when the number of wirings is increased, when the head substrate area is limited, the wiring area per wiring is reduced, so that the wiring resistance increases. At the same time, each wiring width is narrowed, so that the resistance variation between the wirings in the head substrate also increases. Such a problem also occurs when the head substrate is reduced in size, and further increases in wiring resistance and variations in resistance. As described above, since the heater and the power supply wiring are connected in series with the power supply in the head substrate, the variation rate of the voltage applied to each heater increases due to an increase in the wiring resistance and the resistance variation. Will increase.
ヒータへの投入エネルギーが過小であればインクの吐出が不安定になり、また過剰であればヒータの耐久性を低下させる原因になる。つまり、ヒータに印加される電圧の変動が大きい場合には、ヒータの耐久性が低下したり、インク吐出が不安定になったりする。このため、高画質な記録を行うためには、ヒータへの投入エネルギーが一定であることが望ましく、また耐久性の観点からも適切な投入エネルギーで安定していることが望ましい。 If the input energy to the heater is too small, the ink ejection becomes unstable, and if it is excessive, the durability of the heater is lowered. That is, when the voltage applied to the heater varies greatly, the durability of the heater is lowered or the ink ejection becomes unstable. For this reason, in order to perform high-quality recording, it is desirable that the energy input to the heater is constant, and it is desirable that the energy input is stable from the viewpoint of durability.
上述の各グループ毎に同時駆動数を1つ以下にした時分割駆動では、ヘッド基板内部での電圧降下を抑制することは可能であるが、ヘッド基板外部での配線は、複数グループの複数のヒータに対して共通となっているため、同時に駆動するヒータの数によって、共通の配線での電圧降下量が異なる。このような電圧降下量の変動に対して、各ヒータへの投入エネルギーを一定化するために、従来は、電圧の印加時間により、各ヒータへの投入エネルギーを調整している。しかしながら、同時駆動のヒータ数が増すと、共通配線を流れる電流量により電圧降下量が増加し、ヒータに印加される電圧が減少してしまう。その結果、それを補うために、ヒータ駆動時の電圧印加時間を増加せざるを得ず、高速にヒータを駆動することが困難になるという問題がある。 In the time-division drive in which the number of simultaneous drives is set to one or less for each group described above, it is possible to suppress the voltage drop inside the head substrate, but the wiring outside the head substrate is connected to a plurality of groups. Since it is common to the heaters, the amount of voltage drop in the common wiring varies depending on the number of heaters driven simultaneously. In order to make the input energy to each heater constant with respect to such fluctuations in voltage drop, conventionally, the input energy to each heater is adjusted by the voltage application time. However, when the number of simultaneously driven heaters increases, the amount of voltage drop increases due to the amount of current flowing through the common wiring, and the voltage applied to the heaters decreases. As a result, in order to compensate for this, there is a problem in that it is difficult to drive the heater at high speed because the voltage application time during driving of the heater must be increased.
このようなヒータへの投入エネルギー変動による問題を解決する方法として、例えば、特許文献1は定電流で記録素子を駆動する方式を提案している。
As a method for solving such a problem caused by fluctuations in the input energy to the heater, for example,
図20は、特許文献1に開示されたヒータ駆動回路を示す図である。
FIG. 20 is a diagram illustrating a heater driving circuit disclosed in
この構成では、記録素子毎(R1〜Rn)に設けられた定電流源(Tr14〜(n+13))とスイッチング素子(Q1〜Qn)を用いて、記録素子(R1〜Rn)を定電流により駆動している。
しかしながら、特許文献1に開示された定電流駆動の場合、スイッチング素子(Q1〜Qn)以外に記録素子と同数のトランジスタが必要となるため、従来の駆動方式に比べ著しくヒータ基板の面積が増大し、ヒータ基板のコストがアップするという問題がある。
However, in the case of the constant current driving disclosed in
また、ヒータへの投入エネルギーの安定化のためには、複数の定電流源の間で出力電流が一定であることが求められるが、定電流源の数が増えるほど、これら定電流源間の出力電流のバラツキが増えるという問題も生じる。特に、記録装置の記録の高速化や高精細化により、著しくヒータ数の増加したヘッド基板において、複数の定電流源間での出力電流のバラツキ量を低減することは困難である。 In addition, in order to stabilize the energy input to the heater, the output current is required to be constant among a plurality of constant current sources. However, as the number of constant current sources increases, the constant current source increases. There also arises a problem that variation in output current increases. In particular, it is difficult to reduce the amount of variation in output current among a plurality of constant current sources in a head substrate having a significantly increased number of heaters due to high-speed recording and high definition of the recording apparatus.
本発明は上記従来例に鑑みてなされたもので、各記録素子に定電流を供給して記録素子を駆動する定電流駆動方式を採用しながらも、基板サイズの小型化を達成でき、高速に記録素子を駆動することができる記録ヘッド用基板と、その記録ヘッド用基板を用いた記録ヘッドと、その記録ヘッドを組み込んだヘッドカートリッジ、及び、その記録ヘッドを用いた記録装置とを提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above-described conventional example, and while adopting a constant current driving method of supplying a constant current to each recording element to drive the recording element, it is possible to achieve a reduction in substrate size and at a high speed. To provide a recording head substrate capable of driving a recording element, a recording head using the recording head substrate, a head cartridge incorporating the recording head, and a recording apparatus using the recording head. It is an object.
また、この小型化のため、上述した従来技術の課題を克服した駆動回路をヘッド基板上に最適配置する。 In order to reduce the size, a drive circuit that overcomes the above-described problems of the conventional technology is optimally arranged on the head substrate.
上記目的を達成するため本発明の記録ヘッド基板は以下のように構成されている。 In order to achieve the above object, the recording head substrate of the present invention is configured as follows.
即ち、基板上に備えられた複数の記録素子に前記複数の記録素子に対応した複数のスイッチング素子を介して定電流を流すことにより、前記複数の記録素子を駆動する駆動方法を採用した記録ヘッド用基板であって、前記基板は長辺と短辺とを有する基板であり、前記基板の長手方向に前記複数の記録素子と前記複数のスイッチング素子とを配列し、前記基板の短手側の端部に前記複数の記録素子を駆動するために用いる駆動信号や制御信号を入力するための端子を配置し、前記定電流を流すための定電流源は、前記端子が配置された第1の領域と、前記複数の記録素子と前記複数のスイッチング素子とが配列された第2の領域との間の領域に配置されていることを特徴とする。 That is, a recording head adopting a driving method for driving the plurality of recording elements by causing a constant current to flow to the plurality of recording elements provided on the substrate via the plurality of switching elements corresponding to the plurality of recording elements. The substrate is a substrate having a long side and a short side, the plurality of recording elements and the plurality of switching elements are arranged in a longitudinal direction of the substrate, and the short side of the substrate is arranged. A terminal for inputting a drive signal and a control signal used for driving the plurality of recording elements is arranged at an end, and the constant current source for flowing the constant current is a first element in which the terminal is arranged. It is arranged in a region between the region and the second region in which the plurality of recording elements and the plurality of switching elements are arranged.
さらに、前記駆動信号や前記制御信号に基づいて、前記複数のスイッチング素子のオン/オフを制御する制御回路を前記基板の長手方向に配置されていることが望ましい。
また、前記基板の長手方向にはインクを供給するための供給口が設けられていることが望ましい。
Furthermore, it is desirable that a control circuit for controlling on / off of the plurality of switching elements is arranged in the longitudinal direction of the substrate based on the drive signal and the control signal.
It is desirable that a supply port for supplying ink is provided in the longitudinal direction of the substrate.
さて、前記複数の記録素子は複数のグループにグループ化され、同じグループに属する記録素子は同時に駆動されることはなく、異なるグループに属する複数の記録素子が同時駆動され、前記電流源は複数個、前記複数のグループ各々に対応して設けられ、前記複数の電流源は、前記第1の領域と前記第2の領域との間の領域にまとめて配置されていることが望ましい。
なお、前記定電流源は、飽和領域で動作するMOSトランジスタで構成されていることが望ましい。
The plurality of recording elements are grouped into a plurality of groups, the recording elements belonging to the same group are not simultaneously driven, the plurality of recording elements belonging to different groups are simultaneously driven, and a plurality of the current sources are provided. Preferably, the plurality of current sources are provided corresponding to each of the plurality of groups, and the plurality of current sources are collectively arranged in a region between the first region and the second region.
The constant current source is preferably composed of a MOS transistor that operates in a saturation region.
そして、前記端子から前記複数のグループに対応した複数の前記定電流源までの距離は実質的に等しいことが望ましい。 The distances from the terminals to the plurality of constant current sources corresponding to the plurality of groups are preferably substantially equal.
さらにまた、前記電流源が定電流を発生するために用いる基準電流を発生する基準電流回路と、前記基準電流を基準電圧に基づいて発生する電圧電流変換回路と、前記基準電圧を発生する基準電圧回路とを有し、前記基準電流回路と、前記電圧電流変換回路と、前記基準電圧回路とを前記第1の領域と、前記第2の領域との間に配置すると良い。 Furthermore, a reference current circuit that generates a reference current used by the current source to generate a constant current, a voltage-current conversion circuit that generates the reference current based on a reference voltage, and a reference voltage that generates the reference voltage And the reference current circuit, the voltage-current conversion circuit, and the reference voltage circuit are preferably arranged between the first region and the second region.
加えて、前記電流源を、前記第1の領域と前記第2の領域との間に配置することによって得られる回路素子の群を、前記基板上において、上下対称と左右対称との少なくともいずれかであるように、複数個配置するようにしても良い。 In addition, a group of circuit elements obtained by arranging the current source between the first region and the second region is at least one of vertically symmetric and laterally symmetric on the substrate. As shown, a plurality may be arranged.
なお、前記複数のスイッチング素子はMOSトランジスタであることが望ましい。 The plurality of switching elements are preferably MOS transistors.
また他の発明によれば、上記構成の記録ヘッド用基板を用いた記録ヘッドを備える。 According to another invention, a recording head using the recording head substrate having the above-described configuration is provided.
この記録ヘッドはインクを吐出して記録を行うインクジェット記録ヘッドであることが望ましい。 The recording head is preferably an ink jet recording head that performs recording by discharging ink.
さらに他の発明によれば、上記インクジェット記録ヘッドとその記録ヘッドに供給するインクを保持するインクタンクを一体的に備えたヘッドカートリッジを備える。 According to still another aspect of the invention, there is provided a head cartridge that integrally includes the ink jet recording head and an ink tank that holds ink supplied to the recording head.
またさらに他の発明によれば、上記構成のインクジェット記録ヘッド又はヘッドカートリッジを用いてインクを記録媒体に吐出して記録を行う記録装置を備える。 According to still another aspect of the invention, there is provided a recording apparatus that performs recording by ejecting ink onto a recording medium using the ink jet recording head or the head cartridge having the above configuration.
従って本発明によれば、その数が非常に大きくなる複数の記録素子や複数のスイッチング素子を基板の長手方向に配列し、基板の端部で、かつ基板の短手方向に複数の記録素子を駆動するために用いる駆動信号や制御信号を入力するパッドを配置する一方、これらの領域の間に定電流を流すための定電流源を配置するので、基板面積を有効に用いることができるのみならず、基板上において、信号入力パッドから定電流源までの配線長を短くすることができるので、ヘッド基板サイズを大きく増大させることなく高速でかつ安定した記録が可能な定電流駆動方式を用いたヘッド基板を提供することができるという効果がある。 Therefore, according to the present invention, a plurality of recording elements and a plurality of switching elements whose number is very large are arranged in the longitudinal direction of the substrate, and a plurality of recording elements are arranged at the edge of the substrate and in the lateral direction of the substrate. While pads for inputting drive signals and control signals used for driving are arranged, and constant current sources for passing a constant current are arranged between these regions, if the substrate area can be used effectively In addition, since the wiring length from the signal input pad to the constant current source can be shortened on the substrate, a constant current driving method capable of high-speed and stable recording without greatly increasing the head substrate size was used. There is an effect that a head substrate can be provided.
以下添付図面を参照して本発明の好適な実施形態について、さらに具体的かつ詳細に説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described more specifically and in detail with reference to the accompanying drawings.
なお、この明細書において、「記録」(「プリント」という場合もある)とは、文字、図形等有意の情報を形成する場合のみならず、有意無意を問わず、また人間が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、パターン等を形成する、または媒体の加工を行う場合も表すものとする。 In this specification, “recording” (sometimes referred to as “printing”) is not only for forming significant information such as characters and figures, but also for human beings visually perceived regardless of significance. Regardless of whether or not it has been manifested, it also represents a case where an image, a pattern, a pattern, or the like is widely formed on a recording medium or the medium is processed.
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、広く、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表すものとする。 “Recording medium” refers not only to paper used in general recording apparatuses but also widely to cloth, plastic film, metal plate, glass, ceramics, wood, leather, and the like that can accept ink. Shall.
さらに、「インク」(「液体」と言う場合もある)とは、上記「記録(プリント)」の定義と同様広く解釈されるべきもので、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、或いはインクの処理(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表すものとする。 Furthermore, “ink” (sometimes referred to as “liquid”) is to be interpreted broadly in the same way as the definition of “recording (printing)” above. It represents a liquid that can be used for forming a pattern or the like, processing a recording medium, or processing an ink (for example, solidification or insolubilization of a colorant in ink applied to the recording medium).
またさらに、「ノズル」とは、特にことわらない限り吐出口ないしこれに連通する液路およびインク吐出に利用されるエネルギーを発生する素子を総括して言うものとする。 Furthermore, unless otherwise specified, the “nozzle” collectively refers to an ejection port or a liquid channel communicating with the ejection port and an element that generates energy used for ink ejection.
以下に用いる記録ヘッド用基板(ヘッド基板)とは、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、各素子や配線等が設けられた構成を差し示すものである。
さらに、基板上とは、単に素子基板の上を指し示すだけでなく、素子基板の表面、表面近傍の素子基板内部側をも示すものである。また、本発明でいう「作り込み」とは、別体の各素子を単に基体表面上に別体として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等によって素子板上に一体的に形成、製造することを示すものである。
The recording head substrate (head substrate) used below does not indicate a simple substrate made of a silicon semiconductor but indicates a configuration in which each element, wiring, and the like are provided.
Further, the term “on the substrate” means not only the element substrate but also the surface of the element substrate and the inside of the element substrate near the surface. The term “built-in” as used in the present invention is not a word indicating that individual elements are simply arranged separately on the surface of the substrate. It shows that it is integrally formed and manufactured on top.
また、本発明における「定電流」および「定電流源」とは、同時駆動される記録素子数の変動などによらず記録素子に与えられる所定の一定電流およびこの電流を記録素子に与える電流源のことを意味するものである。そして、一定とすべき電流値自体は、所定の電流値に変更設定される場合をも含んだ意味である。 The “constant current” and “constant current source” in the present invention are a predetermined constant current applied to the recording element regardless of fluctuations in the number of simultaneously driven recording elements, and a current source that supplies this current to the recording element. It means that. The current value itself to be constant includes the case where the current value is changed to a predetermined current value.
<インクジェット記録装置の説明(図1)>
図1は本発明の代表的な実施例であるインクジェット記録装置の概観図である。図1において、リードスクリュー5005は、キャリッジモータ5013の正逆回転に連動して駆動力伝達ギア5009〜5011を介して回転する。キャリッジHCは、リードスクリュー5004の螺旋溝5005に対して係合するピン(不図示)を有し、リードスクリュー5004の回転に伴って、ガイドレール5003に支持されて矢印a,b方向に往復移動される。このキャリッジHCには、インクジェットカートリッジIJCが搭載されている。インクジェットカートリッジIJCは、インクジェット記録ヘッドIJH(以下、記録ヘッドという)及び記録用のインクを貯蔵するインクタンクITを具備する。
<Description of Inkjet Recording Apparatus (FIG. 1)>
FIG. 1 is a schematic view of an ink jet recording apparatus which is a typical embodiment of the present invention. In FIG. 1, the
インクジェットカートリッジIJCは記録ヘッドIJHとインクタンクITとを一体化した構成となっている。 The ink jet cartridge IJC has a configuration in which the recording head IJH and the ink tank IT are integrated.
5002は紙押え板であり、キャリッジの移動方向に亙って紙をプラテン5000に対して押圧する。プラテン5000は不図示の搬送モータにより回転し、記録紙Pを搬送する。5007,5008はフォトセンサで、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の回転方向切り換え等を行うためのホームポジション検知手段である。5016は記録ヘッドの前面をキャップするキャップ部材5022を支持する部材である。また、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を介して記録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にこれらが支持されている。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言うまでもない。又、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り換え等の公知の伝達手段で移動制御される。
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の領域に来た時にリードスクリュー5004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、本例にはいずれも適用できる。
These capping, cleaning, and suction recovery are configured so that desired processing can be performed at their corresponding positions by the action of the
図2はインクジェットカートリッジIJCの詳細な構成を示す外観斜視図である。 FIG. 2 is an external perspective view showing a detailed configuration of the ink jet cartridge IJC.
図2に示されているように、インクジェットカートリッジIJCはブラックインクを吐出するカートリッジIJCKとシアン(C)、マゼンタ(M)、イエロ(Y)の3色のカラーインクを吐出するカートリッジIJCCから構成されており、これら2つのカートリッジは互いに対して分離可能であり、夫々独立にキャリッジHCと脱着可能である。 As shown in FIG. 2, the ink jet cartridge IJC is composed of a cartridge IJCK that discharges black ink and a cartridge IJCC that discharges three color inks of cyan (C), magenta (M), and yellow (Y). These two cartridges are separable from each other and can be detached from the carriage HC independently of each other.
カートリッジIJCKはブラックインクを貯留するインクタンクITKとブラックインクを吐出して記録する記録ヘッドIJHKとから成り立っているが、これらは一体型の構成となっている。同様に、カートリッジIJCCはシアン(C)、マゼンタ(M)、イエロ(Y)の3色のカラーインクを貯留するインクタンクITCとこれらカラーインクを吐出して記録する記録ヘッドIJHCとから成り立っているが、これらは一体型の構成となっている。なお、この実施例ではインクタンク内にインクが充填されているカートリッジとなっている。 The cartridge IJCK includes an ink tank ITK that stores black ink and a recording head IJHK that discharges and records black ink. These cartridges have an integrated configuration. Similarly, the cartridge IJCC includes an ink tank ITC that stores three color inks of cyan (C), magenta (M), and yellow (Y), and a recording head IJHC that discharges and records these color inks. However, these are integrated. In this embodiment, the ink tank is filled with ink.
また、カートリッジIJCKやIJCCは一体型のみならず、インクタンクと記録ヘッドとが分離する構成のものを用いることもできる。 In addition, the cartridges IJCK and IJCC can be used not only as an integral type, but also as a configuration in which the ink tank and the recording head are separated.
記録ヘッドIJHは記録ヘッドIJHKと記録ヘッドIJHCとをまとめて言及するときに用いる。 The recording head IJH is used when collectively referring to the recording head IJHK and the recording head IJHC.
さらに、図2から明らかなように、ブラックインクを吐出するノズル列、シアンインクを吐出するノズル列、マゼンタインクを吐出するノズル列、イエロインクを吐出するノズル列はキャリッジ移動方向に並んで配置され、ノズルの配列方向はキャリッジ移動方向とは交差する方向となっている。 Further, as apparent from FIG. 2, the nozzle row for ejecting black ink, the nozzle row for ejecting cyan ink, the nozzle row for ejecting magenta ink, and the nozzle row for ejecting yellow ink are arranged side by side in the carriage movement direction. The nozzle arrangement direction intersects the carriage movement direction.
図3は3色のカラーインクを吐出する記録ヘッドIJHCの立体的な構造を示す斜視図である。 FIG. 3 is a perspective view showing a three-dimensional structure of a recording head IJHC that discharges three color inks.
図3からインクタンクITKから供給されるインクの流れが明らかになる。記録ヘッドIJHCには、シアン(C)インクを供給するインクチャネル2C、マゼンタ(M)インクを供給するインクチャネル2M、イエロ(Y)インクを供給するインクチャネル2Yがあり、インクタンクITKからは夫々のインクチャネルに基板の裏面側から夫々のインクを供給する供給路(不図示)が備えられている。
From FIG. 3, the flow of ink supplied from the ink tank ITK becomes clear. The recording head IJHC has an ink channel 2C that supplies cyan (C) ink, an
インク流路301C、301M、301Yが電気熱変換体(ヒータ)401に対応して設けられており、これらのインク流路を経てCインク、Mインク、Yインクは夫々、基板上に設けられた電気熱変換体(ヒータ)401まで導かれる。そして、電気熱変換体(ヒータ)401に対して後述する回路を通して通電されると、電気熱変換体(ヒータ)401上にあるインクに熱が与えられ、インクが沸騰し、その結果、生じた泡によって吐出口302C、302M、302Yからインク液滴900C、900M、900Yが吐出される。
なお、図3において、1は後で詳述する電気熱変換体やこれを駆動する種々の回路、メモリ、キャリッジHCとの電気的接点となる種々のパッド、種々の信号線が形成される記録ヘッド用基板(以下、ヘッド基板という)である。
In FIG. 3,
また、1つの電気熱変換体(ヒータ)及びこれを駆動するMOS−FETをまとめて記録素子といい、複数の記録素子を総称して記録素子部という。 One electrothermal transducer (heater) and the MOS-FET that drives the electrothermal converter are collectively referred to as a recording element, and a plurality of recording elements are collectively referred to as a recording element unit.
図3ではカラーインクを吐出する記録ヘッドIJHCの立体的な構造を示したが、ブラックインクを吐出する記録ヘッドIJHKも同様な構造をしている。ただし、その構造は図3に示す構成の3分の1である。即ち、インクチャネルは1つであり、配置する記録素子数が同じであればヘッド基板の規模も約3分の1程度となる。 Although FIG. 3 shows the three-dimensional structure of the recording head IJHC that discharges color ink, the recording head IJHK that discharges black ink also has the same structure. However, the structure is one third of the configuration shown in FIG. That is, there is one ink channel, and if the number of recording elements to be arranged is the same, the size of the head substrate is about one third.
次に、上述した記録装置の記録制御を実行するための制御構成について説明する。 Next, a control configuration for executing the recording control of the recording apparatus described above will be described.
図4は記録装置の制御回路の構成を示すブロック図である。 FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of the control circuit of the recording apparatus.
図4において、1700は記録信号を入力するインタフェース、1701はMPU、1702はMPU1701が実行する制御プログラムを格納するROM、1703は各種データ(上記記録信号や記録ヘッドに供給される記録データ等)を保存しておくDRAMである。1704は記録ヘッドIJHに対する記録データの供給制御を行うゲートアレイ(G.A.)であり、インタフェース1700、MPU1701、RAM1703間のデータ転送制御も行う。
In FIG. 4, 1700 is an interface for inputting a recording signal, 1701 is an MPU, 1702 is a ROM for storing a control program executed by the
さらに、1709は記録紙Pを搬送するための搬送モータ(図1では不図示)1706は搬送モータ1709を駆動するためのモータドライバ、1707はキャリッジモータ1710を駆動するためのモータドライバ、1705は記録ヘッドIJHを駆動するためのヘッドドライバである。
Further,
上記制御構成の動作を説明すると、インタフェース1700に記録信号が入るとゲートアレイ1704とMPU1701との間で記録信号がプリント用の記録データに変換される。そして、モータドライバ1706、1707が駆動されると共に、キャリッジHCに送られた記録データに従って記録ヘッドIJHが駆動され、記録紙P上への画像記録が行われる。
The operation of the control configuration will be described. When a recording signal enters the
なお、この実施例では、図2に示すような構成の記録ヘッドを用い、キャリッジ各走査において、記録ヘッドIJHKによる記録と記録ヘッドIJHCによる記録とが重ならないように制御する。カラー記録の場合、各走査毎に記録ヘッドIJHKと記録ヘッドIJHCとを交互に駆動する。例えば、キャリッジが往復走査する場合に、往路走査において記録ヘッドIJHKを駆動し、復路走査において記録ヘッドIJHCを駆動するように制御する。記録ヘッドの駆動制御はこのような制御のみならず、記録動作は往路走査のみで行い記録紙Pの搬送を行わずに2回の往路走査で記録ヘッドIJHKと記録ヘッドIJHCを夫々駆動するなどの他の制御を行っても良い。 In this embodiment, the recording head configured as shown in FIG. 2 is used, and control is performed so that the recording by the recording head IJHK and the recording by the recording head IJHC do not overlap in each scanning of the carriage. In the case of color recording, the recording head IJHK and the recording head IJHC are driven alternately for each scan. For example, when the carriage performs reciprocal scanning, control is performed so that the recording head IJHK is driven in the forward scanning and the recording head IJHC is driven in the backward scanning. The drive control of the print head is not limited to such control, and the print operation is performed only by the forward scan, and the print head IJHK and the print head IJHC are driven by the two forward scans without carrying the recording paper P. Other controls may be performed.
次に、記録ヘッドIJHに実装されるヘッド基板の構成とその動作について説明する。 Next, the configuration and operation of the head substrate mounted on the recording head IJH will be described.
図5は記録ヘッドIJHに作り込まれたヒータ駆動回路を形成するヘッド基板の構成例を示す図である。 FIG. 5 is a diagram showing a configuration example of a head substrate forming a heater driving circuit built in the recording head IJH.
なお、図5において、既に従来例の図17において説明したのと同じ構成要素には同じ参照番号を付し、その説明を省略する。また、図5に示す構成においても、従来例と同様に(m×x)個のヒータとスイッチング素子(MOSトランジスタ)が、夫々x個のヒータとスイッチング素子とからなるm個のグループに分割され、同時には各グループが1つずつのヒータが選択駆動される時分割駆動方式を採用した例を示している。 In FIG. 5, the same components as those already described in FIG. 17 of the conventional example are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. In the configuration shown in FIG. 5, as in the conventional example, (m × x) heaters and switching elements (MOS transistors) are divided into m groups each consisting of x heaters and switching elements. At the same time, an example is shown in which a time-division drive method in which one heater is selectively driven in each group is shown.
図5において、103−1〜103−mは定電流源群、105は基準電流回路である。 In FIG. 5, 103-1 to 103-m are constant current source groups, and 105 is a reference current circuit.
ヒータ駆動回路は、図5に示すように、各グループ毎にヒータに電流を供給するための定電流源103−1〜103−mが接続される。 As shown in FIG. 5, the heater driving circuit is connected to constant current sources 103-1 to 103-m for supplying current to the heaters for each group.
例えば、グループ1100−1では、ヒータ1101−11〜1101−1x各々に直列接続されたMOSトランジスタ1102−11〜1102−1のソース側端子は共通接続され、各グループのヒータの一端も共通接続されており、そのグループに対し定電流源103−1が接続される。また、電源配線108は各ヒータ1101−11〜1101−1xに共通接続端に接続されている。
For example, in the group 1100-1, the source side terminals of the MOS transistors 1102-11 to 1102-1 connected in series to each of the heaters 1101-11 to 1101-1x are commonly connected, and one end of the heater of each group is also commonly connected. The constant current source 103-1 is connected to the group. Further, the
ヒータ1101−11〜1101−1xの駆動用スイッチであるMOSトランジスタ1102−11〜1102−1xは電源配線108とグランド(GND)の間にそれぞれ直列に接続されている。また、ヒータ1101−11〜1101−1xに所定電流を流すための定電流源群の1つである高耐電圧MOSトランジスタ103−1は、MOSトランジスタ1102−11〜1102−1xとグランド(GND)の間に共通のスイッチとして直列に1個接続されている。なお、この実施例では、MOSトランジスタ(定電流源)103をその飽和領域で動作させることで所定電流を流せる構成としている。
MOS transistors 1102-11 to 1102-1x, which are driving switches for the heaters 1101-11 to 1101-1x, are connected in series between the
なお、他のグループ1100−2〜1100−mの構成もグループ1100−1と同様である。 The configurations of the other groups 1100-2 to 1100-m are the same as the group 1100-1.
従って、このヒータ駆動回路を全体として見ると、電源配線108側からヒータ1101−11〜1101−mx、スイッチとして機能するMOSトランジスタ1102−11〜1102−mx、定電流源群103−1〜103−m、グラウンド配線の順に直列に接続されている。そして、定電流源群103−1〜103−m各々が、対応するグループの共通接続端に定電流を出力する。なお、その出力電流値の大きさは基準電流回路105からの制御信号により調節される。
Accordingly, when viewing the heater driving circuit as a whole, the heaters 11011-11 to 1101-mx, the MOS transistors 1102-11 to 1102-mx functioning as switches, and the constant current source groups 103-1 to 103- from the
次に、以上の回路構成のヒータ駆動回路の動作について説明する。 Next, the operation of the heater drive circuit having the above circuit configuration will be described.
なお、この動作はm個のグループについて共通であるので、ここでは、x個のヒータで構成される1グループ分について説明する。 Since this operation is common to m groups, only one group composed of x heaters will be described here.
図6は、図5に示したヒータ駆動回路の1つのグループの構成を抜き出して示した回路図である。 FIG. 6 is a circuit diagram showing the configuration of one group of the heater drive circuit shown in FIG.
図6において、既に従来例の図17や図5において説明したのと同じ構成要素には同じ参照番号を付し、その説明を省略する。 In FIG. 6, the same components as those already described with reference to FIGS. 17 and 5 of the conventional example are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
また、図6において、VG1、VG2、……、VG(x−1)、VGxは、スイッチング用のMOSトランジスタ1102−11、1102−12、……、1102−1(x−1)、1102−1xのゲートに印加される制御回路1105から出力される制御信号を表し、Ih1、Ih2、……、Ih(x−1)、Ihxは、ヒータ1101−11、1101−12、……、1101−1(x−1)、1101−1xを流れる電流を表し、VCは基準電流回路105からの制御信号を表している。
In FIG. 6, VG1, VG2,..., VG (x-1), VGx are switching MOS transistors 1102-11, 1102-12, ... 1102-1 (x-1), 1102- , Ih1, Ih2,..., Ih (x-1), Ihx are heaters 1101-11, 1101-12,. 1 (x-1), 1101-1x, and VC represents a control signal from the reference
スイッチング用のMOSトランジスタ1102−11〜1102−1xは、ここでは簡単のために、理想的にドレインとソースとの2端子スイッチとして動作すると考え、VGi(i=1,x)の信号レベルが“H”であれば、そのスイッチはオン(ドレイン−ソース間が短絡)となり、“L”であればオフ(ドレイン−ソース間が開放)するものとして説明する。また、定電流源103−1は、その端子間にある電圧が印加されると制御信号VCにより設定された一定電流をその端子間に(図においては上から下方向へ)出力するものとする。 For the sake of simplicity, the switching MOS transistors 1102-11 to 1102-1x are considered to operate ideally as a two-terminal switch of a drain and a source, and the signal level of VGi (i = 1, x) is “ In the following description, it is assumed that the switch is turned on (the drain-source is short-circuited) if it is “H” and turned off (the drain-source is opened) if it is “L”. The constant current source 103-1 outputs a constant current set by the control signal VC between the terminals (from the top to the bottom in the figure) when a voltage between the terminals is applied. .
図7は制御信号(VGi)とその制御信号に応じてヒータに流れる電流(Ihi)の波形を示す図である。 FIG. 7 is a diagram showing the waveform of the control signal (VGi) and the current (Ihi) flowing through the heater according to the control signal.
例えば、制御信号VG1に関して言えば、時刻t1までの期間では“L”であり、定電流源103−1の出力とヒータ1101−11は遮断されており、そのヒータには電流が流れない。しかしながら、時刻t1からt2までの期間では“H”になり、電流源であるMOSトランジスタ1102−11のソース−ドレイン間が通電し、定電流源103−1からの出力電流がそのヒータに流れる。その後、時刻t2からは再び“L”となり、ヒータへの電流が遮断される。 For example, regarding the control signal VG1, it is “L” in the period up to time t1, the output of the constant current source 103-1 and the heater 1101-11 are cut off, and no current flows through the heater. However, during the period from the time t1 to the time t2, it becomes “H”, the current between the source and drain of the MOS transistor 1102-11 as the current source is energized, and the output current from the constant current source 103-1 flows to the heater. Thereafter, it becomes “L” again from time t2, and the current to the heater is cut off.
制御信号VG2、……、VGxについても同様である。 The same applies to the control signals VG2,.
なお、ヒータへの電流の投入時間は制御信号VGiにより制御され、ヒータへの投入電流Ihiの大きさは定電流源103−1への制御信号VCにより制御される。 The current application time to the heater is controlled by the control signal VGi, and the magnitude of the heater input current Ihi is controlled by the control signal VC to the constant current source 103-1.
このように、時刻t1から時刻t2の期間に、ヒータ1101−11に電流が流れると、そのヒータ上面のインクは加熱・発泡し、その結果、対応するノズルからインクが吐出し、インクドットが記録される。 As described above, when a current flows through the heater 1101-11 during the period from the time t1 to the time t2, the ink on the upper surface of the heater is heated and foamed. As a result, the ink is ejected from the corresponding nozzle and the ink dot is recorded. Is done.
以下同様にして、図7に示すタイミングチャートに示す信号に従って、順次、ヒータ1101−11〜1101−1xへ電流が流れ、その結果、加熱されたインクの吐出によるインクドットの記録と、ヒータ1101−11〜1101−1xへの電流投入の停止が行われる。 In the same manner, the current sequentially flows to the heaters 11011-11 to 1101-1x in accordance with the signals shown in the timing chart shown in FIG. 7, and as a result, the recording of the ink dots by the ejection of the heated ink and the heater 1101- The current supply to 11 to 1101-1x is stopped.
以上の構成により、基準電流回路105により定電流源103−1の出力電流値が設定され、その設定された出力電流はMOSトランジスタ1102−11〜1102−1xにより所望の時間、ヒータ1101−11〜1101−1xに流れる。
With the above configuration, the output current value of the constant current source 103-1 is set by the reference
なお、実際の動作では、MOSトランジスタ1102−11〜1102−1xがオンの時はソース−ドレイン間に抵抗が存在するが、この抵抗における電圧降下分に対し十分に高い電源電圧を設定することで、定電流源の出力電流がそのままヒータに流れ、オン抵抗が存在しない場合と実質的に何ら変わらない動作が実現される。 In actual operation, a resistance exists between the source and the drain when the MOS transistors 1102-11 to 1102-1x are on. By setting a sufficiently high power supply voltage with respect to the voltage drop in the resistance. The output current of the constant current source flows to the heater as it is, and an operation substantially the same as when no on-resistance exists is realized.
以下、以上の回路構成と動作を行うヒータ駆動回路を形成した本発明に従うヘッド基板の回路レイアウト構成について説明する。 Hereinafter, the circuit layout configuration of the head substrate according to the present invention in which the heater driving circuit for performing the above circuit configuration and operation will be described.
図8は本発明の実施例1に従うヘッド基板のレイアウト構成を示す図である。 FIG. 8 is a diagram showing a layout configuration of the head substrate according to the first embodiment of the present invention.
図8は図5に示したヒータ駆動回路(等価回路)の中のヒータ、トランジスタ、制御回路、定電流源といった各素子について、ヘッド基板上での実体配置を示すためのレイアウト構成の一例である。従って、図8においても、図5で言及した構成要素に対応する配置領域には同じ参照番号を付している。また、本発明に従うヘッド基板は矩形の基板であり、その基板には短辺と長辺とがある。そして、ヘッド基板の長辺に沿った方向(長手方向)にヒータやスイッチング用のトランジスタなどを配列している。
例えば、グループ1100−1にはヒータ1101−11〜1101−1xを有するヒータ群とスイッチング用のMOSトランジスタ1102−11〜1102−1xを有するトランジスタ群が形成されている。グループ1100−2にはヒータ1101−21〜1101−2xを有するヒータ群とスイッチング用のMOSトランジスタ1102−21〜1102−2xを有するトランジスタ群が形成されている。同様に、グループ1100−mにはヒータ1101−m1〜1101−mxを有するヒータ群とMOSトランジスタ1102−m1〜1102−mxを有するトランジスタ群が形成されている。また、m個のグループ各々に対応して、グループ毎に電流を供給するm個の定電流源103−1〜103−mからなる定電流源群103が形成される。
FIG. 8 is an example of a layout configuration for showing an actual arrangement on the head substrate for each element such as a heater, a transistor, a control circuit, and a constant current source in the heater driving circuit (equivalent circuit) shown in FIG. . Therefore, also in FIG. 8, the same reference numerals are assigned to the arrangement regions corresponding to the components referred to in FIG. The head substrate according to the present invention is a rectangular substrate, and the substrate has a short side and a long side. A heater, a switching transistor, and the like are arranged in a direction (longitudinal direction) along the long side of the head substrate.
For example, in the group 1100-1, a heater group having heaters 1101-111 to 1101-1x and a transistor group having switching MOS transistors 1102-11 to 1102-1x are formed. In the group 1100-2, a heater group having heaters 1101-21 to 1101-2x and a transistor group having switching MOS transistors 1102-21 to 1102-2x are formed. Similarly, in the group 1100-m, a heater group having heaters 1101-m1-1101-mx and a transistor group having MOS transistors 1102-m1-110-mx are formed. Further, a constant
なお、ヘッド基板の短辺に沿った方向(短手)には、VHコンタクトなど種々のコンタクトやキャリッジとの電気的接点となる入出力パッド群1501が形成される。
In the direction along the short side of the head substrate (short side), various contacts such as VH contacts and input /
図9は図8に示したヘッド基板を用いたインクジェット記録ヘッドの部分断面図である。 FIG. 9 is a partial sectional view of an ink jet recording head using the head substrate shown in FIG.
図9に示されるように、ヘッド基板1に設けられたヒータ1101−2Xに対向した位置に吐出口302が設けられており、ヘッド基板1の端部に形成されたインク供給路20を介してヒータ位置に供給されたインクが加熱されて吐出口302から吐出される。
As shown in FIG. 9, an
また、図10は図8に示したヘッド基板の電源配線部分のレイアウトを示す図である。 FIG. 10 is a diagram showing a layout of the power supply wiring portion of the head substrate shown in FIG.
図10から分かるように、電源配線1601−1〜1601−mは電源パッド1103に接続されグループ1100−1〜1100−mのヒータ1101−11〜1101−mxにVHコンタクトを介して接続される。一方、電源配線1602−1〜1602−mには定電流源群103の出力側の端子とMOSトランジスタ1102−11〜1102−mxのソース側端子がグループ毎にそれぞれ接続される。定電流源群103のグランド(GND)側端子は電源配線1603を介して共通にGNDパッド1104に接続される。
As can be seen from FIG. 10, the power supply wirings 1601-1 to 1601-m are connected to the
図8に示すレイアウト構成から分かるように、定電流源103−1〜mは、グループの領域1100−1〜mに夫々配置されてはおらず、ヒータ群およびトランジスタ群と、入出力パッド群1501との間の領域に複数の定電流源が集合した定電流源群として配置されている。
As can be seen from the layout configuration shown in FIG. 8, the constant current sources 103-1 to 103-1m are not arranged in the group regions 1100-1 to 1100-1m, respectively, and the heater group, the transistor group, the input /
さて、通常、高速記録を行う観点から多くのヒータを配列するためヘッド基板の長さは、ヒータ配列方向の長さが長く、即ち、図8及び図10における横方向に長く、また、ヘッド基板の面積を縮小する観点からヒータの配列方向に垂直な方向に短くなるように配置する。この細長い形状のためヒータ配列と垂直方向のヘッド基板の長さが伸びると、ヘッド基板の面積が著しく増大し、1枚のウェハに形成できるヘッド基板の個数を著しく減少させてしまう。 Now, since many heaters are usually arranged from the viewpoint of performing high-speed recording, the length of the head substrate is long in the heater arrangement direction, that is, in the lateral direction in FIG. 8 and FIG. From the viewpoint of reducing the area of the heater, the heater is arranged to be shorter in the direction perpendicular to the heater arrangement direction. Due to this elongated shape, when the length of the head substrate in the direction perpendicular to the heater array is extended, the area of the head substrate is remarkably increased, and the number of head substrates that can be formed on one wafer is remarkably reduced.
このため、この実施例によれば、ヒータ配列に平行する部分(ヒータの配列方向と直交する方向)の領域には、できるだけ少ない種類の回路や素子だけを配置するようにしている。図8に示す例では、ヒータの数と同数必要な駆動素子(MOSトランジスタ)や、それを制御する制御回路のみを配置し、それ以外の回路素子(例えば、定電流源群)や入出力パッドをヒータ配列の延長線にある基板端部側にまとめて配置することでヘッド基板の面積の増大を抑えるようにしている。 For this reason, according to this embodiment, as few types of circuits and elements as possible are arranged in a region parallel to the heater array (in a direction orthogonal to the heater array direction). In the example shown in FIG. 8, only the number of driving elements (MOS transistors) necessary for the number of heaters and the control circuit for controlling them are arranged, and other circuit elements (for example, constant current source group) and input / output pads are arranged. Are collectively arranged on the substrate end side on the extension line of the heater array, thereby suppressing an increase in the area of the head substrate.
この実施例では、具体的には、ヒータの数に比べ少ない素子数で構成される定電流源を入出力パッド部とヒータ配列部分との間に配置することにより、定電流駆動に関わる回路による基板サイズの増大を抑えるようにしている。 Specifically, in this embodiment, a constant current source configured with a smaller number of elements than the number of heaters is arranged between the input / output pad portion and the heater arrangement portion, thereby allowing a circuit related to constant current driving. The increase in the substrate size is suppressed.
また、本発明に従う定電流源群の配置は上記ヘッド基板サイズの大型化を防止する観点からだけではなく、以下のような理由にもよる。 Further, the arrangement of the constant current source groups according to the present invention is not only from the viewpoint of preventing the head substrate size from being increased, but also for the following reasons.
図5において、定電流源群から各グループ内のヒータまでの配線では、各グループ内での同時駆動可能なヒータの数が1つであるため電圧降下の差異は生じないが、定電流源からGNDパッド1104までの配線には複数のグループを流れた電流が流れるため、同時駆動されるヒータ数に依存して電圧降下量が変化する。この実施例では、図10に示したように、各グループの定電流源をまとめて入出力パッドの近傍の領域(ヒータ群やスイッチング用MOSトランジスタ群と入出力パッドとの間の領域)に配置することにより、パッドから定電流源までの距離を短くしているので、定電流源までの配線で生じる電圧降下量の変動をも少なくしている。
In FIG. 5, in the wiring from the constant current source group to the heaters in each group, there is no difference in voltage drop because there is only one heater that can be driven simultaneously in each group. Since the current flowing through the plurality of groups flows through the wiring to the
また、図10に示されるように、GNDパッドから複数の定電流源に対する配線1603の長さがほぼ等距離となっているので、GNDパッドから各定電流源までの配線抵抗を実質的に等しくすることができる。これによって、夫々の定電流源を構成するMOSトランジスタのソース電圧も等しくすることができ、信頼性の高い安定したMOSトランジスタの駆動に貢献する。
Further, as shown in FIG. 10, since the length of the
さらに図10に示されるように、所定電流を流す定電流源群103から各スイッチング用のMOSトランジスタまでの電源配線1601−1〜1601−mや電源配線1602−1〜1602−mなどの共通配線は、グループ間で実質的に同等の配線抵抗になるように、配線長が長いほど、その幅を広くしている。このため、配線抵抗が高いものに電圧をそろえて設定する必要がなく電気的な損失を低減することもできる。
Further, as shown in FIG. 10, common wires such as power supply wires 1601-1 to 1601-m and power supply wires 1602-1 to 1602-m from the constant
図11は本発明の実施例2に従うヘッド基板のレイアウト構成を示す図である。 FIG. 11 is a diagram showing a layout configuration of the head substrate according to the second embodiment of the present invention.
図11は図5に示したヒータ駆動回路を実現するレイアウト構成の一例である。なお、図11に示された一点鎖線は対称軸を示している。従って、図11においても、図5で言及したのと同じ構成要素には同じ参照番号を付している。 FIG. 11 is an example of a layout configuration for realizing the heater driving circuit shown in FIG. In addition, the dashed-dotted line shown by FIG. 11 has shown the axis of symmetry. Therefore, also in FIG. 11, the same reference numerals are given to the same components as mentioned in FIG.
また、図12は図11に示したヘッド基板の電源配線のレイアウトを示す図である。 FIG. 12 is a diagram showing the layout of the power supply wiring of the head substrate shown in FIG.
この実施例のレイアウトは、図5に示したヒータ駆動回路を4つ分、同一のヘッド基板上に対称に配置した例である。各回路の動作は実施例1で説明したのと同一である。従って、参照番号は4つの区画の内、1つについてのみ付している。この構成では、例えば、図3に示すように、基板中央にあけられた穴(インク供給口2C、2M、2Y)からインクがヘッド基板上面に配置されたヒータに供給されることより、ヒータに電流を投入することでインクを紙面上面に吐出させることができる。
The layout of this embodiment is an example in which four heater driving circuits shown in FIG. 5 are arranged symmetrically on the same head substrate. The operation of each circuit is the same as that described in the first embodiment. Therefore, the reference number is attached to only one of the four sections. In this configuration, for example, as shown in FIG. 3, the ink is supplied to the heater disposed on the upper surface of the head substrate from a hole (
従って、図11に示す構成であれば、4つの定電流源ブロックであるヒータ駆動回路に電流を供給でき、これらのブロックに含まれる夫々(x×m)個のヒータは同じ色のインクを吐出する4群のノズル列に対応付けられるように記録ヘッドを構成しても良いし、異なる色のインクを吐出する4群のノズル列に対応付けられるように構成しても良い。 Therefore, with the configuration shown in FIG. 11, current can be supplied to the heater driving circuit, which is four constant current source blocks, and each of the (x × m) heaters included in these blocks ejects the same color ink. The recording head may be configured to be associated with the four groups of nozzle rows, or may be configured to be associated with the four groups of nozzle rows that eject different color inks.
図12に示すように、この実施例に従う構成では、左右(ヘッド基板の2つの短辺側)に配置されたパッドからの電源配線の長さが最大でも基板中央までの長さであるため、電源配線による電圧降下を効率的に抑えられるという効果がある。 As shown in FIG. 12, in the configuration according to this embodiment, the length of the power supply wiring from the pads arranged on the left and right (two short sides of the head substrate) is at most the length to the center of the substrate. There is an effect that the voltage drop due to the power supply wiring can be efficiently suppressed.
再び、図11に言及すると、定電流源群は、ヘッド基板上において、対応するヒータ配列群それと隣接するパッド群との間に配置される。この場合も、実施例1と同様に定電流駆動に関わる回路によるヘッド基板のサイズの増大を抑えることができる。 Referring to FIG. 11 again, the constant current source group is disposed on the head substrate between the corresponding heater array group and the adjacent pad group. Also in this case, similarly to the first embodiment, an increase in the size of the head substrate due to a circuit related to constant current driving can be suppressed.
図13はこの実施例に従う定電流駆動方式を用いた記録ヘッドIJHのヘッド基板の構成を示す回路ブロック図である。なお、図13においても、これまでに説明で言及したのと同じ構成要素には同じ参照番号を付している。また、図13において、1102−11〜1102−mxはスイッチとして描かれているが、これまでに説明したようにその実体はスイッチング素子として機能するMOSトランジスタである。 FIG. 13 is a circuit block diagram showing the configuration of the head substrate of the recording head IJH using the constant current driving method according to this embodiment. Also in FIG. 13, the same reference numerals are given to the same components as mentioned in the description so far. In FIG. 13, 1102-11 to 1102-mx are depicted as switches, but as described above, the substance is a MOS transistor that functions as a switching element.
この回路構成は大きく分けて、基準電圧回路101、電圧電流変換回路102、基準電流回路103、及び、n個の定電流源ブロック(ヒータ駆動回路)106−1〜106−nから構成されている。
This circuit configuration is roughly divided into a
従って、図13に示す構成であれば、n個の定電流源ブロック(ヒータ駆動回路)に電流を供給でき、これらのブロックに含まれる夫々(x×m)個のヒータは同じ色のインクを吐出するn群のノズル列に対応付けられても良いし、異なる色のインクを吐出するn群のノズル列に対応付けられても良い。 Therefore, with the configuration shown in FIG. 13, current can be supplied to n constant current source blocks (heater driving circuits), and (xxm) heaters included in these blocks receive ink of the same color. It may be associated with n groups of nozzle rows to be ejected, or may be associated with n groups of nozzle rows that eject ink of different colors.
基準電圧回路101は電圧電流変換回路102が用いる基準電圧(Vref)を生成する。そして、電圧電流変換回路102では基準電圧(Vref)を元に電圧電流変換を行い、基準電流(Iref)を生成する。次に、電圧電流変換回路102で生成された基準電流(Iref)をもとに基準電流回路105では、複数の基準電流IR1〜IRnを生成する。基準電圧(Iref)からはカレントミラー回路により、基準電流(Iref)電流に比例する複数の基準電流IR1〜IRnが生成され、n個の定電流源ブロック106に対し、基準電流IR1〜nを供給する。
The
定電流源ブロック106−1〜106−nでは、基準電流IR1〜nを基準として、夫々各定電流源ブロック内の定電流源群103−1〜103−mにより、基準電流IR1〜nに比例する定電流Iha〜mを出力する。なお、各電流源群における動作は実施例1と同一なので、その説明は省略する。 In the constant current source blocks 106-1 to 106-n, the reference currents IR1 to n are proportional to the reference currents IR1 to n by the constant current source groups 103-1 to 103-m in the respective constant current source blocks with reference to the reference currents IR1 to IRn. Constant currents Iha to m are output. Since the operation in each current source group is the same as that in the first embodiment, the description thereof is omitted.
図14はこの実施例に従うヘッド基板のレイアウト構成を示す図である。 FIG. 14 is a diagram showing a layout configuration of a head substrate according to this embodiment.
図14は図13に示したヘッド基板の回路を実現するレイアウト構成の一例である。なお、図14に示された一点鎖線は対称軸を示している。従って、図14においても、これまでに説明で言及したのと同じ構成要素には同じ参照番号を付している。 FIG. 14 shows an example of a layout configuration for realizing the circuit of the head substrate shown in FIG. In addition, the dashed-dotted line shown by FIG. 14 has shown the axis of symmetry. Therefore, also in FIG. 14, the same reference numerals are given to the same components as mentioned in the description so far.
この実施例では4個のヘッド駆動回路をもつ例について説明する。 In this embodiment, an example having four head drive circuits will be described.
図14に示す例においても実施例2と同様に、4つの定電流源群各々はヒータ配列とそれに隣接するパッド群との間に配置される。また基準電圧回路、電流電圧変換回路および基準電流回路はまとめてヒータ配列とパッド群との間に配置される。 In the example shown in FIG. 14 as well, as in the second embodiment, each of the four constant current source groups is arranged between the heater array and a pad group adjacent thereto. The reference voltage circuit, current-voltage conversion circuit, and reference current circuit are collectively arranged between the heater array and the pad group.
また、図14に示す例では、基準電圧回路101、電圧電流変換回路102、及び基準電流回路105は同一箇所に配置(破線で囲まれた領域)されているが、この図の左右の反対側にあるヒータ配列とパッド群との間に分割されて配置しても良い。
In the example shown in FIG. 14, the
ともあれ、この実施例に従えば、このような配置をすることで実施例1、2と同様に定電流駆動に関わる回路によるヘッド基板のサイズの増大を抑えることができる。 In any case, according to this embodiment, such an arrangement can suppress an increase in the size of the head substrate due to a circuit related to constant current driving as in the first and second embodiments.
図15は図14に示した回路構成を2系統分、同一基板上に設けたレイアウト構成の一例を示す図である。 FIG. 15 is a diagram showing an example of a layout configuration in which two circuit configurations shown in FIG. 14 are provided on the same substrate.
この例では、ヒータに印加する電流を2系統独立に設定できるため、例えば、2つの異なる量のインクを吐出させるために適合したヒータの配列を混在して同一基板上に構成できる。 In this example, the currents to be applied to the heaters can be set independently for two systems. For example, an array of heaters suitable for discharging two different amounts of ink can be mixed and configured on the same substrate.
図16は、ヒータ配列が複数配置されたレイアウト構成の一例を示す図である。
この例の構成は、カラー記録用に複数色のインクを同一基板上に設けられたヒータにより吐出させる場合などに適している。
FIG. 16 is a diagram illustrating an example of a layout configuration in which a plurality of heater arrays are arranged.
The configuration of this example is suitable when, for example, a plurality of colors of ink are ejected by a heater provided on the same substrate for color recording.
なお、図15〜図16ではインク供給口2−1、2−2、……2−nが図示されている。他の構成要素については既に説明したのと同じであるので、同じ参照番号を付し、その説明は省略する。 15 to 16, ink supply ports 2-1, 2-2,..., 2-n are shown. Since the other components are the same as those already described, the same reference numerals are given and description thereof is omitted.
101 基準電圧回路
102 電圧電流変換回路
103 定電流源群
103−1〜103−m 定電流源
105 基準電流回路
106−1〜106−n 電流源ブロック
1101−11〜1101mx ヒータ
1102−11〜1102mx MOSトランジスタ
1105 制御回路
IJH 記録ヘッド
DESCRIPTION OF
Claims (13)
前記基板は長辺と短辺とを有する基板であり、
前記基板の長手方向に前記複数の記録素子と前記複数のスイッチング素子とを配列し、
前記基板の短手側の端部に前記複数の記録素子を駆動するために用いる駆動信号や制御信号を入力するための端子を配置し、
前記定電流を流すための定電流源は、前記端子が配置された第1の領域と、前記複数の記録素子と前記複数のスイッチング素子とが配列された第2の領域との間の領域に配置されていることを特徴とする記録ヘッド用基板。 Printhead substrate employing a driving method for driving the plurality of recording elements by passing a constant current through a plurality of switching elements corresponding to the plurality of recording elements to the plurality of recording elements provided on the substrate Because
The substrate is a substrate having a long side and a short side,
Arranging the plurality of recording elements and the plurality of switching elements in a longitudinal direction of the substrate;
A terminal for inputting a drive signal and a control signal used for driving the plurality of recording elements is arranged at an end portion on a short side of the substrate,
The constant current source for causing the constant current to flow is in a region between a first region in which the terminals are arranged and a second region in which the plurality of recording elements and the plurality of switching elements are arranged. A substrate for a recording head, wherein the substrate is arranged.
前記電流源は複数個、前記複数のグループ各々に対応して設けられ、
前記複数の電流源は、前記第1の領域と前記第2の領域との間の領域にまとめて配置されていることを特徴とする請求項1に記載の記録ヘッド用基板。 The plurality of recording elements are grouped into a plurality of groups, recording elements belonging to the same group are not driven simultaneously, and a plurality of recording elements belonging to different groups are driven simultaneously,
A plurality of the current sources are provided corresponding to each of the plurality of groups,
2. The printhead substrate according to claim 1, wherein the plurality of current sources are collectively arranged in a region between the first region and the second region.
前記基準電流を基準電圧に基づいて発生する電圧電流変換回路と、
前記基準電圧を発生する基準電圧回路とをさらに有し、
前記基準電流回路と、前記電圧電流変換回路と、前記基準電圧回路とを前記第1の領域と、前記第2の領域との間に配置することを特徴とする請求項1に記載の記録ヘッド用基板。 A reference current circuit for generating a reference current used by the constant current source to generate a constant current;
A voltage-current conversion circuit that generates the reference current based on a reference voltage;
A reference voltage circuit for generating the reference voltage;
The recording head according to claim 1, wherein the reference current circuit, the voltage-current conversion circuit, and the reference voltage circuit are disposed between the first region and the second region. Substrate.
A recording apparatus that performs recording by discharging ink onto a recording medium using the inkjet recording head according to claim 11 or the head cartridge according to claim 12.
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JP2011245801A (en) * | 2010-05-28 | 2011-12-08 | Canon Inc | Semiconductor device, liquid discharge head, liquid discharge head cartridge, and liquid discharge apparatus |
JP2015217541A (en) * | 2014-05-14 | 2015-12-07 | キヤノン株式会社 | Recording element substrate, recording head and recording device |
-
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