JP3997217B2 - Inkjet recording head substrate, drive control method, inkjet recording head, and inkjet recording apparatus - Google Patents
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Description
本発明はインクジェット記録ヘッド用基板、インクジェット記録ヘッド及びその記録ヘッドを用いた記録装置に関し、特にインクを吐出するために必要な熱エネルギを発生する電気熱変換素子とそれを駆動するための駆動回路を同一の基板上に形成したインクジェット記録ヘッド及びその記録ヘッドを用いた記録装置に関するものである。 The present invention relates to an ink jet recording head substrate, an ink jet recording head, and a recording apparatus using the recording head, and more particularly to an electrothermal conversion element that generates thermal energy necessary for ejecting ink and a driving circuit for driving the electrothermal conversion element. The present invention relates to an ink jet recording head formed on the same substrate and a recording apparatus using the recording head.
一般に、インクジェット方式に従う記録装置に搭載される記録ヘッドの電気熱変換素子(ヒータ)とその駆動回路は、例えば特許文献1、特許文献2に示されているように半導体プロセス技術を用いて同一基板上に形成されている。またこの駆動回路に加えて、当該半導体基板の状態、たとえば基板温度を検知するためのデジタル回路等が同一基板上に形成され、かつインク供給口が基板の中央付近にありこれを挟んだ位置にヒータが相対する記録ヘッドの構成が提案されている。 In general, an electrothermal conversion element (heater) of a recording head and a driving circuit thereof mounted on a recording apparatus according to an ink jet method are formed on the same substrate using a semiconductor process technique as shown in, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2. Formed on top. In addition to this drive circuit, the state of the semiconductor substrate, for example, a digital circuit for detecting the substrate temperature is formed on the same substrate, and the ink supply port is located near the center of the substrate and sandwiched between them. A configuration of a recording head in which a heater faces is proposed.
図5はこの種のインクジェット記録ヘッド用半導体基板、即ち、温度検知のデジタル信号出力を行なう回路を含んだインクジェット記録ヘッド用の半導体基板を模式的に示す図である。 FIG. 5 is a diagram schematically showing a semiconductor substrate for an ink jet recording head of this type, that is, a semiconductor substrate for an ink jet recording head including a circuit for outputting a digital signal for temperature detection.
図5において、500はヒータ及び駆動回路を半導体プロセス技術により一体形成した基板である。501はヒータ/ドライバアレイであり、ヒータ及びドライバ回路を複数個配列した構成を有する。502は、基板裏面よりインクを供給するためのインク供給口である。
In FIG. 5,
また、503はシフトレジスタであり、記録すべき印字データを一時的に保持する。507はデコーダ回路であり、ヒータ/ドライバアレイ501中のヒータをヒータブロック毎に駆動するための、ヒータブロック選択信号を出力する。504は入力回路であり、シフトレジスタ503及びデコーダ507にデジタル信号を入力するためのバッファ回路を含む。510は入力端子であり、論理素子用電圧Vddを供給する端子、クロック信号を入力するための端子CLK、印刷データ等を入力する端子等を含む。
A
図7はシフトレジスタ503に印字情報を送りヒータに電流を供給して駆動するまでの一連の動作を説明するためのタイミングチャートである。
FIG. 7 is a timing chart for explaining a series of operations from sending print information to the
CLK端子に入力されたクロックパルスに同期して印字データがDATA_A及びDATA_B端子に供給される。シフトレジスタ503は供給された印字データを一時的に格納し、BG端子に印加されるラッチ信号によりラッチ回路が印字データを保持する。その後、所望のブロックに分割されたヒータ群を選択するためのBlock信号と、ラッチ信号で保持された印字データがマトリクス状にANDをとられ、電流駆動時間を直接決定するHE信号に同期してヒータ電流が流れる。この一連の動作を各ブロック毎に繰り返して印字が行なわれる。
Print data is supplied to the DATA_A and DATA_B terminals in synchronization with the clock pulse input to the CLK terminal. The
図6(a)はインクを吐出するためのヒータに電流を駆動するための1セグメント分の等価回路図である。また、図6(b)は、印字すべき画像データを一時的に格納するためのシフトレジスタとラッチ回路の1bit分に相当する等価回路図である。 FIG. 6A is an equivalent circuit diagram for one segment for driving a current to a heater for ejecting ink. FIG. 6B is an equivalent circuit diagram corresponding to 1 bit of a shift register and a latch circuit for temporarily storing image data to be printed.
ここで、AND回路601に入力されるBlock select信号は、デコーダ507から送られてくる、ブロックに分割されたヒータ群を選択するための信号である。また、AND回路601に入力されるbit信号は、シフトレジスタ503に転送されその後ラッチ信号で保持された信号である。印字データにより選択的に各セグメントをオンさせるため、これらBlockselect信号とbit信号とは、AND回路601によってマトリクス状にANDをとる。
Here, the block select signal input to the AND circuit 601 is a signal sent from the
605はヒータ駆動用電源となるVH電源ライン、606はヒータ、607はヒータ606に電流を流すためのドライバトランジスタである。602は、AND回路601の出力を受けてバッファするためのインバータ回路である。603はインバータ回路602の電源となるVDD電源ラインである。608は、インバータ回路602のバッファ出力を受けるバッファとなるインバータ回路である。604は608のバッファに供給され、ドライバトランジスタのゲート電圧を供給するための電源となるVHT電源ラインである。 Reference numeral 605 denotes a VH power source line serving as a heater driving power source, reference numeral 606 denotes a heater, and reference numeral 607 denotes a driver transistor for causing a current to flow through the heater 606. Reference numeral 602 denotes an inverter circuit for receiving and buffering the output of the AND circuit 601. Reference numeral 603 denotes a VDD power line serving as a power source for the inverter circuit 602. Reference numeral 608 denotes an inverter circuit serving as a buffer that receives the buffer output of the inverter circuit 602. Reference numeral 604 denotes a VHT power supply line which is supplied to the buffer 608 and serves as a power supply for supplying the gate voltage of the driver transistor.
一般的にインバータ602、シフトレジスタ503等はデジタル回路であり、基本的にはLo/Hiのパルスにより動作が行なわれる。また記録ヘッド本来の印字情報のインターフェースやヒータ駆動のための印加パルスも同じくデジタル信号であり、外部との信号のやり取りはすべてLo/Hiのロジックパルスにより行なわれる。これらのロジックパルスの振幅は0V/5Vや0V/3.3Vのものが一般的であり、デジタル回路の電源VDDはこれらのうちの単一の電圧で供給されている。したがってAND回路601にはVDD電圧の振幅をもったパルスが入力され、さらに2段のインバータ回路602によって構成されたバッファを通って次段のインバータ回路608に入力される。
In general, the inverter 602, the
一方、ドライバトランジスタ607としては、そのオンした状態での抵抗値、いわゆるオン抵抗が小さい程好ましい。これはヒータ以外で消費される電力を極力少なくすることで基板温度の上昇を防ぎ、安定した記録ヘッドの駆動を行なうことを可能にするものである。ドライバトランジスタ607のオン抵抗が大きいとこの部分でヒータ電流が流れることによる電圧降下がおおきくなり、余分に高い電圧をヒータにかける必要が生じてしまい、無駄な電力が消費されることになる。 On the other hand, as the driver transistor 607, the resistance value in the on state, that is, the so-called on-resistance is preferably as small as possible. This makes it possible to drive the recording head stably by preventing the substrate temperature from rising by minimizing the power consumed by other than the heater. If the on-resistance of the driver transistor 607 is large, a voltage drop due to the heater current flowing in this portion becomes large, and it becomes necessary to apply an extra high voltage to the heater, and wasteful power is consumed.
ドライバトランジスタ607のオン抵抗を小さくするためにはそのゲートにかかる電圧を高く設定することが必要である。このため、図6(a)に示す回路では、電圧VDDより高い電圧の振幅をもったパルスに変換する回路が必要になる。そこで図6(a)に示す回路では、電圧VDDよりも高い電圧VHTの電源ライン604を用意しておき、VDD電圧の振幅をもったパルスで入力されたセグメント選択信号を、インバータ回路608を含むバッファ回路によって電圧VHTの振幅をもったパルスに変換する。こうして、電圧VHTの振幅を持ったパルスに変換した後にドライバトランジスタ607のゲートに印加する。すなわち、外部との信号のやり取りおよび内部デジタル回路での信号処理はすべてVDDの電圧振幅(論理回路駆動用電圧)のパルスにより行ない、ドライバトランジスタ607のゲートを駆動する直前でVHTの電圧振幅(素子駆動用電圧)のパルスに変換する回路(パルス振幅変換回路)を各セグメントに付加する構成をとる。
一般的に記録ヘッドは高密度に各セグメントを複数個配列した形態をとるため、たとえば600dpiの密度に各セグメントを配置する場合、配列方向のセグメント幅は約42.3μmに限定される。このピッチの中に、各セグメントを駆動するための、図6(a)に示したような回路をすべて収めようとした場合、各セグメントは配列方向とは垂直の方向に長さが増大することになる。 Since the recording head generally takes a form in which a plurality of segments are arranged at high density, for example, when the segments are arranged at a density of 600 dpi, the segment width in the arrangement direction is limited to about 42.3 μm. In this pitch, when all the circuits shown in FIG. 6A for driving each segment are stored, the length of each segment increases in a direction perpendicular to the arrangement direction. become.
図10は図6(a)のパルス振幅変換回路部分を具体的に構成した場合の等価回路図である。これをみてもわかるようにパルス振幅変換回路部分、特に点線で示したレベル変換部は多くのトランジスタによって構成されるため、必要とするチップの面積は大きなものとなる。 FIG. 10 is an equivalent circuit diagram in the case where the pulse amplitude conversion circuit portion of FIG. 6A is specifically configured. As can be seen from this, since the pulse amplitude conversion circuit portion, particularly the level conversion portion indicated by the dotted line, is composed of many transistors, the required chip area is large.
しかしながら上述のような構成をとる記録ヘッド用基板のレイアウト構成を考えた場合、各セグメント毎に付加されるパルス振幅変換回路は各セグメントの長さを増大させることにつながり、チップサイズの増大を招き、コストアップの要因となる。すなわち、上述のようなレイアウトでは、セグメントアレイと直交する方向にチップが拡大し、チップの増大が顕著となる。また各セグメント毎にパルス振幅変換回路を付加する場合、たとえばセグメント数が256個の記録ヘッドを考えた場合、必要となるバッファ回路の数は最低でも256個のインバータが必要となる。これは歩留まりの低下や回路構成の複雑化を招き、更なるコストアップの要因となる。 However, when considering the layout configuration of the recording head substrate having the above-described configuration, the pulse amplitude conversion circuit added to each segment leads to an increase in the length of each segment, leading to an increase in chip size. This is a factor of cost increase. That is, in the layout as described above, the chip expands in the direction orthogonal to the segment array, and the increase in the chip becomes significant. Further, when a pulse amplitude conversion circuit is added to each segment, for example, when a recording head having 256 segments is considered, the number of buffer circuits required is at least 256 inverters. This leads to a decrease in yield and a complicated circuit configuration, which further increases costs.
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、各セグメントの配列方向に対して垂直方向の長さを増大させることなく、論理駆動用電圧から素子駆動用電圧に変換する回路構成を提供することを目的とする。
また、本発明の他の目的は、パルス振幅変換回路を削減し、基板上に形成される素子数を低減することで歩留まりの向上を図りかつ回路構成を簡素化することにある。
The present invention has been made in view of the above problems, and provides a circuit configuration for converting a logic drive voltage to an element drive voltage without increasing the length in the direction perpendicular to the arrangement direction of each segment. The purpose is to do.
Another object of the present invention is to improve the yield and simplify the circuit configuration by reducing the number of pulse amplitude conversion circuits and the number of elements formed on the substrate.
上記の目的を達成するための本発明によるインクジェット記録ヘッド用基板は以下の構成を備える。すなわち、
インクを吐出するために利用される熱エネルギを発生するための電気熱変換素子を有するインクジェット記録ヘッド用基板であって、
第1の電圧振幅レベルの入力信号に基づいて、前記電気熱変換素子をブロック毎に選択して駆動するためのブロック選択信号と選択ブロック内の各電気熱変換素子に対する素子駆動信号を、前記第1の電圧振幅レベルより高い第2の電圧振幅レベルで出力する論理回路と、
前記論理回路から出力される前記第2の電圧振幅レベルのブロック選択信号と素子駆動信号に基づいて前記電気熱変換素子をブロック単位で駆動するために電気熱変換素子毎に設けられた駆動回路とを備える。
In order to achieve the above object, an ink jet recording head substrate according to the present invention comprises the following arrangement. That is,
An inkjet recording head substrate having an electrothermal conversion element for generating thermal energy used for ejecting ink,
Based on the first voltage amplitude level of the input signal, the element driving signals for each electrothermal transducer in a selected block and a block selection signal for driving selected and the electrothermal transducer element for each block, the first A logic circuit that outputs at a second voltage amplitude level higher than the voltage amplitude level of 1 ;
A drive circuit provided for each electrothermal transducer element to drive the electrothermal transducers in block units based on the second voltage amplitude level block selection signal and element driving signal output from the logic circuit Is provided.
また、上記の目的を達成する本発明によれば、インクジェット記録ヘッド用基板の好適な駆動制御方法が提供される。この駆動制御方法は、
インクを吐出するために利用される熱エネルギを発生するための電気熱変換素子有する基板における、電気熱変換素子の駆動制御方法であって、
第1の電圧振幅レベルの入力信号を入力し、
該入力した信号に基づいて、前記電気熱変換素子をブロック毎に選択して駆動するためのブロック選択信号と選択ブロック内の各電気熱変換素子に対する素子駆動信号を前記第1の電圧振幅レベルより高い第2の電圧振幅レベルで出力し、
前記論理回路から出力される前記第2の電圧振幅レベルのブロック選択信号と素子駆動信号に基づいて前記電気熱変換素子毎に設けられた駆動回路によって前記電気熱変換素子をブロック単位で駆動する。
Further, according to the present invention for achieving the above object, a suitable drive control method for an ink jet recording head substrate is provided. This drive control method
A drive control method for an electrothermal conversion element in a substrate having an electrothermal conversion element for generating thermal energy used for ejecting ink, comprising:
Input an input signal of the first voltage amplitude level,
Based on the input signal, a block selection signal for selecting and driving the electrothermal conversion element for each block and an element drive signal for each electrothermal conversion element in the selected block from the first voltage amplitude level. Output at a high second voltage amplitude level,
The driving said electrothermal transducers in block units by a driving circuit provided for each of the electrothermal transducer on the basis of the second voltage amplitude level block selection signal and element driving signal output from the logic circuit.
更に、本発明によれば、上記インクジェット記録ヘッド用基板を用いたインクジェット記録ヘッド、インクジェット記録ヘッドカートリッジ、及び該インクジェット記録ヘッドを用いたインクジェット記録装置が提供される。
Further, according to the present invention, there are provided an ink jet recording head, an ink jet recording head cartridge using the ink jet recording head substrate , and an ink jet recording apparatus using the ink jet recording head.
本発明によれば、各セグメントの配列方向に対して垂直方向の長さを増大させることなく、論理駆動用電圧から素子駆動用電圧に変換する回路構成を提供することができる。また、本発明によれば、パルス振幅変換回路を削減し、基板上に形成される素子数を低減することで歩留まりの向上を図りかつ回路構成を簡素化することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a circuit configuration for converting a logic driving voltage to an element driving voltage without increasing the length in the direction perpendicular to the arrangement direction of the segments. In addition, according to the present invention, it is possible to improve the yield and simplify the circuit configuration by reducing the number of pulse amplitude conversion circuits and the number of elements formed on the substrate.
以下、添付の図面を参照して本発明の好適な実施形態を説明する。
なお、本発明において用いる「記録」とは、文字や図形等の意味を持つ画像を被記録媒体に対して付与することだけでなくパターン等の意味を持たない画像を付与することをも意味するものである。
また、以下に用いる「基板」とは、シリコン半導体からなる単なる基材を指し示すものではなく、各素子や回路や配線等が設けられた基板を示すものである。
なお、基板の形状は、板形状やチップ状の基板であっても良い。
また、「基板上」とは、単に基板の上を指し示すだけでなく、基板の表面、表面近傍の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(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すものではなく、各素子を半導体回路の製造工程等によって基板上に一体的に形成、製造することを示すものである。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
Note that “recording” used in the present invention means not only giving an image having a meaning such as a character or a figure to a recording medium but also giving an image having no meaning such as a pattern. Is.
In addition, the “substrate” used below does not indicate a simple base material made of a silicon semiconductor but indicates a substrate provided with each element, circuit, wiring, or the like.
The shape of the substrate may be a plate shape or a chip-like substrate.
Further, “on the substrate” not only indicates the surface of the substrate, but also indicates the surface of the substrate and the inside of the substrate near the surface. In addition, the term “built-in” as used in the present invention does not simply indicate that separate elements are placed on a substrate, but each element is placed on a substrate by a semiconductor circuit manufacturing process or the like. It shows that it is integrally formed and manufactured.
以下に説明する実施形態のインクジェット記録ヘッド用基板では、ドライバトランジスタ607のゲート端子に入る直前で行なっていたパルス振幅の電圧変換(図6(a)参照)を、各セグメント毎にデコーダ出力(Block Select)とシフトレジスタ出力(BIT)のANDをとるよりも前に行なう。また、これに伴ない各セグメント毎にANDをとる部分の回路にはロジック電圧よりも高い電圧がかかることになるため、本実施例ではこの部分の素子をデコーダやシフトレジスタ(S/R)といった他のロジック回路よりも高耐圧化したトランジスタにしている。この構成により、各セグメントの配列方向に対して垂直方向の長さを増大させることなくVDD電圧の振幅をもったパルスで入力されたセグメント選択信号をVHT電圧の振幅をもったパルスに変換できる。特に、本実施例の構成では、デコーダ側からの出力信号とシフトレジスタ側からの信号とのANDを取るより前にパルス幅変換を行う構成であるため、各セグメント毎に付加していたパルス振幅変換回路が不要となり、パルス幅変換回路の数自体を時分割駆動のブロック数(デコーダからの信号の出力数)と各ブロックに対応したデータ数(シフトレジスタからの出力数)との和の数まで減らすことができ、歩留まりの向上や回路構成の簡素化が図られる。 In the inkjet recording head substrate of the embodiment described below, the pulse amplitude voltage conversion (see FIG. 6A) performed immediately before entering the gate terminal of the driver transistor 607 is performed for each segment by the decoder output (Block This is performed before AND of (Select) and shift register output (BIT). In addition, a voltage higher than the logic voltage is applied to the circuit of the portion that performs AND for each segment, so in this embodiment, the elements of this portion are referred to as a decoder or a shift register (S / R). The transistor has a higher breakdown voltage than other logic circuits. With this configuration, it is possible to convert a segment selection signal input with a pulse having the amplitude of the VDD voltage into a pulse having the amplitude of the VHT voltage without increasing the length in the direction perpendicular to the arrangement direction of the segments. In particular, in the configuration of this embodiment, the pulse width conversion is performed before ANDing the output signal from the decoder side and the signal from the shift register side, so the pulse amplitude added for each segment. No conversion circuit is required, and the number of pulse width conversion circuits itself is the sum of the number of time-division-driven blocks (number of signals output from the decoder) and the number of data corresponding to each block (number of outputs from the shift register). The yield can be improved and the circuit configuration can be simplified.
<第1の実施形態>
まずインクジェット記録装置の概略を説明する。
<First Embodiment>
First, an outline of the ink jet recording apparatus will be described.
図8は、本発明が適用できるインクジェット記録装置の概観図である。同図において、リードスクリュー5005は、駆動モータ5013の正逆回転に連動して駆動力伝達ギア5011,5009を介して回転する。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。
FIG. 8 is a schematic view of an ink jet recording apparatus to which the present invention can be applied. In the drawing, a
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。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、5021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
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、図9に示すブロック図を参照して説明する。制御回路を示す同図において、1700は記録信号を入力するインターフェース、1701はMPU、1702はMPU1701が実行する制御プログラムを格納するプログラムROM、1703は各種データ(上記記録信号やヘッドに供給される記録データ等)を保存しておくダイナミック型のRAM(以下、DRAM)である。1704は記録ヘッド1708に対する記録データの供給制御を行うゲートアレイであり、このゲートアレイを介して記録ヘッドを駆動するための信号を供給している。またこのゲートアレイは、インターフェース1700、MPU1701、RAM1703間のデータ転送制御も行う。
Next, a control configuration for executing the recording control of the above-described ink jet recording apparatus will be described with reference to a block diagram shown in FIG. In the figure, showing a control circuit,
1710は記録ヘッド1708を搬送するためのキャリアモータ、1709は記録紙搬送のための搬送モータである。1705は記録ヘッド1708に設けられたインクジェット記録ヘッド用基板であり、インク吐出用のヒータやその駆動回路を含む。1706、1707はそれぞれ搬送モータ1709、キャリアモータ1710を駆動するためのモータドライバである。
上記制御構成の動作を説明すると、インターフェース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、記録ヘッド1708内の記録ヘッド用基板に送られた記録データに従ってインク吐出用ヒータが駆動され、印字が行われる。
The operation of the control configuration will be described. When a recording signal enters the
図11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. 11 is an external perspective view showing a detailed configuration of the ink jet cartridge IJC.
図11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. 11, the ink jet cartridge IJC is composed of a cartridge IJCK that ejects black ink and a cartridge IJCC that ejects 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。 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.
さらに、図11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. 11, 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12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. 12 is a perspective view showing a three-dimensional structure of a recording head IJHC that discharges three color inks.
図12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. 12, 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
これらのインクチャネルを経てCインク、Mインク、Yインクは夫々、インク流路301C、301M、301Yによって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(bubble)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。
Through these ink channels, the C ink, M ink, and Y ink are guided to an electrothermal transducer (heater) 401 provided on the substrate by
なお、図12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た記録ヘッド用基板(以下、ヘッド基板という)である。 In FIG. 12, reference numeral 1 denotes an electrothermal transducer to be described later, various circuits that drive the memory, memory, various pads that serve as electrical contacts with the carriage HC, and recording in which various signal lines are formed. A head substrate (hereinafter referred to as a head substrate).
また、1つの電気熱変換体(ヒータ)とこれを駆動する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12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12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、ヘッド基板の規模も約3分の1程度となる。 Although FIG. 12 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 the size of the head substrate is about one third.
図1は第1の実施形態によるインクジェット用記録ヘッドの構成を説明する図である。100はヒータや駆動回路を半導体プロセス技術により一体的に作り込んだ基板であり、上述のインクジェット記録ヘッド用基板1705に相当するものである。102は基板裏面よりインクを供給するためのインク供給口(供給路)、101はヒータ及びドライバ回路を複数個配列したヒータ/ドライバアレイであり、インクを吐出するための電気熱変換体であるヒータとヒータを選択的に駆動するためのドライバアレイを含む。また、103は記録すべき印字データを一時的に保持するための時分割駆動の1ブロックに対応したデータを持つシフトレジスタ、107はヒータ/ドライバアレイ中のヒータをヒータブロック毎に選択して駆動するためのデコーダ回路、104はシフトレジスタ103及びデコーダ107にデジタル信号を入力するためのバッファ回路を含む入力回路、110は入力端子である。
FIG. 1 is a diagram illustrating the configuration of an inkjet recording head according to the first embodiment.
また、130はパルス振幅変換回路に供給するVHT電圧をヒータ駆動電源電圧(VH)を基に発生するVHT電圧発生回路、140はVDD電圧振幅のデジタル信号をVHT電圧振幅のドライバトランジスタのゲート駆動パルスに変換するパルス振幅変換回路である。図1からわかるように、本実施形態のパルス振幅変換回路140は、デコーダ回路140の出力段、シフトレジスタ103の出力段にそれぞれ設けられる。
121は温度検知ブロックであり、当該半導体基板100の温度を検知するための素子を含んで構成される。なお、基板の状態をモニタするための素子として基板の温度を検知する温度検知ブロック121を例示したが、電気熱変換素子の抵抗値を検知するための素子または該電流駆動用トランジスタの動作時の抵抗値を検知するための素子等を備えてもよい。また、複数種類の検知素子を設けてもよいことは言うまでもない。
図2は第1の実施形態におけるインクを吐出用ヒータに電流を供給して駆動するための1セグメント分の等価回路図である。205はヒータ駆動用電源となるVH電源ライン、206はヒータ、207はヒータ206に電流を流すためのドライバトランジスタである。また図3は印字すべき画像データを一時的に格納するためのシフトレジスタとラッチ回路の1bit分に相当する等価回路図である。
FIG. 2 is an equivalent circuit diagram for one segment for driving the ink by supplying a current to the discharge heater in the first embodiment.
図1に示すように、本実施形態のインクジェット記録ヘッド用基板100においては、図5、図6(a)で説明した従来の回路においては各セグメント(インクを吐出するための発熱抵抗体)毎に付加されていたパルス振幅変換回路を、シフトレジスタ103およびデコーダ107の出力部に付加している。すなわち、デコーダ回路107の出力信号(block select信号)とシフトレジスタ回路103の出力信号(bit信号)とのANDをとる前にすでにパルス電圧振幅を高くしておくという構成をとる。このため、図2に示すように各セグメントにはすでに振幅がVHT電圧まで上がったパルスが供給され、変換回路が不要となるので、これに費やしていた素子の面積が不要となる。
As shown in FIG. 1, in the inkjet
ここで、各セグメント毎にANDをとるAND回路201には高い電圧がかかる構成になるため、ここを構成するトランジスタには高耐圧の素子が必要となる。従来はこの部分にはロジック電圧に相当する低い電圧しかかからなかったため、低耐圧の素子で構成されていたが、本実施例ではこの部分を他のロジック回路を構成するトランジスタよりも高耐圧化すること、具体的にはAND回路を構成するトランジスタを高耐圧素子とすることにより達成している。
Here, since a high voltage is applied to the AND
このような高耐圧のトランジスタ(MOSトランジスタ)を用いた場合、個々のトランジスタは低耐圧のトランジスタに比べ大型化してしまうが、前述のようにパルス幅変換回路(昇圧回路)の数を減らすことができると共に、その配置場所についても、各セグメントの近傍から離れた位置に配置することができるので、全体的にインクジェット記録ヘッド用基板100の大きさを小型化することができる。
When such a high breakdown voltage transistor (MOS transistor) is used, each transistor becomes larger than a low breakdown voltage transistor. However, as described above, the number of pulse width conversion circuits (boost circuits) can be reduced. In addition, since it can be arranged at a position away from the vicinity of each segment, the size of the ink jet
図3は本実施形態によるシフトレジスタ103とパルス振幅変換回路140の構成を示す図である。図6(b)に示したシフトレジスタの回路構成に対して、出力段にパルス振幅変換回路が付加されており、ここでパルスの振幅をVDD電圧からVHT電圧へと変換する。
FIG. 3 is a diagram showing the configuration of the
シフトレジスタ103およびデコーダ回路107の出力段数は全セグメントを時分割して駆動する際の分割数によって決定されるが、おおむね8〜32分割程度である。たとえば256個のセグメントを16分割する場合(各ブロックは16個のセグメントを有することになる)を例にとると、必要なパルス振幅変換回路の数は16個×2(シフトレジスタ側とデコーダ側)=32個となる。これはすべてのセグメントにパルス振幅変換回路を付加した場合の256個に対して大幅な削減となる。このため、セグメント配列方向に垂直方向のチップ長さを低減させることができる。また、シフトレジスタ103とデコーダ回路107に付加されるパルス振幅変換回路により、チップは配列方向の長さが増加することになるが、これは垂直方向の長さ低減に対して微少な増加であり、トータルのチップ面積としては減少する。
The number of output stages of the
<第2の実施形態>
図4は第2の実施形態によるインクジェット記録ヘッド用基板を説明するための図である。なお、図4において図1と同一の構成には同一番号を付し、ここでは詳細な説明を省略する。
<Second Embodiment>
FIG. 4 is a view for explaining an ink jet recording head substrate according to the second embodiment. In FIG. 4, the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted here.
第2の実施形態では、パルス振幅変換回路140を入力回路104の直後に挿入する形態をとる。このような形態により、入力端子(CLK,DATA_A,DATA_B,BG,HE_A,HE_Bのロジック入力端子)の数と同数のパルス振幅変換回路だけが必要となり、更なるチップサイズの低減が実現できる。
In the second embodiment, the pulse
以上説明したように、上記各実施形態によれば、従来はドライバトランジスタのゲート端子に入る直前で行なっていたパルス振幅の電圧変換を、デコーダ出力とシフトレジスタ出力のANDをとるよりも前に行なうことで、各セグメントの配列方向に対して垂直方向の長さを増大させることなく、Vdd電圧の振幅をもったパルスで入力されたセグメント選択信号をVHT電圧の振幅をもったパルスに変換する回路構成が実現される。また、各セグメント毎に付加していたパルス振幅変換回路が大幅に少なくする回路構成が実現される。このため、チップサイズの低減および素子数の低下による歩留りの向上、回路構成の簡素化によるコストダウン効果が期待できる。 As described above, according to each of the embodiments described above, the voltage conversion of the pulse amplitude, which is conventionally performed immediately before entering the gate terminal of the driver transistor, is performed before ANDing the decoder output and the shift register output. Thus, the circuit for converting the segment selection signal input with the pulse having the amplitude of the Vdd voltage into the pulse having the amplitude of the VHT voltage without increasing the length in the direction perpendicular to the arrangement direction of the segments. Configuration is realized. In addition, a circuit configuration in which the pulse amplitude conversion circuit added for each segment is significantly reduced is realized. For this reason, a reduction in chip size, an improvement in yield due to a decrease in the number of elements, and a cost reduction effect due to a simplified circuit configuration can be expected.
Claims (12)
第1の電圧振幅レベルの入力信号に基づいて、前記電気熱変換素子をブロック毎に選択して駆動するためのブロック選択信号と選択ブロック内の各電気熱変換素子に対する素子駆動信号を、前記第1の電圧振幅レベルより高い第2の電圧振幅レベルで出力する論理回路と、
前記論理回路から出力される前記第2の電圧振幅レベルのブロック選択信号と素子駆動信号に基づいて前記電気熱変換素子をブロック単位で駆動するために電気熱変換素子毎に設けられた駆動回路とを備えることを特徴とするインクジェット記録ヘッド用基板。 An inkjet recording head substrate having an electrothermal conversion element for generating thermal energy used for ejecting ink,
Based on the first voltage amplitude level of the input signal, the element driving signals for each electrothermal transducer in a selected block and a block selection signal for driving selected and the electrothermal transducer element for each block, the first A logic circuit that outputs at a second voltage amplitude level higher than the voltage amplitude level of 1 ;
A drive circuit provided for each electrothermal transducer element to drive the electrothermal transducers in block units based on the second voltage amplitude level block selection signal and element driving signal output from the logic circuit An ink jet recording head substrate comprising:
第1の電圧振幅レベルの入力信号を該第1の電圧振幅レベルのブロック選択信号と素子駆動信号に変換する第1変換回路と、
前記第1変換回路から出力されたブロック選択信号と素子駆動信号を前記第1の電圧振幅よりも高い前記第2の電圧振幅レベルに変換する第2変換回路とを備えることを特徴とする請求項1に記載のインクジェット記録ヘッド用基板。 The logic circuit is:
A first conversion circuit for converting an input signal having a first voltage amplitude level into a block selection signal and an element drive signal having the first voltage amplitude level;
And a second conversion circuit for converting the block selection signal and the element drive signal output from the first conversion circuit into the second voltage amplitude level higher than the first voltage amplitude. 2. An ink jet recording head substrate according to 1.
前記第1の電圧振幅レベルの入力信号を前記第1の電圧振幅レベルよりも高い前記第2の電圧振幅レベルに変換する第1変換回路と、
前記第1変換回路より得られる前記第2の電圧振幅レベルの入力信号から該第2の電圧振幅レベルのブロック選択信号と選択ブロックに対する素子駆動信号を生成する第2変換回路とを備えることを特徴とする請求項1に記載のインクジェット記録ヘッド用基板。 The logic circuit is:
A first conversion circuit for converting an input signal of the first voltage amplitude level into the second voltage amplitude level higher than the first voltage amplitude level ;
A block selection signal having the second voltage amplitude level and a second conversion circuit for generating an element drive signal for the selected block from the input signal having the second voltage amplitude level obtained from the first conversion circuit. The inkjet recording head substrate according to claim 1.
第1の電圧振幅レベルの入力信号を入力し、
該入力した信号に基づいて、前記電気熱変換素子をブロック毎に選択して駆動するためのブロック選択信号と選択ブロック内の各電気熱変換素子に対する素子駆動信号を前記第1の電圧振幅レベルより高い第2の電圧振幅レベルで出力し、
前記論理回路から出力される前記第2の電圧振幅レベルのブロック選択信号と素子駆動信号に基づいて前記電気熱変換素子毎に設けられた駆動回路によって前記電気熱変換素子をブロック単位で駆動することを特徴とする駆動制御方法。 A drive control method for an electrothermal conversion element in a substrate having an electrothermal conversion element for generating thermal energy used for ejecting ink, comprising:
Input an input signal of the first voltage amplitude level,
Based on the input signal, a block selection signal for selecting and driving the electrothermal conversion element for each block and an element drive signal for each electrothermal conversion element in the selected block from the first voltage amplitude level. Output at a high second voltage amplitude level,
Driving the electrothermal transducers in block units by a driving circuit provided for each of the electrothermal transducer on the basis of the second voltage amplitude level block selection signal and element driving signal output from the logic circuit A drive control method characterized by the above.
インクを吐出するための吐出口と、
前記吐出口に対応して設けられた電気熱変換素子を有する基板を備え、
該基板が、第1の電圧振幅レベルの入力信号に基づいて、前記電気熱変換素子をブロック毎に選択して駆動するためのブロック選択信号と選択ブロック内の各電気熱変換素子に対する素子駆動信号を、前記第1の電圧振幅レベルより高い第2の電圧振幅レベルで出力する論理回路と、
前記論理回路から出力される前記第2の電圧振幅レベルのブロック選択信号と素子駆動信号に基づいて前記電気熱変換素子をブロック単位で駆動するために電気熱変換素子毎に設けられた駆動回路とを備えることを特徴とするインクジェット記録ヘッド。 An inkjet recording head,
An ejection port for ejecting ink;
Comprising a substrate having an electrothermal conversion element provided corresponding to the discharge port;
A block selection signal for the substrate to select and drive the electrothermal conversion element for each block based on an input signal of the first voltage amplitude level and an element drive signal for each electrothermal conversion element in the selected block A logic circuit that outputs a second voltage amplitude level higher than the first voltage amplitude level ;
A drive circuit provided for each electrothermal transducer element to drive the electrothermal transducers in block units based on the second voltage amplitude level block selection signal and element driving signal output from the logic circuit An ink jet recording head comprising:
該インクジェット記録ヘッドに供給するためのインクが充填されたインクタンクとを備え、
前記基板が、
第1の電圧振幅レベルの入力信号に基づいて、前記電気熱変換素子をブロック毎に選択して駆動するためのブロック選択信号と選択ブロック内の各電気熱変換素子に対する素子駆動信号を、前記第1の電圧振幅レベルより高い第2の電圧振幅レベルで出力する論理回路と、
前記論理回路から出力される前記第2の電圧振幅レベルのブロック選択信号と素子駆動信号に基づいて前記電気熱変換素子をブロック単位で駆動するために電気熱変換素子毎に設けられた駆動回路とを有することを特徴とするインクジェット記録ヘッドカートリッジ。 An inkjet recording head including an ejection port for ejecting ink, and a substrate having an electrothermal conversion element provided corresponding to the ejection port;
An ink tank filled with ink to be supplied to the inkjet recording head,
The substrate is
Based on the first voltage amplitude level of the input signal, the element driving signals for each electrothermal transducer in a selected block and a block selection signal for driving selected and the electrothermal transducer element for each block, the first A logic circuit that outputs at a second voltage amplitude level higher than the voltage amplitude level of 1 ;
A drive circuit provided for each electrothermal transducer element to drive the electrothermal transducers in block units based on the second voltage amplitude level block selection signal and element driving signal output from the logic circuit An ink jet recording head cartridge comprising:
該基板が、第1の電圧振幅レベルの入力信号に基づいて、前記電気熱変換素子をブロック毎に選択して駆動するためのブロック選択信号と選択ブロック内の各電気熱変換素子に対する素子駆動信号を、前記第1の電圧振幅レベルより高い第2の電圧振幅レベルで出力する論理回路と、
前記論理回路から出力される前記第2の電圧振幅レベルのブロック選択信号と素子駆動信号に基づいて前記電気熱変換素子をブロック単位で駆動するために電気熱変換素子毎に設けられた駆動回路とを備えたインクジェット記録ヘッドと、
該記録ヘッドに制御信号を送信するための回路とを備えることを特徴とするインクジェット記録装置。 A substrate having an ejection port for ejecting ink and an electrothermal conversion element provided corresponding to the ejection port;
A block selection signal for the substrate to select and drive the electrothermal conversion element for each block based on an input signal of the first voltage amplitude level and an element drive signal for each electrothermal conversion element in the selected block A logic circuit that outputs a second voltage amplitude level higher than the first voltage amplitude level ;
A drive circuit provided for each electrothermal transducer element to drive the electrothermal transducers in block units based on the second voltage amplitude level block selection signal and element driving signal output from the logic circuit An ink jet recording head comprising:
An ink jet recording apparatus comprising: a circuit for transmitting a control signal to the recording head.
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