JP2024070563A - 記録ヘッド及び記録装置の接続確認方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 駆動パルス波形の種類よりも少ない信号線での接続を、記録装置本体の記録コントローラ側と記録ヘッド側とでの簡易な構成により実現することを目的とする。【解決手段】 複数本のヒートイネーブル信号の全ての変化点を統合した信号と、それぞれのヒートイネーブルの変化点をデータ化した信号で、ヒーターボードへデータ転送を行い、ヒーターボード内で複数のヒートイネーブル信号へ復号する。【選択図】 図７

Description

本発明は、被記録紙に対して画像を記録する画像記録装置、例えば、カラープリンタ等の画像記録装置に関するものである。

インクジェット記録装置に搭載される記録ヘッドの代表的なインク吐出方式として、電気熱変換素子（ヒータ）によってインクを加熱し、膜沸騰の作用によりインク滴を吐出させる方式が知られている。

一般に、記録ヘッドの吐出口数は、高画質化の傾向から、６４個から１２８個、さらには２５６個等に増えており、１インチ当たりの吐出口数（ｄｐｉ）で、３００ｄｐｉ、６００ｄｐｉ等、高密度に配置されている。これらの吐出口に対して配置される電気熱変換体としての発熱体は、数μｓｅｃオーダーから１０μｓｅｃオーダーのヒートパルスによって膜沸騰による気泡を形成し、高周波の駆動により、高速で、高画質なプリントを実現している。

インクジェット記録装置における記録ヘッドを電気的に接続する手段は、記録ヘッドを装着して往復運動させるキャリッジに設けられている。具体的には、キャリッジに複数の端子を設け、記録ヘッドがキャリッジに装着された際に、記録ヘッド側に設けられた複数の端子と接するようにする。こうして、記録ヘッドとインクジェット記録装置との電気的な接続がなされる。

インクジェット記録装置から出力されたヒートパルスは、特許文献１に記載のように、記録ヘッド内部で各ヒータに対応したヒートデータ信号とＡＮＤされている。

ところで複数色のインクを用いてプリントする場合、同じ吐出数であってもインクの組成に応じて最適なヒートパルス長は異なる。そのため、ヒートパルスは色毎に用意することが望ましい。また同色でもヘッド内でヒータが複数個分割されている場合は、それぞれにヒートパルスが必要となる。

特開平３－２０３６６７号公報

しかしながら、より高画質なプリントするには記録ヘッドの色数は多くする必要があり、それに伴い記録装置本体と記録ヘッドとで接続されているヒートパルス信号線の本数が多くなってしまう。

本発明は上記を鑑みてなされたもので、色毎のヒートパルスを用意しながらヒートパルス信号線の本数を減らすことを目的としている。

上記目的を達成するために本発明の記録ヘッドは次のような構成を含む。

即ち、本発明は、記録素子基板と、前記素子基板に記録情報を入力するコントローラとを有する記録装置であって、前記記録素子基板は、複数の記録素子と、コントローラと接続する入力端子と、前記入力端子からの駆動情報に基づき前記記録素子毎の吐出制御情報に変換する吐出制御回路を有し、前記コントローラは、前記記録素子基板に記録情報と記録タイミングを出力する出力端子を有し、その記録タイミングの出力端子は複数の記録タイミングの変化点を示す端子と、どの変化点がどの記録素子列に対応しているかを示す端子によって構成されている記録装置である。

本発明によれば、記録装置本体と記録ヘッドとで接続されているヒートパルス信号線を少ない本数に抑えながらも、インク色毎のヒートパルス生成が可能となり、より高品位なプリントを実現することができるという効果がある。

本発明の一実施例である第１の記録ヘッドを説明するための斜視図である。 本発明の一実施例である第１の記録ヘッドの分解斜視図である。 本発明の一実施例である第１の記録ヘッドを構成する第１の素子基板の一部を破断して示す斜視図である。 本発明の一実施例である記録ヘッドの一部の断面図である。 本発明のインクジェット記録装置の一例を示す模式図である。 本発明のインクジェット記録装置の制御構成を示す図である。 本発明のインクジェット記録ヘッドの回路構成例を示す図である。 本発明の一実施例である接続状態出力回路の生成タイミングを示す図である。 本発明の実施例におけるタイミングチャートである。

次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する。

なお、本明細書において、「記録」（以下、「プリント」とも称する）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、広く記録媒体上に画像、模様、パターン等を形成する、又は媒体の加工を行う場合も表すものとする。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ない。

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。

さらに、「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、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に供され得る液体を表すものとする。インクの処理としては、例えば記録媒体に付与されるインク中の色剤の凝固又は不溶化させることが挙げられる。

なお、説明に用いる「素子基板」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基体を示すものである。

「素子基板上」とは、単に素子基板の表面上を指し示すだけでなく、素子基板の表面上、表面近傍の素子基体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等によって素子基板上に一体的に形成、製造することを示すものである。

図１から図５は、本発明が実施又は適用される好適な記録ヘッド（ヘッドカートリッジ）を説明するための説明図である。以下、これらの図面を参照して各構成要素について説明する。

本実施例の記録ヘッドは、インクを内包するインクタンク一体型のものである。図１の（ａ）及び（ｂ）に示すような、ブラックインクを収容した第１の記録ヘッドＨ１０００などからなる。記録ヘッドＨ１０００は、インクジェット記録装置本体に搭載されているキャリッジ上に、位置決め手段及び電気的接点によって固定支持されるとともに、キャリッジに対して着脱可能となっている。充填されているインクが消費されてなくなった場合は、記録ヘッドを交換することができる。

以下、記録ヘッドＨ１０００に関して、記録ヘッドを構成しているそれぞれの構成要素を詳細に説明する。

（記録ヘッド）
第１の記録ヘッドＨ１０００は、電気信号に応じてインクに膜沸騰を生じさせるための熱エネルギを生成する電気熱変換体を用いた方式の記録ヘッドである。

（１）第１の記録ヘッドＨ１０００
図２は、第１の記録ヘッドＨ１０００の分解斜視図である。第１の記録ヘッドＨ１０００は、第１の記録素子基板Ｈ１１００、電気配線テープＨ１３００、インク供給保持部材Ｈ１５００、フィルタＨ１７００、インク吸収体Ｈ１６００、蓋部材Ｈ１９００、及びシール部材Ｈ１８００から構成されている。

（１－１）第１の記録素子基板Ｈ１１００
図３は、第１の記録素子基板Ｈ１１００の構成を説明するための図で、一部破断して示す斜視図である。第１の記録素子基板Ｈ１１００は、例えば、厚さ０．５ｍｍ～１ｍｍのＳｉ基板Ｈ１１１０に、インク流路である長溝状の貫通口のインク供給口Ｈ１１０２を、Ｓｉの結晶方位を利用した異方性エッチングやサンドブラストなどの方法で形成したものである。

Ｓｉ基板Ｈ１１１０には、インク供給口Ｈ１１０２を挟んでその両側に、記録素子である電気熱変換素子Ｈ１１０３及びこれらを駆動する不図示の駆動素子が１列ずつ並べて配置されている。また、さらに電気熱変換素子Ｈ１１０３に電力を供給するＡｌなどからなる不図示の電気配線が形成されている。これら電気熱変換素子Ｈ１１０３と電気配線は、既存の成膜技術を利用して形成することができる。各列の電気熱変換素子Ｈ１１０３は、互いに千鳥状になるように配列されている。すなわち、各列の吐出口の位置が、その列方向に直交する方向に並ばないように少しずれて配置されている。

また、Ｓｉ基板Ｈ１１１０には、電気配線に電力を供給したり、電気熱変換素子Ｈ１１０３を駆動するための電気信号を供給したりするための電極部Ｈ１１０４が、電気熱変換素子Ｈ１１０３の列の両端に位置する側の辺部に沿って配列されている。それぞれの電極部Ｈ１１０４上にはＡｕなどからなるバンプＨ１１０５が形成されている。

Ｓｉ基板Ｈ１１１０上の、配線及び抵抗素子などの記録素子のパターンが形成された面上には、電気熱変換素子Ｈ１１０３ごとにインク流路を備える、樹脂材料からなる構造体がフォトリソ技術によって形成されている。この構造体は、各インク流路を区切るインク流路壁Ｈ１１０６とその上方を覆う天井部とを有し、天井部には吐出口Ｈ１１０７が開口されている。吐出口Ｈ１１０７は、電気熱変換素子Ｈ１１０３のそれぞれに対向して設けられており、これにより吐出口群Ｈ１１０８を形成している。

上記のように構成された第１の記録素子基板Ｈ１１００では、インク供給口Ｈ１１０２から供給されたインクは、各電気熱変換素子Ｈ１１０３の発熱によって発生した気泡の圧力により、各電気熱変換素子Ｈ１１０３に対向する吐出口Ｈ１１０７から吐出される。

（１－２）電気配線テープＨ１３００
電気配線テープＨ１３００は、第１の記録素子基板Ｈ１１００に対してインクを吐出するための電気信号を印加する電気信号経路を形成するものである。また、第１の記録素子基板Ｈ１１００を組み込むための開口部Ｈ１３０３が形成されており、この開口部の縁付近には、第１の記録素子基板Ｈ１１００の電極部Ｈ１１０４に接続される電極端子Ｈ１３０４が形成されている。さらに、電気配線テープＨ１３００には、本体装置からの電気信号を受け取るための外部信号入力端子Ｈ１３０２が形成されており、この外部信号入力端子Ｈ１３０２と電極端子Ｈ１３０４が連続した銅箔の配線パターンでつながれている。

電気配線テープＨ１３００と第１の記録素子基板Ｈ１１００の電気的接続は、第１の記録素子基板Ｈ１１００のバンプＨ１１０５と、電気配線テープＨ１３００の電極端子Ｈ１３０４とが熱超音波圧着法により電気接合されることでなされている。

（１－３）インク供給保持部材Ｈ１５００
図２に示すように、インク供給保持部材Ｈ１５００は、内部にインクを保持し負圧を発生するためのインク吸収体Ｈ１６００を有することでインクタンクの機能がある。また、記録素子基板Ｈ１１００にそのインクを導くためのインク流路を形成することでインク供給の機能がある。

インク流路の下流部には、第１の記録素子基板Ｈ１１００にブラックのインクを供給するためのインク供給口Ｈ１２００が形成されている。そして、第１の記録素子基板Ｈ１１００のインク供給口Ｈ１１０２がインク供給保持部材Ｈ１５００のインク供給口Ｈ１２００に連通するよう、第１の記録素子基板Ｈ１１００がインク供給保持部材Ｈ１５００に対しての位置が精度良く接着、固定される。

また、第１の記録素子基板Ｈ１１００の接着面周囲の平面と、電気配線テープＨ１３００の裏面の一部とが、第２の接着剤により接着、固定される。第１の記録素子基板Ｈ１１００と電気配線テープＨ１３００との電気接続部分は、第１の封止剤Ｈ１３０７及び第２の封止剤Ｈ１３０８（図４参照）により封止され、これにより電気接続部分をインクによる腐食や外的衝撃から保護している。第１の封止剤Ｈ１３０７は、主に電気配線テープＨ１３００の外部信号入力端子Ｈ１３０２と第１の記録素子基板Ｈ１１００のバンプＨ１１０５との接続部の裏側と、第１の記録素子基板Ｈ１１００の外周部分とを封止している。

次に、上述した記録ヘッドのインクジェット記録装置への装着について具体的に説明する。

図１に示したように、第１の記録ヘッドＨ１０００は、インクジェット記録装置本体のキャリッジの装着位置に案内するための装着ガイドＨ１５６０を備えている。また、ヘッドセットレバーによりキャリッジに装着固定するための係合部Ｈ１９３０を備えている。さらに、キャリッジの所定の装着位置に位置決めするためのキャリッジの走査方向の突き当て部Ｈ１５７０、記録媒体の搬送方向の突き当て部Ｈ１５８０、インク吐出方向の突き当て部Ｈ１５９０を備えている。これら突き当て部により位置決めされることで、電気配線テープＨ１３００及びＨ１３０１上の外部信号入力端子Ｈ１３０２とキャリッジ内に設けられた電気接続部のコンタクトピンとの正確な電気的接触が可能となっている。

＜インクジェット記録装置＞
次に、上述したようなカートリッジタイプの記録ヘッドを搭載可能な液体吐出記録装置について説明する。図５は、本発明のインクジェット記録ヘッドを搭載可能な記録装置の一例を示す説明図である。

図５を参照すると、この記録装置は、図１に示した記録ヘッドＨ１０００が、位置決めされて、交換可能に搭載されるキャリッジ１０２を有する。キャリッジ１０２には、記録ヘッドＨ１０００上の外部信号入力端子を介して各吐出部に駆動信号等を伝達するための電気接続部が設けられている。この電気接続部として、後述の素子基板のロジック電源入力端子及び接続状態出力端子等の各端子と接続する、ロジック電源出力端子及び接続状態入力端子等の各端子を備えている。

キャリッジ１０２は、走査方向に延在して装置本体に設置されたガイドシャフト１０３に沿って往復移動可能に支持されている。そして、キャリッジ１０２は、走査モータ１０４によりモータプーリ１０５、従動プーリ１０６及びタイミングベルト１０７等の駆動機構を介して駆動されるとともに、その位置及び移動が制御される。また、キャリッジ１０２にはホームポジションセンサ１３０が設けられている。キャリッジ１０２上のホームポジションセンサ１３０が遮蔽板１３６の位置を通過した際に、ホームポジションとなる位置が検出される。

印刷用紙やプラスチック薄板等の記録媒体１０８は、給紙モータ１３５がギアを介してピックアップローラ１３１を回転させることにより、記録媒体１０８がオートシートフィーダ（ＡＳＦ）１３２から一枚ずつ分離され、給紙される。さらに、記録媒体１０８は、搬送ローラ１０９の回転により、記録ヘッドＨ１０００の吐出口面と対向する位置（プリント部）を通って搬送される。ＬＦモータ１３４による駆動は、ギアを介して搬送ローラ１０９に伝達される。給紙されたかどうかの判定と給紙時の頭出し位置の確定は、記録媒体１０８がペーパエンドセンサ１３３を通過した時点で行われる。このペーパエンドセンサ１３３は、記録媒体１０８の後端が実際にどこに有り、実際の後端から現在の記録位置を最終的に割り出すためにも使用される。

＜制御構成＞
次に、上述したインクジェット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。

図６はインクジェット記録装置の制御回路の構成を示すブロック図である。

図６において、１７００は記録信号を入力するインタフェース、１７２０は制御コントローラ、１７０１は制御コントローラ１７２０が有するＣＰＵ、１７０２はＣＰＵ１７０１が実行する制御プログラムを格納する不揮発性メモリＮＶＭである。また、１７０３は各種データ（記録ヘッドＨ１０００に送信される記録信号等）を保存しておくＤＲＡＭである。１７０５はこれらＮＶＭ１７０２とＤＲＡＭ１７０３のメモリアクセスフォーマットに従い、データアクセスするためのメモリコントローラである。１７０４は記録ヘッドＨ１０００に対する記録信号の送信制御を行う記録ヘッド制御ロジックであり、インタフェース１７００、ＣＰＵ１７０１、ＲＡＭ１７０３間のデータ転送制御も行う。１７１０は記録ヘッドＨ１０００及びＨ１００１を搬送するためのＣＲモータ、１３４は記録媒体搬送のためのＬＦモータである。

上記制御構成の動作を説明すると、インタフェース１７００に記録信号が入力されるとＣＰＵ１７０１と記録ヘッド制御ロジック１７０４との間でこの記録信号がプリント用の記録信号に変換される。そして、ＬＦモータ１３４、ＣＲモータ１７１０が駆動されると共に、記録信号を記録ヘッドＨ１０００に同期クロックを使用してシリアル転送し、転送された記録信号に従って記録ヘッドＨ１０００が駆動され、記録が行われる。

図７は、電気熱変換素子Ｈ１１０３を駆動するタイミングを示すヒートイネーブルを圧縮する構成を記載している。各色のヒートイネーブルをそのまま送るのではなく、何れかの色のヒートイネーブルで変化するタイミングをマージしたヒートイネーブル変化点情報（以下ＨＥ変化点情報とする）と、そのＨＥ変化点情報に対応した各色のヒートイネーブルトグル情報(以下ＨＥトグル情報とする）を複数色で一本の信号線にまとめてプリンタからヘッドに送信する。図7はヒートイネーブル６個を３本の信号線に圧縮する例であり、ＨＥ変化点情報を１本の信号線、ＨＥトグル情報を２本の信号線で構成している。

圧縮の方法としては、まずヒートイネーブル６個全てでの変化点を抽出する。そしてその変化点で信号線をトグルさせた信号としてＨＥトグル情報を作成する。次にＨＥトグル情報でトグルさせたタイミングで各ヒートイネーブルをトグルさせるかどうかを、０：トグルしない、１：トグルするとして記憶したＨＥトグル情報をヒートイネーブルごとにコントローラ内部で保持する。その後、ヒートイネーブル６個を３個ずつのグループに分ける。図7ではＨＥ０／１／２／３／４／５の６個のヒートイネーブルのうち、ＨＥ０／１／２とＨＥ３／４／５の２グループに分けている。そしてＨＥトグル情報２本のそれぞれでグループ単位でのＨＥトグル情報を転送クロック（図７中ではＨＣＬＫと表記され、以下文中でもＨＣＬＫと表記する)に同期させて順次送信する。又、信号線にノイズが重畳し、送信したＨＥトグル情報が書き換わってしまい、それを復号したヒートイネーブルがヒータを損傷してしまう場合を考慮し、送信したデータに対してＣＲＣ検査用データを付加している。駆動する電気熱変換素子Ｈ１１０３を選択する信号(不図示)についてもＨＣＬＫに同期して転送される。

この構成により６個あったヒートイネーブルが２本の信号線に圧縮でき、さらにＨＥトグル情報はデータ転送で使用するヘッド転送クロックの周波数に収まるとともに、変化点情報も変化点の間隔での周波数にすることができる。

図８は記録ヘッド内部で変化点情報をヒートイネーブルへ復号する構成を示す。記録ヘッド内部では、トグル信号生成回路にてＨＥ変化点情報から、変化点カウンタに入力するトグル信号を生成する（以下、変化タイミングとする）。また変化点タイミングは各ヒートイネーブルに復号するためのクロック信号としても用いられる。どのタイミングで各色のヒートイネーブルをトグルされるかは、ＨＥトグル信号により伝達されたＨＥトグル情報をＨＣＬＫ周期でのシフトレジスタによって取り込んでおき、記録ヘッド内部の変化点カウンタとシフトレジスタ値が一致した場合に、変化タイミングに同期させて決定する。

さらに、シフトレジスタはＨＥトグル信号線単位で構成しておくことで、シフトレジスタの回路規模を抑制することができる。

送信データに付加されていたＣＲＣ検査用データは、ＨＥ０－２ ＣＲＣ判定回路及びＨＥ３－５ ＣＲＣ判定回路にて、ＣＲＣ検出を実施する。ＣＲＣ検出にてエラーが検出されなかった場合は'１'のレベルを出力し、エラーが検出された場合には'０'のレベルを出力し、ＨＢ内部生成ＨＥとＡＮＤすることにより、エラー発生時にはヒータをヒート出来ないようにする。

この構成により、記録ヘッドでは、コントローラから送られたＨＥ変化点情報とＨＥトグル情報を使用して、ヒーターボード内部での各色のヒートイネーブルを復元でき、高画質、高耐久なプリントを実現できることとなる。

図９は、本発明の実施例におけるタイミングチャートである。各ＨＥの変化点情報は２４ｂｉｔデータ全てを送信した時点で、ＨＥ生成回路内のシフトレジスタ内にロードされる。この為、ｎ－１回目の全ＨＥ変化点情報の送信及び、ｎ－１回目のヒートを行っているタイミングでｎ回目の変化点情報を送信する。こうすることでシフトレジスタにロードされたｎ回目の変化点情報とｎ回目の全ＨＥ変化点情報から、ｎ回目のヒートを行う為のＨＥ０～ＨＥ５信号を復号することが可能となる。

Ｈ１０００ 第１の記録ヘッド
Ｈ１１００ 第１の記録素子基板
Ｈ１３００ 電気配線テープ
Ｈ１５００ インク供給保持部材
Ｈ１６００ インク吸収体
Ｈ１７００ フィルタ
Ｈ１８００ シール部材
Ｈ１９００ 蓋部材

Claims (4)

1. 複数の記録素子から構成され、少なくとも１つ以上の吐出制御情報によって記録タイミングを前記複数の記録素子に与える記録素子基板と、前期記録素子の中から記録を行う記録素子を選択する為の信号を、クロックを用いて前記記録素子基板へ同期転送し、又、前記少なくとも１つ以上の吐出制御情報の変化点を統合した記録タイミング変化点信号と、それぞれの吐出制御情報の変化点をデータ化した記録情報信号を生成し、前記記録素子基板へ出力する回路を備えたコントローラを有する記録装置であって、前記記録素子基板は、前記コントローラから出力される前記記録タイミング変化点信号と前記少なくとも１つ以上の記録情報信号から、前記少なくとも１つ以上の吐出制御情報へ変換する吐出制御回路を有することを特徴とする記録装置。
2. 前記コントローラは前記記録タイミング変化点信号及び前記記録情報信号を記録素子基板へ前記クロックを用いて同期転送することを特徴とする第１の請求項に記載の記録装置。
3. 前記吐出制御回路には誤り検出回路を含むことを特徴とする第１又は第２の請求項に記載の記録装置。
4. 前記誤り検出回路は、前記少なくとも１つ以上の記録情報信号に含まれる誤りを検出し、誤りを検出した場合には、記録素子に与えられる前記吐出制御情報をマスクすることを特徴とする第１から第３までの何れかの請求項に記載の記録装置。

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