JP4114202B2

JP4114202B2 - 液体吐出ヘッド、液体吐出装置及び液体吐出ヘッドの駆動方法

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Publication number: JP4114202B2
Application number: JP2003052213A
Authority: JP
Inventors: 学冨田; 五輪男牛ノ▼濱▲; 武夫江口; ふさ中山
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2003-02-28
Filing date: 2003-02-28
Publication date: 2008-07-09
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体吐出ヘッド、液体吐出装置及び液体吐出ヘッドの駆動方法に関し、例えば発熱素子の駆動によりインク液滴を飛び出させるプリンタに適用することができる。本発明は、液室に設けられた複数の圧力可変素子の駆動の制御により液滴の飛び出す方向を制御する場合に、主制御回路による圧力可変素子の駆動のバランスを副制御回路に可変するようにして副制御回路による電流を少なくし、その分この副制御回路に係る配線パターンを幅狭に形成することにより、複数の圧力可変素子の駆動により液滴の飛び出す方向を制御する場合に、効率良く駆動回路等をレイアウトして、ノズルを高密度で配置することができるようにする。
【０００２】
【従来の技術】
近年、画像処理等の分野において、ハードコピーのカラー化に対するニーズが高まってきている。このニーズに対して、従来、昇華型熱転写方式、溶融熱転写方式、インクジェット方式、電子写真方式及び熱現像銀塩方式等のカラーコピー方式が提案されている。
【０００３】
これらの方式のうちインクジェット方式は、液体吐出ヘッドであるプリンタヘッドに設けられたノズルから記録液（インク）の液滴を飛翔させ、記録対象に付着してドットを形成するものであり、簡易な構成により高画質の画像を出力することができる。このインクジェット方式は、インクを保持した液室の圧力を圧力可変素子により可変することにより、ノズルからインク液滴を飛び出させるようになされており、この圧力可変素子の種類により静電引力方式、連続振動発生方式（ピエゾ方式）及びサーマル方式に分類される。
【０００４】
これらの方式のうちサーマル方式は、圧力可変素子に発熱素子が適用され、この発熱素子によるインクの局所的な加熱により気泡を発生し、この気泡による圧力によりインクをノズルから押し出して印刷対象に飛翔させる方式であり、簡易な構成によりカラー画像を印刷することができる。
【０００５】
このようなサーマル方式によるプリンタに適用されるプリンタヘッドは、例えば特開平７−６８７５９号公報に開示のように、半導体基板上に、発熱素子を駆動するロジック集積回路による駆動回路等を作成した後、発熱素子、インク液室、ノズルを順次作成して形成されるようになされ、これにより発熱素子と駆動回路等を一体化して発熱素子を高密度に配置し、高解像度の印刷結果を出力できるようになされている。
【０００６】
またこのようなプリンタヘッドにおいては、各ノズルに割り当てられた発熱素子を並べて配置し、この発熱素子の並びを間に挟んで、一方の側に駆動回路を形成すると共に、他方の側にインク流路を設け、これにより効率良くレイアウトして全体形状を小型化し得るようになされている。
【０００７】
このようなプリンタヘッドにおいては、特開平８−４８０３４号公報に開示されているように、各液室に複数の圧力可変素子を設け、この複数の圧力可変素子の駆動により、液室内における圧力変化の中心を変位させることにより、液滴を飛び出させる方向を制御する方法が提案されるようになされている。
【０００８】
すなわちプリンタヘッドをノズル側より見て図９に示すように、この場合、それぞれノズル１を設けてなるインク液室２に対して、インク液室２の並び方向にそれぞれ発熱素子３Ａ及び３Ｂを並べて設ける。また図１０に示すように、各インク液室２の発熱素子３Ａ及び３Ｂの一端を共通の配線パターン４に接続し、この配線パターン４を介して所定の電源５に接続する。またそれぞれ配線パターン６Ａ、６Ｂを介してトランジスタ７Ａ、７Ｂに発熱素子３Ａ及び３Ｂの他端を接続し、このトランジスタ７Ａ、７Ｂを介して各発熱素子３Ａ、３Ｂの他端を接地する。トランジスタ７Ａ及び７Ｂにおいては、制御回路９のタイミング制御により、それぞれ所定のタイミングでオン状態に切り換って発熱素子３Ａ、３Ｂを駆動し、制御回路９によるこのオン状態におけるゲート電圧の設定により、発熱素子３Ａ、３Ｂに流れる電流ＩＡ、ＩＢを制御する。なおこの場合において、発熱素子３Ａ及び３Ｂは、形状、抵抗値がほぼ等しいものとし、ノズル１の中心軸に対してほぼ対象に配置され、またインク液室２においては、これら発熱素子３Ａ及び３Ｂの配列方向に偏りなく作成されているものとする。
【０００９】
このようにプリンタヘッドを構成して、発熱素子３Ａ、３Ｂの駆動電流ＩＡ及びＩＢをほぼ等しくすると、インク液滴においては、ノズル１より正面方向に飛び出す。これに対して発熱素子３Ａ、３Ｂの駆動電流ＩＡ及びＩＢを相補的に変化させれば、駆動電流が小さくなって発熱量が少なくなった発熱素子の側に、傾いてインク液滴が飛び出すようになり、駆動電流ＩＡ及びＩＢの偏りを大きくすると、インク液滴が飛び出す傾きもその分大きくなる。これによりこの方法では、各液室に設けた複数の圧力可変素子の駆動により、液室内における圧力変化の中心を変位させて液滴の飛び出す方向を制御するようになされている。
【００１０】
【特許文献１】
特開平７−６８７５９号公報
【特許文献２】
特開平８−４８０３４号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところでこのように各液室に設けた複数の圧力可変素子の駆動により、液室内における圧力変化の中心を変位させて液滴の飛び出す方向を制御する方法においては、プリンタヘッドの製造バラツキの補正に利用する場合、解像度の向上に利用する場合等、種々の利用が考えられる。
【００１２】
しかしながらこのような構成において、各ノズル１に割り当てられた発熱素子３Ａ、３Ｂを並べて配置し、この発熱素子３Ａ、３Ｂの並びの両側にそれぞれ駆動回路、インク流路を設ける場合にあっては、発熱素子３Ａ、３Ｂの両端に接続された配線パターン４及び６Ａ、６Ｂの一方を折り返すことが必要になる。この場合、図９に示すように、それぞれ発熱素子３Ａ、３Ｂをトランジスタ７Ａ、７Ｂに接続する配線パターン６Ａ、６Ｂの側に、トランジスタ７Ａ、７Ｂ、制御回路９等による駆動回路を設け、共通の配線パターン４を折り返すようにして、さらにはこの折り返した配線パターン４を隣接する発熱素子３Ａとの間を介して配線パターン６Ａ、６Ｂの側に導くようにして、駆動回路、配線パターン４、６Ａ、６Ｂ等を効率良くレイアウトできると考えられる。
【００１３】
しかしながらこの共通の配線パターン４においては、個別の配線パターン６Ａ、６Ｂの電流ＩＡ、ＩＢの和電流ＩＡ＋ＩＢが流れることにより、個別の配線パターン６Ａ、６Ｂに比して幅広に形成することが必要になり、これによりこのようなレイアウトによっては、ノズルを高密度に配置し得なくなる問題がある。因みに、流れる電流に比して配線パターンを幅狭に形成した場合、エレクトロマイグレーションにより断線することになる。
【００１４】
この問題を解決する１つの方法として配線層を追加し、この配線層により共通の配線パターン４を形成することが考えられるが、このようにすると、その分、プリンタヘッドの製造工程が複雑になり、また製造工数も増加する問題がある。
【００１５】
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、複数の圧力可変素子の駆動により液滴の飛び出す方向を制御する場合に、効率良く駆動回路等をレイアウトして、ノズルを高密度で配置することができる液体吐出ヘッド、液体吐出装置及び液体吐出ヘッドの駆動方法を提案しようとするものである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するため請求項１の発明においては、液体吐出ヘッドに適用して、第１及び第２の圧力可変素子の直列回路を電源に接続して、液体を飛び出させるタイミングに応じて第１及び第２の圧力可変素子を駆動する主制御回路と、第１及び第２の圧力可変素子の接続中点に接続されて、主制御回路による第１及び第２の圧力可変素子に流れる駆動電流又は前記第１及び第２の圧力可変素子に印加する駆動電圧のバランスを可変する副制御回路とにより、第１及び第２の圧力可変素子が駆動され、第１及び第２の圧力可変素子の接続中点を副制御回路に接続する配線パターンが、第１及び第２の圧力可変素子を主制御回路に接続する配線パターンに比して、幅狭に形成されてなるようにする。
【００１７】
また請求項４の発明においては、液体吐出装置に適用して、この液体吐出ヘッドは、第１及び第２の圧力可変素子の直列回路を電源に接続して、液体を飛び出させるタイミングに応じて第１及び第２の圧力可変素子を駆動する主制御回路と、第１及び第２の圧力可変素子の接続中点に接続されて、主制御回路による第１及び第２の圧力可変素子に流れる駆動電流又は前記第１及び第２の圧力可変素子に印加する駆動電圧のバランスを可変する副制御回路とにより、第１及び第２の圧力可変素子が駆動され、第１及び第２の圧力可変素子の接続中点を副制御回路に接続する配線パターンが、第１及び第２の圧力可変素子を主制御回路に接続する配線パターンに比して、幅狭に形成されてなるようにする。
【００１８】
また請求項５の発明においては、液体吐出ヘッドの駆動方法に適用して、圧力可変素子の駆動の制御が、第１及び第２の圧力可変素子の直列回路を電源に接続して、液体を飛び出させるタイミングに応じて第１及び第２の圧力可変素子を駆動する主制御回路による制御と、第１及び第２の圧力可変素子の接続中点に接続されて、主制御回路による第１及び第２の圧力可変素子に流れる駆動電流又は前記第１及び第２の圧力可変素子に印加する駆動電圧のバランスを可変する副制御回路による制御とであるようにし、主制御回路による第１及び第２の圧力可変素子の駆動の制御に比して、副制御回路による第１及び第２の圧力可変素子の制御に要する電流が少ない分、第１及び第２の圧力可変素子の接続中点を副制御回路に接続する配線パターンを、第１及び第２の圧力可変素子を主制御回路に接続する配線パターンに比して、幅狭に形成する。
【００１９】
請求項１の構成により、液体吐出ヘッドに適用して、第１及び第２の圧力可変素子の直列回路を電源に接続して、液体を飛び出させるタイミングに応じて第１及び第２の圧力可変素子を駆動する主制御回路と、第１及び第２の圧力可変素子の接続中点に接続されて、主制御回路による第１及び第２の圧力可変素子に流れる駆動電流又は前記第１及び第２の圧力可変素子に印加する駆動電圧のバランスを可変する副制御回路とにより、第１及び第２の圧力可変素子を駆動すれば、主制御回路による駆動においては、大きな電流を要するのに対し、副制御回路による駆動においては、少ない電流により駆動することができる。これにより第１及び第２の圧力可変素子の接続中点を副制御回路に接続する配線パターンが、第１及び第２の圧力可変素子を主制御回路に接続する配線パターンに比して、幅狭に形成されてなるようにして、複数の圧力可変素子の駆動により液滴の飛び出す方向を制御する場合に、効率良く駆動回路等をレイアウトして、ノズルを高密度で配置することができる。
【００２０】
これにより請求項４、請求項５の構成によれば、複数の圧力可変素子の駆動により液滴の飛び出す方向を制御する場合に、効率良く駆動回路等をレイアウトして、ノズルを高密度で配置することができる液体吐出装置、液体吐出ヘッドの駆動方法を提供することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、適宜図面を参照しながら本発明の実施の形態を詳述する。
【００２２】
（１）実施の形態の構成
図２は、この実施の形態に係るプリンタに適用されるプリンタヘッドを示す平面図である。このプリンタヘッド１１は、ラインヘッドであり、ほぼ印刷対象である用紙の幅により延長するように、インクタンクに接続されるインク流路１２が所定の部材に形成され、このインク流路１２の両側に、それぞれインク吐出機構を配列してなるヘッドチップ１３を千鳥に配置して構成される。
【００２３】
ここでヘッドチップ１３は、略長方体形状により形成され、その長手方向の端面に沿って一定のノズルピッチによりノズル１４が形成され、インク流路１２から供給されるインクが各ノズル１４から飛び出すようになされている。ヘッドチップ１３は、このような千鳥による配置において、ノズル１４の並び方向には、隣接するヘッドチップ１３との間でも、ノズル１４が一定のノズルピッチにより配置されるように設定される。これによりこのプリンタヘッド１１は、これら用紙の幅方向に配置された各ヘッドチップ１３をそれぞれ駆動して所望の画像等を印刷できるようになされ、ノズル１４を高密度で配置すると、その分、ノズルピッチが狭くなることにより、ヘッドチップ１３を取り付ける際のバラツキにより隣接するヘッドチップ１３と繋ぎの箇所では、ノズルピッチがばらつくことになる。この実施の形態では、各ヘッドチップ１３から飛び出すインク液滴の方向を制御することにより、このような隣接するヘッドチップ１３との間のノズルピッチのばらつきを補正する。
【００２４】
ここで図３に示すように、ヘッドチップ１３は、発熱素子１５Ａ、１５Ｂを駆動する駆動回路等を形成してなる半導体基板１６に、隔壁１８を形成してインク液室１７等を形成した後、ノズル１４を作成してなるノズルプレート２０を配置して構成される。ヘッドチップ１３は、図４に示すように、インク流路１２側の長手方向の端面に沿って発熱素子１５Ａ、１５Ｂが配列され、これによりこの端面に沿った部位に発熱素子部が形成される。またこの発熱素子部から逆側端面に向かって、順次発熱素子１５Ａ、１５Ｂを駆動する駆動回路を配置してなる駆動回路部、この駆動回路を電源等に接続する接続端子を配置してなる接続端子部が順次設けられるようになされている。
【００２５】
これによりヘッドチップ１３は、この発熱素子１５Ａ、１５Ｂの並びに対して、発熱素子１５Ａ、１５Ｂが設けられている側の端面よりインク流路１２のインクが各インク液室１７に導かれるようになされ、またこの発熱素子１５Ａ、１５Ｂの並びを間に挟んでインク流路１２とは逆側に駆動回路が作成されて、効率良く発熱素子１５Ａ、１５Ｂ、駆動回路等をレイアウトするようになされている。なおヘッドチップ１３は、実際上、半導体ウエハに複数チップ分の駆動回路、発熱素子、インク液室が作成された後、各チップにスクライビングされ、その後、ノズルプレート２０を貼り付けて作成され、これにより効率良く作成されるようになされている。
【００２６】
図５に平面図及び断面図を示すように、各インク液室１７には、ほぼ同一形状、同一抵抗値による１対の発熱素子１５Ａ、１５Ｂが、インク液室１７の並び方向に併設して配置される。なお図５（Ａ）は、ノズルプレート２０を取り外した状態の平面図である。これによりプリンタヘッド１１においては、インク液室１７の圧力を可変する圧力可変素子である発熱素子１５Ａ、１５Ｂの駆動の制御により、インク液滴の飛び出す方向を制御できるようになされている。
【００２７】
図１は、この発熱素子１５Ａ、１５Ｂの駆動制御の原理説明に供する接続図である。ヘッドチップ１３は、インク流路１２側において、配線パターン２２により発熱素子１５Ａ、１５Ｂが接続され、これにより発熱素子１５Ａ、１５Ｂの直列回路が形成される。またヘッドチップ１３は、発熱素子１５Ａ、１５Ｂのインク流路１２とは逆側端に、それぞれ配線パターン２２Ａ、２２Ｂが設けられ、これら配線パターン２２Ａ、２２Ｂが主制御回路２７に接続される。ここで主制御回路２７は、インク液滴を飛び出させるタイミングで発熱素子１５Ａ、１５Ｂの直列回路を駆動する駆動回路であり、スイッチ回路２４を介して発熱素子１５Ａ、１５Ｂの直列回路を電源２５に接続する。
【００２８】
またヘッドチップ１３は、配線パターン２２で接続されてなる発熱素子１５Ａ及び１５Ｂの接続中点が副制御回路３１に接続される。ここで副制御回路３１は、インク液滴を飛び出させる方向に応じて主制御回路２７による発熱素子１５Ａ、１５Ｂの駆動のバランスを可変する。すなわち副制御回路３１は、インク液滴を飛び出させる方向に応じて配線パターン２２を接続したセレクタ２８の接点を切り換え、これにより発熱素子１５Ａ、１５Ｂの駆動のバランスを可変する。なおこのようなバランスの制御においては、発熱素子１５Ａ、１５Ｂの接続中点への電流の流入と流出とを切り換え、さらにはこの流入、流出させる電流値を可変することにより実行することができる。またこの接続中点の電位を可変することによっても実行することができる。この図１においては、このような電位、電流の可変機構をセレクタ２８、電源２９、抵抗３０Ａ〜３０Ｄにより構成する。すなわちセレクタ２８は、電源２９に接続された抵抗３０Ａ又は３０Ｂが選択されると、発熱素子１５Ａ、１５Ｂ、抵抗３０Ａ又は３０Ｂの抵抗値、電源２９の電圧で決まる電流を発熱素子１５Ａ、１５Ｂの接続中点に流入させる。また何ら接続されていない接点が選択されると、発熱素子１５Ａ、１５Ｂのバランスの可変を中止する。また接地されてなる抵抗３０Ｃ、３０Ｄが選択されると、発熱素子１５Ａ、１５Ｂ、抵抗３０Ｃ又は３０Ｄの抵抗値で決まる電流を発熱素子１５Ａ、１５Ｂの接続中点から流出させる。
【００２９】
このようにすれば主制御回路２７による駆動においては、大きな電流を要するのに対し、副制御回路３１による駆動においては、少ない電流により駆動することができ、これにより発熱素子１５Ａ、１５Ｂにそれぞれ設けられる配線パターン２２Ａ、２２Ｂに比して、発熱素子１５Ａ、１５Ｂを副制御回路３１に導く配線パターン２２Ｃを幅狭に形成することができるようになされている。
【００３０】
すなわち図９について上述した構成の場合、発熱素子３Ａ、３Ｂの抵抗値を５０〔Ω〕として、０．５〔Ｗ〕の電力により各発熱素子３Ａ、３Ｂを駆動する場合、共通の配線パターン４においては、０．２〔Ａ〕の電流が流れることになる。この場合に、厚み６００〔ｎｍ〕の配線パターンにより共通パターン４を作成すると、安全を見込んで０．１〔Ａ〕の電流に対して１５〔μｍ〕のパターン幅により配線パターンを作成するとして、この配線パターン４に３０〔μｍ〕のパターン幅が必要になる。またそれぞれ配線パターン６Ａ、６Ｂにおいても、１５〔μｍ〕のパターン幅は必要になる。これによりノズルピッチにおいては、何ら配線パターン間にギャップを設けない場合でも、６０〔μｍ〕となり、実際には、ギャップを設ける分、さらに広くなり、ノズルピッチを６５〔μｍ〕以下には設定し得なくなる。
【００３１】
これに対してこのようにそれぞれ０．５〔Ｗ〕の電力により発熱素子１５Ａ及び１５Ｂを駆動する場合、図１に示す構成によれば、副制御回路３１に導かれる配線パターン２２Ｃにおいては、流れる電流が０である。また発熱素子１５Ａ及び１５Ｂの発熱量を偏らせる場合にあっても、発熱素子１５Ａ、１５Ｂの駆動電流を１割程度偏らせると、インク液滴の飛び出す方向がそれ以上変化しなくなることにより、配線パターン２２Ｃにおいては、配線パターン２２Ａ、２２Ｂの１／１０のパターン幅で良いことになる。因みに、発熱素子１５Ａ、１５Ｂをそれぞれ０．５〔Ｗ〕、０．４〔Ｗ〕で駆動するように設定すると、配線パターン２２Ａ及び２２Ｂに流れる電流と、配線パターン２２Ｃに流れる電流とは、それぞれ０．１〔Ａ〕、０．０８９〔Ａ〕になる。
【００３２】
これにより図１のＡ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線、Ｃ−Ｃ線による断面図をそれぞれ図６に示すように、ヘッドチップ１３は、配線パターン２２Ｃのパターン幅が、配線パターン２２Ａ、２２Ｂのパターン幅よりほぼ１／１０の幅狭に形成され、さらに配線パターン２２Ａ及び２２Ｂの配線層と同一の配線層により、隣接するインク液室１７に割り当てられた発熱素子１５Ａとの間に配置され、これにより十分なスペースを確保してノズルピッチ４２．３〔μｍ〕によりヘッドチップ１３を作成するようになされている。なおこの図１において、符号４１、４２、４３は、窒化シリコンによる層間絶縁膜であり、符号４４は、タンタル膜による耐キャビテーション層である。
【００３３】
この実施の形態において、ヘッドチップ１３は、スパッタリング法により膜厚８０〔ｎｍ〕によりタンタル膜を成膜した後、リソグラフィ、エッチングにより所定形状により発熱素子１５Ａ、１５Ｂが形成され、これにより発熱素子１５Ａ、１５Ｂは抵抗値が１０５〔Ω〕により形成された。この実施の形態では、この発熱素子１５Ａ、１５Ｂを０．８〔Ｗ〕で駆動してインク液滴を飛び出させるものとし、副制御回路３１により最大で±０．０１〔Ａ〕の電流を配線パターン２２Ｃに流し、発熱素子１５Ａ、１５Ｂの駆動を偏らせる。
【００３４】
この条件によれば、発熱素子１５Ａ、１５Ｂの駆動を偏らせない場合、発熱素子１５Ａ、１５Ｂには、０．０８７〔Ａ〕の電流が流れ、これにより配線パターン２２Ａ、２２Ｂのパターン幅を１５〔μｍ〕に設定した。また配線パターン２２Ｃにおいては、１．７〔μｍ〕（１５〔μｍ〕×０．０８７〔Ａ〕／０．０１〔Ａ〕）に設定した。
【００３５】
図７は、主制御回路２７及び副制御回路３１の具体的構成を示す接続図である。主制御回路２７は、電源５０が接続されてなる発熱素子１５Ａ及び１５Ｂの
他端をＭＯＳＦＥＴによる定電流回路５１により接地し、インバーター回路構成のアンド回路５２を介して所定のコントロール信号ＳＣ１によりこの定電流回路５１の動作を制御する。ここでこのコントロール信号ＳＣ１は、図示しない画像データ処理回路により用紙の送りに対応してこの主制御回路２７が割り当てられているノズル１４からインク液滴を飛び出させるタイミングで信号レベルが立ち上げられ、これによりこのタイミングで発熱素子１５Ａ、１５Ｂの直列回路を電源５０により駆動するようになされている。
【００３６】
副制御回路３１は、それぞれ発熱素子１５Ａ、１５Ｂの接続中点に所定の電流を流入させ、またこの接続中点から所定の電流を流出される電源回路５５Ａ、５５Ｂ、５５Ｃ、５５Ｄにより構成される。ここで電源回路５５Ａ、５５Ｂ、５５Ｃ、５５Ｄは、内蔵の定電流回路の設定により、この接続中点に流入し、又は接続中点から流出させる電流の値が、４：２：１：１に設定されている点、またそれぞれコントロール信号ＳＡ、ＳＢ、ＳＣ、ＳＤの設定により、この電流値により発熱素子１５Ａ、１５Ｂの駆動を偏らせる点を除いて、同一に構成されることにより、以下の説明においては、電源回路５５Ａについて詳細に説明する。
【００３７】
かくするにつきこの実施の形態においては、これら電源回路５５Ａ、５５Ｂ、５５Ｃ、５５Ｄによる電流値を４：２：１：１に設定することにより、電源回路５５Ａ、５５Ｂ、５５Ｃでは電流値が２の階乗により段階的に変化するようになされ、これにより全体として簡易な構成により発熱素子１５Ａ、１５Ｂの駆動を効率良く偏らせるようになされている。
【００３８】
ここでこの実施の形態では、各ノズル１４から飛び出すインク液滴が所定ピッチとなるようにコントロール信号ＳＡ、ＳＢ、ＳＣ、ＳＤが設定され、これにより上述したヘッドチップ１３を取付ける際の取付け誤差等の、各種の製造バラツキによるインク付着位置のずれを補正するようになされ、これにより従来に比して一段と高品質の印刷結果を出力するようになされている。
【００３９】
しかして電源回路５５Ａは、発熱素子１５Ａ、１５Ｂの接続中点への電流の流入と、これとは逆にこの接続中点からの電流の流出とを切り換える方向切り換え信号ＳＣ３をイクスクリーシブノア回路５７に入力し、これによりこの方向切り換え信号ＳＣ３によりコントロール信号ＳＡの極性を切り換える。電源回路５５Ａは、このイクスクリーシブノア回路５７の出力信号をアンド回路５９に直接入力し、またインバーター回路６０を介して極性を反転してアンド回路６１に入力する。アンド回路５９、６０は、それぞれイクスクリーシブノア回路５７の出力信号、インバーター回路６０の出力信号をコントロール信号ＳＣ１によりゲートしてＭＯＳＦＥＴ６２、６３に出力し、これによりコントロール信号ＳＣ１により発熱素子１５Ａ、１５Ｂを駆動している期間の間、方向切り換え信号ＳＣ３、コントロール信号ＳＡに応じて相補的にＭＯＳＦＥＴ６２、６３をオンオフ制御するようになされている。
【００４０】
また電源回路５５Ａは、発熱素子１５Ａ、１５Ｂの駆動を偏らせるか否かのコントロール信号ＳＣ２によりＭＯＳＦＥＴによる定電流回路５８をオンオフ制御する。電源回路５５Ａ〜５５Ｃは、この定電流回路５８の設定により、それぞれ発熱素子１５Ａ、１５Ｂの駆動を偏らせる電流値が４：２：１：１に設定されるようになされている。
【００４１】
ＭＯＳＦＥＴ６２、６３は、この定電流回路５８をソースに受け、ＭＯＳＦＥＴ６２においては、発熱素子１５Ａ、１５Ｂの接続中点にドレインが接続される。またＭＯＳＦＥＴ６３は、電源側に設けられたＭＯＳＦＥＴ６４、６５によるカレントミラー回路にドレインが接続され、このカレントミラー回路により定電流回路５８による電流値と値の等しい定電流をＭＯＳＦＥＴ６５により発熱素子１５Ａ、１５Ｂの接続中点に流入させる。かくするにつき、これらＭＯＳＦＥＴ６２、６３は、コントロール信号ＳＣ１により発熱素子１５Ａ、１５Ｂを駆動している期間の間、方向切り換え信号ＳＣ３、コントロール信号ＳＡに応じて相補的にオンオフ制御され、また動作基準である定電流回路５８においては、コントロール信号ＳＣ２により動作することにより、発熱素子１５Ａ、１５Ｂの駆動を偏らせる場合であって、接続中点より電流を流出させる場合には、ＭＯＳＦＥＴ６２側がオン状態に切り換わって定電流回路５８による電流を吸い込むようになされ、またこれとは逆に接続中点に電流を流入させる場合には、ＭＯＳＦＥＴ６３側がオン状態に切り換わって定電流回路５８による電流を流出させるようになされ、これによりこの発熱素子１５Ａ、１５Ｂによるノズル１４について、インク液滴の向きを制御し得るようになされている。
【００４２】
図８は、このような主制御回路２７、副制御回路３１に係るヘッドチップ１３の具体的なレイアウトを示す平面図である。ヘッドチップ１３は、各インク液室１７の発熱素子１５Ａ、１５Ｂを駆動する駆動回路のユニットがノズル１４の配列に対応して長手方向に並んで配置される（図８（Ａ））。各ユニットは、インク流路側より、発熱素子１５Ａ、１５Ｂを直列に接続する配線パターン２２、この配線パターン２２を副制御回路３１に接続する配線パターン２２Ｃ、発熱素子１５Ａ、１５Ｂが形成され、さらにこの発熱素子１５Ａ、１５Ｂをそれぞれ主制御回路２７に接続する配線パターン２２Ａ、２２Ｂが形成される。また続く領域ＡＲ１に主制御回路２７のＭＯＳＦＥＴ５１、副制御回路３１のＭＯＳＦＥＴ６２〜６５が配置され、続く領域ＡＲ２に副制御回路３１の残りの構成が配置され、また続く領域ＡＲ３に主制御回路の残りの構成、主制御回路及び副制御回路の動作を制御する制御回路が配置され、これにより領域ＡＲ１〜ＡＲ３に発熱素子１５Ａ、１５Ｂの駆動回路が配置されるようになされている。
【００４３】
（２）実施の形態の動作
以上の構成において、このプリンタにおいては、印刷に供する画像データ、テキストデータ等により、印刷対象である用紙を所定の用紙送り機構により搬送しながら、プリンタヘッド１１からインク液滴が吐出され、このインク液滴が搬送中の用紙に付着し、これによりプリンタヘッド１１の駆動に応じた画像、テキスト等が印刷される（図１）。
【００４４】
プリンタにおいては、このプリンタヘッド１１が、それぞれインク吐出機構を有してなる複数のヘッドチップ１３が千鳥に配置されて形成され、これによりヘッドチップ１３の配置のバラツキによるノズルピッチのバラツキにより、さらには各ヘッドチップにおける特性のバラツキ等により、ヘッドチップ１３の各ノズル１４から飛び出して用紙に付着するインク液滴の位置が微小に変化し、その分、印刷結果の品位が低下し、甚だしい場合にはいわゆる縦スジが表れる。
【００４５】
プリンタにおいては、インク液滴がノズル１４から飛び出す際の向きの設定により、このような用紙に付着するインク液滴の位置が補正され、これにより印刷品位の劣化等が有効に回避される。またこのようなインク液滴を各インク液室１７に設けられた複数の発熱素子１５Ａ、１５Ｂの駆動によるいわゆるサーマル方式により実行して、この複数の発熱素子の駆動を偏らせて、インク液滴がノズル１４から飛び出す際の向きが設定される（図１、図３）。
【００４６】
プリンタにおいては、このような発熱素子１５Ａ、１５Ｂの直列回路を主制御回路２７により所定のタイミングで電源２５に接続してこれら発熱素子１５Ａ、１５Ｂが駆動実行される。またこのとき副制御回路３１により、これら発熱素子１５Ａ、１５Ｂの接続中点への電流を流入させて、またはこの接続中点から電流を流出させて発熱素子１５Ａ、１５Ｂの駆動に偏りが形成され、この流入、流出に係る電流値が主制御回路２７による電流に比して最大でもほぼ１／１０に設定される。
【００４７】
これにより副制御回路３１と発熱素子１５Ａ、１５Ｂの接続中点とを接続する配線パターン２２Ｃにおいては、主制御回路２７に発熱素子１５Ａ、１５Ｂの直列回路を接続する配線パターン２２Ａ、２２Ｂに比してほぼ１／１０の幅狭に設定することができる。これによりプリンタでは、この配線パターン２２Ｃを配線パターン２２Ａ、２２Ｂ側に引き回すようにして、この配線パターン２２Ｃを配線パターン２２Ａ、２２Ｂと同一の配線層により作成するようにしても、図９について上述した構成に比してノズルピッチを格段的に小さくすることができ、その分、高解像度により所望の画像等を印刷することができる。
【００４８】
またこのようにしてノズルピッチを小さくして発熱素子１５Ａ、１５Ｂをノズル１４の並び方向に併設して配置し、このノズルの並びを間に挟んだ一方の側よりインクを供給し、他方の側に主制御回路、副制御回路を配置することにより、効率良く発熱素子、駆動回路等をレイアウトすることができる。
【００４９】
（３）実施の形態の効果
以上の構成によれば、液室に設けられた複数の圧力可変素子である発熱素子の駆動の制御により液滴の飛び出す方向を制御する場合に、主制御回路による発熱素子の駆動のバランスを副制御回路に可変するようにして副制御回路による電流を少なくし、その分、この副制御回路に係る配線パターンを幅狭に形成することにより、複数の圧力可変素子の駆動により液滴の飛び出す方向を制御する場合に、効率良く駆動回路等をレイアウトして、ノズルを高密度で配置することができる。
【００５０】
すなわちこのように副制御回路に係る配線パターンを幅狭に形成して、発熱素子をノズルの並び方向に併設し、この発熱素子の並びを間に挟んで、一方に、主制御回路及び副制御回路を設け、他方に、インク流路を設け、さらに副制御回路に係る配線パターンを、隣接する液室の発熱素子との間を通って、流路側から副制御回路に導くことにより、効率良く駆動回路等をレイアウトして、ノズルを高密度で配置することができる。
【００５１】
（４）他の実施の形態
なお上述の実施の形態においては、タンタルの薄膜により発熱素子を作成する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、タングステン、ニクロム、ニッケル、ポリシリコン、窒化チタン等、種々の抵抗体材料により発熱素子を作成する場合に広く適用することができる。
【００５２】
また上述の実施の形態においては、主及び副制御回路による電流駆動により発熱素子を駆動し、またこの駆動を偏らせる場合について述べたが、本発明はこれに限らず、電圧駆動により発熱素子を駆動し、またこの駆動を偏らせる場合にも広く適用することができる。
【００５３】
また上述の実施の形態においては、１つのインク液室に２つの発熱素子を設ける場合について述べたが、本発明はこれに限らず、３つ以上の発熱素子を設ける場合にも広く適用することができる。なおこの場合、これら複数の発熱素子を併設して直列接続し、その結果形成される各接続中点をそれぞれ副制御回路に接続してこれらの発熱素子を併設した方向に、発熱素子の駆動を偏らせる場合が考えられる。
【００５４】
また上述の実施の形態においては、発熱素子を併設する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、発熱素子を扇状に配置し、種々の方向にインク液滴の吐出方向を設定可能としてもよい。なおこの場合、発熱素子の数を偶数個に設定して対向する発熱素子同士を直列接続してその接続中点をそれぞれ副制御回路に接続する場合、また全ての発熱素子を中央で接続するようにし、いわゆるＹ結線により代表される位相給電の手法によりこれら複数の発熱素子を駆動すると共に、この中央の接続を副制御回路に接続する場合、これらを組み合わせる場合等が考えれる。
【００５５】
また上述の実施の形態においては、発熱素子と駆動回路とを一体に半導体基板上に作成する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、これらを別体に構成する場合にも広く適用することができる。
【００５６】
また上述の実施の形態においては、インク液滴の向きを制御してばらつきによるインク付着位置の位置ずれを補正する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、１つのノズルにより複数ドットを作成することによる解像度の増大にインク液滴の向きの制御を利用する場合等、印刷品位の向上、構成の簡略化等、インク液滴の向きの制御を種々に役立てる場合に広く適用することができる。
【００５７】
また上述の実施の形態においては、サーマル方式によるラインプリンタに本発明を適用して発熱素子による圧力可変素子を駆動する場合について述べてが、本発明はこれに限らず、ピエゾ方式、静電方式等、各種素子により圧力可変素子を構成するプリンタ、プリンタヘッドに広く適用することができる。
【００５８】
また上述の実施の形態においては、本発明をプリンタヘッドに適用してインク液滴を飛び出させる場合について述べたが、本発明はこれに限らず、インク液滴に代えて各種染料の液滴、保護層形成用の液滴等であるプリンタヘッド、さらには液滴が試薬等であるマイクロディスペンサー、各種測定装置、各種試験装置、液滴がエッチングより部材を保護する薬剤である各種のパターン描画装置等に広く適用することができる。
【００５９】
【発明の効果】
上述のように本発明によれば、液室に設けられた複数の圧力可変素子の駆動の制御により液滴の飛び出す方向を制御する場合に、主制御回路による圧力可変素子の駆動のバランスを副制御回路に可変するようにして副制御回路による電流を少なくし、その分この副制御回路に係る配線パターンを幅狭に形成することにより、複数の圧力可変素子の駆動により液滴の飛び出す方向を制御する場合に、効率良く駆動回路等をレイアウトして、ノズルを高密度で配置することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る駆動の制御の説明に供する略線図である。
【図２】本発明の実施の形態に係るプリンタヘッドの一部を示す平面図である。
【図３】図２のプリンタヘッドのヘッドチップを示す分解斜視図である。
【図４】プリンタヘッドの構成を示す平面図である。
【図５】インク液室を示す平面図及び断面図である。
【図６】図１（Ａ）をＡ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線、Ｃ−Ｃ線によりそれぞれ切り取って示す断面図である。
【図７】主制御回路及び副制御回路を示す接続図である。
【図８】図４に係るヘッドチップの具体的なレイアウトを示す平面図である。
【図９】複数の発熱素子を配置した場合のレイアウトを示す平面図である。
【図１０】図９の構成に係る発熱素子をそれぞれ駆動する場合の接続図である。
【符号の説明】
１、１４……ノズル、２、１７……インク液室、３Ａ、３Ｂ、１５Ａ、１５Ｂ……発熱素子、４、６Ａ、６Ｂ、２２、２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ……配線パターン、１１……プリンタヘッド、１２……インク流路、１３……ヘッドチップ、２７……主制御回路、３１……副制御回路

Claims

圧力可変素子により液室の圧力を可変し、前記液室に保持した液体をノズルから飛び出させる液体吐出ヘッドにおいて、
前記液室には、少なくとも第１及び第２の前記圧力可変素子が設けられ、
前記第１及び第２の圧力可変素子の直列回路を電源に接続して、前記液体を飛び出させるタイミングに応じて前記第１及び第２の圧力可変素子を駆動する主制御回路と、
前記第１及び第２の圧力可変素子の接続中点に接続されて、前記主制御回路による前記第１及び第２の圧力可変素子に流れる駆動電流又は前記第１及び第２の圧力可変素子に印加する駆動電圧のバランスを可変する副制御回路とにより、前記第１及び第２の圧力可変素子が駆動され、
前記第１及び第２の圧力可変素子の前記接続中点を前記副制御回路に接続する配線パターンが、前記第１及び第２の圧力可変素子を前記主制御回路に接続する配線パターンに比して、幅狭に形成された
ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
前記圧力可変素子が、発熱素子である
ことを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
前記第１及び第２の圧力可変素子を設けてなる前記液室及びノズルが並んで設けられ、
前記液室及びノズルの並びに沿って、前記第１及び第２の圧力可変素子が併設されて、前記主制御回路及び副制御回路を作成してなる半導体基板上に形成され、
前記第１及び第２の圧力可変素子の並びを間に挟んで、一方に、前記主制御回路及び副制御回路が設けられ、他方に、前記液室に前記液体を供給する流路が設けられ、
前記第１及び第２の圧力可変素子の前記接続中点を前記副制御回路に接続する配線パターンが、隣接する液室の前記第１又は第２の圧力可変素子との間を通って、前記流路側から前記副制御回路に導かれてなる
ことを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
液体吐出ヘッドより液滴を飛び出させる液体吐出装置において、
前記液体吐出ヘッドは、
圧力可変素子により液室の圧力を可変し、前記液室に保持した液体をノズルから飛び出させ、
前記液室には、少なくとも第１及び第２の前記圧力可変素子が設けられ、
前記第１及び第２の圧力可変素子の直列回路を電源に接続して、前記液体を飛び出させるタイミングに応じて前記第１及び第２の圧力可変素子を駆動する主制御回路と、
前記第１及び第２の圧力可変素子の接続中点に接続されて、前記主制御回路による前記第１及び第２の圧力可変素子に流れる駆動電流又は前記第１及び第２の圧力可変素子に印加する駆動電圧のバランスを可変する副制御回路とにより、前記第１及び第２の圧力可変素子が駆動され、
前記第１及び第２の圧力可変素子の前記接続中点を前記副制御回路に接続する配線パターンが、前記第１及び第２の圧力可変素子を前記主制御回路に接続する配線パターンに比して、幅狭に形成された
ことを特徴とする液体吐出装置。
圧力可変素子により液室の圧力を可変し、前記液室に保持した液体をノズルから飛び出させる液体吐出ヘッドの駆動方法において、
前記液室に設けられた少なくとも第１及び第２の前記圧力可変素子の駆動の制御により、前記液滴の飛び出す方向を制御し、
前記圧力可変素子の駆動の制御が、
前記第１及び第２の圧力可変素子の直列回路を電源に接続して、前記液体を飛び出させるタイミングに応じて前記第１及び第２の圧力可変素子を駆動する主制御回路による制御と、
前記第１及び第２の圧力可変素子の接続中点に接続されて、前記主制御回路による前記第１及び第２の圧力可変素子に流れる駆動電流又は前記第１及び第２の圧力可変素子に印加する駆動電圧のバランスを可変する副制御回路による制御とであり、
前記主制御回路による前記第１及び第２の圧力可変素子の駆動の制御に比して、前記副制御回路による前記第１及び第２の圧力可変素子の制御に要する電流が少ない分、前記第１及び第２の圧力可変素子の前記接続中点を前記副制御回路に接続する配線パターンを、前記第１及び第２の圧力可変素子を前記主制御回路に接続する配線パターンに比して、幅狭に形成する
ことを特徴とする液体吐出ヘッドの駆動方法。