JP5385586B2 - Head substrate, recording head, head cartridge, and recording apparatus - Google Patents
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Description
本発明はヘッド基板、記録ヘッド、ヘッドカートリッジ、及び記録装置に関する。本発明は、特に、例えば、インクジェット記録のために用いられ、定電圧駆動方式或いは定電流駆動方式により記録素子を駆動するための回路を有するヘッド用基板、記録ヘッド、ヘッドカートリッジ、及び記録装置に関する。 The present invention relates to a head substrate, a recording head, a head cartridge, and a recording apparatus. The present invention particularly relates to a head substrate, a recording head, a head cartridge, and a recording apparatus that are used for, for example, inkjet recording and have a circuit for driving a recording element by a constant voltage driving method or a constant current driving method. .
インクを吐出させて画像を記録するインクジェット記録ヘッドを用いたプリンタ(以下、記録装置)において、吐出されたインク液滴の大きさが不均一であると記録画像の品位が低下したり、濃度むら等に起因した画質の劣化が発生したりする。このため、従来より、高品位な記録を行うにはインク液滴の大きさを常に一定に保つことが望まれている。 In a printer (hereinafter referred to as a recording apparatus) using an ink jet recording head that records an image by ejecting ink, if the size of the ejected ink droplets is not uniform, the quality of the recorded image is reduced or the density unevenness is reduced. Degradation of the image quality due to the above or the like may occur. For this reason, conventionally, in order to perform high-quality recording, it is desired to always keep the ink droplet size constant.
インクジェット記録ヘッドの中でもインクを加熱し発泡させ、その圧力によりインクを吐出させる方式を採用した記録ヘッド(以下、記録ヘッド)では、インク液滴の大きさはインクの発泡時の圧力に影響を受ける。その発泡圧力はインクへ与えるエネルギーであるヒータでの発熱量に依存する。このためヒータへの発熱量を一定にすること、即ち、ヒータへの投入エネルギーを一定にすることによりインク液滴の大きさが一定になり高品位な記録が可能となる。 In a recording head (hereinafter referred to as a recording head) that employs a method in which ink is heated and foamed, and ink is ejected by the pressure, among ink jet recording heads, the size of ink droplets is affected by the pressure at the time of ink foaming . The foaming pressure depends on the amount of heat generated by the heater, which is energy applied to the ink. For this reason, by making the amount of heat generated to the heater constant, that is, by making the input energy to the heater constant, the size of the ink droplets becomes constant and high quality recording becomes possible.
ヒータに一定電圧を印加してヒータへエネルギーを投入する場合、投入エネルギーPは、次の式で表わされる。即ち、
P=(V×V/R)×t
である。ここで、Rはヒータの抵抗値、Vはヒータへの印加電圧、tはヒータへの電圧印加時間である。ヒータの抵抗値Rは製造上のばらつきにより、記録ヘッド毎に一般的には10〜20%程度のばらつきが発生する。従って、ヒータへの印加電圧と印加時間が一定であるとしても、ヒータの抵抗値がばらつくと、記録ヘッド間で投入エネルギーPがばらついてしまう。
When energy is input to the heater by applying a constant voltage to the heater, the input energy P is expressed by the following equation. That is,
P = (V × V / R) × t
It is. Here, R is a resistance value of the heater, V is a voltage applied to the heater, and t is a voltage application time to the heater. The heater resistance value R generally varies by about 10 to 20% for each recording head due to manufacturing variations. Therefore, even if the voltage applied to the heater and the application time are constant, if the resistance value of the heater varies, the input energy P varies between the recording heads.
従来、このばらつきの影響を抑えるべく、例えば、特許文献1に開示されているような方法が用いられている。その方法によれば、記録ヘッド内にインク吐出用のヒータとは別に1個ないし数個のダミーヒータを造り込んでおき、このダミーヒータの抵抗値を測定する。そして、実測したダミーヒータの抵抗値を基に記録ヘッドを複数のランク(ヘッドランク)に分類し、各ヘッドランクに応じて投入熱エネルギー量を調整する。具体的には、記録ヘッドに印加するパルス状電圧または電流のパルス幅を変化させ、吐出エネルギーを最適化することでインク液滴の吐出を安定させている。
Conventionally, in order to suppress the influence of this variation, for example, a method as disclosed in
特許文献1に開示された構成によれば、記録装置本体には、記録ヘッドのダミーヒータの抵抗値を測定するための、定電流回路、増幅器、A/D変換器から構成される測定部が備えられる。この測定部を用いて、記録装置本体の抵抗値が既知の基準抵抗を測定することにより補正係数を得る。次に、この測定部は記録ヘッドのダミーヒータの抵抗値を測定し、予め得られた補正係数により測定された抵抗値を補正する。一方、記録装置はこの補正された抵抗値に基づいて、記録ヘッドのヘッドランクを決定する。記録装置の記録パルス発生部は、このヘッドランクに基づいて、記録ヘッドのヒータに印加するエネルギー量を設定する。
According to the configuration disclosed in
さて、記録ヘッド用基板(以下、ヘッド基板)には、多数のヒータと、その駆動回路を同一の半導体基板に形成され、このヘッド基板がウェハ上に複数形成されている。ヒータの抵抗値はウェハ間では10〜20%程度バラツキを生じ、また同一ウェハ内ではそのバラツキは数%程度である。ウェハ内でのヒータの抵抗値のバラツキは数%あるものの、そのバラツキ分布が緩やかであり、これまでは基板面積が比較的小さいことから、1つの基板内でのヒータの抵抗値のバラツキは無視できるものであった。
一方、近年になり、記録装置には高速化、高精細化がまずます要求されているため、記録ヘッドに実装するノズルの数も多くなり、その実装密度も高くなっている。そのため、1つヘッドの基板内でのヒータ数も増加し、ヒータ基板面積も増大している。その結果、ウェハ上に占める1つの基板面積も増大する。このようなことから、ヘッド基板内でのヒータの抵抗値のバラツキも大きくなり無視できないものとなってきた。 On the other hand, in recent years, since higher speed and higher definition are increasingly demanded of recording apparatuses, the number of nozzles mounted on the recording head has increased, and the mounting density has also increased. Therefore, the number of heaters in the substrate of one head is increased, and the heater substrate area is also increased. As a result, the area of one substrate on the wafer also increases. For this reason, the variation in the resistance value of the heater in the head substrate becomes large and cannot be ignored.
また、記録装置での写真印刷を高画質にする要求が高まっていることから、吐出されるインク液滴の大きさを高精度に一定にするために、ヒータへのエネルギー投入を従来よりも高精度に行うことが求められている。 In addition, since there is an increasing demand for high-quality photo printing on recording devices, energy input to the heater is higher than before in order to make the size of the ejected ink droplets constant with high accuracy. There is a demand for accuracy.
しかしながら、従来の記録ヘッドにおける抵抗値のバラツキ補正では、ヘッド基板上に一個ないし数個のダミーヒータの抵抗素子しか備えられておらず、その抵抗値に基づきヒータへの投入エネルギーの制御を行うに過ぎなかった。このため投入エネルギーの制御に関して、ヘッド基板全体に対して一様な制御、或いは、数段階の制御しかできなかった。つまり、従来技術では、ヘッド基板内での個別ヒータの抵抗値のバラツキに対してエネルギー投入を一定にする制御はできなかった。 However, in the resistance value variation correction in the conventional recording head, only one or several dummy heater resistance elements are provided on the head substrate, and the input energy to the heater is merely controlled based on the resistance value. There wasn't. For this reason, regarding the control of the input energy, only uniform control over the entire head substrate or only several steps of control can be performed. That is, in the prior art, it has not been possible to control the energy input to be constant with respect to variations in the resistance values of the individual heaters in the head substrate.
本発明は上記従来例に鑑みてなされたもので、個別のヒータの抵抗値バラツキに対して投入するエネルギーを一定にすることで高画質な記録を可能にするヘッド基板と、そのヘッド基板を用いた記録ヘッドとを提供することを目的としている。また、その記録ヘッドを組み込んだヘッドカートリッジ、及び、その記録ヘッドを用いた記録装置とを提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above-described conventional example, and uses a head substrate that enables high-quality recording by making the energy input to the resistance value variation of individual heaters constant, and the head substrate. It is intended to provide a recording head. It is another object of the present invention to provide a head cartridge incorporating the recording head and a recording apparatus using the recording head.
上記目的を達成するため本発明のヘッド基板は以下のように構成されている。 In order to achieve the above object, the head substrate of the present invention is configured as follows.
即ち、定電圧駆動方式に従って発生するエネルギーにより複数のヒータを駆動するヘッド基板であって、前記複数のヒータそれぞれには、該ヒータへのエネルギーの供給を制御する第1のスイッチと、前記ヒータに流れる電流、或いは、前記ヒータに流れる電流の一部を用い、前記ヒータの抵抗値に比例する時間、パルスを発生する回路を備え、該回路により発生するパルスの時間、前記第1のスイッチにより前記ヒータへの通電を行うよう制御することを特徴とする。 That is, a head substrate that drives a plurality of heaters by energy generated according to a constant voltage driving method, each of the plurality of heaters includes a first switch that controls supply of energy to the heater, and the heater. current flowing, or, using a portion of the current flowing through the heater, time proportional to the resistance value of the heater, comprises a circuit for generating a pulse, time of the pulse generated by the circuit, the first switch Ri and controlling to perform energization of the heater.
また本発明を別の側面から見れば、定電流駆動方式に従って発生するエネルギーにより複数のヒータを駆動するヘッド基板であって、前記複数のヒータそれぞれには、該ヒータへのエネルギーの供給を制御するスイッチと、前記ヒータと抵抗値が等しい抵抗に時間に対して一定の割合で増加する電流を印加し、前記ヒータの抵抗値に反比例する時間、パルスを発生する回路とを備え、該回路により発生するパルスの時間、前記スイッチにより前記ヒータへの通電を行うよう制御することを特徴とするヘッド基板を備える。 Another aspect of the present invention is a head substrate that drives a plurality of heaters by energy generated according to a constant current driving method, and controls the supply of energy to each of the plurality of heaters. a switch, by applying a current that increases at a constant rate to the heater and the resistance value time is equal resistance, the time that is inversely proportional to the resistance value of the heater, and a circuitry for generating a pulse by the circuit time of the generated pulses, comprising a head substrate and controlling to perform the energization to by Ri the heater to the switch.
さらに他の発明によれば、上記構成のヘッド基板を用いた記録ヘッドを備える。 According to still another invention, a recording head using the head substrate having the above-described configuration is provided.
またさらに他の発明によれば、上記インクジェット記録ヘッドとその記録ヘッドに供給するためのインクを保持したインクタンクを一体的に備えたヘッドカートリッジを備える。 According to still another aspect of the invention, a head cartridge is provided that integrally includes the ink jet recording head and an ink tank that holds ink to be supplied to the recording head.
またさらに他の発明によれば、上記構成のインクジェット記録ヘッド又はヘッドカートリッジを用いてインクを記録媒体に吐出して記録を行う記録装置を備える。 According to still another aspect of the invention, there is provided a recording apparatus that performs recording by ejecting ink onto a recording medium using the ink jet recording head or the head cartridge having the above configuration.
従って本発明によれば、ヒータの抵抗値にバラツキをもつ記録ヘッドでも、ヒータ毎に投入エネルギーを適正にすることができる。これにより、ヒータの抵抗値のバラツキによらず、例えば、インク吐出量を安定にすることで、記録を安定にし、高画質な記録が可能となる。 Therefore, according to the present invention, it is possible to make the input energy appropriate for each heater even in a recording head having variations in the resistance value of the heater. As a result, regardless of variations in the resistance value of the heater, for example, by stabilizing the ink discharge amount, recording can be stabilized and high-quality recording can be performed.
また、ヒータへの過剰なエネルギー投入を抑制することができ、ヒータの耐久性を向上させることができる。 Moreover, excessive energy input to the heater can be suppressed, and the durability of the heater can be improved.
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、有意無意を問わない。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 limited to the case of forming significant information such as characters and graphics, but may be significant. It also represents the case where an image, a pattern, a pattern, etc. are widely formed on a recording medium, or the medium is processed, regardless of whether it is manifested so that humans can perceive it visually. .
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ある。従って、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。 Further, “ink” (sometimes referred to as “liquid”) should be interpreted widely as in the definition of “recording (printing)”. Therefore, by being applied on the recording medium, it is used for formation of images, patterns, patterns, etc., processing of the recording medium, or ink processing (for example, solidification or insolubilization of the colorant in the ink applied to the recording medium). It shall represent a liquid that can be made.
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。 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.
以下に用いる記録ヘッド用基板(ヘッド基板)とは、シリコン半導体のみで構成され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構成を指し示すものである。 The printhead substrate (head substrate) used below does not indicate a simple substrate composed only of a silicon semiconductor, but indicates a configuration provided with elements, wirings, and the like.
さらに、基板上とは、単にヘッド基板の上を指し示すだけでなく、ヘッド基板の表面、表面近傍の素子基板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表面上に別体として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ヘッド基板上に一体的に形成、製造することを示すものである。 Furthermore, “on the substrate” not only indicates the head substrate, but also indicates the surface of the head substrate and the inside of the element substrate near the surface. In addition, the term “built-in” in the present invention is not a word indicating that each individual element is simply arranged separately on the surface of the base body, but each element is formed on the head substrate by a semiconductor circuit manufacturing process or the like. It shows that it is integrally formed and manufactured on top.
また、本発明における「定電流」および「定電流源」とは、同時駆動される記録素子数の変動などによらず記録素子に与えられる所定の一定電流およびこの電流を記録素子に与える電流源のことを意味するものである。そして、一定とすべき電流値自体は、所定の電流値に変更設定される場合をも含んだ意味である。 The “constant current” and “constant current source” in the present invention are a predetermined constant current applied to the recording element regardless of fluctuations in the number of simultaneously driven recording elements, and a current source that supplies this current to the recording element. It means that. The current value itself to be constant includes the case where the current value is changed to a predetermined current value.
<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例であるインクジェット記録装置の概観図である。図1において、リードスクリュー5004は、キャリッジモータ5013の正逆回転に連動して駆動力伝達ギア5009〜5011を介して回転する。キャリッジHCは、リードスクリュー5004の螺旋溝5005に対して係合するピン(不図示)を有し、リードスクリュー5004の回転に伴って、ガイドレール5003に支持されて矢印a,b方向に往復移動される。このキャリッジHCには、インクジェットカートリッジIJCが搭載されている。インクジェットカートリッジIJCは、インクジェット記録ヘッドIJH(以下、記録ヘッドという)及び記録用のインクを貯蔵するインクタンクITを具備する。
<Description of Inkjet Recording Apparatus (FIG. 1)>
FIG. 1 is a schematic view of an ink jet recording apparatus which is a typical embodiment of the present invention. In FIG. 1, the
インクジェットカートリッジIJCは記録ヘッドIJHとインクタンクITとを一体化した構成(これをヘッドカートリッジという)となっている。 The inkjet cartridge IJC has a configuration in which the recording head IJH and the ink tank IT are integrated (this is referred to as a head cartridge).
5002は紙押え板であり、キャリッジの移動方向に亙って紙をプラテン5000に対して押圧する。プラテン5000は不図示の搬送モータにより回転し、記録紙Pを搬送する。5016は記録ヘッドの前面をキャップするキャップ部材5022を支持する部材である。また、5015はこのキャップ内を吸引する吸引手段で、キャップ内開口5023を介して記録ヘッドの吸引回復を行う。5017はクリーニングブレードで、5019はこのブレードを前後方向に移動可能にする部材であり、本体支持板5018にこれらが支持されている。
図2はインクジェットカートリッジIJCの詳細な構成を示す外観斜視図である。 FIG. 2 is an external perspective view showing a detailed configuration of the ink jet cartridge IJC.
図2に示されているように、インクジェットカートリッジIJCはブラックインクを吐出するカートリッジIJCKとシアン(C)、マゼンタ(M)、イエロ(Y)の3色のカラーインクを吐出するカートリッジIJCCから構成されている。これら2つのカートリッジは互いに対して分離可能であり、夫々独立にキャリッジHCと脱着可能である。 As shown in FIG. 2, the ink jet cartridge IJC is composed of a cartridge IJCK that discharges black ink and a cartridge IJCC that discharges three color inks of cyan (C), magenta (M), and yellow (Y). ing. These two cartridges can be separated from each other and can be detached from the carriage HC independently.
カートリッジIJCKはブラックインクを貯留するインクタンクITKとブラックインクを吐出して記録する記録ヘッドIJHKとから成り立っているが、これらは一体型の構成となっている。同様に、カートリッジIJCCはシアン(C)、マゼンタ(M)、イエロ(Y)の3色のカラーインクを貯留するインクタンクITCとこれらカラーインクを吐出して記録する記録ヘッドIJHCとから成り立っているが、これらは一体型の構成となっている。なお、この実施例ではインクタンク内にインクが充填されているカートリッジとなっている。 The cartridge IJCK includes an ink tank ITK that stores black ink and a recording head IJHK that discharges and records black ink. These cartridges have an integrated configuration. Similarly, the cartridge IJCC includes an ink tank ITC that stores three color inks of cyan (C), magenta (M), and yellow (Y), and a recording head IJHC that discharges and records these color inks. However, these are integrated. In this embodiment, the ink tank is filled with ink.
また、カートリッジIJCKやIJCCは一体型のみならず、インクタンクと記録ヘッドとが分離する構成のものを用いることもできる。 In addition, the cartridges IJCK and IJCC can be used not only as an integral type, but also as a configuration in which the ink tank and the recording head are separated.
記録ヘッドIJHは記録ヘッドIJHKと記録ヘッドIJHCとをまとめて言及すると用いる。 The recording head IJH is used when the recording head IJHK and the recording head IJHC are collectively referred to.
さらに、図2から明らかなように、ブラックインクを吐出するノズル列、シアンインクを吐出するノズル列、マゼンタインクを吐出するノズル列、イエロインクを吐出するノズル列はキャリッジ移動方向に並んで配置される。また、ノズルの配列方向はキャリッジ移動方向とは交差する方向となっている。 Further, as apparent from FIG. 2, the nozzle row for ejecting black ink, the nozzle row for ejecting cyan ink, the nozzle row for ejecting magenta ink, and the nozzle row for ejecting yellow ink are arranged side by side in the carriage movement direction. The The nozzle arrangement direction intersects the carriage movement direction.
次に、上述した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。 Next, a control configuration for executing the recording control of the recording apparatus described above will be described.
図3は記録装置の制御回路の構成を示すブロック図である。 FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the control circuit of the recording apparatus.
図3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。1703は各種データ(上記記録信号や記録ヘッドに供給される記録データ等)を保存しておくDRAMである。1704は記録ヘッドIJHに対する記録データの供給制御を行うゲートアレイ(G.A.)であり、インタフェース1700、MPU1701、RAM1703間のデータ転送制御も行う。
In FIG. 3, 1700 is an interface for inputting a recording signal, 1701 is an MPU, and 1702 is a ROM for storing a control program executed by the
さらに、1709は記録紙Pを搬送するための搬送モータ(図1では不図示)1706は搬送モータ1709を駆動するためのモータドライバ、1707はキャリッジモータ1710を駆動するためのモータドライバである。1705は記録ヘッドIJHを駆動するためのヘッドドライバである。このヘッドドライバは記録ヘッドIJHのヒータに与える定電流値を所定値に可変設定するための制御信号としての論理信号や基準電流を発生する電圧電流変換回路などに設けられるスイッチを制御する制御信号をも出力する。なお、記録ヘッド内部でこのスイッチを制御する信号を生成する場合には、記録装置本体から信号を送信する必要はない。
Further,
上記制御構成の動作を説明すると、インタフェース1700に記録信号が入るとゲートアレイ1704とMPU1701との間で記録信号がプリント用の記録データに変換される。そして、モータドライバ1706、1707が駆動されると共に、キャリッジHCに送られた記録データに従って記録ヘッドIJHが駆動され、記録紙P上への画像記録が行われる。
The operation of the control configuration will be described. When a recording signal enters the
なお、この実施例では、図2に示すような構成の記録ヘッドを用い、キャリッジ各走査において、記録ヘッドIJHKによる記録と記録ヘッドIJHCによる記録とが重ならないように制御する。カラー記録の場合、各走査毎に記録ヘッドIJHKと記録ヘッドIJHCとを交互に駆動する。例えば、キャリッジが往復走査する場合に、往路走査において記録ヘッドIJHKを駆動し、復路走査において記録ヘッドIJHCを駆動するように制御する。記録ヘッドの駆動制御はこのような制御のみならず、記録動作は往路走査のみで行い記録紙Pの搬送を行わずに2回の往路走査で記録ヘッドIJHKと記録ヘッドIJHCを夫々駆動するなどの他の制御を行っても良い。 In this embodiment, the recording head configured as shown in FIG. 2 is used, and control is performed so that the recording by the recording head IJHK and the recording by the recording head IJHC do not overlap in each scanning of the carriage. In the case of color recording, the recording head IJHK and the recording head IJHC are driven alternately for each scan. For example, when the carriage performs reciprocal scanning, control is performed so that the recording head IJHK is driven in the forward scanning and the recording head IJHC is driven in the backward scanning. The drive control of the print head is not limited to such control, and the print operation is performed only by the forward scan, and the print head IJHK and the print head IJHC are driven by the two forward scans without carrying the recording paper P. Other controls may be performed.
次に、記録ヘッドIJHに実装されるヘッド基板の構成とその動作について2つの実施例を説明する。 Next, two examples of the configuration and operation of the head substrate mounted on the recording head IJH will be described.
図4は記録ヘッドIJHのヘッド基板上に複数個、備えられたヒータ駆動回路の1つ分の等価回路を示す図である。この回路はヒータに一定電圧を印加することでヒータにエネルギーを投入する定電圧駆動方式による回路である。 FIG. 4 is a diagram showing an equivalent circuit for one heater drive circuit provided on the head substrate of the recording head IJH. This circuit is a circuit using a constant voltage driving method in which energy is supplied to the heater by applying a constant voltage to the heater.
図4に示されるように、インクを加熱し発泡させノズルよりインクを吐出させるためのヒータ101に電圧を印加する電源102がヒータ101の一端に接続される。ヒータ101のもう一方の端には電力供給を制御するためのスイッチ(第1のスイッチ)103が直列に接続される。また、ヒータ101に流れる電流の一部を分岐して、取り出すスイッチ(第2のスイッチ)104もヒータ101のもう一方の端に直列に接続される。
As shown in FIG. 4, a
スイッチ104の一端にコンデンサ106が接続されヒータ電流の一部が蓄積され、コンデンサ106に蓄積された電荷を放電するためにスイッチ(第3のスイッチ)108が接続される。コンパレータ105には、コンデンサ106に蓄積された電圧と基準電圧Vrefとが各入力端子に接続される。コンパレータ105はこれら2つの入力された電圧を比較する。その比較の結果得られるコンパレータ105の出力はインバータ109を介してスイッチ103、104に出力され、これらのスイッチの開閉を制御する。
A
次に、ヒータ駆動の動作について説明する。 Next, the heater driving operation will be described.
図5は、図4に示したヒータ駆動回路におけるヒータ駆動に関するタイムチャートである。 FIG. 5 is a time chart regarding heater driving in the heater driving circuit shown in FIG.
図5において、実線および点線の波形は夫々、ヒータの抵抗値が大きい場合と小さい場合を示すものである。ここでは、t=T1で示す時刻からヒータ駆動が開始するものとして説明する。 In FIG. 5, the solid line and dotted line waveforms respectively indicate the case where the resistance value of the heater is large and the case where it is small. Here, description will be made assuming that the heater driving starts from the time indicated by t = T1.
スイッチ103、104が閉じることでヒータ101には一定電圧が印加される。
A constant voltage is applied to the
図5(a)はヒータに流れる電流Ihを示す。ヒータに流れる電流Ihは、式(1)のようになる。 FIG. 5A shows the current Ih flowing through the heater. The current Ih flowing through the heater is as shown in Equation (1).
Ih=Vh/Rh ……(1)
ここで、Vhはヒータに印加する一定電圧、Rhはヒータの抵抗値である。
Ih = Vh / Rh (1)
Here, Vh is a constant voltage applied to the heater, and Rh is a resistance value of the heater.
図4に示した回路構成によれば、ヒータ電流の一部Ih’がスイッチ104を介して流れる。電流Ih’の電荷はコンデンサ106に蓄積されるため、図4におけるA点の電圧は図5(b)が示すように変化する。電流Ih’をIh’=a×Ih(a:定数)とすると、A点の電圧VAは、式(2)のようになる。
According to the circuit configuration shown in FIG. 4, a part of the heater current Ih ′ flows through the
VA(t)=a×Ih×t/C=a×Vh×t/(Rh×C)……(2)
ここで、tはヒータ101に電流が流れ始めてからの時間、Cはコンデンサ106の容量値である。
VA (t) = a × Ih × t / C = a × Vh × t / (Rh × C) (2)
Here, t is the time after the current starts to flow through the
コンパレータ105の(−)端子に接続される基準電圧の値をVrefとすると、A点の電圧がVref以上の電圧となると、コンパレータ105の出力が反転する。図5(b)における水平方向の破線が基準電圧Vrefを示すもので、A点の電圧波形がそれぞれVrefと交差するt=T2及びt=T3の時刻でコンパレータ105の出力が反転する。
Assuming that the value of the reference voltage connected to the (−) terminal of the
A点の電圧がVrefと等しくなるときの時間tは式(3)のように求められる。 The time t when the voltage at the point A becomes equal to Vref is obtained as shown in Equation (3).
Vref=VA(t)=a×Vh×t/(Rh×C)なので、
t=Vref×Rh×C/(a×Vh) ……(3)
となる。
Since Vref = VA (t) = a × Vh × t / (Rh × C),
t = Vref × Rh × C / (a × Vh) (3)
It becomes.
このときのコンパレータ105の出力波形は図5(c)に示されている。
The output waveform of the
式(3)の右辺の各項はヒータの抵抗値Rh以外は定数であることから、ヒータの通電時間tはヒータの抵抗値Rhに比例する。 Since each term on the right side of Equation (3) is a constant other than the resistance value Rh of the heater, the energization time t of the heater is proportional to the resistance value Rh of the heater.
図5(c)に示すように、ヒータ101の抵抗値が大きい場合、パルス幅がt1、小さい場合、パルス幅がt2のパルス信号がコンパレータ105の出力により生成される。コンパレータ105の出力で生成されたパルス信号に基づきスイッチ103が制御され、図5(d)に示すように、ヒータ101の抵抗値に応じた時間でヒータ101に電流が流れる。
As shown in FIG. 5C, when the resistance value of the
まとめると、この実施例では、以上説明した回路により、ヒータ101に流れる電流、或いは、ヒータ101と相対的に等しい抵抗に流れる電流を用いた時定数回路を構成する。そして、この回路から発生するパルスによりスイッチ103によるヒータ101への通電が制御される。なお、スイッチ103は通常、MOSトランジスタによって構成され、MOSトランジスタがスイッチング素子として動作する。
In summary, in this embodiment, the circuit described above constitutes a time constant circuit using a current flowing through the
図5(e)に示す波形は、コンデンサ106に蓄積された電荷を放電するスイッチ108を制御するタイミングを示している。
The waveform shown in FIG. 5E shows the timing for controlling the
コンデンサ106に蓄積された電荷はt=T1のタイミングで短いパルスにより放電され、その後スイッチ108が開放され充電が始まる。コンパレータ105の出力が反転後にスイッチ108の制御パルスによりコンデンサ106が放電されコンパレータ105がリセットされ、コンデンサ106に充電が始まる。ヒータ101の通電周期はスイッチ108への制御信号パルスの周期によって決定される。
The electric charge accumulated in the
ヒータへの投入エネルギーPは、P=Vh×Vh×t/Rhであるから、上式のtに式(3)を代入すると、
P=Vh×Vh×{Vref×Rh×C/(a×Vh)}/Rh
=Vh×Vh×Vref×C/(a×Vh)
=Vh×Vref×C/a
となり、右辺にRhを含まない。これは、ヒータへの投入エネルギーが一定となることを意味する。
Since the input energy P to the heater is P = Vh × Vh × t / Rh, substituting Equation (3) into t in the above equation,
P = Vh * Vh * {Vref * Rh * C / (a * Vh)} / Rh
= Vh x Vh x Vref x C / (a x Vh)
= Vh x Vref x C / a
And Rh is not included on the right side. This means that the energy input to the heater is constant.
上述のように、一定電圧Vhをヒータ101に印加してヒータを駆動する図4に示すような回路において、ヒータ101への通電時間tがヒータの抵抗値Rhに比例するので、投入エネルギーPに含まれるヒータの抵抗値Rhの項を打ち消すことになる。従って、投入エネルギーPが一定値となる。
As described above, in the circuit shown in FIG. 4 in which the
従って、以上説明した実施例に従えば、定電圧駆動方式の記録ヘッドに上記の回路を記ヘッド基板上の各ヒータに対して適用することで、たとえヒータの抵抗値にばらつきがあってもヒータへの投入エネルギを一定にすることができる。 Therefore, according to the embodiment described above, by applying the above circuit to each heater on the recording head substrate in a constant voltage drive type recording head, even if the heater resistance value varies, the heater The energy input to can be made constant.
図6は記録ヘッドIJHのヘッド基板上に複数あるヒータ駆動回路の1つ分の等価回路を示す図である。この回路はヒータに一定電流を供給することでヒータにエネルギーを投入する定電流駆動方式による回路である。なお、図6において、図4に示したのと同じ構成要素には同じ参照番号を示し、その説明は省略する。 FIG. 6 is a diagram showing an equivalent circuit for one heater driving circuit on the head substrate of the recording head IJH. This circuit is a circuit using a constant current driving method in which energy is supplied to the heater by supplying a constant current to the heater. In FIG. 6, the same components as those shown in FIG. 4 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
図6に示されるように、スイッチ103のもう一方の端にはヒータ101に一定電流を供給する定電流源201が直列に接続される。また、抵抗203がインク吐出用のヒータ101とは別に設けられ、ヘッド基板上において、ヒータ101の近傍に配置される。このような配置により、複数のヒータが配置されるヘッド基板上において、エネルギー制御を行うヒータ101と抵抗203との相対的な抵抗値を等しくするものである。抵抗203の一端は電流源202とコンパレータ105の(+)入力端子に接続される。電流源202は、一定周期で電流が単調増加するのこぎり波形の電流を生成する。コンパレータ105の(−)入力端子には電圧値をVrefとする基準電圧源107が接続される。コンパレータ105はこれら2つの入力端子に入力された電圧を比較する。
As shown in FIG. 6, the other end of the
また、コンパレータ105の出力はインバータ109を介してスイッチ103の開閉を制御する。
The output of the
次に、ヒータ駆動の動作について説明する。 Next, the heater driving operation will be described.
図7は、図6に示したヒータ駆動回路におけるヒータ駆動に関するタイムチャートである。 FIG. 7 is a time chart relating to heater driving in the heater driving circuit shown in FIG.
図7においても、図5と同様に、実線および点線の波形は夫々、ヒータの抵抗値が大きい場合と小さい場合を示すものである。ここでは、t=T1で示す時刻からヒータ駆動が開始するものとして説明する。 Also in FIG. 7, as in FIG. 5, the solid line and dotted line waveforms indicate the cases where the resistance value of the heater is large and small, respectively. Here, description will be made assuming that the heater driving starts from the time indicated by t = T1.
電流源202は、一定周期で電流が単調増加する電流を生成し、図7(a)に示すように、のこぎり状の電流を出力する。のこぎり状の電流波形Iref(t)において、t=T1をt=0(原点)とすると、Iref(t)=a×t(a:定数)で表現できる。
この電流が抵抗203に流れるため、その抵抗値をRrefとすると、図6のA点における電圧VAは、
VA(t)=Iref(t)×Rref=a×t×Rref
となる。また、抵抗203の値Rrefがインク吐出用のヒータ101の抵抗値Rhと相対的な抵抗値が等しく、Rref=b×Rhであるならば、式(4)のようになる。
Since this current flows through the
VA (t) = Iref (t) × Rref = a × t × Rref
It becomes. Further, if the value Rref of the
VA(t)=a×b×Rh×t ……(4)
さて、コンパレータ105の(−)入力端子に接続される基準電圧の値をVrefとすると、A点の電圧がVref以上の電圧となるとコンパレータ105の出力が反転する。図7(b)における水平方向の破線が基準電圧Vrefを示すもので、A点の電圧波形が夫々、Vrefと交差するt=T2及びt=T3の時刻でコンパレータ105の出力が反転する。
VA (t) = a × b × Rh × t (4)
Assuming that the value of the reference voltage connected to the (−) input terminal of the
ここで、A点の電圧がVrefと等しくなるときの時間tを求める。 Here, the time t when the voltage at the point A becomes equal to Vref is obtained.
Vref=VA(t)=a×b×Rh×tなので、式(5)が得られる。 Since Vref = VA (t) = a * b * Rh * t, Expression (5) is obtained.
t=Vref/(a×b×Rh) ……(5)
このときのコンパレータ105の出力波形が図7(c)に示されている。
t = Vref / (a × b × Rh) (5)
The output waveform of the
式(5)の右辺の各項はヒータの抵抗値Rh以外は定数であることから、ヒータ101の通電時間tはヒータ101の抵抗値Rhに反比例する。
Since each term on the right side of Equation (5) is a constant other than the resistance value Rh of the heater, the energization time t of the
図7(c)に示すように、ヒータ101の抵抗値が大きい場合には幅がt2、小さい場合には幅がt1のパルス信号がコンパレータ105の出力により生成される。コンパレータ105の出力から生成されたパルス信号に基づきスイッチ103が制御され、図7(d)に示すようにヒータ101の抵抗値に応じた時間、ヒータ101に電流が流れる。
As shown in FIG. 7C, a pulse signal having a width t2 when the resistance value of the
まとめると、以上説明した回路により、ヒータ101と相対的に等しい抵抗203に時間に対して一定の割合で増加する電流を印加する時定数回路を構成し、その回路により発生するパルスによりスイッチ103によるヒータ101への通電が制御される。なお、スイッチ103は通常、MOSトランジスタによって構成され、MOSトランジスタがスイッチング素子として動作する。
In summary, the circuit described above constitutes a time constant circuit that applies a current that increases at a constant rate with respect to time to the
ヒータ101には一定電流が流れるため、ヒータ101への投入エネルギーPは、
P=Ih×Ih×Rh×t
となる。上式に式(5)の右辺を代入すると、
P=Ih×Ih×Rh×Vref/(a×b×Rh)
=Ih×Ih×Vref/(a×b)
となり、右辺にヒータ101の抵抗値Rhを含まない。これは、ヒータへの投入エネルギーが一定となることを意味する。
Since a constant current flows through the
P = Ih × Ih × Rh × t
It becomes. Substituting the right side of equation (5) into the above equation,
P = Ih × Ih × Rh × Vref / (a × b × Rh)
= Ih × Ih × Vref / (a × b)
Thus, the resistance value Rh of the
上述のように、一定電流Ihをヒータ101に通電してヒータを駆動する図6に示すような回路において、ヒータ101への通電時間tがヒータの抵抗値Rhに反比例するので、投入エネルギーPに含まれるヒータの抵抗値Rhの項を打ち消すことになる。従って、投入エネルギーPが一定値となる。
As described above, in the circuit shown in FIG. 6 in which the
従って、以上説明した実施例に従えば、定電流駆動方式の記録ヘッドに上記の回路を記ヘッド基板上の各ヒータに対して適用することで、たとえヒータの抵抗値にばらつきがあってもヒータへの投入エネルギを一定にすることができる。 Therefore, according to the embodiment described above, by applying the above circuit to each heater on the recording head substrate in a constant current drive type recording head, even if the heater resistance value varies, the heater The energy input to can be made constant.
以上説明したように、これら2つの実施例によればヒータ抵抗値にバラツキをもつ記録ヘッドにおいて、その駆動方式が定電圧駆動方式であっても定電流駆動方式であっても、ヒータ毎に投入エネルギーが適正にすることができる。これにより、ヒータ抵抗のバラツキによらずインクを安定的に吐出し、高品位な記録を行なうことが可能となる。 As described above, according to these two embodiments, in the recording head having a variation in the heater resistance value, whether the driving method is a constant voltage driving method or a constant current driving method, it is turned on for each heater. Energy can be made appropriate. As a result, ink can be stably ejected regardless of variations in heater resistance, and high-quality recording can be performed.
また、ヒータへの過剰なエネルギー投入を抑制することができるので、ヒータの耐久性を向上させることができるという利点もある。 Further, since excessive energy input to the heater can be suppressed, there is an advantage that the durability of the heater can be improved.
101 ヒータ
103 スイッチ
105 コンパレータ
106 コンデンサ
107 基準電圧源
109 インバータ
201 定電流源
IJH 記録ヘッド
101
Claims (8)
前記複数のヒータそれぞれには、
該ヒータへのエネルギーの供給を制御する第1のスイッチと、
前記ヒータに流れる電流、或いは、前記ヒータに流れる電流の一部を用い、前記ヒータの抵抗値に比例する時間、パルスを発生する回路を備え、
該回路により発生するパルスの時間、前記第1のスイッチにより前記ヒータへの通電を行うよう制御することを特徴とするヘッド基板。 A head substrate that drives a plurality of heaters by energy generated according to a constant voltage driving method,
Each of the plurality of heaters includes
A first switch for controlling the supply of energy to the heater;
A circuit that generates a pulse for a time proportional to the resistance value of the heater, using a current flowing through the heater, or a part of the current flowing through the heater,
A head substrate characterized in that the heater is controlled to be energized by the first switch for the duration of a pulse generated by the circuit.
コンデンサと、
前記ヒータに流れる電流の一部を分岐し、前記コンデンサを充電するよう制御する第2のスイッチと、
前記コンデンサに充電された電荷を放電するよう制御する第3のスイッチと、
基準電圧源と、
前記基準電圧源からの基準電圧と、前記コンデンサの電圧とを入力して、比較するコンパレータとを有し、
前記コンパレータは、前記パルスを出力し、前記パルスにより前記第1のスイッチと前記第2のスイッチの開閉を制御することを特徴とする請求項1に記載のヘッド基板。 The circuit is
A capacitor,
A second switch for branching a part of the current flowing through the heater and controlling the capacitor to be charged;
A third switch for controlling to discharge the electric charge charged in the capacitor;
A reference voltage source;
A comparator for inputting and comparing a reference voltage from the reference voltage source and a voltage of the capacitor;
2. The head substrate according to claim 1, wherein the comparator outputs the pulse and controls opening and closing of the first switch and the second switch based on the pulse.
前記複数のヒータそれぞれには、
該ヒータへのエネルギーの供給を制御するスイッチと、
前記ヒータと抵抗値が等しい抵抗に時間に対して一定の割合で増加する電流を印加し、前記ヒータの抵抗値に反比例する時間、パルスを発生する回路とを備え、
該回路により発生するパルスの時間、前記スイッチにより前記ヒータへの通電を行うよう制御することを特徴とするヘッド基板。 A head substrate that drives a plurality of heaters by energy generated according to a constant current driving method,
Each of the plurality of heaters includes
A switch for controlling the supply of energy to the heater;
A circuit that generates a pulse for a time that is inversely proportional to the resistance value of the heater;
A head substrate characterized in that the heater is controlled to be energized by the switch for the duration of a pulse generated by the circuit.
前記スイッチに直列に接続された定電流源と、
前記抵抗を直列に接続し、一定周期で電流が単調増加するのこぎり波形の電流を生成する電流源と、
基準電圧源と、
前記基準電圧源からの基準電圧と、前記電流源からの供給される電流により前記抵抗で発生する電圧とを入力して、比較するコンパレータとを有し、
前記コンパレータは、前記パルスを出力し、前記パルスにより前記スイッチの開閉を制御することを特徴とする請求項3に記載のヘッド基板。 The circuit includes the resistor provided in the vicinity of the heater, and
A constant current source connected in series to the switch;
A current source that connects the resistors in series and generates a current having a sawtooth waveform in which the current monotonously increases at a constant period;
A reference voltage source;
A comparator for inputting and comparing a reference voltage from the reference voltage source and a voltage generated in the resistor by a current supplied from the current source;
The head substrate according to claim 3 , wherein the comparator outputs the pulse and controls opening and closing of the switch by the pulse.
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