JP5180567B2 - 素子基板、記録ヘッド、ヘッドカートリッジ、記録装置 - Google Patents

Description

本発明は、記録ヘッドと記録装置との電気的接続状態を反映した信号を出力する接続状態出力回路を有する記録ヘッド用の素子基板、記録ヘッド、ヘッドカートリッジ、記録装置に関する。

インクジェット記録装置は、いわゆるノンインパクト記録方式の記録装置であり、高速な記録が可能であること、様々な記録媒体に対して記録することが可能であること、記録の際の騒音が殆ど生じないことなどの特徴を持つ。このようなことから、インクジェット記録装置は、プリンター、複写機、ファクシミリ、ワードプロセッサ等の記録機構を担う装置として、広く採用されている。

インクジェット記録装置に搭載される記録ヘッドの代表的なインク吐出方式として、ピエゾ素子などの電気機械変換体を用いたもの、電気熱変換素子（ヒータ）によってインクを加熱し、膜沸騰の作用によりインク滴を吐出させるもの等が知られている。

上記のようなインクジェット記録ヘッドを備えた記録装置は、低コストで高品位な文字や画像が出力可能である。特に、膜沸騰の作用によりインク滴を吐出させるプリンターは、低価格でカラープリントを行うことができる利点から、市場の大半を占めている。

一般に、記録ヘッドの吐出口数は、高画質化の傾向から、６４個から１２８個、さらには２５６個等に増えており、１インチ当たりの吐出口数（ｄｐｉ）で、３００ｄｐｉ、６００ｄｐｉ等、高密度に配置されている。これらの吐出口に対して配置される電気熱変換素子としてのヒータは、数μｓｅｃオーダーから１０μｓｅｃオーダーのヒートパルスによって膜沸騰による気泡を形成する。このような高周波の駆動により、高速で、高画質なプリントを実現している。

インクジェット記録装置における記録ヘッドを電気的に接続する手段は、記録ヘッドを装着して往復運動させるキャリッジに設けられている。具体的には、キャリッジに複数の接点を設け、記録ヘッドがキャリッジに装着された際に、記録ヘッド側に設けられた複数の接点と接するようにする。こうして、記録ヘッドとインクジェット記録装置との電気的な接続がなされる。

この電気的接続状態を監視する手段が設けられた記録ヘッドが特許文献１に開示されている。具体的には、記録装置から記録ヘッドへ入力される記録データ、記録データを転送するためのクロック信号、記録データに応じた記録動作をさせるための論理信号の論理積を演算するＡＮＤ回路と、演算結果を出力する出力端子とを、設けた記録ヘッドである。これによって、記録ドット抜けなどの記録不良や、接点不良が起因となる記録ヘッドの故障などを防止することができる。このような接続状態を確認する手段は、特にインクタンク一体型で、インクジェット記録装置本体に着脱可能な記録ヘッドにおいて重要となる。
特開平８−２５２９０９号

このような従来技術においては、論理信号（記録データ、クロック信号、制御信号など）を入力するための端子について接点の状態が正常であることを確認後、例えば２４Ｖの高電圧を記録ヘッドに印加していた。これにより、端子同士がショートしている場合や高電圧がかかる配線部に接続異常がある場合、たとえ論理信号を入力するための端子の接点の状態が正常であるように見えても、記録ヘッドに故障を発生させる恐れがあった。

本発明は以上のような課題を解決するためになされたものである。本発明の主たる目的は、記録素子を駆動するための電圧が記録ヘッドに正常に印加されているか否かの電気的接続状態を反映する信号を出力することが可能な記録ヘッド用の素子基板を提供することである。さらに記録ヘッドが故障する前に記録装置と記録ヘッドとの電気的接続状態を反映する信号を出力することが可能な記録ヘッド用の素子基板を提供することである。

上記の目的を達成させるための本発明は、
複数の記録素子と、前記複数の記録素子を駆動するための駆動電圧を印加するための電圧印加端子と、前記記録素子を制御する論理回路と、前記論理回路に前記駆動電圧よりも低い論理電圧で論理信号を入力するための信号入力端子とを有する、記録装置に着脱可能な記録ヘッド用の素子基板であって、
前記電圧印加端子と前記信号入力端子に前記駆動電圧と前記論理電圧をそれぞれ、異なるタイミングで印加することにより、前記記録装置と、前記電圧印加端子及び前記信号入力端子との間の電気的接続状態を反映した接続信号を接続状態出力端子から出力する接続状態出力回路を有し、前記論理電圧の印加開始のタイミングは、前記駆動電圧の印加開始のタイミングよりも早いことを特徴とする。
また、複数の記録素子と、前記複数の駆動素子と、前記複数の記録素子それぞれをＯＮ／ＯＦＦ制御する前記複数の駆動素子を駆動するために第１の駆動電圧を印加するための第１の電圧印加端子と、前記複数の記録素子に電流を供給し、前記複数の記録素子を駆動するために前記複数の記録素子に第２の駆動電圧を印加するための第２の電圧印加素子と、前記記録素子を制御する論理回路と、前記論理回路に前記第１及び第２の駆動電圧よりも低い論理電圧で論理信号を入力するための信号入力端子とを有する、記録装置に着脱可能な記録ヘッド用の素子基板であって、
前記第１の電圧印加端子と前記第２の電圧印加素子と前記信号入力端子に、前記第１の駆動電圧と前記第２の駆動電圧と前記論理電圧をそれぞれ、異なるタイミングで印加することにより、前記記録装置と、前記第１の電圧印加端子、前記第２の電圧印加素子、及び前記信号入力端子との間の電気的接続状態を反映した接続信号を接続状態出力端子から出力する接続状態出力回路を有し、前記接続状態出力回路は、前記第２の電圧印加端子から印加される第２の駆動電圧が第１の閾値を超えたときに、前記接続信号の論理を反転する第１のインバータと、前記第１のインバータからの出力信号の論理を反転する第２のインバータと、前記第１の電圧印加端子から印加される第１の駆動電圧が第２の閾値を超えたときに、前記接続信号の論理を反転する第３のインバータと、前記第３のインバータからの出力信号と前記論理信号との論理積を演算する第１のＡＮＤ回路と、前記第２のインバータからの出力信号と前記第１の電圧印加端子から印加される第１の駆動電圧の分圧した電圧との論理積を演算する第２のＡＮＤ回路と、前記第１のＡＮＤ回路からの出力信号と前記第２のＡＮＤ回路からの出力信号との論理和を演算して該演算結果を前記接続信号として出力するＯＲ回路とを有することを特徴としても良い。

また、上記の目的を達成させるための別の本発明は、前記素子基板を有することを特徴とする記録ヘッド、ヘッドカートリッジ、記録装置である。

本発明によれば、記録素子を駆動するための電圧を印加する場合に、記録装置と記録ヘッドとの電気的接続状態を反映する信号を出力することが可能な記録ヘッド用の素子基板を提供し、安価で信頼性の高い記録ヘッドを提供することを可能にする。

次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

なお、この明細書において、「記録」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、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。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ない。

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。

さらに、「インク」とは、上記「記録」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に供され得る液体を表すものとする。インクの処理としては、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させることが挙げられる。

なお、説明に用いる「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。

「素子基板上」とは、単にヒータ基板の表面上を指し示すだけでなく、素子基板の表面上、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指し示している言葉ではなく、各素子を半導体回路の製造工程等によってヒータ基板上に一体的に形成、製造することを示すものである。

図４から図６は、本発明が実施または適用される好適な記録ヘッドを説明するための説明図である。以下、これらの図面を参照して各構成要素について説明する。

本実施形態の記録ヘッドは、インクタンク一体型のものである。図４の（ａ）および（ｂ）に示すような、ブラックインクが内包された第１の記録ヘッドＨ１０００と、カラーインク（シアンインク、マゼンタインク、イエローインク）が内包された第２の記録ヘッドＨ１００１（不図示）とからなる。これら記録ヘッドＨ１０００、Ｈ１００１は、インクジェット記録装置本体に搭載されているキャリッジ上に、位置決め手段および電気的接点によって固定支持されるとともに、キャリッジに対して着脱可能となっている。充填されているインクが消費されてなくなった場合は、記録ヘッドを交換することができる。

以下、これら記録ヘッドＨ１０００、Ｈ１００１に関して、記録ヘッドを構成しているそれぞれの構成要素を詳細に説明する。

（記録ヘッド）
第１の記録ヘッドＨ１０００及び第２の記録ヘッドＨ１００１は、いずれも電気信号に応じて膜沸騰をインクに対して生じせしめるための熱エネルギを生成する電気熱変換素子を用いたバブルジェット（登録商標）方式の記録ヘッドである。また、電気熱変換素子とインク吐出口とが対向するように配置された、いわゆるサイドシュータ型の記録ヘッドである。

以下では第１の記録ヘッドＨ１０００と、第２の記録ヘッドＨ１００１とは、基本的な構成は同様であるので第１の記録ヘッドＨ１０００を中心に説明する。

（１−１）第１の記録ヘッドＨ１０００
図５は、第１の記録ヘッドＨ１０００の分解斜視図である。第１の記録ヘッドＨ１０００は、第１の記録素子基板Ｈ１１００、電気配線テープＨ１３００、インク供給保持部材Ｈ１５００、フィルタＨ１７００、インク吸収体Ｈ１６００、蓋部材Ｈ１９００、およびシール部材Ｈ１８００から構成されている。

（１−１−１）第１の記録素子基板Ｈ１１００
図６は、第１の記録素子基板Ｈ１１００の構成を説明するための図で、一部破断して示す斜視図である。第１の記録素子基板Ｈ１１００は、例えば、厚さ０．５ｍｍ〜１ｍｍのＳｉ基板Ｈ１１１０に、インク流路である長溝状の貫通口のインク供給口Ｈ１１０２を、Ｓｉの結晶方位を利用した異方性エッチングやサンドブラストなどの方法で形成したものである。

Ｓｉ基板Ｈ１１１０には、インク供給口Ｈ１１０２を挟んでその両側に、電気熱変換素子Ｈ１１０３が１列ずつ並べて配置されており、さらに電気熱変換素子Ｈ１１０３に電力を供給するＡｌなどからなる不図示の電気配線が形成されている。これら電気熱変換素子Ｈ１１０３と電気配線は、既存の成膜技術を利用して形成することができる。各列の電気熱変換素子Ｈ１１０３は、互いに千鳥状になるように配列されている。すなわち、各列の吐出口の位置が、その列方向に直交する方向に並ばないように少しずれて配置されている。

また、Ｓｉ基板Ｈ１１１０には、電気配線に電力を供給したり、電気熱変換素子Ｈ１１０３を駆動するための電気信号を供給したりするための電極部Ｈ１１０４が、電気熱変換素子Ｈ１１０３の列の両端に位置する側の辺部に沿って配列されている。それぞれの電極部Ｈ１１０４上にはＡｕなどからなるバンプＨ１１０５が形成されている。

Ｓｉ基板Ｈ１１１０上の、配線および抵抗素子などの記憶素子のパターンが形成された面上には、電気熱変換素子Ｈ１１０３ごとにインク流路を備える、樹脂材料からなる構造体がフォトリソ技術によって形成されている。この構造体は、各インク流路を区切るインク流路壁Ｈ１１０６とその上方を覆う天井部とを有し、天井部には吐出口Ｈ１１０７が開口されている。吐出口Ｈ１１０７は、電気熱変換素子Ｈ１１０３のそれぞれに対向して設けられており、これにより吐出口群Ｈ１１０８を形成している。

上記のように構成された第１の記録素子基板Ｈ１１００では、インク供給口Ｈ１１０２から供給されたインクは、各電気熱変換素子Ｈ１１０３の発熱により発生した気泡の圧力により、各電気熱変換素子Ｈ１１０３に対向する吐出口Ｈ１１０７から吐出される。

（１−１−２）電気配線テープＨ１３００
電気配線テープＨ１３００は、第１の記録素子基板Ｈ１１００に対してインクを吐出するための電気信号を印加する電気信号経路を形成するものであり、ポリイミドのベース基材上に銅箔の配線パターンを形成することで構成されている。また、第１の記録素子基板Ｈ１１００を組み込むための開口部Ｈ１３０３が形成されており、この開口部の縁付近には、第１の記録素子基板Ｈ１１００の電極部Ｈ１１０４に接続される電極端子Ｈ１３０４が形成されている。さらに、電気配線テープＨ１３００には、本体装置からの電気信号を受け取るための外部信号入力端子Ｈ１３０２が形成されており、この外部信号入力端子Ｈ１３０２と電極端子Ｈ１３０４が連続した銅箔の配線パターンでつながれている。

電気配線テープＨ１３００と第１の記録素子基板Ｈ１１００の電気的接続は、第１の記録素子基板Ｈ１１００のバンプＨ１１０５と、電気配線テープＨ１３００の電極端子Ｈ１３０４とが熱超音波圧着法により電気接合されることでなされている。

（１−１−３）インク供給保持部材Ｈ１５００
図５に示すように、インク供給保持部材Ｈ１５００は、内部にインクを保持し負圧を発生するためのインク吸収体Ｈ１６００を有することでインクタンクの機能がある。また、記録素子基板Ｈ１１００にそのインクを導くためのインク流路を形成することでインク供給の機能がある。

インク流路の上流部に位置するインク吸収体Ｈ１６００からのインクが供給される部分とインク流路との境界部には、第１の記録素子基板Ｈ１１００内部へのゴミの進入を防ぐためのフィルタＨ１７００が溶着により接合されている。

インク流路の下流部には、第１の記録素子基板Ｈ１１００にブラックのインクを供給するためのインク供給口Ｈ１２００が形成されている。そして、第１の記録素子基板Ｈ１１００のインク供給口Ｈ１１０２がインク供給保持部材Ｈ１５００のインク供給口Ｈ１２００に連通するよう、第１の記録素子基板Ｈ１１００がインク供給保持部材Ｈ１５００に対しての位置が精度良く接着、固定される。

また、第１の記録素子基板Ｈ１１００の接着面周囲の平面と、電気配線テープＨ１３００の裏面の一部とが、接着剤により接着、固定される。第１の記録素子基板Ｈ１１００と電気配線テープＨ１３００との電気接続部分は、第１の封止剤Ｈ１３０７および第２の封止剤Ｈ１３０８により封止され、これにより電気接続部分をインクによる腐食や外的衝撃から保護している。第１の封止剤Ｈ１３０７は、主に電気配線テープＨ１３００の外部信号入力端子Ｈ１３０２と第１の記録素子基板Ｈ１１００のバンプＨ１１０５との接続部の裏側と、第１の記録素子基板Ｈ１１００の外周部分とを封止している。また、第２の封止剤Ｈ１３０８は、上述の接続部の表側を封止している。そして、電気配線テープＨ１３００の未接着部は折り曲げられ、インク供給保持部材Ｈ１５００の第１の記録素子基板Ｈ１１００の接着面にほぼ垂直な側面に接着等で固定される。

（１−１−４）蓋部材Ｈ１９００
蓋部材Ｈ１９００は、インク供給保持部材Ｈ１５００の上部開口部に溶着されることで、インク供給保持部材Ｈ１５００内部を密閉する。蓋部材Ｈ１９００には、インク供給保持部材Ｈ１５００内部の圧力変動を逃がすための細口Ｈ１９１０とそれに連通した微細溝Ｈ１９２０が設けられている。細口Ｈ１９１０と微細溝Ｈ１９２０のほとんどをシール部材Ｈ１８００で覆い、微細溝Ｈ１９２０の一端部を開口することで、大気連通口Ｈ１９２４を形成している。また、蓋部材Ｈ１９００は、第１の記録ヘッドをインクジェット記録装置に固定するための係合部Ｈ１９３０を有している。

（１−２）第２の記録ヘッドＨ１００１
第２の記録ヘッドＨ１００１はシアン、マゼンタ、イエローの３色のインクを吐出させるためのものである。

次に、上述した記録ヘッドのインクジェット記録装置への装着について具体的に説明する。

図４に示したように、第１の記録ヘッドＨ１０００は、インクジェット記録装置本体のキャリッジの装着位置に案内するための装着ガイドＨ１５６０を備えている。また、ヘッドセットレバーによりキャリッジに装着固定するための係合部Ｈ１９３０を備えている。さらに、キャリッジの所定の装着位置に位置決めするためのキャリッジの走査方向の突き当て部Ｈ１５７０、記録媒体の搬送方向の突き当て部Ｈ１５８０、インク吐出方向の突き当て部Ｈ１５９０を備えている。これら突き当て部により位置決めされることで、電気配線テープＨ１３００上の外部信号入力端子Ｈ１３０２とキャリッジ内に設けられた電気接続部のコンタクトピンとの正確な電気的接触が可能となっている。なお、第２の記録ヘッドＨ１００１も第１の記録ヘッドＨ１０００と同様である。

＜インクジェット記録装置＞
次に、上述したようなカートリッジタイプの記録ヘッドを搭載可能な液体吐出記録装置について説明する。図７は、本発明のインクジェット記録ヘッドを搭載可能な記録装置の一例を示す説明図である。

図７を参照すると、この記録装置は、図４に示した第１の記録ヘッドＨ１０００、および第２の記録ヘッドＨ１００１（不図示）が、位置決めされて、交換可能に搭載されるキャリッジ１０２を有する。キャリッジ１０２には、記録ヘッドＨ１０００およびＨ１００１上の論理信号入力端子や駆動電圧を印加するための端子を介して各吐出部に論理信号や駆動電圧等を伝達するための電気接続部が設けられている。

キャリッジ１０２は、走査方向に延在して装置本体に設置されたガイドシャフト１０３に沿って往復移動可能に支持されている。そして、キャリッジ１０２は、走査モータ１０４によりモータプーリ１０５、従動プーリ１０６およびタイミングベルト１０７等の駆動機構を介して駆動されるとともに、その位置および移動が制御される。また、キャリッジ１０２にはホームポジションセンサ１３０が設けられている。キャリッジ１０２上のホームポジションセンサ１３０が遮蔽板１３６の位置を通過した際に、ホームポジションとなる位置が検出される。

記録用紙やプラスチック薄板等の記録媒体１０８は、給紙モータ１３５がギアを介してピックアップローラ１３１を回転させることにより、記録媒体１０８がオートシートフィーダ（ＡＳＦ）１３２から一枚ずつ分離され、給紙される。さらに、記録媒体１０８は、搬送ローラ１０９の回転により、記録ヘッドＨ１０００及びＨ１００１の吐出口面と対向する位置（プリント部）を通って搬送される。ＬＦモータ１３４による駆動は、ギアを介して搬送ローラ１０９に伝達される。給紙されたかどうかの判定と給紙時の頭出し位置の確定は、記録媒体１０８がペーパエンドセンサ１３３を通過した時点で行われる。このペーパエンドセンサ１３３は、記録媒体１０８の後端が実際にどこに有り、実際の後端から現在の記録位置を最終的に割り出すためにも使用される。

なお、記録媒体１０８は、プリント部において平坦なプリント面を形成するように、その裏面がプラテン（不図示）により支持される。この場合、キャリッジ１０２に搭載された記録ヘッドＨ１０００及びＨ１００１は、それらの吐出口面がキャリッジ１０２から下方へ突出して２組の搬送ローラ対の間で記録媒体１０８と平行になるように保持されている。

記録ヘッドＨ１０００及びＨ１００１は、各吐出部における吐出口の並び方向がキャリッジ１０２の走査方向に対して交差する方向になるようにキャリッジ１０２に搭載され、これらの吐出口列から液体を吐出して記録を行う。

また、記録ヘッドＨ１００１と同じ構成で、内部のインクがライトマゼンタ、ライトシアン、ブラックで構成された記録ヘッドを記録ヘッドＨ１０００と交換して使うことで高画質フォトプリンタとして使用することも可能である。

＜制御構成＞
次に、上述したインクジェット記録装置の記録制御を実行するための制御構成について説明する。

図８はインクジェット記録装置の制御回路の構成を示すブロック図である。

図８において、１７００は記録信号を入力するインタフェース、１７０１はＭＰＵ、１７０２はＭＰＵ１７０１が実行する制御プログラムを格納するＲＯＭである。また、１７０３は各種データ（上記記録信号や記録ヘッドＨ１０００及びＨ１００１に供給される記録データ等）を保存しておくＤＲＡＭである。１７０４は記録ヘッドＨ１０００及びＨ１００１に対する記録データの供給制御を行うゲートアレイ（Ｇ．Ａ．）であり、インタフェース１７００、ＭＰＵ１７０１、ＲＡＭ１７０３間のデータ転送制御も行う。１７１０は記録ヘッドＨ１０００及びＨ１００１を搬送するためのキャリアモータ、１３４は記録媒体搬送のためのＬＦモータである。１７０５は記録ヘッドＨ１０００及びＨ１００１を駆動するヘッドドライバ、１７０６は、ＬＦモータ１３４を駆動するためのモータドライバ、１７０７は、キャリアモータ１７１０を駆動するためのモータドライバである。また、１７０８は、電気的接続が正常でない場合にこれを通知するために点灯する等の目的で備えられるＬＥＤである。

上記制御構成の動作を説明すると、インタフェース１７００に記録信号が入るとゲートアレイ１７０４とＭＰＵ１７０１との間で記録信号がプリント用の記録データに変換される。そして、モータドライバ１７０６、モータドライバ１７０７が駆動されると共に、ヘッドドライバ１７０５に送られた記録データに従って記録ヘッドＨ１０００及びＨ１００１が駆動され、記録が行われる。

図１は本発明の実施例における記録ヘッドＨ１００１の回路構成を示す図である。なお、第１の記録素子基板Ｈ１１００は、Ｓｉ基板Ｈ１１１０の上に半導体素子と配線とを半導体プロセスで形成している。本実施例における記録ヘッドＨ１００１には、インク供給口Ｈ１１０２に対して、一列あたりｎ個のノズルが備えられている。このノズル１つ１つに対応して、ノズル中のインクを加熱する記録素子としての電気熱変換素子Ｈ１１０３と、電気熱変換素子Ｈ１１０３を駆動する駆動素子ブロックＨ１１１６とが設けられている。駆動素子ブロックＨ１１１６は、電気熱変換素子Ｈ１１０３を駆動するための駆動素子としてのパワーＭＯＳトランジスタ等のドライバ部Ｈ１１２７を有する。さらに、ドライバの能力を向上させるためにドライバのゲート電圧を論理回路の電圧（通常３．３Ｖ）よりも高くするための昇圧回路部Ｈ１１２８を有する。昇圧回路部Ｈ１１２８に入力する電圧は、電気熱変換素子Ｈ１１０３を駆動するための駆動電圧（ＶＨ、例えば２４Ｖ）と同一である。また、駆動素子としてのパワーＭＯＳトランジスタ等を駆動するため、インクジェット記録装置本体よりＶＨＴ端子Ｈ１１２５に供給する。そして、昇圧回路部Ｈ１１２８の耐圧等の理由より、素子基板内部に抵抗を設け分圧させることやバッファを設けること等により降圧している（１４Ｖ程度）。

この電気熱変換素子と駆動素子とインク吐出ノズルをあわせて記録要素と呼ぶ。

また、記録ヘッドＨ１００１は、記録装置本体との電気的接点として、記録データ（ＤＡＴＡ）を入力する記録データ入力端子Ｈ１１２１と、記録データと同期しこれを入力するためのクロック（ＣＬＫ）を入力するクロック信号入力端子Ｈ１１２０とを設ける。さらに、ラッチ回路Ｈ１１１７にラッチ信号（ＬＴ）を入力するラッチ信号入力端子Ｈ１１２３と、電気熱変換素子Ｈ１１０３を駆動する駆動素子Ｈ１１１６をイネーブル状態にするヒート信号（ＨＥ）を入力するヒート信号入力端子Ｈ１１２２とを設ける。また、図１の記録ヘッドＨ１００１はｎ個の記録要素を複数のブロックに分割して駆動する分割駆動を採用している。

このような記録ヘッドＨ１００１の駆動は以下のような手順でなされる。

記録データ入力端子Ｈ１１２１より記録データをクロック信号入力端子Ｈ１１２０から入力されるクロックに同期して入力し、記録データを順次シフトレジスタＨ１１１８に保持する。このようにして所定ビットの記録データがシフトレジスタＨ１１１８に保持されると、ラッチ信号入力端子Ｈ１１２３にラッチ信号を入力する。そして、シフトレジスタＨ１１１８の次段にあるラッチ回路Ｈ１１１７がラッチ信号の入力に従って記録データをラッチする。そして、ＡＮＤ回路Ｈ１１１９で、ヒート信号入力端子Ｈ１１２２に入力されるヒート信号と、ラッチ回路Ｈ１１１７より出力される記録データとの論理積が演算される。また、ｎ個の電気熱変換素子Ｈ１１０３を分割して駆動するためのブロック選択信号（ＢＬＥ）がデコーダ（不図示）から出力される。さらに、ＡＮＤ回路Ｈ１１１２で、前記ブロック選択信号と、ＡＮＤ回路Ｈ１１１９から出力された信号との論理積が演算される。こうして、ＡＮＤ回路Ｈ１１１２から出力された信号によって選択された記録要素に該当するノズルからインクが吐出し、記録が行われる。

次に記録ヘッドＨ１００１とインクジェット記録装置との電気的接続状態を確認するための手順について説明する。なお、本明細書における電気的接続状態が正常とは、記録ヘッドと記録装置とのコンタクト部における接触がなされており、かつ、接続端子、配線等でショートが生じていない状態を言う。

記録ヘッドＨ１００１は、図７に示す記録装置本体のキャリッジ１０２に装着される。キャリッジ１０２と記録ヘッドＨ１００１との間には、互いの電気的接点の接続をするためのコンタクト部（不図示）が設けられている。従って、記録ヘッドＨ１００１をキャリッジ１０２に装着すると、記録ヘッドＨ１００１に設けられ、種々の電気信号を授受する電極部Ｈ１１０４に接触し、電気的な接続がなされる。この記録ヘッドＨ１００１は、記録装置本体との電気的接続状態を確認する手段として、本発明の特徴部分である接続状態出力回路Ｈ１１２９と、この回路の演算結果を記録装置本体に出力する接続状態出力端子Ｈ１１２６（ＣＮＯ）を設けている。なお、接続状態出力回路Ｈ１１２９からは、電気的接続状態を反映した論理信号（例えば３．３Ｖ程度の低電圧の信号）が出力される。

なお、図１中のＨ１１２４は、電気熱変換素子Ｈ１１０３のグランド配線端子であり、Ｈ１１１３は、グランド配線端子Ｈ１１２４からの配線を示す。

＜接続状態出力回路＞
図３（ａ）に、本発明の接続状態出力回路Ｈ１１２９の一例を示す。接続状態出力回路Ｈ１１２９は、第１のＡＮＤ回路であるＡＮＤ回路Ｈ１１２９ｃを有する。これは、ＬＴ，ＨＥ，ＣＬＫ，ＤＡＴＡからなる複数入力される各論理信号と、ＶＨＴ端子Ｈ１１２５から印加され、抵抗分圧部Ｈ１１２９ａによって降圧され、インバータＨ１１２９ｂから出力される電圧との、論理積を演算する。なお、ＶＨＴ端子Ｈ１１２５は、パワーＭＯＳトランジスタ等を駆動するための駆動電圧が印加される第１の電圧印加端子である。また、第２のＡＮＤ回路であるＡＮＤ回路Ｈ１１２９ｅを有する。これは、ＶＨＴ端子Ｈ１１２５から印加され前記抵抗分圧部Ｈ１１２９ａで降圧した電圧と、ＶＨ端子Ｈ１１３０から印加され抵抗分圧部Ｈ１１２９ｄで降圧されインバータＨ１１２９ｇ及びインバータＨ１１２９ｈを介して出力される電圧との論理積を演算する。なお、ＶＨ端子Ｈ１１３０は、電気熱変換素子を駆動するための駆動電圧が印加される第２の電圧印加端子である。また、ここでは、インバータＨ１１２９ｇ、インバータＨ１１２９ｈ及びインバータＨ１１２９ｂを、それぞれ、第１のインバータ、第２のインバータ及び第３のインバータであるとする。さらに、ＡＮＤ回路Ｈ１１２９ｃからの出力と、ＡＮＤ回路Ｈ１１２９ｅからの出力との、論理和を演算するＯＲ回路Ｈ１１２９ｆを有する。

インバータＨ１１２９ｂ、Ｈ１１２９ｇは、入力がＬｏｗからＨｉｇｈ（出力がＨｉｇｈからＬｏｗ）となる閾値の電圧が１．０Ｖから１．５Ｖ程度と低く、反転しやすいように構成されている。これは、接続状態出力回路に入力されるＶＨＴ端子及びＶＨ端子からの電圧が、接続状態出力回路のＡＮＤ回路を駆動する電圧（３．３Ｖ）に対してやや高い電圧（例えば４〜７Ｖ）になった際に、ＣＮＯからの出力信号が変化するようにセットするためである。また、ＶＨＴ端子及びＶＨ端子からの電圧が最終的な到達電圧（例えば２４Ｖ）に到達した際に、接続状態出力回路のＡＮＤ回路が耐えられる電圧（例えば７Ｖ以下）に収めるため、特定のインバータ（Ｈ１１２９ｂ、Ｈ１１２９ｇ）のみ閾値を下げるようにした。なお、閾値の変更は、インバータのＮＭＯＳ、ＰＭＯＳトランジスタのゲート幅、ゲート長を変える等により実現した。

＜接続状態確認の手順＞
図３（ｂ）は、記録ヘッドＨ１００１と記録装置本体との接続状態を確認する場合に、記録装置から記録ヘッドへ入力される各信号と、接続状態出力端子Ｈ１１２６より出力される出力信号（ＣＮＯ信号）を示すタイミング図である。

Ｔ１〜Ｔ４では、ＬＴ，ＨＥ，ＣＬＫ，ＤＡＴＡの各信号の入力端子が正しく接続されているかを確認している。Ｔ１〜Ｔ４の時点では、ＶＨＴ端子から入力される電圧は、まだ入力されていない（ＶＨＴ端子から入力される電圧が０Ｖの時は、インバータＨ１１２９ｂからの出力はＨｉｇｈとなっており、ＡＮＤ回路Ｈ１１２９ｃは動作可能）。

まず、前記各信号の入力端子を一度すべてＨｉｇｈの状態として、ＣＮＯからの出力信号もＨｉｇｈの状態が出力されているとする。ただし、この時点でＣＮＯ出力がＨｉｇｈとならない場合はＬＴ，ＨＥ，ＣＬＫ，ＤＡＴＡのいずれかの端子の接続がすでに正常に行われていないということになる。ここで、時間帯Ｔ１に、記録装置本体からＬＴ信号の入力端子のみＬｏｗ信号を入力して、ＣＮＯからの出力信号がＬＴ信号に同期してＬｏｗになれば正しく接続されていることになる。記録装置本体はＣＮＯからの出力信号を確認することで、ＬＴ信号の入力端子の接続状態を判断する。

同様にしてＴ２〜Ｔ４において各信号の入力端子が接続されているかどうかの確認を個別に行う。

Ｔ１〜Ｔ４におけるＣＮＯからの出力信号から、各信号の入力端子が正しく接続されていると記録装置が確認した後、接続状態出力回路を用いて、高電圧が印加される端子の接続確認を行う。この接続確認のポイントは高電圧を印加する電圧印加端子が接続されておらずオープン状態となっている場合だけでなく、なんらかの異常で他の端子とショートしている場合についても接続状態が正常か否かを確認できることにある。ここで、高電圧を印加する電圧印加端子とは、ＶＨＴ端子、ＶＨ端子を表し、他の端子とは、低耐圧の論理信号用端子等を表す。まずは、駆動素子を駆動させるためのＶＨＴ端子から入力される電圧の印加を開始する。ＶＨＴ端子及びＶＨ端子から入力される電圧の立ち上がりは、論理回路の電圧変化スピード（ｎｓｅｃオーダー）に対して比較的ゆっくりとした立ち上がり（ｍｓｅｃオーダー）である。これは、記録素子に安定した電圧を印加するために記録装置のキャリッジ１０２等に設けられた不図示のコンデンサへ充電するためである。仮に、ＶＨＴ端子及びＶＨ端子から入力される電圧が急峻に高電圧（２４Ｖ）に到達するとすると、接続状態を確認した時点でショート等が発生していた場合は、すでに記録ヘッドや記録装置にダメージを加えてしまっている可能性がある。しかしながら、本実施例の装置では、前述したように比較的ゆっくりとした立ち上がりであることから、ショート等が発生していた場合でも記録ヘッドや記録装置に加えるダメージが少ない、比較的低い電圧でＶＨＴ端子及びＶＨ端子の接続状態を確認する。このため、接続状態を確認した時点で異常が確認できれば、すぐに電源を落とすことでダメージから守ることが可能となる。ここで、ＶＨＴ端子及びＶＨ端子の接続状態の確認は、比較的低い電圧での確認が望ましい。しかし、これらの端子が各論理信号の入力端子等とショートしている場合、前記論理信号と同じ電圧では電位差が発生しないことにより確認が十分にできないケースが発生する。そこで本実施例では、各論理信号の電圧よりも一定の値だけ高い電圧が、ＶＨＴ端子及びＶＨ端子に入力された際に接続が正しくされていると判断することが可能な構成を採用した。具体的には、ＶＨＴ端子及びＶＨ端子から入力される電圧が、記録ヘッド用の素子基板における論理回路を駆動する電圧（例えば、３．３Ｖ）よりも高く、論理回路の一般的な耐圧（例えば、７〜８Ｖ）よりも低い電圧にて接続状態の確認ができるようにしている。詳しくは、ＶＨＴ端子又はＶＨ端子に正常に電圧が印加され始めた場合に、印加された電圧が例えば５Ｖに達する時に装置本体が接続状態の確認を行うように設定した。さらに、ＶＨＴ端子又はＶＨ端子から入力される電圧が記録素子を駆動する為に必要な最終的な高電圧（例えば２４Ｖ）に到達した際、これら端子の接続状態を確認するための論理回路に分圧されて入力される電圧はその耐圧より低くなるよう分圧抵抗を決定した。

ここで具体的にＶＨＴ端子及びＶＨ端子の分圧抵抗について説明する。本実施例では、論理回路の電圧が３．３Ｖ、論理回路の耐圧が７Ｖ、記録素子を駆動する電圧を２４Ｖとした。また、ＶＨＴ端子及びＶＨ端子に印加された電圧が接続状態出力回路に印加される時に１／４に降下するように分圧抵抗を設定した。

１／４に降下させることでＶＨＴ端子及びＶＨ端子に２４Ｖの電圧が印加された時には６Ｖの電圧が接続状態確認用の論理回路に入力されることになるが、論理回路の耐圧である７Ｖを下回っており故障に至ることはない。以上の設定により、ＶＨＴ端子又はＶＨ端子に印加された電圧が５Ｖに達した時は、分圧抵抗により降圧された電圧は１．２５Ｖとなる。そこで、接続状態出力回路におけるインバータＨ１１２９ｂ及びＨ１１２９ｇの閾値を１．２５Ｖに設定することで、正常な接続状態時は記録装置からヘッドカートリッジに５Ｖの電圧が印加されたタイミングで接続状態出力回路からの出力が変化する。このことで接続状態を判断できる。仮に、接続不良によりオープン状態になっている場合は記録装置側が出力した電圧が５Ｖに到達しても接続状態出力回路におけるインバータＨ１１２９ｂ又はＨ１１２９ｇには電圧が印加されないため接続状態の異常を判断できる。さらにＶＨＴ端子又はＶＨ端子がオープン状態で、そのオープン状態の端子といずれかの論理信号の入力端子がショートしている場合、インバータＨ１１２９ｂ又はＨ１１２９ｇには３．３Ｖの１／４である０．８２５Ｖが印加される。この場合、インバータＨ１１２９ｂ又はＨ１１２９ｇの閾値を１．２５Ｖに設定しているため信号は反転されず、接続状態の異常を判断できる。また、オープン状態ではなくなんらかの異常で他の端子とショートしている場合においても、リーク電流が流れることにより電圧が５Ｖに到達しないこと、到達するタイミングが遅れること等により接続状態確認用の論理回路に閾値を超える電圧が印加されない。これらの理由により記録装置側にて接続状態の異常が判断できる。（接続確認の際にＶＨ端子及びＶＨＴ端子に流せる電流を制限することができれば、ショート発生時と正常時とで、より電圧差が発生しやすいため望ましい）
図３（ｂ）に、各論理信号の入力端子、ＶＨＴ端子、ＶＨ端子の全ての接続がＯＫの場合、ＶＨＴ端子の接続がＮＧの場合、ＶＨ端子の接続がＮＧの場合の３通りについてのタイミングを示した。ここで、各端子への入力の順番は、各論理信号の入力端子、ＶＨＴ端子、ＶＨ端子の順番が望ましい。これは、まず論理信号（例えば３．３Ｖの低電圧）入力端子の接続を確認し、その後に記録素子を制御・駆動するために前記論理信号を昇圧したＶＨＴ電圧を入力することで記録素子が想定外に駆動されないようにするためである。また、その後に記録素子にエネルギーを供給するためのＶＨ電圧を印加することで誤動作を防止できるためである。

本実施例においては、ＶＨＴ端子の接続，ＶＨ端子の接続の両方について記載したが、記録装置とヘッドカートリッジの電気的接点の位置関係によってはどちらか一方の確認だけでもヘッドカートリッジの装着時のダメージ防止には十分効果がある。このような位置関係として、例えば、ヘッドカートリッジの端子位置と記録装置の端子位置との関係から、ヘッドカートリッジの装着時に、どちらか一方の端子の接続状態が正常であれば他方の端子の接続も比較的確実に正常となる場合がある。また、記録素子を駆動するための電圧を入力するためのＶＨＴ端子がオープン状態となった場合、電気熱変換素子の駆動が不安定となり、電気熱変換素子の故障に繋がることからＶＨＴ端子のみの確認だけでもヘッドカートリッジ故障防止の効果がある。

また、本実施例で示した論理は一例であり、論理信号入力端子及び電気熱変換素子を駆動するための電源端子や駆動素子を駆動するための電源端子まで含めた接続状態確認手段を有するものは本発明の範疇である。

図２に本発明を採用した記録ヘッド用基板、記録ヘッド、記録装置において記録ヘッドの装着から記録完了までのフローを示した。

ステップＳ１０で記録ヘッドを記録装置のキャリッジに装着する。次に、ステップＳ２０で記録装置の電源を入れる。次に、ステップＳ３０で記録ヘッドが正常に接続されているかのチェックする。具体的には、ステップＳ４０において記録ヘッドの各入力端子と記録装置との電気的接続が正常か異常かを確認する。電気的接続が正常でない場合は、ステップＳ５０により記録ヘッドへの電圧印加を中止し、ステップＳ６０により電気的接続が正常でないことの警告を行う。なお、この警告は、記録装置の利用者への電気的接続が正常でないことの通知であり、記録装置に設けられたＬＥＤを点灯させることや、ホスト装置でのメッセージ表示等により行われる。電気的接続が正常である場合は、ステップＳ７０により記録動作を開始し、所望の記録が行われた後、ステップＳ８０により記録を終了する。

また、本発明に係る記録装置の形態として、コンピュータ等の情報処理機器の画像出力端末として一体または別体に設けられるものの他、リーダ等と組み合わせた複写装置、さらには送受信機能を有するファクシミリ装置の形態を取るものであっても良い。

また、上記実施例はインクジェット記録ヘッド用の素子基板を例に説明したが、熱転写方式の記録ヘッド用、昇華型の記録ヘッド用等の素子基板に用いることが可能である。

本発明のインクジェット記録ヘッド用の素子基板の回路構成を示す図である。 本発明のインクジェット記録装置において接続状態を確認するフローを示す図である。 本発明の特徴である接続確認回路及び背と続状態を確認するタイミングを示す図である。 本発明の一実施形態である第１の記録ヘッドを説明するための斜視図である。 本発明の一実施形態である第１の記録ヘッドの分解斜視図である。 本発明の一実施形態である第１の記録ヘッドを構成する第１の素子基板の一部を破断して示す斜視図である。 本発明のインクジェット記録装置の一例を示す模式図である。 本発明のインクジェット記録装置の制御構成を示す図である。

符号の説明

Ｈ１０００ 第１の記録ヘッド
Ｈ１００１ 第２の記録ヘッド
Ｈ１１００ 第１のインクジェット記録基板
Ｈ１１０３ 電気熱変換素子
Ｈ１１２５ ＶＨＴ端子
Ｈ１１２６ 接続状態出力端子（ＣＮＯ）
Ｈ１１２９ 接続状態出力回路
Ｈ１１３０ ＶＨ端子

Claims (10)

1. 複数の記録素子と、前記複数の記録素子を駆動するための駆動電圧を印加するための電圧印加端子と、前記記録素子を制御する論理回路と、前記論理回路に前記駆動電圧よりも低い論理電圧で論理信号を入力するための信号入力端子とを有する、記録装置に着脱可能な記録ヘッド用の素子基板であって、
   前記電圧印加端子と前記信号入力端子に前記駆動電圧と前記論理電圧をそれぞれ、異なるタイミングで印加することにより、前記記録装置と、前記電圧印加端子及び前記信号入力端子との間の電気的接続状態を反映した接続信号を接続状態出力端子から出力する接続状態出力回路を有し、
   前記論理電圧の印加開始のタイミングは、前記駆動電圧の印加開始のタイミングよりも早いことを特徴とする素子基板。
2. 前記接続状態出力回路は、
   前記電圧印加端子から印加される駆動電圧が所定の閾値を超えたときに、前記接続信号の論理を反転するインバータと、
   前記インバータからの出力信号と前記論理信号との論理和を演算して該演算結果を前記接続信号として出力するＯＲ回路とを有することを特徴とする請求項１に記載の素子基板。
3. 前記駆動電圧を降圧させるために用いられる分圧抵抗をさらに有し、
   前記インバータは、前記分圧抵抗により降圧された電圧に基づいて、前記接続信号の論理を反転することを特徴とする請求項２に記載の素子基板。
4. 前記インバータは、前記論理電圧よりも高い前記駆動電圧が前記電圧印加端子から印加されたときに、前記接続信号の論理を反転することを特徴とする請求項２または３に記載の素子基板。
5. 複数の記録素子と、前記複数の駆動素子と、前記複数の記録素子それぞれをＯＮ／ＯＦＦ制御する前記複数の駆動素子を駆動するために第１の駆動電圧を印加するための第１の電圧印加端子と、前記複数の記録素子に電流を供給し、前記複数の記録素子を駆動するために前記複数の記録素子に第２の駆動電圧を印加するための第２の電圧印加素子と、前記記録素子を制御する論理回路と、前記論理回路に前記第１及び第２の駆動電圧よりも低い論理電圧で論理信号を入力するための信号入力端子とを有する、記録装置に着脱可能な記録ヘッド用の素子基板であって、
   前記第１の電圧印加端子と前記第２の電圧印加素子と前記信号入力端子に、前記第１の駆動電圧と前記第２の駆動電圧と前記論理電圧をそれぞれ、異なるタイミングで印加することにより、前記記録装置と、前記第１の電圧印加端子、前記第２の電圧印加素子、及び前記信号入力端子との間の電気的接続状態を反映した接続信号を接続状態出力端子から出力する接続状態出力回路を有し、
   前記接続状態出力回路は、
   前記第２の電圧印加端子から印加される第２の駆動電圧が第１の閾値を超えたときに、前記接続信号の論理を反転する第１のインバータと、
   前記第１のインバータからの出力信号の論理を反転する第２のインバータと、
   前記第１の電圧印加端子から印加される第１の駆動電圧が第２の閾値を超えたときに、前記接続信号の論理を反転する第３のインバータと、
   前記第３のインバータからの出力信号と前記論理信号との論理積を演算する第１のＡＮＤ回路と、
   前記第２のインバータからの出力信号と前記第１の電圧印加端子から印加される第１の駆動電圧の分圧した電圧との論理積を演算する第２のＡＮＤ回路と、
   前記第１のＡＮＤ回路からの出力信号と前記第２のＡＮＤ回路からの出力信号との論理和を演算して該演算結果を前記接続信号として出力するＯＲ回路とを有することを特徴とする素子基板。
6. 前記複数の記録素子それぞれは、液体を吐出するための熱エネルギーを発生するための電気熱変換素子であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の素子基板。
7. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の素子基板を有することを特徴とする記録ヘッド。
8. 請求項７に記載の記録ヘッドと、インクを内包したインクタンクとを有することを特徴とするヘッドカートリッジ。
9. 請求項７に記載の記録ヘッドまたは請求項８に記載のヘッドカートリッジを用いる記録装置であって、
   前記接続信号を入力する入力手段と、
   前記入力手段に入力された接続信号に基づいて、前記電気的接続状態を判断する判断手段と、
   前記判断手段により前記電気的接続状態が異常であると判断された場合には、前記記録ヘッドに印加する電圧が前記論理回路の耐圧を超える前に、前記記録ヘッドへの電圧の印加を中止するよう制御する制御手段とを有することを特徴とする記録装置。
10. 前記判断手段により前記電気的接続状態が異常であると判断された場合には、前記電気的接続が異常であると通知する通知手段をさらに有することを特徴とする請求項９に記載の記録装置。

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