JP4035253B2 - 記録ヘッド及びその記録ヘッドを用いた記録装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は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、インクジェット方式に従って記録を行う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。
【０００２】
【従来の技術】
記録装置に搭載されるインクジェット方式に従う記録ヘッドに実装された電気熱変換素子（ヒータ）の駆動電流パルスとしては、従来より、図１４に示される様な一定の電流値をもったものが一般的である。
【０００３】
一方、特開平５−１１６３４１号公報に示されているように、電流値を変化させながらヒータを駆動することで、安定したインクの発泡現象が得られることが分かっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来例の駆動方法では、記録ヘッドを搭載した記録装置から電流値が時間的に変化する電流パルスを送信していたので、記録装置と記録ヘッドとの間の制御インタフェースが複雑になったり、記録装置側での処理負担が大きくなるという問題があった。
【０００５】
特に、記録ヘッドの各ヒータ毎に異なる波形の電流パルスを用いて駆動する場合には、その制御インタフェースはさらに複雑になるという問題があった。
【０００６】
本発明は上記従来例に鑑みてなされたもので、記録ヘッドに実装されたヒータを駆動するためのパルスの電流値を記録ヘッド内部で制御することのできる記録ヘッド及びその記録ヘッドを用いた記録装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の記録ヘッドは以下のような構成からなる。
【０００８】
即ち、電気熱変換素子に電流を与えて熱を発生させることでインクを加熱し、前記インクを吐出することにより記録を行う記録ヘッドであって、定電流回路を有しカレントミラー回路のリファレンスとなる基準電流生成部と、前記電気熱変換素子に直列に接続され前記基準電流生成部からの電圧を受けて第１の値をもつ電流を発生するためのＭＯＳトランジスタで構成された第１の定電流源と、前記第１の定電流源からの電流を前記電気熱変換素子に通電するための第１のスイッチと、前記電気熱変換素子に直列に接続され前記基準電流生成部からの電圧を受けて第２の値をもつ電流を発生するためのＭＯＳトランジスタで構成された第２の定電流源と、前記第２の定電流源からの電流を前記電気熱変換素子に通電するための第２のスイッチと、前記第１及び第２のスイッチのオンオフを制御する制御回路とを同一基板上に有し、前記第１及び第２の定電流源を構成する前記ＭＯＳトランジスタのゲートに対して、前記第１及び第２のスイッチの動作に基づいて前記基準電流生成部からの電圧を与えることで前記電気熱変換素子に与える電流を変化させることを特徴とする記録ヘッドを備える。
【０００９】
また他の発明によれば、電気熱変換素子に電流を与えて熱を発生させることでインクを加熱し、前記インクを吐出することにより記録を行う記録ヘッドであって、第１及び第２の基準電流を発生する定電流回路と、前記第１及び第２の基準電圧の夫々に直列に接続され、出力される定電流を制御するための第１及び第２のスイッチとを有し、カレントミラー回路のリファレンスとなる基準電流生成部と、前記電気熱変換素子に直列に接続され前記基準電流生成部からの電圧を受けて所定の電流を発生するためのＭＯＳトランジスタで構成された定電流源と、前記定電流源からの電流を前記電気熱変換素子に通電するための第３のスイッチと、前記第３のスイッチのオンオフを制御することで前記定電流源を構成する前記ＭＯＳトランジスタのゲートに対して、前記基準電流生成部からの電圧を与える前記電気熱変換素子に与える電流を変化させる制御回路とを同一基板上に有することを特徴とする記録ヘッドを備える。
【００１０】
さらに他の発明によれば、電気熱変換素子に電流を与えて熱を発生させることでインクを加熱し、前記インクを吐出することにより記録を行う記録ヘッドであって、前記電気熱変換素子の一端には所定の電源電圧が印加され、前記電気熱変換素子の他端に接続された第１及び第２のＭＯＳトランジスタと、前記第１及び第２のＭＯＳトランジスタを制御するためにそれぞれのゲートに接続された制御回路と、前記制御回路は、ＯＮさせるＭＯＳトランジスタの数を制御するとともに、前記ＯＮしたＭＯＳトランジスタのＯＮ抵抗を用いて前記電気熱変換素子に通電される電流を制御することを特徴とする記録ヘッドを備える。
【００１７】
また他の発明によれば、以上の構成の記録ヘッドを用いて記録を行う記録装置を備える。
【００１８】
以上の構成により本発明は、記録ヘッド内に備えられた回路を用いて、電気熱変換素子を駆動するための電流パルスの波形を変化させるよう制御する。
【００１９】
【発明の実施の形態】
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詳細に説明する。
【００２０】
＜基本的な考え方の説明（図１〜図３）＞
まず、本発明の特徴的な概念について説明する。
【００２１】
記録ヘッドの記録要素（例えば、ヒータ）を駆動するためのパルス電流波形を変化させるための回路には様々な実施態様がある。
【００２２】
図１はパルス電流波形を変化させるための回路の代表例を示す図である。
【００２３】
図１に示した３つの回路はいずれも、スイッチＳ１、Ｓ２がそれぞれＯＮ／ＯＦＦすることで、ヒータＲＨに流れる電流を制御している。例えば、図１（ａ）に示す回路において、スイッチＳ１がＯＮしているとすると、ヒータＲＨにはＶＨ／ＲＨ（＝Ｉ1）の電流が流れる。次に、スイッチＳ２がＯＮしている期間には（ＶＨ−Ｖ1）／ＲＨ（＝Ｉ2）の電流が流れることになる。従って、スイッチＳ２をＯＮさせた後、スイッチＳ２をＯＦＦさせ、スイッチＳ１をＯＮさせることで、図２に示すような波形のヒータ電流を流すことが可能となる。
【００２４】
また、図１（ｂ）に示す回路はヒータＲＨの一端をグラウンドレベルＧＮＤに固定し、ヒータＲＨの正側の２つの端子電圧（ＶＨ、ＶＨＬ）をスイッチＳ１及びＳ２によって切り換えることでヒータ電流を変化させるようにしている。この構成の場合、電源は２種類必要になる。
【００２５】
さらに、図１（ｃ）に示す回路は、ヒータＲＨの正側端子を増幅器ＢＵＦの出力に接続し、その増幅器ＢＵＦの入力端子に異なる電圧Ｖ1、Ｖ2がそれぞれ、スイッチＳ１、Ｓ２を経て与えられる構成をとっている。
【００２６】
ここで、その入力電圧値は、２種類に限定されるものではない。この構成の場合、入力電圧値Ｖ1、Ｖ2に対応した入力信号インピーダンスは比較的高くてよいので、図１（ｂ）に示した回路構成と比較し、ヒータＲＨを駆動する電源は一種類でよい。
【００２７】
図３は、図１（ｃ）に示す構成の回路をより詳細に表わした図である。
【００２８】
図３に示す構成によれば、ヒータＲＨをＮＭＯＳトランジスタＭ０を含んだソースホロワ回路によって駆動し、そのゲート入力はトランスミッションゲートＴ1、Ｔ2、Ｔ3により切換られ、ヒータＲＨの正端子にはそれぞれＶ1−ＶthM0、Ｖ2−ＶthM0の電圧が印加される。また、ヒータをＯＦＦさせる時には、ＮＭＯＳトランジスタＭ０のゲート端子にはグラウンドレベルＧＮＤが与えられる。これにより、ＮＭＯＳトランジスタＭ０はＯＦＦするため、ヒータＲＨには電流は流れない。
【００２９】
ともあれ、以上のような回路において、スイッチＳ１とＳ２のＯＮ／ＯＦＦを制御することにより、種々のヒータ電流波形を得ることができる。
【００３０】
次に、このような種々のヒータ電流波形を発生させることのできる回路を組み込んだ記録ヘッドと、さらに、その記録ヘッドを用いて記録を行う記録装置について説明する。
【００３１】
＜装置本体の概略説明（図４）＞
図４は、本発明の代表的な実施の形態であるインクジェットプリンタＩＪＲＡの構成の概要を示す外観斜視図である。図４において、駆動モータ５０１３の正逆回転に連動して駆動力伝達ギア５００９〜５０１１を介して回転するリードスクリュー５００５の螺旋溝５００４に対して係合するキャリッジＨＣはピン（不図示）を有し、ガイドレール５００３に支持されて矢印ａ，ｂ方向を往復移動する。キャリッジＨＣには、記録ヘッドＩＪＨとインクタンクＩＴとを内蔵した一体型インクジェットカートリッジＩＪＣが搭載されている。５００２は紙押え板であり、キャリッジＨＣの移動方向に亙って記録用紙Ｐをプラテン５０００に対して押圧する。５００７，５００８はフォトカプラで、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器である。５０１６は記録ヘッドＩＪＨ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、５０１５はこのキャップ内を吸引する吸引器で、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機構で移動制御される。
【００３２】
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５００５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動作を行うようにすれば、本例にはいずれも適用できる。
【００３３】
＜制御構成の説明（図５）＞
次に、上述した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。
【００３４】
図５はインクジェットプリンタＩＪＲＡの制御回路の構成を示すブロック図である。図５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。１７１０は記録ヘッドＩＪＨ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ＩＪＨを駆動するヘッドドライバ、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。
【００３５】
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、ヘッドドライバ１７０５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、記録が行われる。
【００３６】
なお、上述のように、インクタンクＩＴと記録ヘッドＩＪＨとは一体的に形成されて交換可能なインクカートリッジＩＪＣを構成しても良いが、これらインクタンクＩＴと記録ヘッドＩＪＨとを分離可能に構成して、インクがなくなったときにインクタンクＩＴだけを交換できるようにしても良い。
【００３７】
＜インクカートリッジについて（図６）＞
図６は、インクタンクとヘッドとが分離可能なインクカートリッジＩＪＣの構成を示す外観斜視図である。インクカートリッジＩＪＣは、図６に示すように、境界線Ｋの位置でインクタンクＩＴと記録ヘッドＩＪＨとが分離可能である。インクカートリッジＩＪＣにはこれがキャリッジＨＣに搭載されたときには、キャリッジＨＣ側から供給される電気信号を受け取るための電極（不図示）が設けられており、この電気信号によって、前述のように記録ヘッドＩＪＨが駆動されてインクが吐出される。
【００３８】
なお、図６において、５００はインク吐出口列である。また、インクタンクＩＴにはインクを保持するために繊維質状もしくは多孔質状のインク吸収体が設けられており、そのインク吸収体によってインクが保持される。
【００３９】
＜記録ヘッドＩＪＨのヒータボードの構成（図７〜図１１）＞
記録ヘッドＩＪＨには、インクを吐出するための複数のインク吐出ノズル（以下、ノズルという）が設けられており、そのノズル１つ１つに対応して複数のヒータ素子が同一基板（ヒータボード）上に実装されている。
【００４０】
さて、そのヒータ素子に駆動電流パルスを入力することにより、インクを加熱してインクをノズルから吐出するのであるが、この実施形態では各ヒータ素子毎に入力する駆動電流パルスの波形を変化させることのできる制御回路がヒータボードに実装されている。
【００４１】
上述のように、そのヒータ素子に値の異なる２つの電流を入力するように回路を構成することで、種々の波形の電流パルスを生成することができる。
【００４２】
図７は１つのヒータ素子に複数の値をもつ電流パルスを入力できる回路の基本的な構成を示す図である。
【００４３】
図７（ａ）に示す回路によれば、ヒータＲＨには予め設定されている定電流源Ｉ1およびＩ2をスイッチＳ１、Ｓ２により切換えてヒータＲＨの発熱を制御することができる。ここで、各電流源の関係をＩ1＝２×Ｉ2とすると、スイッチＳ１，Ｓ２のＯＮ／ＯＦＦの状態により様々な電流を流すことが可能である。
【００４４】
例えば、従来例で説明したように、一定値をもつヒータ電流パルスは、スイッチＳ１のＯＮ／ＯＦＦスイッチングすることで、その波形を得ることができる。また、図２に示したようなパルス電流は最初にスイッチＳ２をＯＮし、次に、スイッチＳ２をＯＦＦするとともに、スイッチＳ１をＯＮすることで実現できる。このようなスイッチング制御は、ヒータＲＨをインクが発泡しない程度に温めておくプレヒートパルスの生成に有効である。
【００４５】
また、図７（ａ）に示す回路において、スイッチＳ１及びＳ２をＯＮさせ、次にスイッチＳ２をＯＦＦさせることで、図７（ｂ）に示すような電流波形を得ることができる。この電流波形はヒータＲＨを急速に加熱するための手段として用いることができる。また、図７（ｃ）に示す波形は、図２に示した電流波形と図７（ｂ）に示した電流波形の組合わせによって得られる。具体的には、図７（ａ）に示した回路において、ヒータ電流がＩ2の区間ではスイッチＳ１をＯＦＦ、スイッチＳ２をＯＮとし、ヒータ電流がＩ1＋Ｉ2の区間ではスイッチＳ１、Ｓ２をＯＮとし、ヒータ電流Ｉ1の区間では、スイッチＳ１はＯＮ、スイッチＳ２をＯＦＦするように制御することにより、その電流波形が得られる。
【００４６】
実際の回路においては、このような制御を実行するために、後述するように制御回路が記録ヘッドＩＪＨのヒータボード上に設けられており、その制御回路では、例えば、図７（ｃ）に示す波形を生成するために図８のフローチャートに示すような制御を実行する。なお、初期状態ではスイッチＳ１、Ｓ２ともにＯＦＦとなっているとする。
【００４７】
まず、ステップＳ１０では時間監視を行い、時刻ｔ＝ｔ1になると、処理はステップＳ２０に進み、スイッチＳ２のみをＯＮにする。これにより、ヒータ電流はＩ2になる。その後処理はステップＳ３０に進み時間監視を行い、時刻がｔ＝ｔ2になるのを待ち合わせ、その後処理はステップＳ４０に進む。
【００４８】
ステップＳ４０では、さらにスイッチＳ１もＯＮにする。これにより、ヒータ電流はＩ1＋Ｉ2になる。その後処理はステップＳ５０に進み時間監視を行い、時刻がｔ＝ｔ3になるのを待ち合わせ、その後処理はステップＳ６０に進む。ステップＳ６０では、スイッチＳ２のみをＯＦＦにする。これにより、ヒータ電流はＩ1になる。
【００４９】
その後、処理はステップＳ７０に進み時間監視を行い、時刻がｔ＝ｔ4になるのを待ち合わせ、その後処理はステップＳ８０に進む。ステップＳ８０では、さらにスイッチＳ１もＯＦＦにする。これにより、ヒータ電流は“０”になる。
【００５０】
このような制御を各ヒータ素子に関して、独立に実行することにより、各ヒータ素子の特性に応じたパルス電流波形を生成して、そのヒータ素子を駆動することができる。また、この制御回路の動作は、記録装置から記録ヘッドに制御信号を送信することで実現される。なお、図７（ｃ）に示す波形はあくまで一例であり、スイッチＳ１、Ｓ２のＯＮ／ＯＦＦタイミングを変化させることで種々の波形が生成されることは言うまでもない。
【００５１】
なお、さらに複雑な電流パルス波形の生成には、各ヒータ素子ＲＨに入力する電流パルスを生成するための定電流源の数やスイッチの数を増やせば良い。
【００５２】
図９は１つのヒータ素子に対応して３つのスイッチ、３つの定電流源を備えた回路の構成とその回路によって生成される電流パルス波形の例を示す図である。
【００５３】
図９において、（ａ）は回路構成を、（ｂ）はその回路によって生成されたヒータ電流波形を示している。図９（ｂ）に示すような波形を生成するためには、図９（ａ）に示した回路において、定電流源から供給される電流値の関係を、Ｉ1＝２×Ｉ2＝２×Ｉ3となるように設定し、最初に（ｔ＝ｔ1）スイッチＳ１、Ｓ２をＯＮさせ、次に（ｔ＝ｔ2）スイッチＳ２のみをＯＦＦ、さらに（ｔ＝ｔ3）スイッチＳ１をＯＦＦしてスイッチＳ２をＯＮさせ、最後に（ｔ＝ｔ4）スイッチＳ１〜Ｓ３全てをＯＮさせれば良い。
【００５４】
このように電流源の電流値及びその数を変えることで、様々な電流波形を作り出すことができる。
【００５５】
図１０は、図７（ａ）に示した回路の基本構成をより具体的にした回路の構成図である。なお、記録ヘッドＩＪＨのヒータボードには記録装置から転送される記録データを一時的に格納するためのシフトレジスタやラッチ回路、また、各ヒータ素子を駆動するための駆動制御回路なども実装されているが、これらの回路構成は公知であるので、ここではその構成図は省略し、その説明も省略する。従って、以下の説明では、各ヒータ素子に入力する駆動電流パルスの波形を変化させるために必要な回路の構成についてのみ説明する。
【００５６】
図１０において、１００はＮＭＯＳトランジスタＭ１、定電流回路１０１、及び、増幅器Ｂｕｆで構成されるカレントミラー回路のリファレンス側となる基準電流生成部、２００は複数のヒータ素子から構成されるヒータアレイである。なお、ヒータ素子に供給する駆動電流パルスの波形を変化させるための回路構成は各ヒータ素子に対して同じ構成であるので、説明を簡単にするためにここでは１つのヒータ素子（画像に関しては１画素分）についてのみ図示している。また、３００は駆動電流パルスの波形を変化させたり、駆動電流パルスのＯＮ／ＯＦＦ制御するための回路の動作を制御する制御回路、ＶＤＤ、ＶＨは電源電圧、ＶBiasはバイアス電圧、ＧＮＤはグラウンド電圧である。
【００５７】
ヒータアレイ２００は各ヒータ素子ＲＨ毎にＮＭＯＳトランジスタＭ２、Ｍ２Ａ、インバータ２０１、２０２、スイッチＳ１Ａ、Ｓ１Ｂ、及び、スイッチＳ２Ａ、Ｓ２Ｂで構成されている。
【００５８】
この実施形態では、ヒータＲＨに流す電流は、数１０ｍＡ〜数１００ｍＡと大きく、ＮＭＯＳトランジスタＭ２，ＮＭＯＳトランジスタＭ２Ａの物理的なサイズも必然的に大きくなる。それに対して、基準電流生成部１００はリファレンスとして流している無駄な電流であるので、この電流を小さくするために、定電流回路１０１からの電流とＮＭＯＳトランジスタＭ２、Ｍ２Ａの電流との関係をＩref＝Ｉ1／５０＝Ｉ2／２５とすれば、ＮＭＯＳトランジスタＭ１、Ｍ２、Ｍ２Ａの物理的なサイズ比も、１：５０：２５となり、回路を設計製造するときのレイアウトパターン的にもリーズナブルである。
【００５９】
なお、図７（ａ）と図１０に示した回路構成の変形例として、図１１に示すような回路を記録ヘッドＩＪＨのヒータボードに実装しても良い。特に、図１１に示す回路はダブルパルス制御におけるプレヒートパルスに着目したものである。なお、図１１において、図７（ａ）と図１０に示した回路と同じ構成要素には同じ参照番号や記号を付し、その説明は省略する。
【００６０】
図１１（ａ）において、Ｉ3はプレヒート用の定電流源である。図１１（ａ）に示す回路では、スイッチＳ２のみをＯＮにしてヒータＲＨを発泡直前まで加熱し、その後、スイッチＳ１をＯＮにするとともにスイッチＳ２をＯＦＦにして、ヒータＲＨをＶＨ／ＲＨの電流で駆動する。
【００６１】
図１１（ｂ）は図１１（ａ）に示した回路の基本構成をより具体的にした回路の構成図である。この回路は、ＮＭＯＳトランジスタＭ２のゲートがスイッチＳ１ＡとＳ１Ｂのスイッチング動作のため、電圧ＶＨＴに接続されている以外は図１０に示した回路と同様である。
【００６２】
このように、カレントミラー回路のミラー側をヒータ素子を駆動するために用い、制御回路は任意の波形を得るようスイッチのＯＮ／ＯＦＦを制御する。このような回路を用いることで、電流パルス波形を変化させるために必要な回路の規模的を小さくでき、コスト削減にも資する。
【００６３】
従って以上説明した実施形態によれば、記録ヘッドのヒータボードに各ヒータ素子ごとにヒータを駆動するための電流パルス波形を変化させることのできる回路を実装するので、記録装置側の制御を記録ヘッドで行わせることで処理の負荷分散を図ることができる。
【００６４】
なお、以上説明した実施形態では１つのヒータ素子に対して、２つのＮＭＯＳトランジスタを用いて電流パルス波形を変化させる例について説明したが本発明はこれによって限定されるものではない。例えば、図１２に示すように、カレントミラー回路のリファレンス電流を生成する基準電流生成部１００に２つの定電流回路１０１，１０２を備え、２つのスイッチＳ１、Ｓ２により２つの定電流Ｉref1、Ｉref2をそれぞれ制御することにより、基準電流生成部１００側で電流波形を制御しても良い。このような構成により、ヒータアレイ２００側は各ヒータ素子ＲＨ１、ＲＨ２、……に対して１つづつのＮＭＯＳトランジスタＭ２、Ｍ３……、２つのスイッチＳ１Ａ、Ｓ１Ｂ、Ｓ２Ａ、Ｓ２Ｂ……、１つのインバータ２０１、２０２……を備えればよく、このトランジスタの動作を制御する制御回路３０１は、それぞれのトランジスタをＯＮ／ＯＦＦ制御するだけで良く、より回路構成を単純化することができる。
【００６５】
また、図１３に示すように、各ヒータ素子ＲＨを２つのＮＭＯＳトランジスタＭ１０、Ｍ１１で構成されるスイッチを用いて制御しても良い。ＮＭＯＳトランジスタＭ１０、Ｍ１１は有限のＯＮ抵抗（ＲM10、ＲM11）を持っているので、ヒータ電流（ＩＨ）はヒータ抵抗値とＯＮ抵抗との和の値で決定される。
【００６６】
従って、例えば、図２に示すようなヒータ電流波形を得るためには、ＮＭＯＳトランジスタＭ１０とＭ１１のトランジスタの物理的なサイズを等しくし、最初にＮＭＯＳトランジスタＭ１０のみをＯＮさせ、次に、ＮＭＯＳトランジスタＭ１０とＭ１１をＯＮするように制御回路３０２がトランジスタのＯＮ／ＯＦＦ制御を行うようにすると良い。
【００６７】
なお、以上の実施形態において、記録ヘッドから吐出される液滴はインクであるとして説明し、さらにインクタンクに収容される液体はインクであるとして説明したが、その収容物はインクに限定されるものではない。例えば、記録画像の定着性や耐水性を高めたり、その画像品質を高めたりするために記録媒体に対して吐出される処理液のようなものがインクタンクに収容されていても良い。
【００６８】
以上の実施形態は、特にインクジェット記録方式の中でも、インク吐出を行わせるために利用されるエネルギーとして熱エネルギーを発生する手段（例えば電気熱変換体やレーザ光等）を備え、前記熱エネルギーによりインクの状態変化を生起させる方式を用いることにより記録の高密度化、高精細化が達成できる。
【００６９】
その代表的な構成や原理については、例えば、米国特許第４７２３１２９号明細書、同第４７４０７９６号明細書に開示されている基本的な原理を用いて行うものが好ましい。この方式はいわゆるオンデマンド型、コンティニュアス型のいずれにも適用可能であるが、特に、オンデマンド型の場合には、液体（インク）が保持されているシートや液路に対応して配置されている電気熱変換体に、記録情報に対応していて膜沸騰を越える急速な温度上昇を与える少なくとも１つの駆動信号を印加することによって、電気熱変換体に熱エネルギーを発生せしめ、記録ヘッドの熱作用面に膜沸騰を生じさせて、結果的にこの駆動信号に１対１で対応した液体（インク）内の気泡を形成できるので有効である。この気泡の成長、収縮により吐出用開口を介して液体（インク）を吐出させて、少なくとも１つの滴を形成する。この駆動信号をパルス形状をすると、即時適切に気泡の成長収縮が行われるので、特に応答性に優れた液体（インク）の吐出が達成でき、より好ましい。
【００７０】
このパルス形状の駆動信号としては、米国特許第４４６３３５９号明細書、同第４３４５２６２号明細書に記載されているようなものが適している。なお、上記熱作用面の温度上昇率に関する発明の米国特許第４３１３１２４号明細書に記載されている条件を採用すると、さらに優れた記録を行うことができる。
【００７１】
記録ヘッドの構成としては、上述の各明細書に開示されているような吐出口、液路、電気熱変換体の組み合わせ構成（直線状液流路または直角液流路）の他に熱作用面が屈曲する領域に配置されている構成を開示する米国特許第４５５８３３３号明細書、米国特許第４４５９６００号明細書を用いた構成も本発明に含まれるものである。加えて、複数の電気熱変換体に対して、共通するスロットを電気熱変換体の吐出部とする構成を開示する特開昭５９−１２３６７０号公報や熱エネルギーの圧力波を吸収する開口を吐出部に対応させる構成を開示する特開昭５９−１３８４６１号公報に基づいた構成としても良い。
【００７２】
さらに、記録装置が記録できる最大記録媒体の幅に対応した長さを有するフルラインタイプの記録ヘッドとしては、上述した明細書に開示されているような複数記録ヘッドの組み合わせによってその長さを満たす構成や、一体的に形成された１個の記録ヘッドとしての構成のいずれでもよい。
【００７３】
加えて、上記の実施形態で説明した記録ヘッド自体に一体的にインクタンクが設けられたカートリッジタイプの記録ヘッドのみならず、装置本体に装着されることで、装置本体との電気的な接続や装置本体からのインクの供給が可能になる交換自在のチップタイプの記録ヘッドを用いてもよい。
【００７４】
また、以上説明した記録装置の構成に、記録ヘッドに対する回復手段、予備的な手段等を付加することは記録動作を一層安定にできるので好ましいものである。これらを具体的に挙げれば、記録ヘッドに対してのキャッピング手段、クリーニング手段、加圧あるいは吸引手段、電気熱変換体あるいはこれとは別の加熱素子あるいはこれらの組み合わせによる予備加熱手段などがある。また、記録とは別の吐出を行う予備吐出モードを備えることも安定した記録を行うために有効である。
【００７５】
さらに、記録装置の記録モードとしては黒色等の主流色のみの記録モードだけではなく、記録ヘッドを一体的に構成するか複数個の組み合わせによってでも良いが、異なる色の複色カラー、または混色によるフルカラーの少なくとも１つを備えた装置とすることもできる。
【００７６】
以上説明した実施の形態においては、インクが液体であることを前提として説明しているが、室温やそれ以下で固化するインクであっても、室温で軟化もしくは液化するものを用いても良く、あるいはインクジェット方式ではインク自体を３０°Ｃ以上７０°Ｃ以下の範囲内で温度調整を行ってインクの粘性を安定吐出範囲にあるように温度制御するものが一般的であるから、使用記録信号付与時にインクが液状をなすものであればよい。
【００７７】
加えて、積極的に熱エネルギーによる昇温をインクの固形状態から液体状態への状態変化のエネルギーとして使用せしめることで積極的に防止するため、またはインクの蒸発を防止するため、放置状態で固化し加熱によって液化するインクを用いても良い。いずれにしても熱エネルギーの記録信号に応じた付与によってインクが液化し、液状インクが吐出されるものや、記録媒体に到達する時点では既に固化し始めるもの等のような、熱エネルギーの付与によって初めて液化する性質のインクを使用する場合も本発明は適用可能である。このような場合インクは、特開昭５４−５６８４７号公報あるいは特開昭６０−７１２６０号公報に記載されるような、多孔質シート凹部または貫通孔に液状または固形物として保持された状態で、電気熱変換体に対して対向するような形態としてもよい。本発明においては、上述した各インクに対して最も有効なものは、上述した膜沸騰方式を実行するものである。
【００７８】
さらに加えて、本発明に係る記録装置の形態としては、コンピュータ等の情報処理機器の画像出力端末として一体または別体に設けられるものの他、リーダ等と組み合わせた複写装置、さらには送受信機能を有するファクシミリ装置の形態を取るものであっても良い。
【００７９】
なお、本発明は、複数の機器（例えばホストコンピュータ、インタフェース機器、リーダ、プリンタなど）から構成されるシステムに適用しても、一つの機器からなる装置（例えば、複写機、ファクシミリ装置など）に適用してもよい。
【００８０】
また、本発明の目的は、前述した実施形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記録した記憶媒体（または記録媒体）を、システムあるいは装置に供給し、そのシステムあるいは装置のコンピュータ（またはCPUやMPU）が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出し実行することによっても、達成されることは言うまでもない。この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が前述した実施形態の機能を実現することになり、そのプログラムコードを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。また、コンピュータが読み出したプログラムコードを実行することにより、前述した実施形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼働しているオペレーティングシステム(OS)などが実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって前述した実施形態の機能が実現される場合も含まれることは言うまでもない。
【００８１】
さらに、記憶媒体から読み出されたプログラムコードが、コンピュータに挿入された機能拡張カードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書込まれた後、そのプログラムコードの指示に基づき、その機能拡張カードや機能拡張ユニットに備わるCPUなどが実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって前述した実施形態の機能が実現される場合も含まれることは言うまでもない。
【００８２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に従えば、記録ヘッド内に備えられた回路を用いて、電気熱変換素子を駆動するための電流パルスの波形を変化させるよう制御することができるという効果がある。
【００８３】
また、電流パルスの波形を変化させることにより、インク吐出が安定し、さらに、電気熱変換素子の耐久性向上にも貢献する。
【図面の簡単な説明】
【図１】パルス電流波形を変化させるための回路の代表例を示す図である。
【図２】ヒータ電流の波形の一例を示す図である。
【図３】図１（ｃ）に示す構成の回路をより詳細に表わした図である。
【図４】本発明の代表的な実施の形態であるインクジェットプリンタＩＪＲＡの構成の概要を示す外観斜視図である。
【図５】インクジェットプリンタＩＪＲＡの制御回路の構成を示すブロック図である。
【図６】インクタンクとヘッドとが分離可能なインクカートリッジＩＪＣの構成を示す外観斜視図である。
【図７】１つのヒータ素子に複数の値をもつ電流パルスを入力できる回路の基本的な構成を示す図である。
【図８】電流パルスの波形を変化させる処理を示すフローチャートである。
【図９】１つのヒータ素子に対応して３つのスイッチ、３つの定電流源を備えた回路の構成とその回路によって生成される電流パルス波形の例を示す図である。
【図１０】図７（ａ）に示した回路の基本構成をより具体的にした回路の構成図である。
【図１１】図７（ａ）と図１０に示した回路構成の変形例を示す図である。
【図１２】基準電流生成部１００に２つの定電流回路を備え、各ヒータ素子に対して１つづつのＮＭＯＳトランジスタを備えた構成の回路を示す図である。
【図１３】各ヒータ素子ＲＨを２つのＮＭＯＳトランジスタで構成されるスイッチを用いて制御する構成の回路を示す図である。
【図１４】従来のヒータ電流波形を示す図である。
【符号の説明】
１００ 基準電流生成部
１０１、１０２ 定電流回路
２００ ヒータアレイ
２０１、２０２ インバータ
３００、３０１、３０２ 制御回路
Ｂｕｆ 増幅器
ＧＮＤ グラウンド電圧
ＩＪＣ インクカートリッジ
ＩＪＨ 記録ヘッド
ＩＴ インクタンク
Ｍ１、Ｍ２、Ｍ２Ａ、Ｍ３、Ｍ１０、Ｍ１１ ＮＭＯＳトランジスタ
ＲＨ、ＲＨ１、ＲＨ２ ヒータ素子
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ１Ａ、Ｓ１Ｂ、Ｓ２Ａ、Ｓ２Ｂスイッチ
ＶＤＤ、ＶＨ 電源電圧
ＶBias バイアス電圧
【発明の属する技術分野】
本発明は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、インクジェット方式に従って記録を行う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。
【０００２】
【従来の技術】
記録装置に搭載されるインクジェット方式に従う記録ヘッドに実装された電気熱変換素子（ヒータ）の駆動電流パルスとしては、従来より、図１４に示される様な一定の電流値をもったものが一般的である。
【０００３】
一方、特開平５−１１６３４１号公報に示されているように、電流値を変化させながらヒータを駆動することで、安定したインクの発泡現象が得られることが分かっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来例の駆動方法では、記録ヘッドを搭載した記録装置から電流値が時間的に変化する電流パルスを送信していたので、記録装置と記録ヘッドとの間の制御インタフェースが複雑になったり、記録装置側での処理負担が大きくなるという問題があった。
【０００５】
特に、記録ヘッドの各ヒータ毎に異なる波形の電流パルスを用いて駆動する場合には、その制御インタフェースはさらに複雑になるという問題があった。
【０００６】
本発明は上記従来例に鑑みてなされたもので、記録ヘッドに実装されたヒータを駆動するためのパルスの電流値を記録ヘッド内部で制御することのできる記録ヘッド及びその記録ヘッドを用いた記録装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の記録ヘッドは以下のような構成からなる。
【０００８】
即ち、電気熱変換素子に電流を与えて熱を発生させることでインクを加熱し、前記インクを吐出することにより記録を行う記録ヘッドであって、定電流回路を有しカレントミラー回路のリファレンスとなる基準電流生成部と、前記電気熱変換素子に直列に接続され前記基準電流生成部からの電圧を受けて第１の値をもつ電流を発生するためのＭＯＳトランジスタで構成された第１の定電流源と、前記第１の定電流源からの電流を前記電気熱変換素子に通電するための第１のスイッチと、前記電気熱変換素子に直列に接続され前記基準電流生成部からの電圧を受けて第２の値をもつ電流を発生するためのＭＯＳトランジスタで構成された第２の定電流源と、前記第２の定電流源からの電流を前記電気熱変換素子に通電するための第２のスイッチと、前記第１及び第２のスイッチのオンオフを制御する制御回路とを同一基板上に有し、前記第１及び第２の定電流源を構成する前記ＭＯＳトランジスタのゲートに対して、前記第１及び第２のスイッチの動作に基づいて前記基準電流生成部からの電圧を与えることで前記電気熱変換素子に与える電流を変化させることを特徴とする記録ヘッドを備える。
【０００９】
また他の発明によれば、電気熱変換素子に電流を与えて熱を発生させることでインクを加熱し、前記インクを吐出することにより記録を行う記録ヘッドであって、第１及び第２の基準電流を発生する定電流回路と、前記第１及び第２の基準電圧の夫々に直列に接続され、出力される定電流を制御するための第１及び第２のスイッチとを有し、カレントミラー回路のリファレンスとなる基準電流生成部と、前記電気熱変換素子に直列に接続され前記基準電流生成部からの電圧を受けて所定の電流を発生するためのＭＯＳトランジスタで構成された定電流源と、前記定電流源からの電流を前記電気熱変換素子に通電するための第３のスイッチと、前記第３のスイッチのオンオフを制御することで前記定電流源を構成する前記ＭＯＳトランジスタのゲートに対して、前記基準電流生成部からの電圧を与える前記電気熱変換素子に与える電流を変化させる制御回路とを同一基板上に有することを特徴とする記録ヘッドを備える。
【００１０】
さらに他の発明によれば、電気熱変換素子に電流を与えて熱を発生させることでインクを加熱し、前記インクを吐出することにより記録を行う記録ヘッドであって、前記電気熱変換素子の一端には所定の電源電圧が印加され、前記電気熱変換素子の他端に接続された第１及び第２のＭＯＳトランジスタと、前記第１及び第２のＭＯＳトランジスタを制御するためにそれぞれのゲートに接続された制御回路と、前記制御回路は、ＯＮさせるＭＯＳトランジスタの数を制御するとともに、前記ＯＮしたＭＯＳトランジスタのＯＮ抵抗を用いて前記電気熱変換素子に通電される電流を制御することを特徴とする記録ヘッドを備える。
【００１７】
また他の発明によれば、以上の構成の記録ヘッドを用いて記録を行う記録装置を備える。
【００１８】
以上の構成により本発明は、記録ヘッド内に備えられた回路を用いて、電気熱変換素子を駆動するための電流パルスの波形を変化させるよう制御する。
【００１９】
【発明の実施の形態】
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詳細に説明する。
【００２０】
＜基本的な考え方の説明（図１〜図３）＞
まず、本発明の特徴的な概念について説明する。
【００２１】
記録ヘッドの記録要素（例えば、ヒータ）を駆動するためのパルス電流波形を変化させるための回路には様々な実施態様がある。
【００２２】
図１はパルス電流波形を変化させるための回路の代表例を示す図である。
【００２３】
図１に示した３つの回路はいずれも、スイッチＳ１、Ｓ２がそれぞれＯＮ／ＯＦＦすることで、ヒータＲＨに流れる電流を制御している。例えば、図１（ａ）に示す回路において、スイッチＳ１がＯＮしているとすると、ヒータＲＨにはＶＨ／ＲＨ（＝Ｉ1）の電流が流れる。次に、スイッチＳ２がＯＮしている期間には（ＶＨ−Ｖ1）／ＲＨ（＝Ｉ2）の電流が流れることになる。従って、スイッチＳ２をＯＮさせた後、スイッチＳ２をＯＦＦさせ、スイッチＳ１をＯＮさせることで、図２に示すような波形のヒータ電流を流すことが可能となる。
【００２４】
また、図１（ｂ）に示す回路はヒータＲＨの一端をグラウンドレベルＧＮＤに固定し、ヒータＲＨの正側の２つの端子電圧（ＶＨ、ＶＨＬ）をスイッチＳ１及びＳ２によって切り換えることでヒータ電流を変化させるようにしている。この構成の場合、電源は２種類必要になる。
【００２５】
さらに、図１（ｃ）に示す回路は、ヒータＲＨの正側端子を増幅器ＢＵＦの出力に接続し、その増幅器ＢＵＦの入力端子に異なる電圧Ｖ1、Ｖ2がそれぞれ、スイッチＳ１、Ｓ２を経て与えられる構成をとっている。
【００２６】
ここで、その入力電圧値は、２種類に限定されるものではない。この構成の場合、入力電圧値Ｖ1、Ｖ2に対応した入力信号インピーダンスは比較的高くてよいので、図１（ｂ）に示した回路構成と比較し、ヒータＲＨを駆動する電源は一種類でよい。
【００２７】
図３は、図１（ｃ）に示す構成の回路をより詳細に表わした図である。
【００２８】
図３に示す構成によれば、ヒータＲＨをＮＭＯＳトランジスタＭ０を含んだソースホロワ回路によって駆動し、そのゲート入力はトランスミッションゲートＴ1、Ｔ2、Ｔ3により切換られ、ヒータＲＨの正端子にはそれぞれＶ1−ＶthM0、Ｖ2−ＶthM0の電圧が印加される。また、ヒータをＯＦＦさせる時には、ＮＭＯＳトランジスタＭ０のゲート端子にはグラウンドレベルＧＮＤが与えられる。これにより、ＮＭＯＳトランジスタＭ０はＯＦＦするため、ヒータＲＨには電流は流れない。
【００２９】
ともあれ、以上のような回路において、スイッチＳ１とＳ２のＯＮ／ＯＦＦを制御することにより、種々のヒータ電流波形を得ることができる。
【００３０】
次に、このような種々のヒータ電流波形を発生させることのできる回路を組み込んだ記録ヘッドと、さらに、その記録ヘッドを用いて記録を行う記録装置について説明する。
【００３１】
＜装置本体の概略説明（図４）＞
図４は、本発明の代表的な実施の形態であるインクジェットプリンタＩＪＲＡの構成の概要を示す外観斜視図である。図４において、駆動モータ５０１３の正逆回転に連動して駆動力伝達ギア５００９〜５０１１を介して回転するリードスクリュー５００５の螺旋溝５００４に対して係合するキャリッジＨＣはピン（不図示）を有し、ガイドレール５００３に支持されて矢印ａ，ｂ方向を往復移動する。キャリッジＨＣには、記録ヘッドＩＪＨとインクタンクＩＴとを内蔵した一体型インクジェットカートリッジＩＪＣが搭載されている。５００２は紙押え板であり、キャリッジＨＣの移動方向に亙って記録用紙Ｐをプラテン５０００に対して押圧する。５００７，５００８はフォトカプラで、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器である。５０１６は記録ヘッドＩＪＨ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、５０１５はこのキャップ内を吸引する吸引器で、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機構で移動制御される。
【００３２】
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５００５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動作を行うようにすれば、本例にはいずれも適用できる。
【００３３】
＜制御構成の説明（図５）＞
次に、上述した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。
【００３４】
図５はインクジェットプリンタＩＪＲＡの制御回路の構成を示すブロック図である。図５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。１７１０は記録ヘッドＩＪＨ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ＩＪＨを駆動するヘッドドライバ、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。
【００３５】
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、ヘッドドライバ１７０５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、記録が行われる。
【００３６】
なお、上述のように、インクタンクＩＴと記録ヘッドＩＪＨとは一体的に形成されて交換可能なインクカートリッジＩＪＣを構成しても良いが、これらインクタンクＩＴと記録ヘッドＩＪＨとを分離可能に構成して、インクがなくなったときにインクタンクＩＴだけを交換できるようにしても良い。
【００３７】
＜インクカートリッジについて（図６）＞
図６は、インクタンクとヘッドとが分離可能なインクカートリッジＩＪＣの構成を示す外観斜視図である。インクカートリッジＩＪＣは、図６に示すように、境界線Ｋの位置でインクタンクＩＴと記録ヘッドＩＪＨとが分離可能である。インクカートリッジＩＪＣにはこれがキャリッジＨＣに搭載されたときには、キャリッジＨＣ側から供給される電気信号を受け取るための電極（不図示）が設けられており、この電気信号によって、前述のように記録ヘッドＩＪＨが駆動されてインクが吐出される。
【００３８】
なお、図６において、５００はインク吐出口列である。また、インクタンクＩＴにはインクを保持するために繊維質状もしくは多孔質状のインク吸収体が設けられており、そのインク吸収体によってインクが保持される。
【００３９】
＜記録ヘッドＩＪＨのヒータボードの構成（図７〜図１１）＞
記録ヘッドＩＪＨには、インクを吐出するための複数のインク吐出ノズル（以下、ノズルという）が設けられており、そのノズル１つ１つに対応して複数のヒータ素子が同一基板（ヒータボード）上に実装されている。
【００４０】
さて、そのヒータ素子に駆動電流パルスを入力することにより、インクを加熱してインクをノズルから吐出するのであるが、この実施形態では各ヒータ素子毎に入力する駆動電流パルスの波形を変化させることのできる制御回路がヒータボードに実装されている。
【００４１】
上述のように、そのヒータ素子に値の異なる２つの電流を入力するように回路を構成することで、種々の波形の電流パルスを生成することができる。
【００４２】
図７は１つのヒータ素子に複数の値をもつ電流パルスを入力できる回路の基本的な構成を示す図である。
【００４３】
図７（ａ）に示す回路によれば、ヒータＲＨには予め設定されている定電流源Ｉ1およびＩ2をスイッチＳ１、Ｓ２により切換えてヒータＲＨの発熱を制御することができる。ここで、各電流源の関係をＩ1＝２×Ｉ2とすると、スイッチＳ１，Ｓ２のＯＮ／ＯＦＦの状態により様々な電流を流すことが可能である。
【００４４】
例えば、従来例で説明したように、一定値をもつヒータ電流パルスは、スイッチＳ１のＯＮ／ＯＦＦスイッチングすることで、その波形を得ることができる。また、図２に示したようなパルス電流は最初にスイッチＳ２をＯＮし、次に、スイッチＳ２をＯＦＦするとともに、スイッチＳ１をＯＮすることで実現できる。このようなスイッチング制御は、ヒータＲＨをインクが発泡しない程度に温めておくプレヒートパルスの生成に有効である。
【００４５】
また、図７（ａ）に示す回路において、スイッチＳ１及びＳ２をＯＮさせ、次にスイッチＳ２をＯＦＦさせることで、図７（ｂ）に示すような電流波形を得ることができる。この電流波形はヒータＲＨを急速に加熱するための手段として用いることができる。また、図７（ｃ）に示す波形は、図２に示した電流波形と図７（ｂ）に示した電流波形の組合わせによって得られる。具体的には、図７（ａ）に示した回路において、ヒータ電流がＩ2の区間ではスイッチＳ１をＯＦＦ、スイッチＳ２をＯＮとし、ヒータ電流がＩ1＋Ｉ2の区間ではスイッチＳ１、Ｓ２をＯＮとし、ヒータ電流Ｉ1の区間では、スイッチＳ１はＯＮ、スイッチＳ２をＯＦＦするように制御することにより、その電流波形が得られる。
【００４６】
実際の回路においては、このような制御を実行するために、後述するように制御回路が記録ヘッドＩＪＨのヒータボード上に設けられており、その制御回路では、例えば、図７（ｃ）に示す波形を生成するために図８のフローチャートに示すような制御を実行する。なお、初期状態ではスイッチＳ１、Ｓ２ともにＯＦＦとなっているとする。
【００４７】
まず、ステップＳ１０では時間監視を行い、時刻ｔ＝ｔ1になると、処理はステップＳ２０に進み、スイッチＳ２のみをＯＮにする。これにより、ヒータ電流はＩ2になる。その後処理はステップＳ３０に進み時間監視を行い、時刻がｔ＝ｔ2になるのを待ち合わせ、その後処理はステップＳ４０に進む。
【００４８】
ステップＳ４０では、さらにスイッチＳ１もＯＮにする。これにより、ヒータ電流はＩ1＋Ｉ2になる。その後処理はステップＳ５０に進み時間監視を行い、時刻がｔ＝ｔ3になるのを待ち合わせ、その後処理はステップＳ６０に進む。ステップＳ６０では、スイッチＳ２のみをＯＦＦにする。これにより、ヒータ電流はＩ1になる。
【００４９】
その後、処理はステップＳ７０に進み時間監視を行い、時刻がｔ＝ｔ4になるのを待ち合わせ、その後処理はステップＳ８０に進む。ステップＳ８０では、さらにスイッチＳ１もＯＦＦにする。これにより、ヒータ電流は“０”になる。
【００５０】
このような制御を各ヒータ素子に関して、独立に実行することにより、各ヒータ素子の特性に応じたパルス電流波形を生成して、そのヒータ素子を駆動することができる。また、この制御回路の動作は、記録装置から記録ヘッドに制御信号を送信することで実現される。なお、図７（ｃ）に示す波形はあくまで一例であり、スイッチＳ１、Ｓ２のＯＮ／ＯＦＦタイミングを変化させることで種々の波形が生成されることは言うまでもない。
【００５１】
なお、さらに複雑な電流パルス波形の生成には、各ヒータ素子ＲＨに入力する電流パルスを生成するための定電流源の数やスイッチの数を増やせば良い。
【００５２】
図９は１つのヒータ素子に対応して３つのスイッチ、３つの定電流源を備えた回路の構成とその回路によって生成される電流パルス波形の例を示す図である。
【００５３】
図９において、（ａ）は回路構成を、（ｂ）はその回路によって生成されたヒータ電流波形を示している。図９（ｂ）に示すような波形を生成するためには、図９（ａ）に示した回路において、定電流源から供給される電流値の関係を、Ｉ1＝２×Ｉ2＝２×Ｉ3となるように設定し、最初に（ｔ＝ｔ1）スイッチＳ１、Ｓ２をＯＮさせ、次に（ｔ＝ｔ2）スイッチＳ２のみをＯＦＦ、さらに（ｔ＝ｔ3）スイッチＳ１をＯＦＦしてスイッチＳ２をＯＮさせ、最後に（ｔ＝ｔ4）スイッチＳ１〜Ｓ３全てをＯＮさせれば良い。
【００５４】
このように電流源の電流値及びその数を変えることで、様々な電流波形を作り出すことができる。
【００５５】
図１０は、図７（ａ）に示した回路の基本構成をより具体的にした回路の構成図である。なお、記録ヘッドＩＪＨのヒータボードには記録装置から転送される記録データを一時的に格納するためのシフトレジスタやラッチ回路、また、各ヒータ素子を駆動するための駆動制御回路なども実装されているが、これらの回路構成は公知であるので、ここではその構成図は省略し、その説明も省略する。従って、以下の説明では、各ヒータ素子に入力する駆動電流パルスの波形を変化させるために必要な回路の構成についてのみ説明する。
【００５６】
図１０において、１００はＮＭＯＳトランジスタＭ１、定電流回路１０１、及び、増幅器Ｂｕｆで構成されるカレントミラー回路のリファレンス側となる基準電流生成部、２００は複数のヒータ素子から構成されるヒータアレイである。なお、ヒータ素子に供給する駆動電流パルスの波形を変化させるための回路構成は各ヒータ素子に対して同じ構成であるので、説明を簡単にするためにここでは１つのヒータ素子（画像に関しては１画素分）についてのみ図示している。また、３００は駆動電流パルスの波形を変化させたり、駆動電流パルスのＯＮ／ＯＦＦ制御するための回路の動作を制御する制御回路、ＶＤＤ、ＶＨは電源電圧、ＶBiasはバイアス電圧、ＧＮＤはグラウンド電圧である。
【００５７】
ヒータアレイ２００は各ヒータ素子ＲＨ毎にＮＭＯＳトランジスタＭ２、Ｍ２Ａ、インバータ２０１、２０２、スイッチＳ１Ａ、Ｓ１Ｂ、及び、スイッチＳ２Ａ、Ｓ２Ｂで構成されている。
【００５８】
この実施形態では、ヒータＲＨに流す電流は、数１０ｍＡ〜数１００ｍＡと大きく、ＮＭＯＳトランジスタＭ２，ＮＭＯＳトランジスタＭ２Ａの物理的なサイズも必然的に大きくなる。それに対して、基準電流生成部１００はリファレンスとして流している無駄な電流であるので、この電流を小さくするために、定電流回路１０１からの電流とＮＭＯＳトランジスタＭ２、Ｍ２Ａの電流との関係をＩref＝Ｉ1／５０＝Ｉ2／２５とすれば、ＮＭＯＳトランジスタＭ１、Ｍ２、Ｍ２Ａの物理的なサイズ比も、１：５０：２５となり、回路を設計製造するときのレイアウトパターン的にもリーズナブルである。
【００５９】
なお、図７（ａ）と図１０に示した回路構成の変形例として、図１１に示すような回路を記録ヘッドＩＪＨのヒータボードに実装しても良い。特に、図１１に示す回路はダブルパルス制御におけるプレヒートパルスに着目したものである。なお、図１１において、図７（ａ）と図１０に示した回路と同じ構成要素には同じ参照番号や記号を付し、その説明は省略する。
【００６０】
図１１（ａ）において、Ｉ3はプレヒート用の定電流源である。図１１（ａ）に示す回路では、スイッチＳ２のみをＯＮにしてヒータＲＨを発泡直前まで加熱し、その後、スイッチＳ１をＯＮにするとともにスイッチＳ２をＯＦＦにして、ヒータＲＨをＶＨ／ＲＨの電流で駆動する。
【００６１】
図１１（ｂ）は図１１（ａ）に示した回路の基本構成をより具体的にした回路の構成図である。この回路は、ＮＭＯＳトランジスタＭ２のゲートがスイッチＳ１ＡとＳ１Ｂのスイッチング動作のため、電圧ＶＨＴに接続されている以外は図１０に示した回路と同様である。
【００６２】
このように、カレントミラー回路のミラー側をヒータ素子を駆動するために用い、制御回路は任意の波形を得るようスイッチのＯＮ／ＯＦＦを制御する。このような回路を用いることで、電流パルス波形を変化させるために必要な回路の規模的を小さくでき、コスト削減にも資する。
【００６３】
従って以上説明した実施形態によれば、記録ヘッドのヒータボードに各ヒータ素子ごとにヒータを駆動するための電流パルス波形を変化させることのできる回路を実装するので、記録装置側の制御を記録ヘッドで行わせることで処理の負荷分散を図ることができる。
【００６４】
なお、以上説明した実施形態では１つのヒータ素子に対して、２つのＮＭＯＳトランジスタを用いて電流パルス波形を変化させる例について説明したが本発明はこれによって限定されるものではない。例えば、図１２に示すように、カレントミラー回路のリファレンス電流を生成する基準電流生成部１００に２つの定電流回路１０１，１０２を備え、２つのスイッチＳ１、Ｓ２により２つの定電流Ｉref1、Ｉref2をそれぞれ制御することにより、基準電流生成部１００側で電流波形を制御しても良い。このような構成により、ヒータアレイ２００側は各ヒータ素子ＲＨ１、ＲＨ２、……に対して１つづつのＮＭＯＳトランジスタＭ２、Ｍ３……、２つのスイッチＳ１Ａ、Ｓ１Ｂ、Ｓ２Ａ、Ｓ２Ｂ……、１つのインバータ２０１、２０２……を備えればよく、このトランジスタの動作を制御する制御回路３０１は、それぞれのトランジスタをＯＮ／ＯＦＦ制御するだけで良く、より回路構成を単純化することができる。
【００６５】
また、図１３に示すように、各ヒータ素子ＲＨを２つのＮＭＯＳトランジスタＭ１０、Ｍ１１で構成されるスイッチを用いて制御しても良い。ＮＭＯＳトランジスタＭ１０、Ｍ１１は有限のＯＮ抵抗（ＲM10、ＲM11）を持っているので、ヒータ電流（ＩＨ）はヒータ抵抗値とＯＮ抵抗との和の値で決定される。
【００６６】
従って、例えば、図２に示すようなヒータ電流波形を得るためには、ＮＭＯＳトランジスタＭ１０とＭ１１のトランジスタの物理的なサイズを等しくし、最初にＮＭＯＳトランジスタＭ１０のみをＯＮさせ、次に、ＮＭＯＳトランジスタＭ１０とＭ１１をＯＮするように制御回路３０２がトランジスタのＯＮ／ＯＦＦ制御を行うようにすると良い。
【００６７】
なお、以上の実施形態において、記録ヘッドから吐出される液滴はインクであるとして説明し、さらにインクタンクに収容される液体はインクであるとして説明したが、その収容物はインクに限定されるものではない。例えば、記録画像の定着性や耐水性を高めたり、その画像品質を高めたりするために記録媒体に対して吐出される処理液のようなものがインクタンクに収容されていても良い。
【００６８】
以上の実施形態は、特にインクジェット記録方式の中でも、インク吐出を行わせるために利用されるエネルギーとして熱エネルギーを発生する手段（例えば電気熱変換体やレーザ光等）を備え、前記熱エネルギーによりインクの状態変化を生起させる方式を用いることにより記録の高密度化、高精細化が達成できる。
【００６９】
その代表的な構成や原理については、例えば、米国特許第４７２３１２９号明細書、同第４７４０７９６号明細書に開示されている基本的な原理を用いて行うものが好ましい。この方式はいわゆるオンデマンド型、コンティニュアス型のいずれにも適用可能であるが、特に、オンデマンド型の場合には、液体（インク）が保持されているシートや液路に対応して配置されている電気熱変換体に、記録情報に対応していて膜沸騰を越える急速な温度上昇を与える少なくとも１つの駆動信号を印加することによって、電気熱変換体に熱エネルギーを発生せしめ、記録ヘッドの熱作用面に膜沸騰を生じさせて、結果的にこの駆動信号に１対１で対応した液体（インク）内の気泡を形成できるので有効である。この気泡の成長、収縮により吐出用開口を介して液体（インク）を吐出させて、少なくとも１つの滴を形成する。この駆動信号をパルス形状をすると、即時適切に気泡の成長収縮が行われるので、特に応答性に優れた液体（インク）の吐出が達成でき、より好ましい。
【００７０】
このパルス形状の駆動信号としては、米国特許第４４６３３５９号明細書、同第４３４５２６２号明細書に記載されているようなものが適している。なお、上記熱作用面の温度上昇率に関する発明の米国特許第４３１３１２４号明細書に記載されている条件を採用すると、さらに優れた記録を行うことができる。
【００７１】
記録ヘッドの構成としては、上述の各明細書に開示されているような吐出口、液路、電気熱変換体の組み合わせ構成（直線状液流路または直角液流路）の他に熱作用面が屈曲する領域に配置されている構成を開示する米国特許第４５５８３３３号明細書、米国特許第４４５９６００号明細書を用いた構成も本発明に含まれるものである。加えて、複数の電気熱変換体に対して、共通するスロットを電気熱変換体の吐出部とする構成を開示する特開昭５９−１２３６７０号公報や熱エネルギーの圧力波を吸収する開口を吐出部に対応させる構成を開示する特開昭５９−１３８４６１号公報に基づいた構成としても良い。
【００７２】
さらに、記録装置が記録できる最大記録媒体の幅に対応した長さを有するフルラインタイプの記録ヘッドとしては、上述した明細書に開示されているような複数記録ヘッドの組み合わせによってその長さを満たす構成や、一体的に形成された１個の記録ヘッドとしての構成のいずれでもよい。
【００７３】
加えて、上記の実施形態で説明した記録ヘッド自体に一体的にインクタンクが設けられたカートリッジタイプの記録ヘッドのみならず、装置本体に装着されることで、装置本体との電気的な接続や装置本体からのインクの供給が可能になる交換自在のチップタイプの記録ヘッドを用いてもよい。
【００７４】
また、以上説明した記録装置の構成に、記録ヘッドに対する回復手段、予備的な手段等を付加することは記録動作を一層安定にできるので好ましいものである。これらを具体的に挙げれば、記録ヘッドに対してのキャッピング手段、クリーニング手段、加圧あるいは吸引手段、電気熱変換体あるいはこれとは別の加熱素子あるいはこれらの組み合わせによる予備加熱手段などがある。また、記録とは別の吐出を行う予備吐出モードを備えることも安定した記録を行うために有効である。
【００７５】
さらに、記録装置の記録モードとしては黒色等の主流色のみの記録モードだけではなく、記録ヘッドを一体的に構成するか複数個の組み合わせによってでも良いが、異なる色の複色カラー、または混色によるフルカラーの少なくとも１つを備えた装置とすることもできる。
【００７６】
以上説明した実施の形態においては、インクが液体であることを前提として説明しているが、室温やそれ以下で固化するインクであっても、室温で軟化もしくは液化するものを用いても良く、あるいはインクジェット方式ではインク自体を３０°Ｃ以上７０°Ｃ以下の範囲内で温度調整を行ってインクの粘性を安定吐出範囲にあるように温度制御するものが一般的であるから、使用記録信号付与時にインクが液状をなすものであればよい。
【００７７】
加えて、積極的に熱エネルギーによる昇温をインクの固形状態から液体状態への状態変化のエネルギーとして使用せしめることで積極的に防止するため、またはインクの蒸発を防止するため、放置状態で固化し加熱によって液化するインクを用いても良い。いずれにしても熱エネルギーの記録信号に応じた付与によってインクが液化し、液状インクが吐出されるものや、記録媒体に到達する時点では既に固化し始めるもの等のような、熱エネルギーの付与によって初めて液化する性質のインクを使用する場合も本発明は適用可能である。このような場合インクは、特開昭５４−５６８４７号公報あるいは特開昭６０−７１２６０号公報に記載されるような、多孔質シート凹部または貫通孔に液状または固形物として保持された状態で、電気熱変換体に対して対向するような形態としてもよい。本発明においては、上述した各インクに対して最も有効なものは、上述した膜沸騰方式を実行するものである。
【００７８】
さらに加えて、本発明に係る記録装置の形態としては、コンピュータ等の情報処理機器の画像出力端末として一体または別体に設けられるものの他、リーダ等と組み合わせた複写装置、さらには送受信機能を有するファクシミリ装置の形態を取るものであっても良い。
【００７９】
なお、本発明は、複数の機器（例えばホストコンピュータ、インタフェース機器、リーダ、プリンタなど）から構成されるシステムに適用しても、一つの機器からなる装置（例えば、複写機、ファクシミリ装置など）に適用してもよい。
【００８０】
また、本発明の目的は、前述した実施形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記録した記憶媒体（または記録媒体）を、システムあるいは装置に供給し、そのシステムあるいは装置のコンピュータ（またはCPUやMPU）が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出し実行することによっても、達成されることは言うまでもない。この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が前述した実施形態の機能を実現することになり、そのプログラムコードを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。また、コンピュータが読み出したプログラムコードを実行することにより、前述した実施形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼働しているオペレーティングシステム(OS)などが実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって前述した実施形態の機能が実現される場合も含まれることは言うまでもない。
【００８１】
さらに、記憶媒体から読み出されたプログラムコードが、コンピュータに挿入された機能拡張カードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書込まれた後、そのプログラムコードの指示に基づき、その機能拡張カードや機能拡張ユニットに備わるCPUなどが実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって前述した実施形態の機能が実現される場合も含まれることは言うまでもない。
【００８２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に従えば、記録ヘッド内に備えられた回路を用いて、電気熱変換素子を駆動するための電流パルスの波形を変化させるよう制御することができるという効果がある。
【００８３】
また、電流パルスの波形を変化させることにより、インク吐出が安定し、さらに、電気熱変換素子の耐久性向上にも貢献する。
【図面の簡単な説明】
【図１】パルス電流波形を変化させるための回路の代表例を示す図である。
【図２】ヒータ電流の波形の一例を示す図である。
【図３】図１（ｃ）に示す構成の回路をより詳細に表わした図である。
【図４】本発明の代表的な実施の形態であるインクジェットプリンタＩＪＲＡの構成の概要を示す外観斜視図である。
【図５】インクジェットプリンタＩＪＲＡの制御回路の構成を示すブロック図である。
【図６】インクタンクとヘッドとが分離可能なインクカートリッジＩＪＣの構成を示す外観斜視図である。
【図７】１つのヒータ素子に複数の値をもつ電流パルスを入力できる回路の基本的な構成を示す図である。
【図８】電流パルスの波形を変化させる処理を示すフローチャートである。
【図９】１つのヒータ素子に対応して３つのスイッチ、３つの定電流源を備えた回路の構成とその回路によって生成される電流パルス波形の例を示す図である。
【図１０】図７（ａ）に示した回路の基本構成をより具体的にした回路の構成図である。
【図１１】図７（ａ）と図１０に示した回路構成の変形例を示す図である。
【図１２】基準電流生成部１００に２つの定電流回路を備え、各ヒータ素子に対して１つづつのＮＭＯＳトランジスタを備えた構成の回路を示す図である。
【図１３】各ヒータ素子ＲＨを２つのＮＭＯＳトランジスタで構成されるスイッチを用いて制御する構成の回路を示す図である。
【図１４】従来のヒータ電流波形を示す図である。
【符号の説明】
１００ 基準電流生成部
１０１、１０２ 定電流回路
２００ ヒータアレイ
２０１、２０２ インバータ
３００、３０１、３０２ 制御回路
Ｂｕｆ 増幅器
ＧＮＤ グラウンド電圧
ＩＪＣ インクカートリッジ
ＩＪＨ 記録ヘッド
ＩＴ インクタンク
Ｍ１、Ｍ２、Ｍ２Ａ、Ｍ３、Ｍ１０、Ｍ１１ ＮＭＯＳトランジスタ
ＲＨ、ＲＨ１、ＲＨ２ ヒータ素子
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ１Ａ、Ｓ１Ｂ、Ｓ２Ａ、Ｓ２Ｂスイッチ
ＶＤＤ、ＶＨ 電源電圧
ＶBias バイアス電圧
Claims (7)
- 電気熱変換素子に電流を与えて熱を発生させることでインクを加熱し、前記インクを吐出することにより記録を行う記録ヘッドであって、
定電流回路を有しカレントミラー回路のリファレンスとなる基準電流生成部と、
前記電気熱変換素子に直列に接続され前記基準電流生成部からの電圧を受けて第１の値をもつ電流を発生するためのＭＯＳトランジスタで構成された第１の定電流源と、
前記第１の定電流源からの電流を前記電気熱変換素子に通電するための第１のスイッチと、
前記電気熱変換素子に直列に接続され前記基準電流生成部からの電圧を受けて第２の値をもつ電流を発生するためのＭＯＳトランジスタで構成された第２の定電流源と、
前記第２の定電流源からの電流を前記電気熱変換素子に通電するための第２のスイッチと、
前記第１及び第２のスイッチのオンオフを制御する制御回路とを同一基板上に有し、
前記第１及び第２の定電流源を構成する前記ＭＯＳトランジスタのゲートに対して、前記第１及び第２のスイッチの動作に基づいて前記基準電流生成部からの電圧を与えることで前記電気熱変換素子に与える電流を変化させることを特徴とする記録ヘッド。 - 前記第１のスイッチと前記第１の定電流源とを第１のＭＯＳトランジスタで構成し、
前記第２のスイッチと前記第２の定電流源とを第２のＭＯＳトランジスタで構成し、
前記制御回路は第１及び第２のＭＯＳトランジスタのゲート電位を制御することを特徴とする請求項１に記載の記録ヘッド。 - 前記第１及び第２の定電流源を構成するＭＯＳトランジスタ夫々のドレイン端子は前記電気熱変換素子の一端に直列接続し、
前記電気熱変換素子の他端に所定の電源電圧が印加され、
前記第１及び第２の定電流源を構成するＭＯＳトランジスタのソース端子は接地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。 - 電気熱変換素子に電流を与えて熱を発生させることでインクを加熱し、前記インクを吐出することにより記録を行う記録ヘッドであって、
第１及び第２の基準電流を発生する定電流回路と、前記第１及び第２の基準電圧の夫々に直列に接続され、出力される定電流を制御するための第１及び第２のスイッチとを有し、カレントミラー回路のリファレンスとなる基準電流生成部と、
前記電気熱変換素子に直列に接続され前記基準電流生成部からの電圧を受けて所定の電流を発生するためのＭＯＳトランジスタで構成された定電流源と、
前記定電流源からの電流を前記電気熱変換素子に通電するための第３のスイッチと、
前記第３のスイッチのオンオフを制御することで前記定電流源を構成する前記ＭＯＳトランジスタのゲートに対して、前記基準電流生成部からの電圧を与える前記電気熱変換素子に与える電流を変化させる制御回路とを同一基板上に有することを特徴とする記録ヘッド。 - 前記電気熱変換素子の一端は前記定電流源を構成するＭＯＳトランジスタのドレイン端子に直列接続され、
前記電気熱変換素子の他端には所定の電源電圧が印加され、
前記ＭＯＳトランジスタのソース端子は接地されていることを特徴とする請求項４に記載の記録ヘッド。 - 電気熱変換素子に電流を与えて熱を発生させることでインクを加熱し、前記インクを吐出することにより記録を行う記録ヘッドであって、
前記電気熱変換素子の一端には所定の電源電圧が印加され、
前記電気熱変換素子の他端に接続された第１及び第２のＭＯＳトランジスタと、
前記第１及び第２のＭＯＳトランジスタを制御するためにそれぞれのゲートに接続された制御回路とを有し、
前記制御回路は、ＯＮさせるＭＯＳトランジスタの数を制御するとともに、前記ＯＮしたＭＯＳトランジスタのＯＮ抵抗を用いて前記電気熱変換素子に通電される電流を制御することを特徴とする記録ヘッド。 - 請求項１乃至６のいずれかに記載の記録ヘッドを用いて記録を行う記録装置。
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