JP4455013B2 - Recording head driving method, recording head, and recording apparatus - Google Patents

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Description

本発明は、記録手段から記録シートへインクを吐出して画像等の記録を行なうインクジェット記録装置に関するものであり、詳しくは記録素子抵抗の製造ばらつきを考慮して、様々な駆動条件時に発生する記録素子に印加されるエネルギーバラツキを押さえ、印字品位、耐久性向上をはかる記録ヘッドの駆動方法、記録ヘッド、及び記録装置に関する。 The present invention relates to an ink jet recording apparatus that records an image or the like by ejecting ink from a recording means to a recording sheet, and more specifically, recording that occurs under various driving conditions in consideration of manufacturing variations in recording element resistance. The present invention relates to a recording head driving method , a recording head, and a recording apparatus that suppress energy variation applied to an element and improve printing quality and durability.

プリンタ、複写機、ファクシミリ等の機能を有する記録装置、或いはコンピュータやワードプロセッサ等を含む複合機やワークステーションの出力機器として用いられる記録装置は、画像情報に基づいて記録用紙やプラスチック薄板(例えば、OHP等に用いる)等の記録媒体に画像を記録していくように構成されている。   A recording device having a function such as a printer, a copying machine, a facsimile, or a recording device used as an output device of a multifunction device or a workstation including a computer, a word processor, or the like is a recording paper or a plastic thin plate (for example, OHP) Etc.).

そのような記録装置は、採用される記録方式により、インクジェット式、ワイヤドット式、感熱式、熱転写式、電子写真方式等に分けられる。   Such a recording apparatus is classified into an ink jet type, a wire dot type, a thermal type, a thermal transfer type, an electrophotographic type, and the like, depending on the recording type employed.

その内、インクジェット式の記録装置(以下、インクジェット記録装置)は、記録ヘッドから記録媒体にインクを吐出して記録を行うものであり、装置の小型化が容易であり、高精細な画像を高速で記録することができ、普通紙に特別の処理を必要とせずに記録することができ、ランニングコストが安く、ノンインパクト方式であるため騒音が少なく、しかも多色のインクを使用してカラー画像を記録するのが容易である等、多くの利点を有している。   Among them, an ink jet recording apparatus (hereinafter referred to as an ink jet recording apparatus) performs recording by ejecting ink from a recording head onto a recording medium. The apparatus can be easily downsized and high-definition images can be printed at high speed. Can be recorded without any special processing on plain paper, running costs are low, non-impact method is low noise, and color images using multi-colored ink. Has many advantages, such as being easy to record.

さて、インクジェット記録方式の中にもいくつか手法があり、そのひとつに発熱体をノズル内に実装し、熱によりインク内にバブルを発生させ、その発泡エネルギーをインク吐出に用いるバブルジェット(登録商標)記録方式がある。ここでインクを吐出するための熱エネルギーを発生させる記録素子は、半導体製造プロセスを用いて製造することができる。そのため、バブルジェット技術を利用した記録ヘッドとして、(1)シリコン基板を基材として記録素子を形成して記録素子基板とし、その上に、インク流路を形成するための溝を形成した、ポリサルフォン等の樹脂やガラス等からなる天板を接合した構成のものや、(2)素子基板上に直接ノズルをフォトリソグラフィ工程により形成し、接合部をなくした高精度タイプのものが製品化されている。   There are also several methods in the ink jet recording system. One of them is a bubble jet (registered trademark) in which a heating element is mounted in a nozzle, bubbles are generated in the ink by heat, and the foaming energy is used for ink ejection. ) There is a recording method. Here, a recording element that generates thermal energy for ejecting ink can be manufactured using a semiconductor manufacturing process. Therefore, as a recording head using bubble jet technology, (1) a recording element is formed by using a silicon substrate as a base material to form a recording element substrate, and a groove for forming an ink flow path is formed thereon. Products that have a structure in which top plates made of resin, glass, etc., are joined, and (2) high-precision types that have nozzles formed directly on the element substrate by a photolithography process and have no joints. Yes.

また、素子基板がシリコン基板からなることを利用し、記録素子を素子基板上に構成するだけでなく、記録素子を駆動するためのドライバや、記録素子を記録ヘッドの温度に応じて制御する際に用いられる温度センサ及びその駆動制御部等を素子基板上に構成したものもある。   In addition to utilizing the fact that the element substrate is made of a silicon substrate, not only the recording element is configured on the element substrate, but also a driver for driving the recording element and when the recording element is controlled according to the temperature of the recording head. In some cases, a temperature sensor used in the above and a drive control unit thereof are configured on an element substrate.

図7は従来のインクジェット記録ヘッド用の素子基板の構成の代表的な例を示すブロック図である(特許文献1参照)。   FIG. 7 is a block diagram showing a typical example of the structure of a conventional element substrate for an ink jet recording head (see Patent Document 1).

図7に示されているように、素子基板900には、インクに吐出用の熱エネルギーを与える、並列に配列された複数の発熱体(記録素子)901と各発熱体901を駆動するためのパワートランジスタ(ドライバ)902と、外部からシリアルに入力される画像データ及びこれに同期するシリアルクロックが入力され、1ライン毎に画像データを入力するシフトレジスタ904と、ラッチ用のクロックに同期してシフトレジスタ904から出力された1ライン分の画像データをラッチし、パワートランジスタ902にパラレルに転送するラッチ回路903と、パワートランジスタ902に対応してそれぞれ設けられ、ラッチ回路903の出力信号を外部からのイネーブル信号に応じてパワートランジスタ902に印加する複数のANDゲート915と、画像データや各種信号等を外部から入力するための入力端子905〜912が形成されている。   As shown in FIG. 7, the element substrate 900 is configured to drive a plurality of heating elements (recording elements) 901 arranged in parallel and each heating element 901 that gives thermal energy for ejection to the ink. A power transistor (driver) 902, image data input serially from the outside and a serial clock synchronized therewith are input, and a shift register 904 that inputs image data for each line and a clock for latching A latch circuit 903 that latches image data for one line output from the shift register 904 and transfers the image data in parallel to the power transistor 902 and an output signal of the latch circuit 903 are externally provided corresponding to the power transistor 902. AND gates applied to the power transistor 902 in response to the enable signal 15, input terminals 905 to 912 for inputting the image data and various signals or the like from the outside.

また、素子基板900には、素子基板900の温度を測定するための温度センサ、あるいは各発熱体901の抵抗値を測定するための抵抗モニタといったセンサモニタ914が形成される。このようなドライバや温度センサ及びその駆動制御部等を素子基板上に構成した記録ヘッドは実用化されており、記録ヘッドの信頼性の向上及び装置の小型化に寄与している。   The element substrate 900 is formed with a sensor monitor 914 such as a temperature sensor for measuring the temperature of the element substrate 900 or a resistance monitor for measuring the resistance value of each heating element 901. A recording head in which such a driver, a temperature sensor, and a drive control unit thereof are configured on an element substrate has been put into practical use, and contributes to improvement of the reliability of the recording head and miniaturization of the apparatus.

このような構成において、シリアル信号として入力された画像データは、シフトレジスタ904によってパラレル信号に変換され、ラッチ用のクロックに同期してラッチ回路903で出力保持される。この状態で入力端子を介して発熱体901の駆動パルス信号(ANDゲート915に対するイネーブル信号)が入力されることにより、画像データに応じてパワートランジスタ902がオンされ、対応する発熱体901に電流が流れて、その液流路(ノズル)のインクが熱せられ、ノズル先端の吐出口よりインクが液滴として吐出される。   In such a configuration, image data input as a serial signal is converted into a parallel signal by the shift register 904 and output and held by the latch circuit 903 in synchronization with the latching clock. In this state, when a driving pulse signal (an enable signal for the AND gate 915) of the heating element 901 is input via the input terminal, the power transistor 902 is turned on according to the image data, and current is supplied to the corresponding heating element 901. Then, the ink in the liquid flow path (nozzle) is heated, and the ink is ejected as droplets from the ejection port at the tip of the nozzle.

図8は図7に示すインクジェット記録ヘッド用の素子基板において寄生抵抗の変動に関係する部分を詳細に示す図である。   FIG. 8 is a diagram showing in detail a portion related to the variation of the parasitic resistance in the element substrate for the ink jet recording head shown in FIG.

ここで、図7と図8に示されているパワートランジスタ902(ここでは、バイポーラトランジスタであるがMOSトランジスタでも良い)や複数の記録素子を駆動するための共通の電源配線やGND配線上には、記録装置本体による一定の電源電圧印加時に記録素子にエネルギーを投入する際の損失につながる寄生抵抗(或いは定電圧)成分916が存在するだけでなく、図8にも示したように発熱体901の同時駆動数によって寄生抵抗916で発生する電圧が異なるため、結果的に発熱体901に印加されるエネルギーが変動する。   Here, the power transistor 902 (in this case, a bipolar transistor but may be a MOS transistor) shown in FIGS. 7 and 8 and a common power supply wiring or GND wiring for driving a plurality of recording elements are provided. In addition to the presence of a parasitic resistance (or constant voltage) component 916 that leads to loss when energy is input to the recording element when a constant power supply voltage is applied by the recording apparatus main body, the heating element 901 is also shown in FIG. Since the voltage generated in the parasitic resistor 916 varies depending on the number of simultaneous driving, the energy applied to the heating element 901 varies as a result.

実際のところ、図8にも示したように、記録素子である発熱体901は基板製造工程において膜厚の違いやその分布により量産時を考慮すると絶対抵抗値が±20%〜30%ばらつくことが避けられない状況である。   Actually, as shown in FIG. 8, the heating element 901 which is a recording element has an absolute resistance value varying from ± 20% to 30% in consideration of mass production due to the difference in film thickness and its distribution in the substrate manufacturing process. Is an unavoidable situation.

したがって、これまでの実用化されているインクジェット記録ヘッドの記録素子駆動用のドライバは、主になるべく低抵抗とする観点でパワートランジスタを使用してきた。ここでのパワートランジスタ902は一定の素子駆動電源と逆バイアスの一定電源、あるいはオン抵抗としてふるまう。この場合、記録素子の抵抗バラツキによって、記録素子901を流れる電流が変化するので、一定時間に投入される記録素子でのエネルギー(消費電力)は、記録素子の製造時の抵抗値によって大きく異なる。   Therefore, the drive elements for driving the recording elements of the inkjet recording head that have been put to practical use have used power transistors mainly from the viewpoint of making the resistance as low as possible. Here, the power transistor 902 behaves as a constant element driving power source and a constant power source having a reverse bias, or an on-resistance. In this case, since the current flowing through the recording element 901 changes due to the resistance variation of the recording element, the energy (power consumption) in the recording element that is input for a certain time greatly varies depending on the resistance value at the time of manufacturing the recording element.

従って、インクジェット記録ヘッドを駆動して安定したインク吐出を行うとともにその記録ヘッドの長寿命化を達成するために記録素子での消費電力を一定とするように、従来は記録素子を駆動するために印加するパルス幅を記録素子の抵抗により変化させて対応してきた。   Therefore, in order to drive the ink jet recording head to stably discharge ink and to drive the recording element so that the power consumption of the recording element is constant in order to achieve the long life of the recording head. To cope with this, the applied pulse width is changed by the resistance of the recording element.

さて、近年になって、記録のスピードアップのために必要な記録素子数がかなり増加してきている。また同時に、記録の高精細化により記録素子に印加するエネルギーの均一化は従来以上に求められるようになってきていて、上述したように、記録素子の同時駆動数の差が大きければ大きい程、各記録素子に印加されるエネルギーの変動幅も大きくなり、記録ヘッドの寿命も短くなる。これは、エネルギー変動により記録品質が低下する等の障害の発生につながることになる。   In recent years, the number of recording elements necessary for increasing the recording speed has increased considerably. At the same time, the uniformity of the energy applied to the recording element due to high definition of recording has been demanded more than before, and as described above, the larger the difference in the number of simultaneous driving of the recording element, The fluctuation range of energy applied to each recording element is increased, and the life of the recording head is shortened. This leads to a failure such as a decrease in recording quality due to energy fluctuation.

ここで非公知の技術として、上記エネルギーを一定にするという観点で効果がある構成として各発熱体に図9に示すように一定の電流が流れるようにドライバ部分を制御することが考えられる。このような構成にすることで、各発熱体には常に一定の電流が流れるため、抵抗値が使用中に変動しない限り、記録素子の同時駆動数に影響なく発熱体の抵抗値×一定電流値の2乗のエネルギーが供給され、上記課題は解決できる。また、ヒータに流れる電流を一定に保つ構成についても提案されている(例えば、特許文献2参照)。
特開平7−256883号公報 特開2001−277516号公報
Here, as a non-known technique, it is conceivable to control the driver portion so that a constant current flows through each heating element as shown in FIG. 9 as an effective configuration from the viewpoint of making the energy constant. With such a configuration, a constant current always flows through each heating element. Therefore, unless the resistance value fluctuates during use, the resistance value of the heating element × the constant current value without affecting the number of simultaneous driving of the recording elements. The squared energy is supplied and the above problem can be solved. Further, a configuration that keeps the current flowing through the heater constant has also been proposed (see, for example, Patent Document 2).
Japanese Patent Laid-Open No. 7-256883 JP 2001-277516 A

記録ヘッド用の基板において、抵抗成分の中で最も大きい記録素子(発熱抵抗体)の抵抗は製造バラツキにより約20〜30%ばらつくことはすでに述べた通りである。また、従来の機構における記録装置本体側の電源電圧は一定であるので、記録素子の抵抗バラツキに対しては、記録素子に印加するパルス幅を調整することで、記録素子に印加するエネルギーが一定になるように対応してきたことも既に述べた通りである。   As described above, in the substrate for the recording head, the resistance of the recording element (heating resistor) having the largest resistance component varies by about 20 to 30% due to manufacturing variations. In addition, since the power supply voltage on the recording apparatus main body side in the conventional mechanism is constant, the energy applied to the recording element is constant by adjusting the pulse width applied to the recording element for the resistance variation of the recording element. As already mentioned, we have responded to this.

しかしながら上記従来例のように、記録素子の同時駆動数の違いによるエネルギーバラツキをなくすために発熱体に一定電流を投入した場合には、この記録素子の抵抗バラツキによるインクジェット記録ヘッド用基板中でのパワー損失が著しく異なることになる。   However, as in the above conventional example, when a constant current is applied to the heating element in order to eliminate the energy variation due to the difference in the number of simultaneous driving of the recording elements, the resistance in the ink jet recording head due to the resistance variation of the recording elements. The power loss will be significantly different.

図10は一定電流で記録素子を駆動した場合のパワー損失のばらつきを示す図である。   FIG. 10 is a diagram showing variations in power loss when the recording element is driven with a constant current.

図10に示す例では、記録素子の抵抗値が100Ω程度であり、一定電流として150mAの電流を通電した場合に発熱体の両端に発生する電圧と発熱体の製造ばらつき(この例では±20%)がある場合を想定している。そして、図10には、記録素子が最大抵抗(120Ω)である場合、記録素子の両端電圧(18V)に対し、ドライバ電圧制御用に1Vが必要であると考え、一定電流制御のためにこれより1V高い電圧(19V)を記録装置側で印加する場合の記録素子以外で消費されるエネルギーの比率を示している。なお、記録素子の抵抗値の変動(80〜120Ω)によって、一定電流投入時の記録素子での消費電力が異なる(1.8〜2.7W)が、この変動は実際の記録時の各記録素子に印加するパルス幅を変化させることで投入エネルギーの調整を行う。   In the example shown in FIG. 10, the resistance value of the recording element is about 100Ω, and the voltage generated at both ends of the heating element when a current of 150 mA is applied as a constant current and the manufacturing variation of the heating element (± 20% in this example) ) Is assumed. FIG. 10 shows that when the recording element has the maximum resistance (120Ω), 1 V is necessary for driver voltage control with respect to the voltage across the recording element (18 V). The ratio of energy consumed by other than the recording element when a voltage (19 V) higher by 1 V is applied on the recording apparatus side is shown. It should be noted that the power consumption of the recording element when a constant current is applied varies (1.8 to 2.7 W) depending on the resistance value of the recording element (80 to 120Ω). The input energy is adjusted by changing the pulse width applied to the element.

なお、図10にはエネルギーを一定とした際に必要なパルス幅を同時に示している。   FIG. 10 simultaneously shows the pulse width required when the energy is constant.

図10によれば、記録素子の抵抗値が80Ωの時に実に記録素子にかかるパワーの約58%が一定の電流を流すための制御部分(インクジェット記録ヘッド用基板内のドライバー部分)で主に消費される(パワー損失)することとなる。さらに記録素子に投入されるエネルギーを一定にするために、記録素子の抵抗が80Ωであるときには印加パルス幅は1.25μsに、120Ωであるときには0.83μSに調整するが、その比は約1.5倍であり、損失エネルギーの差が記録素子抵抗が80Ωと120Ωで約10倍異なる。   According to FIG. 10, when the resistance value of the recording element is 80Ω, about 58% of the power actually applied to the recording element is mainly consumed in the control part (driver part in the substrate for the ink jet recording head) for supplying a constant current. (Power loss). Further, in order to make the energy input to the recording element constant, the applied pulse width is adjusted to 1.25 μs when the resistance of the recording element is 80Ω, and 0.83 μS when the resistance of the recording element is 120Ω, but the ratio is about 1 The difference in loss energy is about 10 times different between the recording element resistance of 80Ω and 120Ω.

これらが全てインクジェット記録ヘッド用基板内で消費されることで基板の温度を上昇させ、インク吐出量に影響を及ぼす。   All of these are consumed in the inkjet recording head substrate, thereby raising the temperature of the substrate and affecting the ink discharge amount.

図11はインクジェット記録ヘッドの基板に一定電流を投入した場合の記録時間と基板温度との関係を示す図である。   FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the recording time and the substrate temperature when a constant current is applied to the substrate of the inkjet recording head.

図11からも分かるように、記録素子の抵抗にばらつきがあると基板温度の上昇の仕方も異なる。   As can be seen from FIG. 11, when the resistance of the recording element varies, the manner in which the substrate temperature rises also differs.

図12はインク温度とインク吐出量との関係を示す図である。   FIG. 12 is a diagram illustrating the relationship between the ink temperature and the ink discharge amount.

図12からも分かるように、インク温度が変化するとインク吐出量も変化する。このインク温度は基板温度の影響を受けるので、基板温度の上昇はインク吐出の特性に影響を与えることになる。   As can be seen from FIG. 12, when the ink temperature changes, the ink discharge amount also changes. Since the ink temperature is affected by the substrate temperature, the increase in the substrate temperature affects the ink ejection characteristics.

従って、記録ヘッド製造時に記録素子の抵抗値に約20〜30%のばらつきが発生することが避けられないことは、均一なインク吐出性能をもったインクジェット記録ヘッドを提供することが非常に困難であることを示唆している。   Therefore, it is very difficult to provide an ink jet recording head having uniform ink discharge performance because it is unavoidable that a variation of about 20 to 30% occurs in the resistance value of the recording element when the recording head is manufactured. It suggests that there is.

以上説明したように、記録素子の同時駆動数の変化に伴う差をなくすために一定電流で記録素子を駆動するという方法を導入する場合、記録ヘッドの製造工程によりばらつく記録素子の抵抗値によって、無駄なエネルギー消費があるだけでなく、実際の記録において、基板の温度変化の特性も異なり、インクの温度によりインクの粘性等が変化することで記録ヘッドの記録性能が大きく変動するという問題が発生する。   As described above, when introducing the method of driving the recording element with a constant current in order to eliminate the difference due to the change in the number of simultaneous driving of the recording element, the resistance value of the recording element, which varies depending on the manufacturing process of the recording head, In addition to wasteful energy consumption, the characteristics of the temperature change of the substrate also differ in actual recording, and there is a problem that the recording performance of the recording head greatly fluctuates due to changes in ink viscosity etc. depending on the ink temperature To do.

本発明は上述の問題点を解決するためになされたもので、記録素子の抵抗値のばらつきに係わりなく記録特性に優れた記録ヘッドの駆動方法を提供することを従来の構成から大きく変更することなく達成することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and provides a method for driving a recording head that has excellent recording characteristics regardless of variations in resistance values of recording elements, and greatly changes from the conventional configuration. The goal is to achieve without.

上記目的を達成するため本発明の記録ヘッドの駆動方法は、以下の工程からなる。   In order to achieve the above object, the recording head driving method of the present invention comprises the following steps.

即ち、複数の記録素子と前記複数の記録素子の各々に対応し前記記録素子を駆動するための複数のMOSトランジスタで構成されるMOSトランジスタ回路と不揮発性メモリとを備えた回路基板を備えた記録ヘッドの駆動方法であって、前記回路基板に備えられた前記複数の記録素子の抵抗値を代表する抵抗の値を測定する測定工程と、前記測定工程において測定された抵抗値に基づいて電流値の情報を前記不揮発性メモリに記憶する記憶工程と、前記MOSトランジスタ回路の電流−電圧特性の飽和領域において設定可能な複数の電流値と前記不揮発性メモリに記憶された電流値の情報とに基づいて、前記複数の記録素子に供給する、前記飽和領域における電流値の選択を行なう選択工程と、前記選択工程において選択された電流値に基づいて、前記MOSトランジスタ回路を前記飽和領域で駆動するように制御する制御工程とを有することを特徴とする。 That is, recording provided with a circuit board including a plurality of recording elements and a MOS transistor circuit corresponding to each of the plurality of recording elements and a plurality of MOS transistors for driving the recording elements and a nonvolatile memory A head driving method, a measuring step of measuring a resistance value representative of a resistance value of the plurality of recording elements provided on the circuit board, and a current value based on the resistance value measured in the measuring step Based on the storage step of storing the information in the nonvolatile memory, a plurality of current values that can be set in the saturation region of the current-voltage characteristics of the MOS transistor circuit, and the information on the current values stored in the nonvolatile memory A selection step of selecting a current value in the saturation region to be supplied to the plurality of recording elements, and a current value selected in the selection step. Te, and having a control step of controlling to drive the MOS transistor circuit in the saturation region.

また本発明は、上記構成の方法を記録ヘッドに適用することにより実現しても良い。その記録ヘッドは以下のような構成からなる。 The present invention may also be realized by applying the method having the above configuration to a recording head. The recording head has the following configuration.

即ち、複数の記録素子と、前記複数の記録素子の各々に対応し前記記録素子を駆動するための複数のMOSトランジスタで構成されるMOSトランジスタ回路と、前記複数の記録素子の抵抗値を代表する値をもった抵抗と、該抵抗の抵抗値に基づく電流値の情報を記憶する不揮発性メモリとを備えた記録ヘッドであって前記MOSトランジスタ回路の電流−電圧特性の飽和領域において設定可能な複数の電流値と前記不揮発性メモリに記憶された電流値の情報とに基づいて、前記複数の記録素子に供給する、前記飽和領域における電流値の選択を行なう選択回路と、前記選択回路により選択された電流値に基づいて、前記MOSトランジスタ回路を前記飽和領域で駆動させる駆動回路とを有することを特徴とする。 That is, a representative of a plurality of recording elements, a MOS transistor circuit composed of a plurality of MOS transistors corresponding to each of the plurality of recording elements and driving the recording elements, and a resistance value of the plurality of recording elements A recording head comprising a resistor having a value and a nonvolatile memory for storing information on a current value based on the resistance value of the resistor, and is settable in a saturation region of the current-voltage characteristic of the MOS transistor circuit A selection circuit for selecting a current value in the saturation region to be supplied to the plurality of recording elements based on a plurality of current values and current value information stored in the nonvolatile memory; And a driving circuit for driving the MOS transistor circuit in the saturation region based on the current value .

さらに本発明は、上記構成の記録ヘッドを搭載するキャリッジを備えることを特徴とする記録装置によって実現しても良い。 Furthermore, the present invention may be realized by a recording apparatus including a carriage on which the recording head having the above-described configuration is mounted .

前記記録ヘッドはインクジェット記録ヘッドである。 The recording head is Ru jet recording head der.

従って以上説明した本発明によれば、記録ヘッドの回路基板に備えられた記録素子の抵抗値を表わす抵抗の値を測定し、その値に基づいて記録素子に通電する電流値を設定するので、たとえ記録ヘッドの量産時に記録素子の抵抗値にバラツキが発生しても、最適な電流を記録素子に通電して記録を行うことができるという効果がある。   Therefore, according to the present invention described above, the resistance value representing the resistance value of the recording element provided on the circuit board of the recording head is measured, and the current value to be supplied to the recording element is set based on the measured value. Even if there is a variation in the resistance value of the recording element during mass production of the recording head, there is an effect that recording can be performed by applying an optimum current to the recording element.

これにより、パワー損失の少ない、記録特性に優れた高品位な記録を実現することができる。   Thereby, it is possible to realize high-quality recording with less power loss and excellent recording characteristics.

以下添付図面を参照して本発明の好適な実施例について、さらに具体的かつ詳細に説明する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described more specifically and in detail with reference to the accompanying drawings.

なお、この明細書において、「記録」(「プリント」という場合もある)とは、文字、図形等有意の情報を形成する場合のみならず、有意無意を問わず、また人間が視覚で知覚し得るように顕在化したものであるか否かを問わず、広く記録媒体上に画像、模様、パターン等を形成する、または媒体の加工を行う場合も表すものとする。   In this specification, “recording” (sometimes referred to as “printing”) is not only for forming significant information such as characters and figures, but also for human beings visually perceived regardless of significance. Regardless of whether or not it has been manifested, it also represents a case where an image, a pattern, a pattern, or the like is widely formed on a recording medium or the medium is processed.

また、「記録媒体」とは、一般的な記録装置で用いられる紙のみならず、広く、布、プラスチック・フィルム、金属板、ガラス、セラミックス、木材、皮革等、インクを受容可能なものも表すものとする。   “Recording medium” refers not only to paper used in general recording apparatuses but also widely to cloth, plastic film, metal plate, glass, ceramics, wood, leather, and the like that can accept ink. Shall.

さらに、「インク」(「液体」と言う場合もある)とは、上記「記録(プリント)」の定義と同様広く解釈されるべきもので、記録媒体上に付与されることによって、画像、模様、パターン等の形成または記録媒体の加工、或いはインクの処理(例えば記録媒体に付与されるインク中の色剤の凝固または不溶化)に供され得る液体を表すものとする。   Furthermore, “ink” (sometimes referred to as “liquid”) is to be interpreted broadly in the same way as the definition of “recording (printing)” above. It represents a liquid that can be used for forming a pattern or the like, processing a recording medium, or processing an ink (for example, solidification or insolubilization of a colorant in ink applied to the recording medium).

またさらに、「ノズル」とは、特にことわらない限り吐出口ないしこれに連通する液路およびインク吐出に利用されるエネルギーを発生する素子を総括して言うものとする。
また、以下に用いる「素子基板」とは、シリコン半導体からなる単なる基体を指し示すものではなく、各素子や配線等が設けられた基体を示すものである。
Furthermore, unless otherwise specified, the “nozzle” collectively refers to an ejection port or a liquid channel communicating with the ejection port and an element that generates energy used for ink ejection.
In addition, the “element substrate” used below does not indicate a simple substrate made of a silicon semiconductor but indicates a substrate provided with each element, wiring, and the like.

さらに、「素子基板上」とは、単に素子基体の上を指し示すだけでなく、素子基体の表面、表面近傍の素子基体内部側をも示すものである。また、本発明でいう「作り込み」とは、別体の各素子を単に基体上に配置することを示すのではなく、各素子を半導体回路の製造工程等によって素子基体上に一体的に形成、製造することを示すものである。   Further, “on the element substrate” not only indicates the element substrate, but also indicates the surface of the element substrate and the inside of the element substrate near the surface. In addition, the term “built-in” in the present invention does not simply indicate that separate elements are arranged on the substrate, but the elements are integrally formed on the element substrate by a semiconductor circuit manufacturing process or the like. , Indicating that it is manufactured.

<インクジェット記録装置の説明(図1)>
図1は本発明の代表的な実施形態であるインクジェット記録装置1の構成の概要を示す外観斜視図である。
<Description of Inkjet Recording Apparatus (FIG. 1)>
FIG. 1 is an external perspective view showing an outline of the configuration of an ink jet recording apparatus 1 which is a typical embodiment of the present invention.

図1に示すように、インクジェット記録装置(以下、記録装置という)は、インクジェット方式に従ってインクを吐出して記録を行なう記録ヘッド3を搭載したキャリッジ2にキャリッジモータM1によって発生する駆動力を伝達機構4より伝え、キャリッジ2を矢印A方向に往復移動させるとともに、例えば、記録紙などの記録媒体Pを給紙機構5を介して給紙し、記録位置まで搬送し、その記録位置において記録ヘッド3から記録媒体Pにインクを吐出することで記録を行なう。   As shown in FIG. 1, an ink jet recording apparatus (hereinafter referred to as a recording apparatus) transmits a driving force generated by a carriage motor M1 to a carriage 2 on which a recording head 3 that performs recording by discharging ink according to an ink jet system is mounted. 4, the carriage 2 is reciprocated in the direction of arrow A, and for example, a recording medium P such as recording paper is fed through a paper feeding mechanism 5 and conveyed to a recording position. Recording is performed by ejecting ink onto the recording medium P.

また、記録ヘッド3の状態を良好に維持するためにキャリッジ2を回復装置10の位置まで移動させ、間欠的に記録ヘッド3の吐出回復処理を行う。   Further, in order to maintain the state of the recording head 3 satisfactorily, the carriage 2 is moved to the position of the recovery device 10 and the ejection recovery process of the recording head 3 is intermittently performed.

記録装置1のキャリッジ2には記録ヘッド3を搭載するのみならず、記録ヘッド3に供給するインクを貯留するインクカートリッジ6を装着する。インクカートリッジ6はキャリッジ2に対して着脱自在になっている。   In addition to mounting the recording head 3 on the carriage 2 of the recording apparatus 1, an ink cartridge 6 for storing ink to be supplied to the recording head 3 is mounted. The ink cartridge 6 is detachable from the carriage 2.

図1に示した記録装置1はカラー記録が可能であり、そのためにキャリッジ2にはマゼンタ(M)、シアン(C)、イエロ(Y)、ブラック(K)のインクを夫々、収容した4つのインクカートリッジを搭載している。これら4つのインクカートリッジは夫々独立に着脱可能である。   The recording apparatus 1 shown in FIG. 1 is capable of color recording. For this reason, the carriage 2 contains four inks containing magenta (M), cyan (C), yellow (Y), and black (K) inks, respectively. An ink cartridge is installed. These four ink cartridges are detachable independently.

さて、キャリッジ2と記録ヘッド3とは、両部材の接合面が適正に接触されて所要の電気的接続を達成維持できるようになっている。記録ヘッド3は、記録信号に応じてエネルギーを印加することにより、複数の吐出口からインクを選択的に吐出して記録する。特に、この実施形態の記録ヘッド3は、熱エネルギーを利用してインクを吐出するインクジェット方式を採用し、熱エネルギーを発生するために電気熱変換体を備え、その電気熱変換体に印加される電気エネルギーが熱エネルギーへと変換され、その熱エネルギーをインクに与えることにより生じる膜沸騰による気泡の成長、収縮によって生じる圧力変化を利用して、吐出口よりインクを吐出させる。この電気熱変換体は各吐出口のそれぞれに対応して設けられ、記録信号に応じて対応する電気熱変換体にパルス電圧を印加することによって対応する吐出口からインクを吐出する。   Now, the carriage 2 and the recording head 3 can achieve and maintain a required electrical connection by properly contacting the joint surfaces of both members. The recording head 3 applies energy according to a recording signal to selectively eject ink from a plurality of ejection ports for recording. In particular, the recording head 3 of this embodiment employs an ink jet system that ejects ink using thermal energy, and includes an electrothermal transducer to generate thermal energy, which is applied to the electrothermal transducer. Electric energy is converted into thermal energy, and ink is ejected from the ejection port by utilizing pressure changes caused by bubble growth and contraction caused by film boiling caused by applying the thermal energy to the ink. The electrothermal transducer is provided corresponding to each of the ejection ports, and ink is ejected from the corresponding ejection port by applying a pulse voltage to the corresponding electrothermal transducer in accordance with the recording signal.

図1に示されているように、キャリッジ2はキャリッジモータM1の駆動力を伝達する伝達機構4の駆動ベルト7の一部に連結されており、ガイドシャフト13に沿って矢印A方向に摺動自在に案内支持されるようになっている。従って、キャリッジ2は、キャリッジモータM1の正転及び逆転によってガイドシャフト13に沿って往復移動する。また、キャリッジ2の移動方向(矢印A方向)に沿ってキャリッジ2の絶対位置を示すためのスケール8が備えられている。この実施形態では、スケール8は透明なPETフィルムに必要なピッチで黒色のバーを印刷したものを用いており、その一方はシャーシ9に固着され、他方は板バネ(不図示)で支持されている。   As shown in FIG. 1, the carriage 2 is connected to a part of the driving belt 7 of the transmission mechanism 4 that transmits the driving force of the carriage motor M <b> 1, and slides in the direction of arrow A along the guide shaft 13. It is guided and supported freely. Accordingly, the carriage 2 reciprocates along the guide shaft 13 by forward and reverse rotations of the carriage motor M1. A scale 8 is provided for indicating the absolute position of the carriage 2 along the direction of movement of the carriage 2 (the direction of arrow A). In this embodiment, the scale 8 uses a transparent PET film with black bars printed at a necessary pitch, one of which is fixed to the chassis 9 and the other is supported by a leaf spring (not shown). Yes.

また、記録装置1には、記録ヘッド3の吐出口(不図示)が形成された吐出口面に対向してプラテン(不図示)が設けられており、キャリッジモータM1の駆動力によって記録ヘッド3を搭載したキャリッジ2が往復移動されると同時に、記録ヘッド3に記録信号を与えてインクを吐出することによって、プラテン上に搬送された記録媒体Pの全幅にわたって記録が行われる。   Further, the recording apparatus 1 is provided with a platen (not shown) facing the discharge port surface where the discharge port (not shown) of the recording head 3 is formed, and the recording head 3 is driven by the driving force of the carriage motor M1. At the same time as the carriage 2 loaded with is reciprocated, recording is performed over the entire width of the recording medium P conveyed on the platen by giving a recording signal to the recording head 3 and discharging ink.

さらに、図1において、14は記録媒体Pを搬送するために搬送モータM2によって駆動される搬送ローラ、15はバネ(不図示)により記録媒体Pを搬送ローラ14に当接するピンチローラ、16はピンチローラ15を回転自在に支持するピンチローラホルダ、17は搬送ローラ14の一端に固着された搬送ローラギアである。そして、搬送ローラギア17に中間ギア(不図示)を介して伝達された搬送モータM2の回転により、搬送ローラ14が駆動される。   Further, in FIG. 1, 14 is a conveyance roller driven by a conveyance motor M2 to convey the recording medium P, 15 is a pinch roller that abuts the recording medium P against the conveyance roller 14 by a spring (not shown), and 16 is a pinch. A pinch roller holder 17 that rotatably supports the roller 15 is a conveyance roller gear fixed to one end of the conveyance roller 14. Then, the transport roller 14 is driven by the rotation of the transport motor M2 transmitted to the transport roller gear 17 through an intermediate gear (not shown).

またさらに、20は記録ヘッド3によって画像が形成された記録媒体Pを記録装置外ヘ排出するための排出ローラであり、搬送モータM2の回転が伝達されることで駆動されるようになっている。なお、排出ローラ20は記録媒体Pをバネ(不図示)により圧接する拍車ローラ(不図示)により当接する。22は拍車ローラを回転自在に支持する拍車ホルダである。   Further, reference numeral 20 denotes a discharge roller for discharging the recording medium P on which an image is formed by the recording head 3 to the outside of the recording apparatus, and is driven by transmitting the rotation of the transport motor M2. . The discharge roller 20 abuts on a spur roller (not shown) that presses the recording medium P by a spring (not shown). Reference numeral 22 denotes a spur holder that rotatably supports the spur roller.

またさらに、記録装置1には、図1に示されているように、記録ヘッド3を搭載するキャリッジ2の記録動作のための往復運動の範囲外(記録領域外)の所望位置(例えば、ホームポジションに対応する位置)に、記録ヘッド3の吐出不良を回復するための回復装置10が配設されている。   Furthermore, as shown in FIG. 1, the recording apparatus 1 includes a desired position (for example, a home position) outside the reciprocal movement range (outside the recording area) for the recording operation of the carriage 2 on which the recording head 3 is mounted. A recovery device 10 for recovering the ejection failure of the recording head 3 is disposed at a position corresponding to the position).

回復装置10は、記録ヘッド3の吐出口面をキャッピングするキャッピング機構11と記録ヘッド3の吐出口面をクリーニングするワイピング機構12を備えており、キャッピング機構11による吐出口面のキャッピングに連動して回復装置内の吸引手段(吸引ポンプ等)により吐出口からインクを強制的に排出させ、それによって、記録ヘッド3のインク流路内の粘度の増したインクや気泡等を除去するなどの吐出回復処理を行う。   The recovery device 10 includes a capping mechanism 11 for capping the ejection port surface of the recording head 3 and a wiping mechanism 12 for cleaning the ejection port surface of the recording head 3, and interlocks with the capping of the ejection port surface by the capping mechanism 11. Ink recovery such as forcibly discharging ink from the discharge port by suction means (suction pump or the like) in the recovery device, thereby removing ink or bubbles having increased viscosity in the ink flow path of the recording head 3 Process.

また、非記録動作時等には、記録ヘッド3の吐出口面をキャッピング機構11によるキャッピングすることによって、記録ヘッド3を保護するとともにインクの蒸発や乾燥を防止することができる。一方、ワイピング機構12はキャッピング機構11の近傍に配され、記録ヘッド3の吐出口面に付着したインク液滴を拭き取るようになっている。   Further, when the recording head 3 is not in operation or the like, the ejection port surface of the recording head 3 is capped by the capping mechanism 11 to protect the recording head 3 and to prevent ink evaporation and drying. On the other hand, the wiping mechanism 12 is disposed in the vicinity of the capping mechanism 11 and wipes ink droplets adhering to the ejection port surface of the recording head 3.

これらキャッピング機構11及びワイピング機構12により、記録ヘッド3のインク吐出状態を正常に保つことが可能となっている。   The capping mechanism 11 and the wiping mechanism 12 can keep the ink ejection state of the recording head 3 normal.

<インクジェット記録装置の制御構成(図2)>
図2は図1に示した記録装置の制御構成を示すブロック図である。
<Control Configuration of Inkjet Recording Apparatus (FIG. 2)>
FIG. 2 is a block diagram showing a control configuration of the recording apparatus shown in FIG.

図2に示すように、コントローラ600は、MPU601、後述する制御シーケンスに対応したプログラム、所要のテーブル、その他の固定データを格納したROM602、キャリッジモータM1の制御、搬送モータM2の制御、及び、記録ヘッド3の制御のための制御信号を生成する特殊用途集積回路(ASIC)603、画像データの展開領域やプログラム実行のための作業用領域等を設けたRAM604、MPU601、ASIC603、RAM604を相互に接続してデータの授受を行うシステムバス605、以下に説明するセンサ群からのアナログ信号を入力してA/D変換し、デジタル信号をMPU601に供給するA/D変換器606などで構成される。   As shown in FIG. 2, the controller 600 includes an MPU 601, a program corresponding to a control sequence to be described later, a required table, a ROM 602 that stores other fixed data, a carriage motor M1, a conveyance motor M2, and a recording. A special purpose integrated circuit (ASIC) 603 that generates a control signal for controlling the head 3, and a RAM 604, an MPU 601, an ASIC 603, and a RAM 604, which are provided with image data development areas and program execution areas, are connected to each other. A system bus 605 for transferring data, and an A / D converter 606 for inputting analog signals from the sensor group described below, A / D converting them, and supplying digital signals to the MPU 601 and the like.

また、図2において、610は画像データの供給源となるコンピュータ(或いは、画像読取り用のリーダやデジタルカメラなど)でありホスト装置と総称される。ホスト装置610と記録装置1との間ではインタフェース(I/F)611を介して画像データ、コマンド、ステータス信号等を送受信する。   In FIG. 2, reference numeral 610 denotes a computer (or a reader for image reading, a digital camera, etc.) serving as a supply source of image data, and is collectively referred to as a host device. Image data, commands, status signals, and the like are transmitted and received between the host apparatus 610 and the recording apparatus 1 via an interface (I / F) 611.

さらに、620はスイッチ群であり、電源スイッチ621、プリント開始を指令するためのプリントスイッチ622、及び記録ヘッド3のインク吐出性能を良好な状態に維持するための処理(回復処理)の起動を指示するための回復スイッチ623など、操作者による指令入力を受けるためのスイッチから構成される。630はホームポジションhを検出するためのフォトカプラなどの位置センサ631、環境温度を検出するために記録装置の適宜の箇所に設けられた温度センサ632等から構成される装置状態を検出するためのセンサ群である。   Further, reference numeral 620 denotes a switch group, which instructs activation of a power switch 621, a print switch 622 for instructing printing start, and a process (recovery process) for maintaining the ink ejection performance of the recording head 3 in a good state. For example, a recovery switch 623 for receiving a command input from the operator. Reference numeral 630 denotes a position sensor 631 such as a photocoupler for detecting the home position h, a temperature sensor 632 provided at an appropriate location of the recording apparatus for detecting the environmental temperature, and the like. It is a sensor group.

さらに、640はキャリッジ2を矢印A方向に往復走査させるためのキャリッジモータM1を駆動させるキャリッジモータドライバ、642は記録媒体Pを搬送するための搬送モータM2を駆動させる搬送モータドライバ、644は記録ヘッド3を駆動させるヘッドドライバである。   Further, 640 is a carriage motor driver that drives a carriage motor M1 for reciprocating scanning of the carriage 2 in the direction of arrow A, 642 is a conveyance motor driver that drives a conveyance motor M2 for conveying the recording medium P, and 644 is a recording head. 3 is a head driver.

ASIC603は、記録ヘッド3による記録走査の際に、RAM602の記憶領域に直接アクセスしながら記録ヘッドに対して記録素子(吐出ヒータ)の駆動データ(DATA)を転送する。   The ASIC 603 transfers drive data (DATA) of the printing element (ejection heater) to the printing head while directly accessing the storage area of the RAM 602 during printing scanning by the printing head 3.

図3はインクジェット記録ヘッド用基板(以下、基板という)100及びその基板を搭載した記録ヘッド3、さらにその記録ヘッドを搭載した記録装置において記録素子に印加するエネルギーに影響を与える部分の構成を示すブロック図である。   FIG. 3 shows a configuration of an ink jet recording head substrate (hereinafter referred to as a substrate) 100, a recording head 3 on which the substrate is mounted, and a portion that affects the energy applied to the recording element in a recording apparatus on which the recording head is mounted. It is a block diagram.

なお、装置本体には記録ヘッドや記録素子基板に対して電力を供給する電源が設けられており、この電源から所定の電圧、電流が素子基板に対して与えられる。   The apparatus main body is provided with a power source for supplying power to the recording head and the recording element substrate, and a predetermined voltage and current are applied to the element substrate from the power source.

従って、ここでは、従来の基板に対し変化がない部分については省略し、本発明を適用する実施例に特徴的な部分のみを表記している。   Therefore, here, the portions that are not changed with respect to the conventional substrate are omitted, and only the portions characteristic to the embodiment to which the present invention is applied are described.

図3において、101は記録素子(発熱抵抗体)、102は各記録素子に一定電流を流すための記録素子のスイッチング素子(ドライバ)であり、このスイッチング素子は選択的に動作させることが可能な複数の分割されたゲート幅のゲートを有する。103a、103bは基板100内の共通配線に生ずる寄生抵抗、104a、104bは記録ヘッド3内の共通配線に生ずる寄生抵抗、105a、105bは記録装置の共通配線に生ずる寄生抵抗、107は基板100の記録素子101の代表抵抗値を反映するために記録素子形成と同一工程時に形成したモニタ用抵抗である。   In FIG. 3, 101 is a recording element (heating resistor), and 102 is a switching element (driver) of the recording element for supplying a constant current to each recording element. This switching element can be selectively operated. A plurality of divided gate width gates are provided. 103a and 103b are parasitic resistances generated in the common wiring in the substrate 100; 104a and 104b are parasitic resistances generated in the common wiring in the recording head 3; 105a and 105b are parasitic resistances generated in the common wiring of the recording apparatus; This is a monitoring resistor formed in the same process as the recording element formation in order to reflect the representative resistance value of the recording element 101.

また、108は制御部であり、記録装置のヘッドドライバ644から送出されシフトレジスタ、ラッチ等を介した記録のための画像データや前述した記録素子にインク吐出のためのエネルギーを供給するための駆動パルス信号に基づいてドライバ102をオン/オフ制御するとともに、モニタ用抵抗107の抵抗値に基づいて同時駆動記録素子数の変動により上述の寄生抵抗で発生する電圧降下に係わらず、一定電流を記録素子に通電する制御を行う合計ゲート幅選択等の処理を行う。110は記録素子を駆動する駆動パルスのパルス幅制御を担う駆動制御ロジック部である。   A control unit 108 is a drive for supplying image data sent from the head driver 644 of the printing apparatus for printing via a shift register, a latch, and the like, and energy for discharging ink to the printing elements described above. The driver 102 is controlled to be turned on / off based on the pulse signal, and a constant current is recorded regardless of the voltage drop caused by the parasitic resistance due to the change in the number of simultaneously driven recording elements based on the resistance value of the monitoring resistor 107. Processing such as total gate width selection for performing control to energize the element is performed. Reference numeral 110 denotes a drive control logic unit that performs pulse width control of drive pulses for driving the recording elements.

さらに、112は各記録素子にモニタ用抵抗107の抵抗値を反映して決定された一定の電流値となるような設定情報を記憶する、例えば、EEPROM、FeRAM、MRAM等の不揮発性メモリであるヘッドメモリである。この実施例では、ヘッドメモリ112に格納された情報に基づいて、記録素子101の両端に発生する電圧を最適化し、ドライバ102におけるエネルギー損失を記録素子の製造時のバラツキ等によらず、最小限とすることができる。   Further, reference numeral 112 denotes a nonvolatile memory such as an EEPROM, FeRAM, or MRAM that stores setting information such that each recording element has a constant current value determined by reflecting the resistance value of the monitor resistor 107. Head memory. In this embodiment, the voltage generated at both ends of the recording element 101 is optimized based on the information stored in the head memory 112, and the energy loss in the driver 102 is minimized regardless of variations in the manufacturing of the recording element. It can be.

111はヘッドメモリ112から読み出された情報に基づいて一定電流を設定する設定回路である。   Reference numeral 111 denotes a setting circuit that sets a constant current based on information read from the head memory 112.

図4は、この実施例に従う基板製造からヘッド製造、記録ヘッドの記録装置搭載、及び記録までの工程を示したフローチャートである。   FIG. 4 is a flowchart showing steps from substrate manufacturing to head manufacturing, mounting of a recording head to a recording device, and recording according to this embodiment.

まず、ステップS110では、半導体製造プロセスを用いて素子基板110を製造する。基本的な製造プロセスは従来通りである。ただし、この実施形態では、製造された基板100に、記録素子101、ドライバ102、モニタ用抵抗107、制御部108、及び各記録素子にその抵抗値に応じて決定された一定電流値を設定する設定回路111等が作りこまれている。   First, in step S110, the element substrate 110 is manufactured using a semiconductor manufacturing process. The basic manufacturing process is conventional. In this embodiment, however, the recording element 101, the driver 102, the monitoring resistor 107, the control unit 108, and a constant current value determined in accordance with the resistance value are set on the manufactured substrate 100. A setting circuit 111 and the like are built in.

素子基板の製造後にステップS120において、他の部品等を組み合わせて記録ヘッド3を製造する。記録ヘッド3には、各記録素子に一定の電流値を設定するため、また記録素子を駆動する時間を決定するための情報を保存するヘッドメモリ112が搭載されている。記録ヘッド3の完成後に、ステップS130において、一定電流値を決定するため、モニタ用抵抗107の抵抗値を読み取り、さらに、ステップS140では、その抵抗値に基づいて製造ばらつきを持った記録素子に通電する最適な電流値を決定する。   In step S120 after manufacturing the element substrate, the recording head 3 is manufactured by combining other components. The recording head 3 is equipped with a head memory 112 for storing information for setting a constant current value for each recording element and for determining a time for driving the recording element. After the recording head 3 is completed, in order to determine a constant current value in step S130, the resistance value of the monitor resistor 107 is read. In step S140, the recording elements having manufacturing variations are energized based on the resistance value. The optimum current value to be determined is determined.

ここで、記録素子の抵抗値がばらついた際の電流値の設定について説明する。   Here, the setting of the current value when the resistance value of the recording element varies will be described.

図5はこの実施例に従う記録素子の抵抗値がばらついた際の電流値の設定について示す図である。   FIG. 5 is a diagram showing the setting of the current value when the resistance value of the recording element according to this embodiment varies.

ここでは、従来例で説明したのと同じ条件、即ち、記録素子の抵抗値が100Ω程度であり、製造ばらつきにより、その抵抗値に±20%のばらつきがある場合を想定している。また、一定電流値としては電源電圧からドライバ定電流制御用電圧の変動最大値(ここでは4.5V)を引いた電圧(ここでは15V)が記録素子の両端に発生するように設定した。   Here, it is assumed that the same conditions as described in the conventional example, that is, the resistance value of the recording element is about 100Ω and the resistance value varies ± 20% due to manufacturing variations. The constant current value was set so that a voltage (15 V here) obtained by subtracting the maximum fluctuation value (4.5 V here) of the driver constant current control voltage from the power supply voltage is generated at both ends of the recording element.

例えば、記録素子の抵抗値が80Ωとなる場合、記録素子の両端の電圧が15Vとなる電流は188mAである。そこで、電流値が188mAとするべく基板100にその情報を提供するために、ヘッドメモリ112に書き込みを行う。他の抵抗値の基板の場合は同様に、図5に示す表に従い適正な電流にセットするようにヘッドメモリ112に書き込みを行えば良い。   For example, when the resistance value of the recording element is 80Ω, the current at which the voltage across the recording element is 15 V is 188 mA. Therefore, in order to provide the information to the substrate 100 so that the current value is 188 mA, writing is performed in the head memory 112. Similarly, in the case of a substrate having another resistance value, the head memory 112 may be written so as to set an appropriate current according to the table shown in FIG.

以上のようにしてステップS150の工程が実行される。   As described above, step S150 is performed.

次に、ステップS160の工程、即ち、ヘッドメモリ112にセットされた情報に基づいて一定電流を通電する例について図6を用いて説明する。   Next, the step S160, that is, an example in which a constant current is applied based on information set in the head memory 112 will be described with reference to FIG.

図6は記録素子101及び記録素子を駆動するためのブロックを1ビット分抜粋した構成を示す図である。   FIG. 6 is a diagram showing a configuration in which the recording element 101 and a block for driving the recording element are extracted for one bit.

図6において、601は記録素子、602は一定電流を記録素子(ヒータ)601に通電するための従来よりも大幅に小型化されたドライバ、603はさらにドライバ602よりも小型の付加ドライバである。この実施形態では、記録素子601を駆動する際には付加ドライバ603を駆動するかどうかで一定電流値を微調できる構成となっている。ここで、ドライバ602、603はMOSトランジスタにより構成されており、飽和領域で動作するように小型化されていることから各記録素子ごとに一定電流を維持することが可能となる。   In FIG. 6, reference numeral 601 denotes a recording element, reference numeral 602 denotes a driver that is significantly smaller than the conventional one for energizing the recording element (heater) 601, and reference numeral 603 denotes an additional driver that is smaller than the driver 602. In this embodiment, when the recording element 601 is driven, a constant current value can be finely adjusted depending on whether or not the additional driver 603 is driven. Here, the drivers 602 and 603 are composed of MOS transistors and are miniaturized so as to operate in the saturation region, and therefore it is possible to maintain a constant current for each recording element.

図6に示す構成では、記録素子1個当たり、4つの付加ドライバが設けられている。この付加ドライバ夫々による電流増加量をΔx、Δyとすれば、これらのいずれか、或いは両方を小型ドライバ選択部604で選択的に駆動することで、電流値を多段階に微調整することができる。また、一定電流のエネルギー損失も記録素子の抵抗値によらず一定でかつ小さくすることができる。   In the configuration shown in FIG. 6, four additional drivers are provided for each recording element. If the amount of current increase by each of the additional drivers is Δx and Δy, the current value can be finely adjusted in multiple stages by selectively driving either or both of them with the small driver selection unit 604. . Further, the energy loss of a constant current can be made constant and small irrespective of the resistance value of the recording element.

当然ながら、図3で示した寄生抵抗103a,b、104a,b、105a,b等により記録素子共通で発生する電圧降下に記録素子の同時駆動数が変化することで差が発生しても、この実施形態の構成によれば、各記録素子に流れる電流を一定とする構成であるため、エネルギーのばらつきに至ることはない。これら共通配線で発生しうる電圧降下の差をあらかじめ考慮してドライバ602による電圧制御範囲とするだけで良い。   Naturally, even if a difference occurs due to a change in the number of simultaneous driving of the recording elements due to a voltage drop generated in common by the recording elements due to the parasitic resistances 103a, 103b, 104a, b, 105a, and b shown in FIG. According to the configuration of this embodiment, since the current flowing through each recording element is constant, the energy does not vary. It is only necessary to consider the difference in voltage drop that can occur in these common wirings in advance and set the voltage control range by the driver 602.

以上の構成を用いた場合、図5に示す通り、記録素子の抵抗値が80〜120Ωの範囲でばらついても、各記録素子の抵抗値に合わせて一定電流を決定し、セットすることで、従来例では問題となっていた、低抵抗側での大きなパワー損失(58%)はなくなり、抵抗ばらつきの全範囲においてパワー損失が一定となるようにできる。   When the above configuration is used, as shown in FIG. 5, even if the resistance value of the recording element varies in the range of 80 to 120Ω, by determining and setting a constant current according to the resistance value of each recording element, The large power loss (58%) on the low resistance side, which has been a problem in the conventional example, is eliminated, and the power loss can be made constant over the entire range of resistance variation.

ここで図13に本発明で使用しているMOSトランジスタ(ドライバ)の電流―電圧特性を示す。能力はゲート長、ゲート幅等様々存在するが本発明においては小型のドライバ数によって一定電流値を可変することよりゲート幅のWをパラメータとして記載した。   FIG. 13 shows current-voltage characteristics of the MOS transistor (driver) used in the present invention. There are various capacities such as gate length and gate width, but in the present invention, the constant current value is varied by the number of small drivers, and the gate width W is described as a parameter.

図13ではこれまでオン抵抗として使用してきたゲート幅560μmから70μmまで小型化した場合の例を示している。   FIG. 13 shows an example where the gate width has been reduced from 560 μm to 70 μm, which has been used as an on-resistance until now.

図5において150mAが電流値の中心であることから図13よりゲート幅約140μmを中心にすれば飽和電流により記録素子に流れる電流を一定に保つことができる。   In FIG. 5, 150 mA is the center of the current value. Therefore, if the gate width is about 140 μm from FIG. 13, the current flowing through the recording element can be kept constant by the saturation current.

図14はメインのゲート幅100μm、小型の20μmのドライバサイズを3箇所構成した場合に一定の電流値がどのように変化するかを示した。   FIG. 14 shows how a constant current value changes when three main driver widths of 100 μm and a small 20 μm driver size are configured.

この図でわかるように約20mAのステップで可変できることがわかる。図14は3箇所としたが、より細かく、数を増加させれば詳細に一定電流値をセットできるのは
言うまでもない。
このようにして電流値が設定した記録ヘッドを用いて、次は安定的にインク吐出ができるように、ほぼ一定のエネルギーをインクに供給するために各記録素子に通電するための信号パルスの幅を決定する。これは実際には、パルス幅をある値から徐々に増加させて行き安定するパルス幅を設定すれば良い。
As can be seen from this figure, it can be varied in steps of about 20 mA. Although FIG. 14 shows three places, it is needless to say that the constant current value can be set in detail if the number is increased.
Using the recording head with the current value set in this way, the width of the signal pulse for energizing each recording element to supply ink with a substantially constant energy so that ink can be stably discharged next. To decide. In practice, the pulse width may be gradually increased from a certain value to set a stable pulse width.

以上のようにして、ステップS160の工程が実行される。   As described above, the process of step S160 is executed.

なお、図5には、ほぼ同一のエネルギーを供給するパルス幅を実施例として記載している。   In FIG. 5, the pulse width for supplying substantially the same energy is shown as an example.

即ち、図5によれば、ひとつの記録素子に投入するエネルギーを2.25μJとした場合、記録素子の抵抗に応じて0.8μS〜1.2μSが適したパルス幅となる。ここで、図5に示すエネルギーロスの値を見てもわかるとおり、従来例ではそのエネルギーロスが記録素子の抵抗値のばらつきにより10倍の差があったのに対し、この実施形態では記録素子の抵抗値のばらつきがあってもエネルギーロスは一定であり、さらに、その損失値も最低限にとどまっている。   That is, according to FIG. 5, when the energy input to one recording element is 2.25 μJ, a suitable pulse width is 0.8 μS to 1.2 μS depending on the resistance of the recording element. Here, as can be seen from the value of the energy loss shown in FIG. 5, the energy loss in the conventional example has a difference of 10 times due to the variation in the resistance value of the recording element. Even if the resistance value varies, the energy loss is constant, and the loss value is also kept to a minimum.

こうして決定したパルス幅は、ステップS170において、記録ヘッド3のヘッドメモリ112にパルス幅情報として記憶される。   The pulse width thus determined is stored as pulse width information in the head memory 112 of the recording head 3 in step S170.

以上のようにして、製造され、設定された記録ヘッド3はステップS180で記録装置に搭載され、その後、ステップS190で記録装置は、ヘッドメモリ112に記憶されたパルス幅情報及び記録する画像情報に基づいてヘッドドライバ644より記録信号を記録ヘッド3、そして基板100に供給することで記録を行う。   The recording head 3 manufactured and set as described above is mounted on the recording apparatus in step S180, and then the recording apparatus stores the pulse width information stored in the head memory 112 and the image information to be recorded in step S190. Based on this, recording is performed by supplying a recording signal from the head driver 644 to the recording head 3 and the substrate 100.

従って以上説明した実施形態に従えば、記録ヘッドに備えられたモニタ用抵抗の値に基づいて、各記録ヘッド毎に記録素子を駆動するための最適な電流値を決定するので、記録素子の抵抗値のばらつきによりエネルギー損失のばらつきを一定に抑えるとともに、その損失量の最小限に抑えることができる。   Therefore, according to the embodiment described above, since the optimum current value for driving the recording element is determined for each recording head based on the value of the monitoring resistance provided in the recording head, the resistance of the recording element is determined. It is possible to keep the energy loss variation constant and to minimize the loss amount due to the value variation.

これにより、安定した高品位な記録、記録ヘッドの長寿命化が達成できる。   As a result, stable high-quality recording and a long life of the recording head can be achieved.

さらに、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。   Further, in the above embodiment, the liquid droplets ejected from the recording head are described as ink, and the liquid stored in the ink tank is described as ink. However, the storage object is limited to ink. It is not a thing. For example, a treatment liquid discharged to the recording medium may be accommodated in the ink tank in order to improve the fixability and water resistance of the recorded image or to improve the image quality.

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)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。   The above-described embodiments include means (for example, an electrothermal converter) that generates thermal energy as energy used to perform ink ejection, particularly in the ink jet recording system, and changes the state of the ink by the thermal energy. High density and high definition of the recording can be achieved by using the generating method.

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核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とすると、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。   As its typical configuration and principle, for example, those performed using the basic principle disclosed in US Pat. Nos. 4,723,129 and 4,740,796 are preferable. This method can be applied to both the so-called on-demand type and continuous type. In particular, in the case of the on-demand type, it is arranged corresponding to the sheet or liquid path holding the liquid (ink). By applying at least one drive signal corresponding to the recorded information and giving a rapid temperature rise exceeding nucleate boiling to the electrothermal transducer, the thermal energy is generated in the electrothermal transducer, and the recording head This is effective because film boiling occurs on the heat acting surface of the liquid, and as a result, bubbles in the liquid (ink) corresponding to the drive signal on a one-to-one basis can be formed. By the growth and contraction of the bubbles, liquid (ink) is ejected through the ejection opening to form at least one droplet. It is more preferable that the drive signal has a pulse shape, since the bubble growth and contraction is performed immediately and appropriately, and thus it is possible to achieve discharge of a liquid (ink) having particularly excellent responsiveness.

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。   As this pulse-shaped drive signal, those described in US Pat. Nos. 4,463,359 and 4,345,262 are suitable. Further excellent recording can be performed by employing the conditions described in US Pat. No. 4,313,124 of the invention relating to the temperature rise rate of the heat acting surface.

また、以上の実施形態は記録ヘッドを走査して記録を行なうシリアルタイプの記録装置であったが、記録媒体の幅に対応した長さを有する記録ヘッドを用いたフルラインタイプの記録装置であっても良い。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。   Further, although the above embodiment is a serial type recording apparatus that performs recording by scanning the recording head, it is a full line type recording apparatus that uses a recording head having a length corresponding to the width of the recording medium. May be. As a full-line type recording head, either a configuration satisfying the length by a combination of a plurality of recording heads as disclosed in the above-mentioned specification, or a configuration as a single recording head formed integrally. But you can.

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。   In addition to the cartridge-type recording head in which the ink tank is integrally provided in the recording head itself described in the above embodiment, it can be electrically connected to the apparatus body by being attached to the apparatus body. A replaceable chip type recording head that can supply ink from the apparatus main body may be used.

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。   In addition, it is preferable to add recovery means, preliminary means, and the like for the recording head to the configuration of the recording apparatus described above because the recording operation can be further stabilized. Specific examples thereof include a capping unit for the recording head, a cleaning unit, a pressurizing or sucking unit, an electrothermal converter, a heating element different from this, or a preheating unit using a combination thereof. In addition, it is effective to provide a preliminary ejection mode for performing ejection different from recording in order to perform stable recording.

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。   Further, the recording mode of the recording apparatus is not limited to the recording mode of only the mainstream color such as black, but the recording head may be integrated or may be a combination of a plurality of colors. An apparatus having at least one of full colors can also be provided.

本発明の代表的な実施形態であるインクジェット記録装置1の構成の概要を示す外観斜視図である。1 is an external perspective view showing an outline of a configuration of an inkjet recording apparatus 1 that is a representative embodiment of the present invention. 図1に示した記録装置の制御構成を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram illustrating a control configuration of the recording apparatus illustrated in FIG. 1. インクジェット記録ヘッド用基板、その基板を搭載した記録ヘッド、その記録ヘッドを搭載した記録装置における記録素子に印加するエネルギーに影響を与える部分の構成を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration of an ink jet recording head substrate, a recording head on which the substrate is mounted, and a portion that affects energy applied to a recording element in a recording apparatus on which the recording head is mounted. 基板製造からヘッド製造、記録ヘッドの記録装置搭載、及び記録までの工程を示したフローチャートである。3 is a flowchart showing steps from substrate manufacture to head manufacture, recording head mounting of a recording device, and recording. 記録素子の抵抗値がばらついた際の電流値の設定について示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating setting of a current value when a resistance value of a recording element varies. 記録素子101及び記録素子を駆動するためのブロックを1ビット分抜粋した構成を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration in which a recording element 101 and a block for driving the recording element are extracted for one bit. 従来のインクジェット記録ヘッド用の基板の構成の代表的な例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the typical example of a structure of the board | substrate for the conventional inkjet recording head. 図7に示すインクジェット記録ヘッド用の基板において寄生抵抗の変動に関係する部分を詳細に示す図である。It is a figure which shows in detail the part related to the fluctuation | variation of a parasitic resistance in the board | substrate for inkjet recording heads shown in FIG. 各発熱体に一定の電流が流れるようにドライバ部分を制御する構成を示す図である。It is a figure which shows the structure which controls a driver part so that a fixed electric current may flow through each heat generating body. 一定電流で記録素子を駆動した場合のパワー損失のばらつきを示す図である。It is a figure which shows the dispersion | variation in the power loss at the time of driving a recording element with a fixed current. インクジェット記録ヘッドの基板に一定電流を投入した場合の記録時間と基板温度との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between recording time at the time of supplying a fixed electric current to the board | substrate of an inkjet recording head, and board | substrate temperature. インク温度とインク吐出量との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between ink temperature and an ink discharge amount. 本発明で使用しているMOSトランジスタ(ドライバ)の電流―電圧特性を示す。The current-voltage characteristics of the MOS transistor (driver) used in the present invention are shown. メインのゲート幅100μm、小型の20μmのドライバサイズを3箇所構成した場合に一定の電流値がどのように変化するかを図に示した。The figure shows how the constant current value changes when three main driver widths of 100 μm and a small 20 μm driver size are configured.

符号の説明Explanation of symbols

3 記録ヘッド
100 基板
101 記録素子(発熱体)
102 記録素子のスイッチング素子(ドライバ)
103a,b、104a,b、105a,b 寄生抵抗
107 モニタ用抵抗
108 制御部
110 駆動制御ロジック部
111 設定回路
112 ヘッドメモリ
601 記録素子
602 小型化されたドライバ
603 付加ドライバ
604 小型ドライバ選択部
644 ヘッドドライバ
3 Recording head 100 Substrate 101 Recording element (heating element)
102 Recording element switching element (driver)
103a, b, 104a, b, 105a, b Parasitic resistance 107 Monitoring resistance 108 Control unit 110 Drive control logic unit 111 Setting circuit 112 Head memory 601 Recording element 602 Miniaturized driver 603 Additional driver 604 Small driver selection unit 644 Head driver

Claims (4)

複数の記録素子と前記複数の記録素子の各々に対応し前記記録素子を駆動するための複数のMOSトランジスタで構成されるMOSトランジスタ回路と不揮発性メモリとを備えた回路基板を備えた記録ヘッドの駆動方法であって、
前記回路基板に備えられた前記複数の記録素子の抵抗値を代表する抵抗の値を測定する測定工程と、
前記測定工程において測定された抵抗値に基づいて電流値の情報を前記不揮発性メモリに記憶する記憶工程と、
前記MOSトランジスタ回路の電流−電圧特性の飽和領域において設定可能な複数の電流値と前記不揮発性メモリに記憶された電流値の情報とに基づいて、前記複数の記録素子に供給する、前記飽和領域における電流値の選択を行なう選択工程と、
前記選択工程において選択された電流値に基づいて、前記MOSトランジスタ回路を前記飽和領域で駆動するように制御する制御工程とを有することを特徴とする記録ヘッドの駆動方法。
A recording head having a circuit board including a plurality of recording elements, a MOS transistor circuit corresponding to each of the plurality of recording elements and a plurality of MOS transistors for driving the recording elements, and a nonvolatile memory A driving method comprising:
A measuring step of measuring a resistance value representative of the resistance value of the plurality of recording elements provided on the circuit board;
A storage step of storing current value information in the nonvolatile memory based on the resistance value measured in the measurement step;
The saturation region that is supplied to the plurality of recording elements based on a plurality of current values that can be set in a saturation region of the current-voltage characteristics of the MOS transistor circuit and information on current values stored in the nonvolatile memory. A selection step for selecting a current value at
And a control step of controlling the MOS transistor circuit to drive in the saturation region based on the current value selected in the selection step.
複数の記録素子と、前記複数の記録素子の各々に対応し前記記録素子を駆動するための複数のMOSトランジスタで構成されるMOSトランジスタ回路と、前記複数の記録素子の抵抗値を代表する値をもった抵抗と、該抵抗の抵抗値に基づく電流値の情報を記憶する不揮発性メモリとを備えた記録ヘッドであって、
前記MOSトランジスタ回路の電流−電圧特性の飽和領域において設定可能な複数の電流値と前記不揮発性メモリに記憶された電流値の情報とに基づいて、前記複数の記録素子に供給する、前記飽和領域における電流値の選択を行なう選択回路と、
前記選択回路により選択された電流値に基づいて、前記MOSトランジスタ回路を前記飽和領域で駆動させる駆動回路とを有することを特徴とする記録ヘッド。
A MOS transistor circuit composed of a plurality of recording elements, a plurality of MOS transistors corresponding to each of the plurality of recording elements, and driving the recording element; and a value representative of the resistance value of the plurality of recording elements. A recording head comprising a resistor having a non-volatile memory for storing information on a current value based on a resistance value of the resistor,
The saturation region that is supplied to the plurality of recording elements based on a plurality of current values that can be set in a saturation region of the current-voltage characteristics of the MOS transistor circuit and current value information stored in the nonvolatile memory. A selection circuit for selecting a current value at
And a drive circuit for driving the MOS transistor circuit in the saturation region based on a current value selected by the selection circuit.
前記記録ヘッドはインクジェット記録ヘッドであることを特徴とする請求項に記載の記録ヘッド。 The recording head according to claim 2 , wherein the recording head is an ink jet recording head. 請求項に記載の記録ヘッドを搭載するキャリッジを備えることを特徴とする記録装置。 A recording apparatus comprising a carriage on which the recording head according to claim 3 is mounted.
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