JP4204862B2 - インクジェットプリントヘッドおよびその方法 - Google Patents
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Description
【0001】
本発明は、インクジェット印刷装置に関し、特に、インクを選択的に噴出するための液滴作動信号を受信するプリントヘッド部を有するインクジェット印刷装置に関する。
【0002】
インクジェット印刷システムは、しばしば紙などのプリント媒体を横断して前後に移動するキャリッジに設けられたインクジェットプリントヘッドを用いる。プリントヘッドがプリント媒体を横断して移動すると、制御装置は、プリントヘッド内の複数の液滴発生器のそれぞれを選択的に作動させて、インク滴をプリント媒体上に噴出または堆積させ、画像およびテキスト文字を形成する。プリントヘッドと共に移送されるか、またはプリントヘッドとは別のところにあるインク供給部は、複数の液滴発生器に補給するためのインクを供給する。
【0003】
個々の液滴発生器は、印刷システムからプリントヘッドに供給される作動信号を用いて選択的に作動される。サーマルインクジェット印刷の場合、各液滴発生器は、抵抗器などの抵抗性素子に電流を流すことによって作動される。電流に応答して、抵抗器は熱を発生し、この熱は、抵抗器と隣接した気化チャンバ内でインクを加熱する。インクが蒸発すると、急速に膨張する蒸気面によって、蒸発チャンバ内のインクは、隣接のオリフィスすなわちノズルから排出される。ノズルから噴出されたインク滴は、プリント媒体上に堆積され、印刷が実施される。
【0004】
電流は、電界効果トランジスタ(FET)などのスイッチングデバイスによって、個々の抵抗器または液滴発生器に頻繁に供給される。スイッチングデバイスは、スイッチングデバイスの制御端子に供給される制御信号によって作動される。一旦作動すると、スイッチングデバイスによって、電流が選択された抵抗器に流れる。各抵抗器に供給された電流すなわち駆動電流を、駆動電流信号と呼ぶこともある。各抵抗器に関連するスイッチングデバイスを選択的に作動するための制御信号は、アドレス信号と呼ばれることもある。
【0005】
従来用いられていた1つの構成では、スイッチングトランジスタは、各抵抗器と直列に接続されている。アクティブのとき、駆動電流は、スイッチングトランジスタによって抵抗器およびスイッチングトランジスタのそれぞれに流れることができるようになる。抵抗器およびスイッチングトランジスタは共に、液滴発生器を形成する。次に、複数のこれらの液滴発生器は、行および列を有する液滴発生器の論理的な二次元アレイに配置される。アレイ内の液滴発生器の各列は、異なる駆動電流源に接続され、各列の各液滴発生器は、その列の駆動電流源との間に並列に接続されている。アレイ内の液滴発生器の各行は、異なるアドレス信号に接続され、各行内の各液滴発生器は、液滴発生器のその行に対する共通のアドレス信号源に接続されている。この様に、液滴発生器の二次元アレイ内のすべての個々の液滴発生器は、行の液滴発生器に対応するアドレス信号を作動させて、液滴発生器の列に関連する駆動電流源から駆動電流を供給することによって個々に作動することができる。この様に、プリントヘッドに必要な電気相互接続部の数は、プリントヘッドに関連する個々の液滴発生器に対して駆動信号および制御信号を供給するのに比べてかなり低減される。
【0006】
上記の行および列アドレス方式は、プリントヘッドの製造コストを下げるのに役立つ比較的簡単かつ比較的安価な技術において実施され得るが、この技法は、多数の液滴発生器を有するプリントヘッド用のボンドパッドを比較的多数必要とするという欠点を有する。300個を超える液滴発生器を有するプリントヘッドに対しては、多数のボンドパッドは、ダイのサイズを最小限に抑えようとする際の制限要因となる傾向がある。
【0007】
従来から用いられていた別の技法は、シリアル形式で作動情報をプリントヘッドに転送することを利用する。この液滴発生器作動情報は、適切な液滴発生器が作動し得るように、シフトレジスタを用いて再構成される。この技法は、電気的相互接続部の数をかなり減少させるが、スタティックメモリ素子だけでなく様々な論理機能を必要とする傾向がある。様々な論理機能およびメモリ素子を有するプリントヘッドは、CMOS技術などの適切な技術を必要とし、定電源を必要とする傾向がある。CMOS技術を用いて形成されるプリントヘッドは、NMOS技術を用いるプリントヘッドよりも製造者にはよりコストがかかる傾向にある。CMOS製造プロセスは、プリントヘッドのコストを上げる傾向があるマスキング工程をより多く必要とするNMOS製造プロセスよりもさらに複雑な製造プロセスである。さらに、定電源を必要とするために、この定電源電圧をプリントヘッドに供給しなければならない印刷装置のコストを引き上げる傾向がある。
【0008】
プリントヘッドと印刷装置との間の電気的相互接続部の数がより少なく、それによって印刷システムおよびプリントヘッド自体のコスト全体を低下させるインクジェットプリントヘッドが必要とされている。これらのプリントヘッドは、プリントヘッドを大量生産技法で製造することができ、比較的低い製造コストを有するようにすることができる、比較的安価な製造技術を用いて製造されることが可能でなければならない。これらのプリントヘッドは、印刷装置とプリントヘッドとの間で信頼性のある方法で情報を伝送させ、それによって、高い印刷品質および信頼性のある動作を可能にしなければならない。最後に、これらのプリントヘッドは、高い印刷速度を提供することが可能な印刷システムを提供するために、多数の液滴発生器を支持することができなければならない。
【0009】
[発明の概要]
本発明の1つの態様は、作動に応答してインクを選択的に噴出する複数の液滴発生器を有するインクジェットプリントヘッドである。インクジェットプリントヘッドは、プリントヘッド上に配置された第1および第2の液滴発生器を有する。第1および第2の液滴発生器はそれぞれ、駆動電流源に接続されるように構成される。インクジェットプリントヘッドはまた、周期的アドレス信号ならびに第1および第2の周期的イネーブル信号に接続するよう構成された制御装置を含む。制御装置は、第1の周期的イネーブル信号および周期的アドレス信号に応答し、駆動電流に応答して作動するように第1の液滴発生器をイネーブルにする。制御装置は、第2の周期的イネーブル信号および周期的アドレス信号に応答し、駆動電流に応答して作動するように第2の液滴発生器をイネーブルにする。
【0010】
1つの好ましい実施形態では、制御装置は、第1および第2の制御装置であり、第1の制御装置は、第1の液滴発生器に関連し、第2の制御装置は、第2の液滴発生器に関連する。
【0011】
本発明の別の態様は、作動に応答してインクを選択的に噴出する複数の液滴発生器を有するインクジェットプリントヘッドである。インクジェットプリントヘッドは、駆動電流源に接続されるように構成された一対の駆動電流接点を有する。インクジェットプリントヘッドはまた、対応する複数のアドレス信号源に接続されるように構成された複数のアドレス接点を有する。複数のアドレス信号は、アドレス信号の繰り返しパターンを供給し、1度に複数のアドレス信号の1つのみがアクティブになり、複数のアドレス信号はそれぞれ、fの周波数を有する。インクジェットプリントヘッドはさらに、第1および第2の周期的イネーブル信号源に接続されるように構成された第1および第2のイネーブル接点を有する。第1および第2のイネーブル信号はそれぞれ、fよりも大きい(高い)作動周波数を有し、1度に第1および第2のイネーブル信号の1つのみがアクティブになる。複数の液滴発生器は、複数の液滴発生器のうちの1つの液滴発生器のみが、第1および第2のイネーブル接点における信号ならびに複数のアドレス接点における信号に基づいて作動するようにイネーブルにされる。複数の液滴発生器はそれぞれ、イネーブルにされると作動し、駆動電流は、駆動電流接点において供給される。
【0012】
1つの好ましい実施形態では、複数のアドレス接点はnであり、第1および第2のイネーブル信号のそれぞれは、(2×n)fよりも大きな(高い)作動周波数を有する。
【0013】
[好ましい実施形態の詳細な説明]
図1は、カバーを開いた状態で示される、本発明のインクジェット印刷システム10の例示的な1実施形態の斜視図である。インクジェット印刷システム10は、走査キャリッジ18に設置された少なくとも1つのプリントカートリッジ14および16を有するプリンター部(印刷部)12を備える。プリンター部12は、媒体22を受けるための媒体トレイ20を有する。プリント媒体22がプリントゾーンを通って進むと、走査キャリッジ18は、プリント媒体を横断してプリントカートリッジ14および16を移動させる。プリンター部12は、プリントカートリッジ14および16のそれぞれに関連するプリントヘッド部(図示せず)内の液滴発生器を選択的に作動させ、インクをプリント媒体上に堆積させて、印刷を実施する。
【0014】
本発明の重要な態様は、プリンター部12が、液滴発生器作動情報をプリントカートリッジ14および16に伝送する方法である。この液滴発生器作動情報は、プリントカートリッジ14および16がプリント媒体に対して移動されるときに、液滴発生器を作動させるためにプリントヘッド部によって用いられる。本発明の別の態様は、プリンター部12によって供給される情報を用いるプリントヘッド部である。本発明の方法および装置によって、情報を、比較的相互接続部の少ないプリンター部12とプリントヘッドとの間で送ることができ、これにより、プリントヘッドのサイズが低減される傾向がある。さらに、本発明の方法および装置によって、プリントヘッドを、クロック駆動の記憶素子または複雑な論理機能を必要とせずに実施できるため、プリントヘッドの製造コストが下がる。本発明の方法および装置について、図3〜図11を参照しながらさらに詳細に説明する。
【0015】
図2は、図1に示されるプリントカートリッジ14の好ましい1実施形態の底面斜視図を示す。この好ましい実施形態では、カートリッジ14は、シアンインク、マゼンタインクおよびイエローインクを含む3色カートリッジである。この好ましい実施形態では、別個のプリントカートリッジ16がブラックインク用に設けられている。本明細書では、本発明を単なる1例であるこの好ましい実施形態に関して説明する。本発明の方法および装置が適切である他の構成も多数ある。例えば、本発明は、印刷システムが、印刷に用いられる各インク色に対して別個のプリントカートリッジを含む構成にも適切である。あるいは、本発明は、6以上のインク色が用いられる高忠実度印刷などのように、4色より多いインク色が用いられる印刷システムに適用可能である。最後に、本発明は、図2に示されるようなインク貯蔵部を有するプリントカートリッジまたは連続的もしくは間欠的に離れたところにあるインク源からのインクで補充されるプリントカートリッジなどの様々なタイプのプリントカートリッジに適用可能である。
【0016】
図2に示されるインクカートリッジ14は、インクを選択的に媒体22上に堆積させるための印刷システム12からの作動信号に応答するプリントヘッド部24を有する。好ましい実施形態では、プリントヘッド24は、シリコンなどの基板上に画定されている。プリントヘッド24は、カートリッジ本体25に設けられている。プリントカートリッジ14は、カートリッジ本体25に設置および配置される複数の電気接点26を有し、走査キャリッジに適切に挿入されると、電気的接触がプリンター部12に関連する対応する電気接点(図示せず)間に確立される。電気接点26のそれぞれは、複数の導電体(図示せず)のそれぞれによって、プリントヘッド24に電気的に接続されている。この様に、プリンター部12からの作動信号は、インクジェットプリントヘッド24に供給される。
【0017】
好ましい実施形態では、電気接点26は、フレキシブル回路28に画定されている。フレキシブル回路28は、ポリイミドなどの絶縁材料および銅などの導電性材料を含む。導電体は、フレキシブル回路内で画定され、電気接点26のそれぞれをプリントヘッド24上に画定される電気接点に電気的に接続する。プリントヘッド24は、テープ自動ボンディング(TAB)などの適切な技法を用いて、フレキシブル回路28に設けられ、それに電気的に接続されている。
【0018】
図2に示される例示的な実施形態では、プリントカートリッジは、対応する貯蔵部内にイエローインク、マゼンタインクおよびシアンインクを含む3色カートリッジである。プリントヘッド24は、イエローインク、マゼンタインクおよびシアンインクにそれぞれ対応するインクを噴出するための液滴噴出部30、32および34を有する。電気接点26は、イエロー液滴発生器、マゼンタ液滴発生器およびシアン液滴発生器30、32、34のそれぞれに対する作動信号に関連する電気接点を有する。
【0019】
好ましい実施形態では、図1に示されるブラックインクカートリッジ16は、図2に示されるカラーカートリッジ14と同様である。但し、ブラックカートリッジは、カラーカートリッジ14上に示される3つの液滴噴出部ではなく、2つの液滴噴出部を用いる。本明細書では、本発明の方法および装置をブラックカートリッジ16に関して説明する。しかし、本発明の方法および装置は、カラーカートリッジ14にも適用できる。
【0020】
図3は、プリンター部12およびプリントカートリッジ16の1つの概略電気ブロック図を示す。プリンター部12は、印刷(プリント)制御装置36、媒体移送装置38およびキャリッジ移送装置40を有する。印刷制御装置36は、媒体移送装置38に制御信号を供給して、インクがプリント媒体22上に堆積されるプリントゾーンに媒体22を通過させる。さらに、印刷制御装置36は、媒体22を横断して走査キャリッジ18を選択的に移動させ、印刷ゾーンを画定するための制御信号を供給する。媒体22がプリントヘッド24を通過して、またはプリントゾーンを通って進むと、走査キャリッジ18は、プリント媒体22を横断して走査する。プリントヘッド24が走査している一方で、印刷制御装置36は、作動信号をプリントヘッド24に与え、選択的にインクをプリント媒体上に堆積させて印刷を完了する。本明細書では、走査キャリッジ内に配置されたプリントヘッド24を有するものとして印刷システム10を記載しているが、他の印刷システム10の配置もある。これらの他の配置には、固定されたプリントヘッド部を有し、プリントヘッドを通過して媒体を移動させるもの、または固定された媒体を有し、固定された媒体を通過してプリントヘッドを移動させるものなど、プリントヘッドと媒体との間で相対的な移動を実行する他の配置が含まれる。
【0021】
図3は、単一のプリントカートリッジ16のみを示すように簡略化されている。一般に、印刷制御装置36は、プリントカートリッジ14および16のそれぞれに電気的に接続されている。印刷制御装置36は、作動信号を与えて、印刷すべきインク色のそれぞれに対応するインクを選択的に堆積させる。
【0022】
図4は、プリンター部12内の印刷制御装置36およびプリントカートリッジ16内のプリントヘッド24のさらなる詳細を示す簡略化された電気ブロック図を示す。印刷制御装置36は、駆動電流源、アドレス発生器およびイネーブル発生器を有する。駆動電流源、アドレス発生器およびイネーブル発生器は、制御装置すなわちコントローラ36の制御下で駆動電流、アドレス信号およびイネーブル信号をプリントヘッド24に供給し、プリントヘッド24に関連する複数の液滴発生器のそれぞれを選択的に作動させる。
【0023】
好ましい実施形態では、駆動電流源は、P(1−16)で示される16の別個の駆動電流信号を供給する。各駆動電流信号は、液滴発生器を作動させてインクを噴出させるのに十分な単位時間当たりのエネルギーを供給する。好ましい実施形態では、アドレス発生器は、液滴発生器のグループを選択するためのA(1−13)で示される13の別個のアドレス信号を供給する。この好ましい実施形態では、アドレス信号は論理信号である。最後に、好ましい実施形態では、イネーブル発生器は、選択された液滴発生器のグループから液滴発生器のサブグループを選択するためのE(1−2)で示される2つのイネーブル信号を供給する。選択された液滴発生器のサブグループは、駆動電流源によって供給される駆動電流が供給されると作動する。駆動信号、アドレス信号およびイネーブル信号のさらなる詳細を、図9〜図11を参照しながら説明する。
【0024】
図4に示されるプリントヘッド24は、それぞれが異なる駆動電流源に接続されている複数の液滴発生器のグループを有する。好ましい実施形態では、プリントヘッド24は、16の液滴発生器のグループを有する。液滴発生器の第1のグループは、P(1)で示される駆動電流源に接続され、液滴発生器の第2のグループは、それぞれ、P(2)で示される駆動電流源に接続され、液滴発生器の第3のグループは、P(3)で示される駆動電流源に接続され、以下同様にして、16番目の液滴発生器のグループは、それぞれ、P(16)で示される駆動電流源に接続されている。
【0025】
図4に示される液滴発生器のグループのそれぞれは、印刷制御装置36上のアドレス発生器によって供給されるA(1−13)で示されるアドレス信号のそれぞれに接続されている。さらに、液滴発生器のグループのそれぞれは、プリント制御装置36上のアドレス発生器によって供給されるE(1−2)で示される2つのイネーブル信号に接続されている。以下、図示されている液滴発生器の個々のグループのそれぞれのさらなる詳細を図5を参照しながら説明する。
【0026】
図5は、図4に示される液滴発生器の複数のグループのうちの1つの液滴発生器のグループを示すブロック図である。好ましい実施形態では、図5に示される液滴発生器の1つのグループは、それぞれが共通の駆動電流源に接続された26個の個々の液滴発生器のグループである。図5に示される液滴発生器のグループは、すべて図4のP(1)で示される共通の駆動電流源に接続されている。
【0027】
液滴発生器のグループ内の個々の液滴発生器は、液滴発生器対として編成され、液滴発生器のそれぞれの対は、異なるアドレス信号源に接続されている。図5に示される実施形態については、液滴発生器の第1の対は、A(1)で示されるアドレス信号源に接続され、液滴発生器の第2の対は、A(2)で示される第2のアドレス信号源に接続され、液滴発生器の第3の対は、A(3)で示されるアドレス信号源に接続され、以下同様にして、液滴発生器の13番目の対は、A(13)で示される13番目のアドレス信号源に接続されている。
【0028】
図5に示される26の個々の液滴発生器のそれぞれはまた、イネーブル信号源に接続されている。好ましい実施形態では、イネーブル信号源は、E(1−2)で示されるイネーブル信号の対である。
【0029】
P(2)〜P(16)で示される残りの駆動電流源に接続される図4に示される液滴発生器の残りのグループは、図5に示される液滴発生器の第1のグループと同様に接続されている。液滴発生器の残りのグループのそれぞれは、図5に示される駆動電流源P(1)ではなく、図4に示される異なる駆動電流源に接続されている。以下、図5に示される個々の液滴発生器のそれぞれのさらなる詳細を図6を参照しながら説明する。
【0030】
図6は、参照符号42で示される個々の液滴発生器の1つの好ましい実施形態を示す。液滴発生器42は、図5に示される1つの個々の液滴発生器を示す。図5に示されるように、2つの個々の液滴発生器42は、それぞれが共通のアドレス信号源に接続される液滴発生器42の対を形成する。図6に示される個々の液滴発生器は、図5のA(1)で示されるアドレス源1に接続された液滴発生器42の対の1つを示す。図6および図7を参照しながら説明したアドレス信号A(1)およびイネーブル信号E(1−2)などのすべての信号の信号源は、対応する信号源と共通の基準点46との間に供給される信号である。さらに、駆動電流は、P(1)で示される対応する駆動電流源と共通の基準点46との間に供給される。
【0031】
液滴発生器42は、駆動電流源間に接続された加熱素子44を有する。図6に示される特定の液滴発生器42では、駆動電流源はP(1)で示される。加熱素子44は、駆動電流源P(1)と共通の基準点46との間のスイッチングデバイス48と直列に接続されている。スイッチングデバイス48は、加熱素子44と共通の基準点46との間に接続された一対の被制御端子を有する。スイッチングデバイス48にはまた、被制御端子を制御するための制御端子も含まれる。スイッチングデバイス48は、制御端子における作動信号に応答し、一対の被制御端子間に電流を選択的に通過させるようにすることができる。この様に、制御端子の作動によって、P(1)で示される駆動電流源からの駆動電流は加熱素子44を通過し、プリントヘッド24からインクを噴出するのに十分な熱エネルギーを生成することができる。
【0032】
好ましい1実施形態では、加熱素子44は、抵抗性の加熱素子であり、スイッチングデバイス48は、NMOSトランジスタなどの電界効果トランジスタ(FET)である。
【0033】
液滴発生器42はさらに、スイッチングデバイス48の制御端子の作動を制御するための第2のスイッチングデバイス50および第3のスイッチングデバイス52を有する。第2のスイッチングデバイスは、アドレス信号源とスイッチングデバイス48の制御端子との間に接続された一対の被制御端子を有する。第3のスイッチングデバイス52は、スイッチングデバイス48の制御端子と共通の基準点46との間に接続されている。第2および第3のスイッチングデバイス50および52のそれぞれは、スイッチングデバイス48の作動を選択的に制御する。
【0034】
スイッチングデバイス48の作動は、アドレス信号およびイネーブル信号のそれぞれに基づいている。図6に示される特定の液滴発生器42では、アドレス信号はA(1)で示され、第1のイネーブル信号はE(1)で示され、第2のイネーブル信号はE(2)で示されている。第1のイネーブル信号E(1)は、第2のスイッチングデバイス50の制御端子に接続されている。E(2)で示される第2のイネーブル信号は、第3のスイッチングデバイス52の制御端子に接続されている。第1および第2のイネーブル信号E(1−2)ならびにアドレス信号A(1)を制御することによって、駆動電流源P(1)からの駆動電流が存在する場合には、スイッチングデバイス48は、選択的に作動されて、加熱素子44に電流を流す。同様に、スイッチングデバイス48は、非アクティブにされて、駆動電流源P(1)がアクティブであっても、電流が加熱抵抗器44を通って流れるのを阻止する。
【0035】
スイッチングデバイス48は、第2のスイッチングデバイス50の作動およびアドレス信号源A(1)におけるアクティブなアドレス信号の存在によって作動する。第2のスイッチングデバイスが電界効果トランジスタ(FET)である好ましい実施形態では、第2のスイッチングデバイスに関連する被制御端子は、ソース端子およびドレイン端子である。ドレイン端子は、アドレス信号源A(1)に接続され、ソース端子は、第1のスイッチングデバイス48の被制御端子に接続されている。FETトランジスタスイッチングデバイス50の制御端子は、ゲート端子である。ゲート端子が第1のイネーブル信号E(1)に接続されると、ソース端子に対して十分に正になり、アドレス信号源A(1)は、ソース端子における電圧よりも高い電圧をドレイン端子に供給し、こうして、第2のスイッチングデバイス50が作動される。
【0036】
第2のスイッチングデバイスは、アクティブの場合、アドレス信号源A(1)からスイッチングデバイス48の制御端子すなわちゲートに電流を供給する。この電流は、十分である場合には、スイッチングデバイス48を作動する。スイッチングデバイス48は、好ましい実施形態では、ドレインが加熱素子44に接続され、ソースが共通の基準端子46に接続されたドレインおよびソースを被制御端子として有するFETトランジスタである。
【0037】
好ましい実施形態では、スイッチングデバイス48は、ゲート端子とソース端子との間にゲート容量を有する。このスイッチングデバイス48は加熱デバイス44を通して比較的大きな電流を流すために比較的大きいため、スイッチングデバイス48に関連するゲート−ソース容量は、比較的大きくなる傾向がある。従って、スイッチングデバイス48をイネーブルにする、すなわち、作動させるために、ゲートすなわち制御端子は、スイッチングデバイス48が作動して、ソースとドレインとの間が導通するように十分に充電されなければならない。制御端子は、第2のスイッチングデバイス50がアクティブである場合、アドレス信号源A(1)によって充電される。アドレス信号源A(1)は、電流を供給してスイッチングデバイス48のゲート−ソース容量を充電する。アドレス信号源A(1)と共通の基準端子46との間に低い抵抗のパスが形成されるのを防止するために、スイッチングデバイス48がアクティブであるときには、第3のスイッチングデバイス52は非アクティブであることが重要である。従って、イネーブル信号E(2)は、スイッチングデバイス48がアクティブである、すなわち、導通している間は、非アクティブである。
【0038】
スイッチングデバイス48は、第3のスイッチングデバイス52を作動させて、ゲート−ソース電圧を、スイッチングデバイス48を非アクティブにするのに十分に低下させることによって非アクティブにされる。好ましい実施形態では、第3のスイッチングデバイス52は、ドレインがスイッチングデバイス48の制御端子に接続された、ドレインおよびソースを被制御端子として有するFETトランジスタである。制御端子は、第2のイネーブル信号源E(2)に接続されたゲート端子である。第3のスイッチングデバイス52は、第3のスイッチングデバイス52のソースにおける電圧よりも十分に大きい電圧をゲートにおいて供給する第2のイネーブル信号E(2)の作動によって作動する。第3のスイッチングデバイス52の作動によって、被制御端子、すなわち、ドレインおよびソース端子は導通し、これにより、制御端子すなわちスイッチングデバイス48のゲート端子とスイッチングデバイス48のソース端子との間の電圧が低下する。スイッチングデバイス48のゲート端子とソース端子との間の電圧を十分に下げることによって、スイッチングデバイス48は、容量結合によって部分的にオンにされるのが防止される。
【0039】
第3のスイッチングデバイス52がアクティブである間、第2のスイッチングデバイス50は、アドレス信号源A(1)から共通の基準端子46に大量の電流が流れるのを防止するために、非アクティブになる。個々の液滴発生器42の動作について、図8〜図11に示されるタイミング図を参照しながらさらに詳細に説明する。
【0040】
図7は、参照符号42で示される液滴発生器および参照符号42’で示される液滴発生器によって形成される一対の液滴発生器のさらなる詳細を示す。一対の液滴発生器を形成する液滴発生器42および42’のそれぞれは、図6を参照しながら前述した液滴発生器42と同一である。一対の液滴発生器は、それぞれ、図5に示されるA(1)によって表されるアドレス信号源に接続されている。液滴発生器42および42’のそれぞれは、共通の駆動電流源P(1)と、共通のアドレス信号源A(1)に接続されている。しかし、第1および第2のイネーブル信号E(1)およびE(2)はそれぞれ異なるやり方で、液滴発生器42と液滴発生器42’に接続されている。第1のイネーブル信号E(1)が第2のスイッチングデバイス50のゲートすなわち制御端子に接続されている液滴発生器42とは対照的に、液滴発生器42’では、第1のイネーブル信号E(1)は、第3のスイッチングデバイス52’のゲートすなわち制御端子に接続されている。同様に、第2のイネーブル信号E(2)が第3のスイッチングデバイス52のゲートすなわち制御端子と接続されている液滴発生器42とは対照的に、液滴発生器42’では、第2のイネーブル信号E(2)は、第2のスイッチングデバイス50’のゲートすなわち制御端子に接続されている。
【0041】
液滴発生器42および42’の対に対する第1および第2のイネーブル信号E1およびE2の接続によって、液滴発生器の対のうちの1つの液滴発生器のみが所与の時間に作動することが確実になる。後述するように、共通の駆動電流源に接続されている液滴発生器のグループ内では、これらの液滴発生器のうちの1つしか同時にはアクティブならないことが重要である。共通の駆動電流源に接続された液滴発生器は、プリントヘッド上で互いに近接して配置される傾向がある。従って、これらの共通の駆動電流源に接続される液滴発生器のうち1つしか同時にはアクティブにならないことを確実にすることによって、これらの近接して配置された液滴発生器間の流体クロストークが防止される傾向がある。
【0042】
好ましい実施形態では、図5に示される液滴発生器の対のそれぞれは、図7に示される液滴発生器の対に類似した様式で接続される。さらに、図4に示される共通の駆動電流源に接続された液滴発生器のグループのそれぞれは、図5に示される液滴発生器のグループに類似した様式で接続される。
【0043】
図8は、プリントヘッド24の動作を例示するタイミング図である。プリントヘッド24は、プリントヘッド24上の液滴発生器のそれぞれが作動され得るサイクル時間すなわち期間を有する。この期間は、図8に示される時間Tで示される。時間Tは、それぞれが同じ持続時間を有する29のタイムインターバルに分割することができる。これらのタイムインターバルは、タイムスロット1〜29で示されている。最初の26個のタイムスロットのそれぞれは、印刷すべき画像が要求する場合に液滴発生器のグループを作動可能な期間を示す。タイムスロット27、28および29は、いずれの液滴発生器も作動されないプリントヘッドサイクル中のタイムインターバルを示す。タイムスロット27、28および29は、結合を指定するために、キャリッジ18の位置を、液滴発生器作動データと再同期化し、プリンター部12からプリントヘッド24へ作動データを転送するなどの様々な機能を実施するために、印刷システム10によって用いられる。
【0044】
A(1)〜A(13)によって示される異なる13のアドレス信号源がそれぞれ図示されている。さらに、E(1)およびE(2)によって示される第1および第2のイネーブル信号のそれぞれもまた図示されている。最後に、駆動電流源P(1−16)のそれぞれも共にグループ化されて図示されている。アドレス信号はそれぞれ、プリントヘッド24のサイクル時間Tに等しい各アドレス信号に対する作動期間で、周期的に作動することが図8から理解できる。さらに、アドレス信号は1つしか同時にはアクティブにならない。各アドレス信号は、2つの連続したタイムスロットにおいてアクティブである。
【0045】
イネーブル信号E(1)およびE(2)のそれぞれは、2つのタイムスロットと等しい周期を有する周期信号である。イネーブル信号E(1)およびE(2)はそれぞれ、50%以下のデューティーサイクルを有する。イネーブル信号のそれぞれは、イネーブル信号E(1)またはE(2)の1つのみが同時にアクティブになるように、互いに位相がずれている。
【0046】
動作時、13個のアドレス信号源A(1−13)のそれぞれによって供給されるアドレス信号の繰り返しパターンは、印刷制御装置36によってプリントヘッド24に供給される。さらに、第1および第2のイネーブル信号E(1)およびE(2)に対するイネーブル信号の繰り返しパターンもまた、それぞれ、印刷制御装置36からプリントヘッド24に供給される。アドレス信号およびイネーブル信号は共に、画像描画または印刷すべき画像とは独立して生成される。P(1−16)で示される16個の駆動電流源のそれぞれは、インクジェットプリントヘッド24の完全なサイクルのそれぞれに対する26個のタイムスロットのそれぞれにおいて選択的に供給される。駆動電流源P(1−16)は、画像描画または印刷すべき画像に基づいて選択的に供給される。第1のタイムスロットでは、駆動電流源P(1−16)は、印刷される画像に応じて、すべてがアクティブであるか、いずれもアクティブでないか、またはこれらのいくつかがアクティブであるようにすることができる。同様に、タイムスロット2〜26については、駆動電流源P(1−16)のそれぞれは、印刷制御装置36によって要求されるように個別に選択的に作動されて印刷すべき画像を形成する。
【0047】
図9は、本発明のプリントヘッド24に対する駆動電流源P(1−16)、アドレス信号源A(1−13)およびイネーブル信号E(1−2)のそれぞれについての好ましいタイミングである。図9におけるタイミングは、図8のタイミングと同様である。但し、アドレス信号源A(1−13)の各信号源は、図8に示される2つの連続したタイムスロット全体にわたってアクティブのままではなく、各アドレスは、図9に示される2つのタイムスロットのそれぞれの一部においてのみアクティブである。この好ましい実施形態では、アドレス信号A(1−13)のそれぞれは、アドレス信号がアクティブである各タイムスロットの始まりにおいてアクティブである。さらに、第1および第2のイネーブル信号のそれぞれのデューティーサイクルは、図8に示されるほぼ50%のデューティーサイクルから減少している。アドレスイネーブルおよび駆動電流のタイミングのさらなる詳細を図10および図11を参照しながら説明する。
【0048】
図10は、図8に示されるタイミング図に関するタイムスロット1および2のさらなる詳細を示す。タイムスロット1および2において唯一アクティブなアドレス信号はA(1)であるため、アドレス信号A(1)のみを図10に示している。上記のように、共通の基準点46に向かって低い抵抗のパスが形成されてアドレス信号源A(1−13)からの電流が流れるを防止するために、第1および第2のイネーブル信号E(1)およびE(2)はそれぞれ同時にアクティブにならないことが重要である。従って、第1および第2のイネーブル信号E(1)およびE(2)のそれぞれのデューティーサイクルは、50%未満であるべきである。図10において、第1のイネーブル信号E(1)についてのアクティブから非アクティブへの移行と、第2のイネーブル信号E(2)についての非アクティブからアクティブへの移行との間のTEで示されるタイムインターバルは、ゼロよりも大きくなるべきである。
【0049】
スイッチングトランジスタ48のゲート容量がスイッチングトランジスタ48を作動させるのに十分に充電されることを確実にするために、イネーブル信号は、駆動電流が駆動電流源によって供給される前にアクティブであるべきである。TSで示されるタイムインターバルは、第1のイネーブル信号E(1)がアクティブになってから、駆動電流源P(1−16)によって駆動電流が印加されるまでの時間を表す。同様のタイムインターバルは、第2のイネーブル信号E(2)がアクティブになってから、駆動電流源P(1−16)によって駆動電流が印加されるまでの時間に対して必要とされる。
【0050】
イネーブル信号E(1)は、駆動電流源P(1−16)がアクティブから非アクティブに移行した後、THで示される期間だけアクティブのままであるべきである。ホールド時間と呼ばれるこの期間THは、スイッチングデバイス48が非アクティブにされると、スイッチングデバイス48に駆動電流が存在しないことを確実するのに十分な時間である。スイッチングデバイス48が被制御端子間に電流を流している間スイッチングデバイス48を非アクティブにすると、スイッチングデバイス48が損傷する可能性がある。ホールド時間THは、スイッチングデバイス48が損傷されないことを確実にするマージンを提供する。駆動電流信号P(1−16)の持続時間は、TDで示されるタイムインターバルによって表される。駆動電流信号P(1−16)の持続時間は、最適な液滴形成のために加熱素子44に駆動エネルギーを与えるのに十分であるように選択される。
【0051】
図11は、図9のタイミング図に対するタイムスロット1および2の好ましいタイミングのさらなる詳細を示す。図11に示されるように、タイムスロット1については、アドレス信号源A(1)およびイネーブル信号源E(1)は、駆動電流源がアクティブのままである持続時間全体においてアクティブのままではない。図7に示されるスイッチングトランジスタ48および48’のゲート容量が充電されると、トランジスタ48および48’は、駆動電流源がアクティブの状態である残りの持続時間において導通した状態のままとなる。この様に、スイッチングデバイス48および48’のゲート容量は、作動された状態を保持する記憶デバイスすなわちメモリデバイスの働きをする。次に、P(1−16)で示される駆動信号源は、最適な液滴形成に必要な駆動エネルギーを供給する。
【0052】
図10と同様に、TSで示されるタイムインターバルは、第1のイネーブル信号E(1)がアクティブになってから、駆動電流源P(1−16)によって駆動電流が供給されるまでの時間を表す。TAHで示されるタイムインターバルは、トランジスタ48’のゲート容量が適切な状態となることを確実にするために、第1のイネーブル信号E(1)が非アクティブになった後アドレス信号源A(1)がアクティブのままでなければならないホールド時間を示す。アドレス信号源が、第1のイネーブル信号E(1)が非アクティブとなる前に状態を変化させる場合には、充電の誤った状態がトランジスタ48および48’のゲートに存在し得る。従って、TAHで示されるタイムインターバルが0よりも大きいことが重要である。TEHで示されるタイムインターバルは、駆動電流源P(1−16)がアクティブになった後第2のイネーブル信号E(2)がアクティブとならなければならないホールド時間を表す。タイムインターバルの間、図7におけるトランジスタ52は、第2のイネーブル信号E(2)によって作動され、トランジスタ48のゲート容量を放電させる。この持続期間がトランジスタ48のゲートを放電させるのに十分に長くない場合には、加熱素子44は、不適切に作動されるかまたは部分的に作動し得る。
【0053】
図11に示される好ましいタイミングを用いたインクジェットプリントヘッド24の動作は、図10に示されるタイミングの使用に対して重要な性能上の利点を有する。図10に示されるタイミングに対する各液滴発生器42の作動に必要な最小時間は、タイムインターバルTS、TD、TEおよびTHの合計と等しい。対照的に、図11に示されるタイミングは、タイムインターバルTSおよびTDの合計に等しい、各液滴発生器42の作動に必要な最小時間を有する。TDおよびTSは、タイミング図のそれぞれに対して同じであるため、液滴発生器42の作動に必要な最小時間は、図10よりも図11において短い。アドレスホールド時間TAHおよびイネーブルホールド時間TEHは共に、図11に示される好ましいタイミングにおける液滴発生器42の作動に必要な最小タイムインターバルに寄与せず、このため、各タイムスロットを、図10におけるよりも短いタイムインターバルとすることができる。各タイムスロットに必要なタイムインターバルの減少によって、図8および図9においてTで示されるサイクル期間が減少し、プリントヘッド24の印刷速度が上がる。
【0054】
本発明の方法および装置によって、416個の個々の液滴発生器は、13個のアドレス信号、2個のイネーブル信号および16個の駆動電流源を用いて個々に作動される。対照的に、従来からの技法を用いた場合、16の列および26の行を有する液滴発生器のアレイは、各行を個別に選択するために26個の個別のアドレスを必要とする。そして、この場合、各列は、各駆動電流源によって選択される。本発明によれば、同じ数の液滴発生器を(アドレス)指定するのにかなり少ない電気的相互接続部が提供される。電気的相互接続部の減少によって、プリントヘッド24のサイズは低減され、それによって、プリントヘッド24のコストはかなり減少する。
【0055】
図6に示される個々の液滴発生器42はそれぞれ、電力を供給するかまたは液滴発生器42を作動させるために、定電源またはバイアス回路を必要とせず、その代わりにアドレス、駆動電流源およびイネーブル信号などの入力信号を利用する。信号のタイミングに関して上述したように、液滴発生器42を適切に動作させるために、これらの信号は、適切なシーケンスで供給されることが重要である。本発明の液滴発生器42は、一定の電力を必要としないため、液滴発生器42は、CMOSなどのより複雑な技術よりも少ない製造工程を必要とするNMOSなどの比較的簡単な技術において実現され得る。製造コストがより低い技術を用いることによって、プリントヘッド24のコストはさらに減少する。最後に、プリンター部36とプリントヘッド24との間により少ない電気的相互接続部を用いることによって、プリンター部36のコストが減少するだけでなく、印刷システム10の信頼性も向上する傾向がある。
【0056】
本発明を、13個のアドレス信号、2個のイネーブル信号および16個の駆動電流源を用いて、416個の個々の液滴発生器を選択的に作動させる好ましい実施形態に関して説明したが、他の構成も想定される。例えば、本発明は、異なる数の個々の液滴発生器を選択的に作動させるのに適している。異なる数の個々のノズルを選択的に作動させる際には、異なる数の液滴発生器を適切に制御するために、異なる数の1またはそれ以上のアドレス信号、イネーブル信号および駆動電流源が必要であろう。さらに、同じ数の液滴発生器を制御するためのアドレス信号、イネーブル信号および駆動電流源の他の構成もある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 プリント媒体上での印刷を行うために本発明のインクジェットプリントカートリッジを組み込んだ本発明の印刷システムを示す上面斜視図である。
【図2】 図1に示されるインクジェットプリントカートリッジを独立して示す底面斜視図である。
【図3】 プリンター部およびプリントヘッド部を有する、図1に示される印刷システムの簡略化したブロック図である。
【図4】 プリンター部と、16のグループの液滴発生器を有するプリントヘッドに関連する印刷制御装置の好ましい1実施形態のさらなる詳細を示すブロック図である。
【図5】 26個の個別の液滴発生器を有する液滴発生器の1つのグループのさらなる詳細を示すブロック図である。
【図6】 本発明の1個の液滴発生器の好ましい1実施形態のさらなる詳細を示す概略図である。
【図7】 図5に示される本発明のプリントヘッドに関する2個の個々の液滴発生器を示す概略図である。
【図8】 図4に示される本発明のプリントヘッドを動作させるためのタイミング図である。
【図9】 図4に示される本発明のプリントヘッドを動作させるための代替のタイミング図である。
【図10】 図8に示されるタイミング図のタイムスロット1および2に関するタイミングの詳細な図である。
【図11】 図9に示される代替のタイミング図のタイムスロット1および2に関するタイミングの詳細な図である。
Claims (13)
- 選択的にインクを噴出する複数の液滴発生器を有するインクジェットプリントヘッドであって、
第1のスイッチングデバイス及び第1の制御装置を備える第1の液滴発生器と、
第2のスイッチングデバイス及び第2の制御装置を備える第2の液滴発生器
を有し、
前記第1のスイッチングデバイスは、制御端子であるゲートと一対の被制御端子とを有し、前記ゲートに供給される第1の作動信号に応答してイネーブルにされ、これによって、該一対の被制御端子の一方に周期的に供給される駆動電流を該一対の被制御端子間に通すように構成され、
前記第2のスイッチングデバイスは、制御端子であるゲートと一対の被制御端子とを有し、前記ゲートに供給される第2の作動信号に応答してイネーブルにされ、これによって、該一対の被制御端子の一方に周期的に供給される駆動電流を該一対の被制御端子間に通すように構成され、
前記第1の制御装置は、周期的にアクティブになるアドレス信号ならびに周期的にアクティブになる第1および第2のイネーブル信号に接続され、アクティブな前記第1のイネーブル信号およびアクティブな前記アドレス信号に応答して、前記第1の作動信号を前記第1のスイッチングデバイスのゲートに供給するように構成され、
前記第2の制御装置は、前記アドレス信号ならびに前記第1および第2のイネーブル信号に接続され、アクティブな前記第2のイネーブル信号およびアクティブな前記アドレス信号に応答して、前記第2の作動信号を前記第2のスイッチングデバイスのゲートに供給するように構成され、
前記第1のイネーブル信号は、前記駆動電流が供給される時間より第1の所定時間だけ前にアクティブとなり、前記駆動電流が供給されているときで、かつ、その後前記駆動電流が供給されなくなる時間より第2の所定時間だけ前に非アクティブとなり、
前記第1及び第2の所定時間は、前記第1のスイッチングデバイスのゲート容量に基づいて決定されることからなる、インクジェットプリントヘッド。 - 前記第1および第2のスイッチングデバイスの1つのみが同時にイネーブルにされる、請求項1に記載のインクジェットプリントヘッド。
- 前記駆動電流が前記第1の液滴発生器に供給される前に、前記アドレス信号がアクティブにされ、前記駆動電流が前記第2の液滴発生器に供給される前に、前記アドレス信号及び前記第2のイネーブル信号がアクティブにされる、請求項1に記載のインクジェットプリントヘッド。
- 前記アドレス信号および前記第1のイネーブル信号がアクティブになった後、ある期間だけ前記第1のスイッチングデバイスがイネーブルにされる、請求項1に記載のインクジェットプリントヘッド。
- 前記アドレス信号および前記第2のイネーブル信号がアクティブになった後、ある期間だけ前記第2のスイッチングデバイスがイネーブルにされる、請求項1に記載のインクジェットプリントヘッド。
- 前記駆動電流は、第1および第2の駆動電流源によって供給され、該第1の駆動電流源は、前記第1の液滴発生器に接続され、該第2の駆動電流源は、前記第2の液滴発生器に接続される、請求項1に記載のインクジェットプリントヘッド。
- カートリッジ本体をさらに備え、前記インクジェットプリントヘッドは、該カートリッジ本体に取り付けられる、請求項1に記載のインクジェットプリントヘッド。
- インクジェットプリントヘッドを動作させるための方法であって、
前記インクジェットプリントヘッドは、第1のスイッチングデバイス及び第1の制御装置を備える第1の液滴発生器と、第2のスイッチングデバイス及び第2の制御装置を備える第2の液滴発生器を有し、
前記第1のスイッチングデバイスは、制御端子であるゲートと一対の被制御端子とを有 し、前記ゲートに供給される第1の作動信号に応答して、該一対の被制御端子の一方に周期的に供給される駆動電流を該一対の被制御端子間に通すように構成され、
前記第2のスイッチングデバイスは、制御端子であるゲートと一対の被制御端子とを有し、前記ゲートに印加される第2の作動信号に応答して、該一対の被制御端子の一方に周期的に供給される駆動電流を該一対の被制御端子間に通すように構成され、
前記第1の制御装置は、周期的にアクティブになるアドレス信号ならびに周期的にアクティブになる第1および第2のイネーブル信号に接続され、アクティブな前記第1のイネーブル信号およびアクティブな前記アドレス信号に応答して、前記第1の作動信号を前記第1のスイッチングデバイスのゲートに供給するように構成され、
前記第2の制御装置は、前記アドレス信号ならびに前記第1および第2のイネーブル信号に接続され、アクティブな前記第2のイネーブル信号およびアクティブな前記アドレス信号に応答して、前記第2の作動信号を前記第2のスイッチングデバイスのゲートに供給するように構成され、
前記第1の制御装置に前記アドレス信号の周期的パターンならびに前記第1および第2のイネーブル信号の周期的パターンを供給することと、
アクティブな前記第1のイネーブル信号が供給された時間より第1の所定時間だけ後に、前記第1のスイッチングデバイスの前記被制御端子の前記一方に、前記駆動電流を供給することと、
前記駆動電流が供給されているときで、かつ、その後前記駆動電流が供給されなくなる時間より第2の所定時間だけ前に、前記第1のイネーブル信号を非アクティブにすることと、
前記第2の制御装置に前記アドレス信号の周期的パターンならびに前記第1および第2のイネーブル信号の周期的パターンを供給することと、
アクティブな前記第2のイネーブル信号が供給された時間より第3の所定時間だけ後に、前記第2のスイッチングデバイスの前記被制御端子の前記一方に、前記駆動電流を供給することと、
前記駆動電流が供給されているときで、かつ、その後前記駆動電流が供給されなくなる時間より第4の所定時間だけ前に、前記第2のイネーブル信号を非アクティブにすること
とを含み、
前記第1及び第2の所定時間は、前記第1のスイッチングデバイスのゲート容量に基づいて決定され、前記第3及び第4の所定時間は、前記第2のスイッチングデバイスのゲート容量に基づいて決定されることからなる、方法。 - 前記第1及び第2のイネーブル信号の周期的パターンの周期は、対応する前記アドレス信号の周期的パターンの周期より短い、請求項8に記載の方法。
- 前記インクジェットプリントヘッドは、液滴発生器の複数のグループをなすように配置された複数の液滴発生器を有し、前記液滴発生器の各グループは液滴発生器の複数の対からなり、該各対は前記第1と第の2液滴発生器からなり、同じグループ内の液滴発生器には共通の駆動電流源からの駆動電流が供給されるが、異なるグループ間の液滴発生器には異なる駆動電流源からの駆動電流が供給され、各グループ内の異なる対をなす液滴発生器には異なるアドレス信号源からのアドレス信号が供給される、請求項8に記載の方法。
- 選択的にインクを噴出する複数の液滴発生器を有するインクジェットプリントヘッドであって、
駆動電流源に接続されるように構成された一対の駆動電流接点と、
アドレス信号源に接続されるように構成されたアドレス接点と、
第1および第2のイネーブル信号源に接続されるように構成された第1および第2のイネーブル接点と、
第1のスイッチングデバイス及び第1の制御装置を備える第1の液滴発生器と、
第2のスイッチングデバイス及び第2の制御装置を備える第2の液滴発生器
を有し、
前記第1のスイッチングデバイスは、制御端子であるゲートと一対の被制御端子とを有し、前記一対の駆動電流接点の一方の接点を介して該一対の被制御端子の一方に周期的に供給される駆動電流を、前記ゲートに供給される第1の作動信号に応答して、該一対の被制御端子間に通すように構成され、
前記第2のスイッチングデバイスは、制御端子であるゲートと一対の被制御端子とを有し、前記一対の駆動電流接点の他方の接点を介して該一対の被制御端子の一方に周期的に供給される駆動電流を、前記ゲートに供給される第2の作動信号に応答して、該一対の被制御端子間に通すように構成され、
前記第1の制御装置は、周期的にアクティブになるアドレス信号ならびに周期的にアクティブになる第1および第2のイネーブル信号に接続され、アクティブな前記第1のイネーブル信号およびアクティブな前記アドレス信号に応答して、前記第1の作動信号を前記第1のスイッチングデバイスのゲートに供給するように構成され、
前記第2の制御装置は、前記アドレス信号ならびに前記第1および第2のイネーブル信号に接続され、アクティブな前記第2のイネーブル信号およびアクティブな前記アドレス信号に応答して、前記第2の作動信号を前記第2のスイッチングデバイスのゲートに供給するように構成され、
前記第1のイネーブル信号は、前記駆動電流が供給される時間より第1の所定時間だけ前にアクティブとなり、前記駆動電流が供給されているときで、かつ、その後前記駆動電流が供給されなくなる時間より第2の所定時間だけ前に非アクティブとなり、
前記第1及び第2の所定時間は、前記第1のスイッチングデバイスのゲート容量に基づいて決定されることからなる、インクジェットプリントヘッド。 - 前記第1の液滴発生器と第2の液滴発生器は、前記アドレス信号がアクティブになり、前記駆動電流源がアクティブになると、順次作動するように構成される、請求項11に記載のインクジェットプリントヘッド。
- 前記駆動電流が前記第1の液滴発生器に供給される前に、前記アドレス信号が前記第1の液滴発生器に供給され、前記駆動電流が前記第2の液滴発生器に供給される前に、前記アドレス信号及び前記第2のイネーブル信号が前記第2の液滴発生器に供給される、請求項11に記載のインクジェットプリントヘッド。
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