JP2014000797A - 記録素子基板、記録ヘッド、及び記録装置 - Google Patents

記録素子基板、記録ヘッド、及び記録装置 Download PDF

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Abstract

【課題】複数の記録要素の特性ばらつきを解消する。
【解決手段】記録素子基板は、複数のグループを構成する複数の記録素子と、外部から受信したデジタル信号に基づいて、前記複数のグループに各々に定められた閾値信号とランプ信号とを生成する第1生成部と、前記複数のグループの各々に対応して設けられ、前記ランプ信号と前記閾値信号に基づいて、前記記録素子を駆動する期間を定めるイネーブル信号を生成する第2生成部と、を備えることを特徴とする。
【選択図】図7

Description

本発明は、記録素子基板、記録ヘッド、及び記録装置に関する。
プリンタ等に代表される記録装置の記録ヘッドが備える記録素子基板は、複数の記録要素を備えうる。各記録要素の特性は、互いに等しいことが望ましい。例えば、特許文献1には、各記録要素を駆動するために供給される電圧が等しくなるレイアウトが開示されており、具体的には、当該電圧を生成するための回路のうちトランジスタと抵抗とが異なる位置に配されている。より具体的には、トランジスタは、駆動回路(ドライバトランジスタ、ロジック回路及び昇圧回路)の少なくともいずれかに配置され、抵抗は、駆動回路と記録素子基板の辺との間に配されている。特許文献1によると、このレイアウトは、電源供給用の配線の抵抗成分を低減し、各記録要素に供給される電圧を等しくしている。
特開2007−022069号公報
図14にヒータHTを構成する記録要素の断面を示す。ヒータHTは、電気配線層51、保護絶縁膜52、耐キャビテーション膜53を含みうる。記録要素を駆動するために必要なエネルギの値は、これらの膜厚が記録要素ごとに異なる等の製造ばらつきにより、記録要素ごとに異なりうる。一方で、記録要素を駆動するためのヒートイネーブル信号(HE)には、チップ全体又は複数の記録要素を含むグループの各々において、共通の信号が用いられうる。よって、記録要素ごとに負荷が異なるという問題があった。
本発明の目的は、複数の記録要素の特性ばらつきを解消するのに有利な技術を提供することにある。
本発明の一つの側面は記録素子基板にかかり、前記記録素子基板は、複数のグループを構成する複数の記録素子と、外部から受信したデジタル信号に基づいて、前記複数のグループに各々に定められた閾値信号とランプ信号とを生成する第1生成部と、前記複数のグループの各々に対応して設けられ、前記ランプ信号と前記閾値信号に基づいて、前記記録素子を駆動する期間を定めるイネーブル信号を生成する第2生成部と、を備えることを特徴とする。
本発明によれば、複数の記録要素の特性ばらつきを解消することができる。
本発明の一実施の形態に係わるインクジェット記録装置1の外観構成の一例を示す斜視図。 図1に示す記録装置1の機能的な構成の一例を示す図。 記録素子基板の参考例を説明する図。 第1実施形態の記録素子基板の構成例を説明する図。 第1実施形態のヒートイネーブル信号の生成方法の例を説明する図。 第1実施形態の記録素子基板の回路構成例を説明する図。 第1実施形態のヒートイネーブル信号を生成する回路の構成例を説明する図。 第1実施形態の記録素子基板を駆動するタイミングチャートの例を説明する図。 第2実施形態の記録素子基板の構成例を説明する図。 第3実施形態の記録素子基板の構成例を説明する図。 第3実施形態の記録素子基板の回路構成例を説明する図。 第3実施形態の記録素子基板を駆動するタイミングチャートの例を説明する図。 第4実施形態のD/Aコンバータの構成例を説明する図。 記録要素が備えるヒータの構成例を説明する図。 第1実施形態の補足の説明する図。 第1実施形態の補足の説明する図。
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。以下の説明においては、インクジェット記録方式を用いた記録装置を例に挙げて説明する。記録装置としては、例えば、記録機能のみを有するシングルファンクションプリンタであっても良いし、また、例えば、記録機能、FAX機能、スキャナ機能等の複数の機能を有するマルチファンクションプリンタであっても良い。また、例えば、カラーフィルタ、電子デバイス、光学デバイス、微小構造物等を所定の記録方式で製造するための製造装置であっても良い。
なお、以下の説明において、「記録」とは、文字、図形等有意の情報を形成する場合のみならず、有意無意を問わない。更に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も問わず、広く記録媒体上に画像、模様、パターン、構造物等を形成する、又は媒体の加工を行なう場合も表す。
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、樹脂、木材、皮革等、インクを受容可能なものも表す。
更に、「インク」とは、上記「記録」の定義と同様広く解釈されるべきものである。従って、記録媒体上に付与されることによって、画像、模様、パターン等の形成又は記録媒体の加工、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。
図1は、本発明の一実施の形態に係わるインクジェット記録装置1の外観構成の一例を示す斜視図である。
インクジェット記録装置(以下、記録装置と呼ぶ)1は、インクジェット方式に従ってインクを吐出して記録を行なうインクジェット記録ヘッド(以下、記録ヘッドと呼ぶ)3をキャリッジ2に搭載し、キャリッジ2を矢印A方向に往復移動させて記録を行なう。記録装置1は、給紙機構5を介して記録紙などの記録媒体Pを給紙し、記録位置まで搬送する。そして、その記録位置において記録ヘッド3から記録媒体Pにインクを吐出することで記録を行なう。
記録装置1のキャリッジ2には、記録ヘッド3の他、例えば、インクカートリッジ6が搭載される。インクカートリッジ6は、記録ヘッド3に供給するインクを貯留する。なお、インクカートリッジ6は、キャリッジ2に対して着脱自在になっている。
図1に示す記録装置1は、カラー記録が可能である。そのため、キャリッジ2には、マゼンタ(M)、シアン(C)、イエロ(Y)、ブラック(K)のインクをそれぞれ収容する4つのインクカートリッジが搭載されている。これら4つのインクカートリッジは、それぞれ独立して着脱できる。
本実施形態に係わる記録ヘッド3は、熱エネルギを利用してインクを吐出するインクジェット方式を採用している。そのため、記録ヘッド3は、電気熱変換体を備えている。電気熱変換体は、各吐出口のそれぞれに対応して設けられ、記録信号に応じて対応する電気熱変換体にパルス電圧を印加する。これにより、対応する吐出口からインクが吐出される。なお、本実施形態においては、インクの吐出方式として、ヒータを用いてインクを吐出する場合について説明するが、これに限定されない。例えば、ピエゾ素子を用いた方式、静電素子を用いた方式、MEMS素子を用いた方式など、様々なインクジェット方式を採用しても良い。
図2は、図1に示す記録装置1の機能的な構成の一例を示す図である。
ここで、コントローラ600は、MPU601、ROM602、特殊用途集積回路(ASIC)603、RAM604、システムバス605、A/D変換器606などを具備して構成される。
ROM602は、後述する制御シーケンスに対応したプログラム、所要のテーブル、その他の固定データを格納する。ASIC603は、キャリッジモータM1の制御、搬送モータM2の制御を行なう。また、ASIC603は、記録ヘッド3を制御するための制御信号の生成も行なう。RAM604は、画像データの展開領域やプログラム実行のための作業用領域等として用いられる。システムバス605は、MPU601、ASIC603、RAM604を相互に接続してデータの授受を行なう。A/D変換器606は、後述するセンサ群から入力されるアナログ信号をA/D変換し、変換後のデジタル信号をMPU601に供給する。
620は、スイッチ群であり、電源スイッチ621、プリントスイッチ622、回復スイッチ623などを具備して構成される。630は、装置状態を検出するためのセンサ群であり、位置センサ631、温度センサ632等から構成される。ASIC603は、記録ヘッド3の走査に際して、RAM604の記憶領域に直接アクセスしながら記録ヘッド3に対して記録素子を駆動するためのデータを転送する。
キャリッジモータM1は、キャリッジ2を矢印A方向に往復走査させるための駆動源であり、キャリッジモータドライバ640は、キャリッジモータM1の駆動を制御する。搬送モータM2は、記録媒体Pを搬送するための駆動源であり、搬送モータドライバ642は、搬送モータM2の駆動を制御する。
記録ヘッド3は、記録媒体Pの搬送方向と直交する方向(以下、走査方向と呼ぶ)に向けて走査される。具体的には、当該記録媒体に対して相対的に走査される。
また、610は、画像データの供給源となるコンピュータ(或いは、画像読取用のリーダやデジタルカメラなど)であり、例えば、ホスト装置などと称される。ホスト装置610と記録装置1との間では、インタフェース(以下、I/Fと呼ぶ)611を介して画像データ、コマンド、ステータス信号等の授受が行なわれる。
<参考例>
以下、各実施形態を説明するに先立って、上述の記録ヘッドが備える記録素子基板(記録ヘッド用基板)の構成とその駆動方法の参考例を記す。図3(a)は、記録素子基板100D(以下、「基板100D」)の構成を模式的に示したブロック図である。基板100Dは、例えば、矩形形状をしている。基板100Dは、インク供給路110を備えうる。図3(a)では、例として、2つのインク供給路110を示したが、インク供給路110は、1つでもよいし、3つ以上でもよい。インク供給路110は、その長辺が基板100Dの辺(長辺又は短辺)の方向に沿うように配されている。また、基板100Dは、ヒータアレイ120及び制御部130をさらに備える。ヒータアレイ120は、複数の記録要素MEを含み、各記録要素MEは、例えば、ヒータ(電気熱変換体)及び駆動素子を有している。また、インク供給路110は、例えば、矩形形状をしており、複数の記録要素MEのそれぞれにインクを供給する。ヒータアレイ120は、複数の記録要素MEがインク供給路110の2つの長辺に沿って列状にそれぞれ配されて構成されている。また、複数のパッド140が基板100Dの辺に沿って配されている。
制御部130は、例えば、信号を入力するための入力部131と、ヒータアレイ120の各記録要素MEを選択して駆動する駆動部132と、を備える。外部からパッド1404を介して入力された制御信号、例えば、ヒートイネーブル信号HEは、入力部131によって駆動部132に入力される。ヒートイネーブル信号HEの入力方法には、基板全体で共通の信号を入力する方法、ヒータアレイ120ごとに異なる信号を入力する方法、基板全体を複数の領域に分割してそれぞれ入力する方法等がある。ここでは、ヒートイネーブル信号HEを、ヒータアレイ120ごとに入力する方法を用いた場合について述べる。駆動部132は、選択された各記録要素MEを、ヒートイネーブル信号HEのパルス幅に応じた時間にしたがって駆動しうる。このようにして、制御部130は、各記録要素MEの動作を制御する。より具体的な例を、以下、図3(b)を参照しながら、説明する。
図3(b)は、ヒータアレイ120及び制御部130の回路構成の例を模式的に示している。ここでは、制御部130を構成する入力回路150、シフトレジスタSR1及びデコーダDEC、並びに、ヒータアレイ120を構成する複数のグループG1〜Gmが配されている。以下では、グループG1〜Gmを代表してグループGと呼ぶ。制御部130には、パッド140を介して、ヒートイネーブル信号HEの他、クロック信号CLK、ラッチ信号LT、記録データDATAを含む信号がそれぞれ入力される。これらの信号は、入力回路150を介してシフトレジスタSR1やデコーダDECに入力される。クロック信号CLKは、シフトレジスタSR1に入力される信号であり、シフトレジスタSR1の各レジスタが保持する状態(情報)は、クロック信号CLKにしたがって次段のレジスタにそれぞれシフトする。ラッチ信号LTは、シフトレジスタSR1を初期化する信号である。基板100Dは、例えば、図3(c)に例示されるようなタイミングチャートによって駆動される。記録データDATAは、記録データ信号161と時分割信号162とを含み、これらはシフトレジスタSR1にそれぞれ保持される。記録データ信号161は、記録データ信号線151を介して各グループGに入力される。デコーダDECは、時分割信号162を時分割選択信号162Sにデコードする。時分割選択信号162Sは、時分割信号線152を介して各グループGに入力される。また、ヒートイネーブル信号HEがHE信号線153を介して各グループGに入力される。図3(c)には、ラッチ信号LTの1パルス分の期間の拡大図をクロック信号CLK、記録データDATA及びヒートイネーブル信号HEについて、それぞれ示している。
各グループGは、例えば、図3(d)に示されるように、複数の記録要素ME(ME1〜ME2)と、これらに対応して配された電圧変換回路BST及び選択回路SELとを含みうる。各選択回路SELには、ヒートイネーブル信号HEがHE信号線153を介して入力され、記録データ信号161が記録データ信号線151を介して入力され、時分割信号162が時分割信号線152を介して入力される。選択回路SELの出力は、電圧変換回路BSTによって昇圧されて駆動素子DRVに入力され、これによってヒータHTが駆動されて熱が発生する。この熱により、インクにおいて発泡が生じ吐出口からインク滴が吐出される。
ここで、記録データ信号161は、例えば、画像信号にしたがい、各グループGにそれぞれ入力される。例えば、グループGの数がm個の場合は、記録データ信号161はmビットであり、m本の記録データ信号線151が配される。また、時分割信号162は、1つのグループGの中で駆動されるべき記録要素MEを選択するための信号であり、各グループGの選択回路SELのそれぞれに入力されうる。例えば、各グループGが2個の記録要素MEを含むときは、時分割信号162はnビットであり、2本の時分割信号線152が配されうる。
また、各記録要素MEには、例えば、第1電源電圧(例えば、24V)が供給されており、入力回路150から選択回路SELまでには、例えば、第2電源電圧(例えば、3V)が供給されている。選択回路SELの出力値は、電圧変換回路BSTによって第3電源電圧(例えば、14V)に変換(昇圧)される。これによって駆動素子DRVが動作し、ヒータHTが駆動される。
上述のような参考例によると、チップ全体、又は複数の記録要素MEを含むグループGの各々において、共通のヒートイネーブル信号HEが用いられうる。よって、各記録要素MEの製造ばらつきにより、記録要素MEごとに負荷が異なるという問題があり、例えば、記録要素MEごとに異なる量のインク滴を吐出してしまう等の問題がある。
<第1実施形態>
図4乃至8を参照しながら、第1実施形態の記録素子基板100(以下、「基板100」)を説明する。図4は、基板100の構成を模式的に示したブロック図である。基板100は、基板100Dとは、制御部170が備える入力部(受信部)171及び駆動部172の構成が異なる。入力部(受信部)171は基板100の辺に近接して配されており、駆動部172は、各グループGに対応してヒータアレイ120に沿って配されている。複数のパッド140が基板100の辺に沿って配されている。複数のパッド140には、ASIC603で生成された制御信号が入力される。これらは前述の参考例と同様である。
入力部171は、第1信号生成部としてD/AコンバータDACをさらに含む。D/AコンバータDACは、基板100の上辺側の入力部171及び下辺側の入力部171の少なくともいずれか一方に含まれていればよい。また、駆動部172は、第2信号生成部として複数のコンパレータCOMPをさらに含む。また、入力部171は、オペアンプOPをさらに含んでいてもよい。ここで、D/AコンバータDAC及びオペアンプOPは、基板100の辺に近接して配されている。また、各コンパレータCOMPは、各グループGに対応してそれぞれ配されている。本実施形態では、以上に例示される構成により、記録要素MEごとにHEのパルス幅を設定し、複数の記録要素MEの特性ばらつきを解消する。
ヒートイネーブル信号HEのパルス幅は、例えば、所定の基準電圧と、時間の経過とともに電圧が変化するランプ信号とを比較することによって決定されうる。具体的には、図5に示されるように、閾値信号を生成する。この閾値信号に基づいて基準電圧Vref(例えば、基準電圧Vref1〜Vref3のいずれか)を設定する。その後、例えば、時間の経過とともに階段状に電圧が変化するランプ信号Vrampを生成する。次に、例えば、コンパレータCMOPにより、これらの比較を開始してから、これらの電位の大小関係が逆転するまでの時間を計測し、この計測の結果に応じたパルス幅のヒートイネーブル信号HEが生成されうる。例えば、図5に示されるように、基準電圧Vref1を設定した場合は、HEのパルス幅はTH1になる。基準電圧Vref2を設定した場合は、HEのパルス幅はTH2になる。また、基準電圧Vref3を設定した場合は、HEのパルス幅はTH3になる。これらの基準電圧Vref及びランプ信号Vrampのそれぞれを伝搬するための信号線は、例えば、列状にそれぞれ配された複数の記録要素ME及びインク供給路110の短辺に沿って配されればよい。
図6は、制御部170及び複数のグループGの回路構成の例を模式的に示している。ここでは、入力回路150、シフトレジスタ/ラッチ回路SR/LT1、デコーダDEC、複数のグループG、シフトレジスタ/ラッチ回路SR/LT2、D/AコンバータDAC、オペアンプOP、コンパレータCOMPが示されている。ここで、コンパレータCOMPは、各グループGに対応して配されたコンパレータCOMP1〜COMPmを代表して呼ぶ。基準電圧Vrefの設定、ランプ信号Vrampの生成、及びこれらの比較は、シフトレジスタ/ラッチ回路SR/LT2、D/AコンバータDAC、オペアンプOP、コンパレータCOMPによって為されうる。コンパレータCOMPは、ヒートイネーブル信号HEを転送する信号線153を介してグループGと接続されている。オペアンプOPからコンパレータCOMPまでは、信号線154で接続されている。この信号線154には、D/AコンバータDACで生成されたアナログ信号が転送される。その他の部分は、比較例と同様である。なお、シフトレジスタ/ラッチ回路SR/LT1とシフトレジスタ/ラッチ回路SR/LT2は、いわゆるデータ保持回路とも表現される。
ヒートイネーブル信号HEのパルス幅を決定するためのデータは、パッド140から入力された記録データに含まれ、シフトレジスタ/ラッチ回路SR/LT2に保持される。このデータは、D/AコンバータDACによって処理された後、各グループGに対応するコンパレータCOMP(COMP1〜COMPm)に信号が入力される構成になっている。また、複数のコンパレータCOMPが配されていることから入力容量が大きくなるため、応答特性の確保を目的として、D/AコンバータDACと各コンパレータCOMPとの間には、例として、オペアンプOPを配している。各グループGに対応するコンパレータCOMPには、スイッチSW(SW_G1〜SW_Gm)が接続されている。基準電圧Vrefを設定するときに、SW_G1〜SW_Gmは、1つずつ順にオン状態になる。また、ランプ信号Vramp信号がコンパレータCOMPに入力されるときには、SW_G1〜SW_Gmは、すべてオン状態となる。なお、シフトレジスタ/ラッチ回路SR/LT2を更に、基準電圧Vref用とランプ信号Vramp用のシフトレジスタを別にした場合には、基準電圧Vref用のラッチ回路は設けるが、ランプ信号Vramp用のラッチ回路を省く構成としても構わない。
図7は、コンパレータCOMPの構成の例と、その動作の例とを示している。コンパレータCOMPは、メモリ部として容量Cmを備えている。容量CmはインバータINVCに接続されており、インバータINVCの入力と出力との間にはスイッチSW1が配されている。インバータINVCの出力は、バッファBUFを介して出力されうる。また、その他、機能を確保するため、例えば、図7(a)に示されるようにスイッチSW2〜SW4が適宜配されうる。
スイッチSW1〜SW4について、図7(b)は、基準電圧Vrefを設定するときの状態を示し、図7(c)は、ランプ信号Vrampを生成するときの状態を示している。図7(d)は、コンパレータCOMPが動作しているときの、コンパレータCOMPの入力電圧Vi、インバータINVCの入力ノードの電圧Va、コンパレータCOMPの出力電圧Voの波形をそれぞれ示している。
基準電圧Vrefを設定するとき、スイッチSW1がON状態(導通状態)になるため、インバータINVCの入力ノードと出力ノードとの電圧とは互いに等しくなる。即ち、電圧Vaは、インバータINVCの閾値電圧Vthになる。また、設定された基準電圧Vref(例えば、Vref1〜Vref4のいずれか)が入力電圧Viとして入力される。よって、容量Cmには、Vth−Vrefの電位差が生じ、この電位差に相当する量の電荷がチャージされる。このようにして、容量Cmは、メモリ部として機能しうる。また、スイッチSW3がON状態(導通状態)になるため、バッファBUFはグランド電位になる。
次に、スイッチSW1をOFF状態(非導通状態)、スイッチSW2をON状態(導通状態)、スイッチSW3をOFF状態(非導通状態)にし、さらに、生成されたランプ信号Vrampが入力電圧Viとして入力される。ここで、容量Cmは、このランプ信号Vrampの変化(AC成分)を検知できるように、その容量値が設定されればよい。これにより、電圧Vaの波形は、図7(d)に示されるように、Va=Vth−Vref+Vrampとなるように形成される。その後、電圧Vaが閾値電圧Vthよりも大きくなったときに、インバータINVCの出力が反転し、その結果、出力電圧VoがLow状態になる。出力電圧Voは、ヒートイネーブル信号HEとして用いられる。
ここで、図7(d)に示されるように、基準電圧Vrefを、例えば、Vref1〜Vref4のうちのいずれに設定するかによって、ヒートイネーブル信号HE(ここでは、出力電圧Vo)のパルス幅が変わる。例えば、Vref1〜Vref4のうち、例えば、最小のVref1を基準電圧Vrefとして設定した場合は、ヒートイネーブル信号HEのパルス幅はTH1になる。後述する信号HE_COM(駆動開始信号)に基づいてヒートイネーブル信号HEの生成を開始し、設定された基準電圧Vrefの値に応じてヒートイネーブル信号の生成を終了している。このようにして、制御部170は、ヒートイネーブル信号HEのパルス幅をTH1〜TH4のいずれかになるように調整している。
また、ここでは、容量CmとインバータINVとバッファBUFとスイッチSW1〜4とを用いてコンパレータCOMPを構成している。よって、コンパレータCOMPは、回路規模の増大を抑制しつつ設けられうる。
つぎに、図8を参照しながら、基板100が取り扱う制御信号又はデータのそれぞれについて説明する。図8(a)には、横軸を時間として、2周期分(周期H1〜H2)のタイミングチャートを示している。ここで、各グループGに対応するヒートイネーブル信号HEのパルス幅をそれぞれ決定する一連の動作を1周期とする。図8(a)の縦軸において上部には、クロック信号CLK、記録データDATA0、及びラッチ信号LTを示している。その下には、クロック信号CLK_HE、及びヒートイネーブルデータDATA_HEを示している。クロック信号CLK_HEは、シフトレジスタ/ラッチ回路SR/LT2に入力され、基準電圧Vrefの設定及びランプ信号Vrampを生成するために用いられる。ヒートイネーブルデータDATA_HEは、基準電圧Vrefの設定及びランプ信号Vrampを生成するためデータを含む。さらに、その下には、D/AコンバータDACの出力値DAC_OUT、及び上述のコンパレータCOMPによって生成されたヒートイネーブル信号HEを示している。上述の周期は、記録要素MEを選択する周期に対応している。G1からGmの各グループの記録要素MEが順に駆動する構成を例にして説明する。周期H1において、G1からGmの各グループの記録要素ME1に対応するヒートイネーブル信号HEが生成される。周期H2において、G1からGmの各グループの記録要素ME2に対応するヒートイネーブル信号HEが生成される。その次の周期(不図示)では、G1からGmの各グループの記録要素ME3に対応するヒートイネーブル信号HEが生成される。以下、同様にして、記録要素ME4〜ME2に対応するヒートイネーブル信号が順に生成される。記録要素ME4〜ME2に対応するヒートイネーブル信号HEがそれぞれ生成されたあと、再び、記録要素ME1に対応するヒートイネーブル信号HEが生成される。なお、本発明は、上述のように、記録要素MEの配列の順序にしたがって各記録要素MEを順に駆動する構成に限られるものではない。例えば、当該記録要素MEの配列の順序とは異なる順序で各記録要素MEを駆動してもよい(例えば、記録要素ME1、ME8、ME3・・・の順等)。
ここでは、記録データDATA0は、通常の記録データ(例えば、比較例の記録データDATA)と、ヒートイネーブルデータDATA_HEを含む。また、記録データDATA0は、必要に応じて、その他のデータをその一部に含んでもよい。
例えば、周期H1において、1周期分の記録データDATA0は、送信された後にラッチ信号LTが入力され、シフトレジスタ/ラッチ回路SR/LT1において保持される。その次の周期H2において、周期H1のヒートイネーブルデータDATA_HEは、シフトレジスタ/ラッチ回路SR/LT2で保持される。このヒートイネーブルデータDATA_HEにより、クロック信号CLK_HEにしたがって、基準電圧Vrefの設定とランプ信号Vrampの生成が為される。基準電圧Vrefの設定は、グループGごとに為される。例えば、タイミングTE1で、ランプ信号Vrampが、グループ1(G1)のD/AコンバータDACの出力値を超える。タイミングTE1で、グループ1のHE信号はHi状態からLow状態に変わる。同様に、タイミングTE2で、ランプ信号Vrampが、グループ2(G2)のD/AコンバータDACの出力値を超える。タイミングTE2で、グループ2のHE信号はHi状態からLow状態に変わる。
図8(b)は、ヒートイネーブルデータDATA_HEと、クロック信号CLK_HEと、グループGごとの基準電圧Vrefと、ランプ信号Vrampの波形を示している。ここでは、例として、グループGごとの基準電圧Vrefは、ヒートイネーブルデータDATA_HEにしたがって、Vref1〜Vref4のいずれか(4段階)で設定される場合を示している。例えば、期間T_Vrefにおいて、グループG1の基準電圧Vrefが決定した後の期間T1では、この基準電圧Vrefは、図6に示されたコンパレータCOMP1に、対応するスイッチを介して入力される。グループG2〜Gmについても同様に為される。その後、期間T_Vrampにおいて、ランプ信号Vrampが、ヒートイネーブルデータDATA_HE(ここでは、常にHi状態)によって、クロック信号CLK_HEにしたがって生成される。このランプ信号Vrampは、コンパレータCOMP1〜COMPnのそれぞれに、対応するスイッチを介してそれぞれ入力される。ランプ信号Vrampの分解能は、例えば、クロック信号CLK_HEの周波数や、D/AコンバータDACの構成に応じて適宜変更が可能である。
次に、図8(a)で説明したヒートイネーブル信号HEの生成について、補足説明をする。図15は、図6の構成を補足した図である。コンパレータCOMPは、信号線153を介してグループGと接続されている。各コンパレータはヒートイネーブル信号HEを生成し、各グループへヒートイネーブル信号HEを出力する。信号HE_COM(駆動開始信号)は、信号線155を介して、各グループのコンパレータCOMP1〜COMPmに入力される。この信号HE_COMは、ヒートイネーブル期間の開始タイミングを決定する信号である。この信号HE_COMは、例えば、ラッチ信号LTを基準に、入力回路150から出力される。カウンタCNTは、例えば、クロック信号CLK_HEのパルス数をカウントし、SW_G1〜SW_Gmを接続/非接続を切り替えるための信号を出力する。なお、このカウンタCNTは、シフトレジスタ/ラッチ回路SR/LT2に設ける構成でも構わない。各グループのコンパレータCOMP1〜COMPmには、信号線154を介して、D/AコンバータDACで生成されたアナログ信号が入力される。
図16は、コンパレータCOMPの補足説明図である。図16(a)に示すように、SW4とコンパレータ出力との間にOR回路を備えている。OR回路は、信号線155から入力された信号HE_COMとバッファBUFの出力とをOR処理を行う。このOR回路の働きにより、図16(b)に示すように、信号HE_COMが立ち上がるタイミングTsで立ち上がり、ハイレベルのヒートイネーブル信号HEが生成される。信号HE_COMは、ランプ信号Vrampの出力が開始されるタイミングTrで立ち下がる。なお、このタイミングTrは、基準電圧の出力が終了するタイミングとしても構わない。このタイミングT2以降は、ランプ信号Vrampの電圧が基準電圧Vrefより高くなるタイミングまでハイレベルの信号が生成される。このような構成により、各グループへ供給されるヒートイネーブル信号HEのタイミングを等しくできる。
ランプ信号Vrampは、本実施形態では、階段状に電圧値が増加するものを示したが、この波形に限られるものではない。例えば、ランプ信号Vrampは線形に増加する信号を用いてもよいし、または、階段状に若しくは線形に減少する信号を用いてもよい。
以上のように本実施形態によると、グループGごとにヒートイネーブル信号HEのパルス幅(記録要素MEの駆動時間)を設定することができる。これにより、記録要素MEごとの負荷を均一化し、インク滴の吐出量を均一化することができる。よって、複数の記録要素MEの特性ばらつきを解消することができる。また、本実施形態では、回路規模の小さいコンパレータCOMPがヒータアレイ120の列に沿って配され、回路規模の大きいDACが基板100の端部に配された構成を採った。よって、基板100の全体の面積が抑制されうる。また、本実施形態では、ランプ信号Vramp及び基準電圧Vrefは、共通のD/AコンバータDACを用いることによって生成され、回路規模が抑制される。また、共通のD/AコンバータDACを用いるため、その特性ばらつきを考慮しなくてよく、高い精度でデジタルアナログ変換が為される。
<第2実施形態>
図9を参照しながら、第2実施形態の記録素子基板100(以下、「基板100」)を説明する。本実施形態は、基準電圧Vref及びランプ信号Vrampのそれぞれを伝搬するための信号線が、ヒータアレイ120と、インク供給路110の短辺とに沿って配されている点で、第1実施形態と異なる。具体的には、制御部170に含まれる入力部171が1つのD/AコンバータDACを含む。そして、このD/AコンバータDACの出力が、インク供給路110と2つのヒータアレイ120の両側に配されたコンパレータCOMPの全てに接続されるように、その信号線がこれら全体の外周に沿って配されている。
このように、第1実施形態で述べた動作がクロック信号CLKの周期にしたがって追従できる場合は、上述のように、1つのD/AコンバータDACが2列分のコンパレータCOMPに対応する構成にしてもよい。この構成は、例えば、回路規模、配線容量、取り扱うデータ量等の規模に応じて採用すればよく、さらには、3列分以上のコンパレータCOMPに対応する構成にしてもよい。これにより、基板100の面積の増大を抑えることができる。一方で、規模が大きい場合は、1列分のコンパレータCOMPを分割してもよく、例えば、1つのD/AコンバータDACが1/2列分や1/3列分のコンパレータCOMPに対応する構成にしてもよい。このように、本実施形態によると、基板100の面積の増大を抑えつつ、複数の記録要素MEの特性ばらつきを解消する等、第1実施形態と同様の効果が得られる。
<第3実施形態>
図10乃至12を参照しながら、第3実施形態の記録素子基板100(以下、「基板100」)を説明する。図10は、基板100の構成を模式的に示したブロック図である。本実施形態は、制御部170に含まれる入力部171が、互いに異なるD/AコンバータDAC1(第1D/Aコンバータ)及びD/AコンバータDAC2(第2D/Aコンバータ)を含む。これにより、本実施形態は、基準電圧Vrefの設定及びランプ信号Vrampの生成が個別に為される点で第1実施形態と異なる。また、入力部171には、D/AコンバータDAC1及びDAC2に対応して、オペアンプOP1及びOP2がそれぞれ配されている。
図11は、図6と同様にして、本実施形態の制御部170及び複数のグループGの回路構成の例を模式的に示している。図11に例示されるように、シフトレジスタSR21、D/AコンバータDAC1及びオペアンプOP1と、シフトレジスタSR22、D/AコンバータDAC2及びオペアンプOP2とが並列に配されている。また、これらの出力は、コンパレータCOMP1〜COMPmにそれぞれ入力されている。本実施形態では、各コンパレータCOMPは、例えば、図7(a)に例示される回路構成を2つ並列に用意して、それぞれが、基準電圧Vrefの設定(図7(b)の状態)とランプ信号Vrampの生成(図7(c)の状態)とを交互に繰り返すとよい。
図12を参照しながら、基板100が取り扱う制御信号又はデータのそれぞれについて説明する。図12には、図8(a)と同様にして、3周期分(周期H1〜H3)のタイミングチャートを示している。クロック信号CLK_HE1は、シフトレジスタSR21に入力され、基準電圧Vrefの設定及びランプ信号Vrampを生成するために用いられる。シフトレジスタSR21に格納されたヒートイネーブルデータDATA_HE1により、クロック信号CLK_HE1にしたがって、基準電圧Vrefの設定とランプ信号Vrampの生成が為される。図12には、この動作にしたがうD/AコンバータDAC1の出力値DAC_OUT1を、クロック信号CLK_HE1及びヒートイネーブルデータDATA_HE1の下に示している。クロック信号CLK_HE2、ヒートイネーブルデータDATA_HE2、及びD/AコンバータDAC2の出力値DAC_OUT2についても同様である。
図11に例示されるように、入力回路150と各コンパレータCOMPとの間に、第1の経路と、第2の経路とが配される。第1の経路は、シフトレジスタSR21、D/AコンバータDAC1及びオペアンプOP1を含み、第2の経路は、シフトレジスタSR22、D/AコンバータDAC2及びオペアンプOP2を含む。これにより、図12に示されるように、各グループGの基準電圧Vrefの設定と、ランプ信号Vrampの生成とが、第1の経路と第2の経路とによって、それぞれ交互に為されることができる。即ち、本実施形態によると、2つのD/AコンバータDAC1及びDAC2は、入力されたデジタル信号を、それぞれ交互に第1アナログ信号と第2アナログ信号とに変換している。このような構成にすることによって、1周期分において処理できるデータ(記録データDATA0を含む)の量を多くすることも可能である。このように、本実施形態によっても、データの処理量を確保しつつ、複数の記録要素MEの特性ばらつきを解消する等、第1実施形態と同様の効果が得られる。
<第4実施形態>
図13を参照しながら、第4実施形態を説明する。図13は、前述の第1乃至第3実施形態で用いられうるD/AコンバータDAC(DAC1及びDAC2を含む。)の構成の例を示している。D/AコンバータDACは、デジタル信号をアナログ信号に変換する。具体的には、入力されたデジタル信号又は該デジタル信号にしたがう信号に応じて、スイッチ1501〜1505はON状態(導通状態)又はOFF状態(非導通状態)になる。
D/AコンバータDACは、カレントミラー回路を用いた構成であり、各ビットに対応するスイッチを制御することによって抵抗1506及び1507に流れる電流を調整し、所望の電圧を発生させてアナログ信号を生成する。抵抗1506及び1507は、基準端子(ここでは、例えば接地ノード)と出力端子VOUTとの間に直列に配されている。また、参照側の回路構成は、本実施形態の構成に限られない。
スイッチ1502がON状態になると電流Iが流れるため出力端子VOUTは、(R/2+R/2)×I=RIの電圧が出力される。さらに、スイッチ1503がON状態になると2RIの電圧が出力される。さらに、スイッチ1504がON状態になると3RIの電圧が出力される。また、さらに、スイッチ1505がON状態になると4RIの電圧が出力される。このように、スイッチ1502〜1505をON状態又はOFF状態に切り替えることによって、所望の電圧を発生させてアナログ信号を生成する。
例えば、第1乃至第3実施形態では、Hi状態のDATA_HEが送られることによって、ランプ信号Vrampが生成されうる。よって、スイッチ1502からスイッチ1505の順にON状態になる構成にしてもよい。この構成により、グリッチの発生を防止し、生成されたランプ信号Vrampと基準電圧Vrefとの比較の誤動作を防ぎ、ヒートイネーブル信号HEのパルス幅を高い精度で制御している。
第1〜第3実施形態においては、ランプ信号Vrampは、図5に例示されるような、1段ずつ階段状に電圧が上がる波形を用いた。ここで、基準電圧Vrefは、この階段状のランプ信号Vrampの段と段の間の電圧であるとよく、例えば、ランプ信号の1段分の電圧がΔVとしたときに、基準電圧は、(n+1/2)×ΔVとなるとよい。基準電圧Vrefとランプ信号Vrampとを共通のD/AコンバータDACで生成するときに、基準電圧Vrefとランプ信号VrampとはΔV/2ずれるように生成されるとよい。そこで、抵抗1506(第1抵抗)と抵抗1507(第2抵抗)とに分割(抵抗値は、例えば、それぞれR/2とする。)し、その間にスイッチ1501(第1スイッチ)が配された構成を採っている。よって、基準電圧Vrefは、例えば、スイッチ1501のみがON状態のときRI/2となる。また、基準電圧Vrefは、例えば、スイッチ1501及び1502がON状態のときは、3RI/2となる。このようにして、スイッチ1502〜1505(第2スイッチ)を順にON状態に切り替えることにより、RI/2、3RI/2、5RI/2、又は7RI/2の電圧VOUTをそれぞれ出力することができる。
以上のように、D/AコンバータDACは、ランプ信号Vrampを生成するモードではスイッチ1501をON状態及びOFF状態のいずれか一方の状態(ここでは、OFF状態)にする。そして、D/AコンバータDACは、基準電圧Vrefを生成するモードはスイッチ1501を他方の状態(ここでは、ON状態)にする。このようにして、D/AコンバータDACは、基準電圧Vrefとランプ信号Vrampの電圧とが、異なる値になるように(ここでは、例えば、ΔV/2だけずれるように)している。
以上、4つの実施形態を述べたが、本発明はこれらに限られるものではなく、目的、状態、用途、機能、およびその他の仕様の変更が適宜可能であり、他の実施形態によっても実施されうることは言うまでもない。

Claims (8)

  1. 複数のグループを構成する複数の記録素子と、
    外部から受信したデジタル信号に基づいて、前記複数のグループに各々に定められた閾値信号とランプ信号とを生成する第1生成部と、
    前記複数のグループの各々に対応して設けられ、前記ランプ信号と前記閾値信号に基づいて、前記記録素子を駆動する期間を定めるイネーブル信号を生成する第2生成部と、を備える
    ことを特徴とする記録素子基板。
  2. 前記第1生成部は、前記デジタル信号をアナログ信号に変換するD/Aコンバータを含み、前記アナログ信号は前記閾値信号及び前記ランプ信号を含む
    ことを特徴とする請求項1に記載の記録素子基板。
  3. 前記D/Aコンバータは、前記記録素子の駆動の周期の間において前記デジタル信号に基づいて前記閾値信号及び前記ランプ信号を生成する
    ことを特徴とする請求項2に記載の記録素子基板。
  4. 前記記録素子の駆動開始信号を受信する受信部をさらに備え、
    前記第2生成部は、前記駆動開始信号を受信するタイミングに基づいて、前記イネーブル信号の生成を開始する
    ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の記録素子基板。
  5. 前記第2生成部は、前記ランプ信号の電圧値が前記閾値信号の電圧値よりも大きくなったときに、前記イネーブル信号の生成を終了する
    ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の記録素子基板。
  6. 前記ランプ信号は、時間の経過とともに電圧値が増加する信号および当該電圧値が減少する信号の一方を含む
    ことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の記録素子基板。
  7. 請求項1乃至6のいずれか1項に記載の記録素子基板を備える
    ことを特徴とする記録ヘッド。
  8. 請求項7に記載の記録ヘッドと、
    前記記録ヘッドを制御する制御部と、を備える
    ことを特徴とする記録装置。
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