JP6027918B2 - 記録ヘッド用の基板、記録ヘッド及び記録装置 - Google Patents

Description

本発明は、記録ヘッド用の基板、記録ヘッド及び記録装置に関する。

インクジェットプリンタのような記録装置には、インクの吐出を行う記録ヘッドが記録装置から着脱可能なものがある。記録装置及び記録ヘッドはそれぞれ接続端子を有しており、記録装置と記録ヘッドとは接続端子を介して接続される。特許文献１は、記録装置と記録ヘッドとが接続されているかを記録装置が判定するために、記録装置が記録ヘッドに供給する信号に応じて、記録ヘッドが記録装置へ信号を出力する技術を提案する。記録ヘッドは記録装置に接続されていることを示す信号を出力するための専用の接続端子を有する。

また、特許文献２は、インクを吐出させる発熱抵抗素子と同じ構成を有する抵抗素子（ランクヒータ）を記録ヘッド用基板に形成し、記録装置がこの抵抗素子の抵抗値を測定することによって発熱抵抗素子の最適な駆動条件を設定する技術を提案する。記録ヘッド内の抵抗素子の両端はそれぞれ、専用の接続端子に接続されており、記録装置はこの２つの接続端子間の抵抗値を測定する。

特開２００７−００８０６４号公報 特開２００４−０９０２４６号公報

特許文献１に記載された接続状態を示す信号を出力するための接続端子と、特許文献２に記載された抵抗素子の両端に接続された接続端子を１つの記録ヘッドに実装すると、その分だけ接続端子数が増える。接続端子数の増加は記録ヘッドの大きさの増加につながるので好ましくない。そこで、本発明の１つの側面は、記録装置と記録ヘッドとを接続するための接続端子数を低減するための技術を提供することを目的とする。

上記課題に鑑みて、本発明の第１側面では、記録装置に装着可能な記録ヘッドのための基板であって、前記記録装置との接続に用いられる第１端子、第２端子及び第３端子と、液体を吐出させるための吐出素子と、前記第１端子に接続された駆動回路と、前記第１端子に接続された入力ノードと、前記第２端子に接続された出力ノードとを有する検査回路と、前記第３端子に接続された第１ノードと、前記検査回路の前記出力ノードと前記第２端子との間の電気経路に接続された第２ノードとを有する抵抗素子とを備え、前記記録装置と前記記録ヘッドとの接続状態を検査するための検査信号が前記記録装置から前記第１端子に供給される場合に、前記検査回路は前記検査信号に応じた出力信号を前記第２端子から出力し、記録を行うための制御信号が前記記録装置から前記第１端子に供給される場合に、前記駆動回路は前記制御信号に応じて前記吐出素子を駆動し、前記検査回路は前記検査回路と前記第２端子との間を開放状態にすることを特徴とする基板が提供される。

上記手段により、記録装置と記録ヘッドとを接続するための接続端子数を低減するための技術が提供される。

本発明の実施形態の記録装置及び記録ヘッドの構成例を説明する図。 本発明の実施形態の駆動回路の構成例を説明する図。 本発明の実施形態の検査回路の構成例を説明する図。 本発明の実施形態の記録装置及び記録ヘッドの動作例を説明する図 本発明の実施形態の記録ヘッドの発熱体の構造例を説明する図。 本発明の実施形態の記録ヘッドの抵抗素子の構造例を説明する図。

添付の図面を参照しつつ本発明の実施形態について以下に説明する。様々な実施形態を通じて同様の要素には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する。また、各実施形態は適宜変更、組み合わせが可能である。本発明の一部の実施形態は、紙等の記録媒体に向けて、インク等の液体を記録ヘッドから吐出することで記録を行うインクジェットプリンタ等の記録装置に関する。記録ヘッドは、ノズル内のインクにエネルギーを与えて吐出させる記録素子が形成された基板を有する。この記録素子は、電流が与えられると変形してインクを押し出す圧電素子であってもよいし、電流が与えられると発熱し、その熱で発生した気泡によりインクを押し出す発熱体（ヒータ）であってもよい。また、記録ヘッドは、インクを収容するためのタンクが一体化したカートリッジタイプであってもよいし、タンクを着脱可能に保持する保持構造を有するタイプであってもよい。以下の実施形態では、記録ヘッドがカートリッジタイプであり、記録素子として発熱体を用いる場合を説明する。記録ヘッドは交換可能な部品として製造され、記録装置に装着可能である。

図１を参照して、本発明の一部の実施形態に係る記録ヘッド１００及び記録装置１５０の構成例を説明する。記録装置１５０は、端子１５１〜１５７、記録制御部１６１、接続判定部１６２及び測定部１６３を有しうる。記録ヘッド１００は、基板１１０及びタンク１３０を有しうる。基板１１０には、端子１１１〜１１７、駆動回路１２０、検査回路１２１、複数の発熱体１２２及び抵抗素子１２３が形成されうる。発熱体１２２は例えば発熱抵抗素子でありうる。

記録ヘッド１００と記録装置１５０とは、端子１１１〜１１７及び端子１５１〜１５７を介して互いに電気的に接続される。具体的には、端子１１１〜１１７と端子１５１〜１５７とが図１に示すように１対１に接続される。これらの端子は導電パッドや金属ピンで形成されてもよく、端子同士が直接に接触することによって記録ヘッド１００と記録装置１５０とが電気的に接続されてもよいし、ケーブルを介して電気的に接続されてもよい。

記録装置１５０の記録制御部１６１は、駆動回路１２０の動作を制御するための制御信号を端子１５１〜１５４から出力するとともに、端子１５７に電圧を印加することによって、記録ヘッド１００を制御して記録を行う。記録ヘッド１００の駆動回路１２０は、端子１１１〜１１４（第１端子）に供給された記録装置１５０からの制御信号に応じて発熱体１２２を駆動する。具体的に、駆動回路１２０は、複数の発熱体１２２のうち、インクを吐出すべきノズルに対応する発熱体に、端子１１７の電圧に応じた電流を流して加熱する。ノズルにはタンク１３０からインクが供給されており、発熱体１２２の加熱によってノズル内のインクが記録媒体に向けて吐出される。

記録装置１５０の接続判定部１６２は、記録ヘッド１００と記録装置１５０との接続状態を判定するための検査信号を端子１５１〜１５４から出力する。記録ヘッド１００の検査回路１２１は、端子１１１〜１１４に供給された記録装置１５０からの検査信号に応じた出力信号を端子１１５（第２端子）から出力する。接続判定部１６２は端子１５５に供給されたこの出力信号に基づいて、記録ヘッド１００と記録装置１５０との接続状態を判定する。

記録装置１５０の測定部１６３は端子１５５と端子１５６との間の抵抗値を測定し、測定した値を記録制御部１６１に供給する。記録制御部１６１はこの抵抗値に基づいて、記録ヘッド１００に供給する制御信号と端子１５７に印加する電圧とのうちの少なくとも一方を調整する。

続いて、図２を参照して、駆動回路１２０の構成例を説明する。駆動回路１２０は、記録装置１５０からの制御信号に応じて発熱体１２２を駆動できればどのような構成であってもよく、既存の構成を用いてもよい。図２に示す駆動回路１２０は、シフトレジスタ２０１及びラッチ回路２０２を有し、複数の発熱体１２２のそれぞれに対してＡＮＤ回路２０３及びトランジスタ２０４を有する。シフトレジスタ２０１はｎビットのデータを格納可能である（ｎは２以上の整数）。シフトレジスタ２０１のデータ入力端子は端子１１１に接続され、シフトレジスタ２０１のクロック入力端子は端子１１２に接続される。シフトレジスタ２０１のｎ個の出力端子はラッチ回路のｎ個の入力端子に１対１に接続される。ラッチ回路２０２はｎビットのデータを格納可能である。ラッチ回路２０２のセット端子はインバータを介して端子１１３に接続される。ラッチ回路２０２のｎ個の出力端子のそれぞれは、ＡＮＤ回路２０３の第１入力端子に接続される。ＡＮＤ回路２０３の第２入力端子はインバータを介して端子１１４に接続される。ＡＮＤ回路２０３の出力端子は、対応するトランジスタ２０４の制御端子（ゲート）に接続される。トランジスタ２０４は例えばＮＭＯＳトランジスタであり、その第１主電極（例えば、ドレイン）は端子１１７に接続され、その第２主電極（例えば、ソース）は発熱体１２２の一端に接続される。発熱体１２２の他端は端子１１６（第３端子）に接続される。

続いて、図３を参照して、検査回路１２１の構成例を説明する。図３に示す検査回路１２１は、３つのＡＮＤ回路３０１〜３０３、インバータ３０４及びトランジスタ３０５を有する。ＡＮＤ回路３０１の第１入力端子はインバータを介して端子１１１に接続され、ＡＮＤ回路３０１の第２入力端子はインバータを介して端子１１２に接続される。ＡＮＤ回路３０２の第１入力端子は端子１１３に接続され、ＡＮＤ回路３０２の第２入力端子は端子１１４に接続される。ＡＮＤ回路３０３の第１入力端子はＡＮＤ回路３０１の出力端子に接続され、ＡＮＤ回路３０３の第２入力端子はＡＮＤ回路３０２の出力端子に接続される。ＡＮＤ回路３０３の出力端子はインバータ３０４の入力端子に接続され、インバータ３０４の出力端子はトランジスタ３０５の制御端子（ゲート）に接続される。トランジスタ３０５は例えばＰＭＯＳトランジスタであり、その第１主電極（例えば、ドレイン）は端子１１５に接続され、その第２主電極（例えば、ソース）は電圧源ＶＤＤに接続される。抵抗素子１２３はその一端が端子１１５に接続され、他端が端子１１６に接続される。端子１１１〜１１４とトランジスタ３０５の間に接続されたＡＮＤ回路及びインバータによって論理回路３１０が構成される。論理回路３１０から出力される（すなわち、インバータ３０４から出力される）論理値を以下ではＣＮＯで表す。トランジスタ３０５はＮＭＯＳトランジスタであってもよく、この場合にインバータ３０４が不要となる。

続いて、図４のタイミング図を参照して、記録ヘッド１００及び記録装置１５０の動作の一例を説明する。まず、図２とあわせて図４（ａ）を参照して、記録装置１５０が記録ヘッド１００を用いて記録を行う場合の記録装置１５０及び駆動回路１２０の動作を説明する。記録を行う場合に、記録装置１５０の記録制御部１６１は、制御信号として、端子１５１から画像信号ＤＡＴＡを出力し、端子１５２からクロック信号ＣＬＫを出力し、端子１５３からラッチ信号ＬＴを出力し、端子１５４から駆動信号ＨＥを出力する。すなわち、記録制御部１６１は、これら４つの信号を制御信号として並列に記録ヘッド１００に供給する。記録ヘッド１００が記録装置１５０に接続されている場合に、端子１１１に画像信号ＤＡＴＡが入力され、端子１１２にクロック信号ＣＬＫが入力され、端子１１３にラッチ信号ＬＴが入力され、端子１１４に駆動信号ＨＥが入力される。

画像信号ＤＡＴＡは記録すべき画像データをシリアライズした信号であり、画像信号ＤＡＴＡがＨｉである場合にインクを吐出すべきであることを示し、Ｌｏである場合にインクを吐出すべきでないことを示す。画像データＤＡＴＡはシフトレジスタ２０１のデータ入力端子に入力される。クロック信号ＣＬＫはシフトレジスタ２０１が格納するデータをシフトするタイミングを示す信号であり、シフトレジスタ２０１のクロック入力端子に入力される。クロック信号ＣＬＫの立ち上がり時にシフトレジスタ２０１は格納しているデータをシフトする。図４（ａ）に示されるように、クロック信号ＣＬＫがｎ回立ち上がることによって、シフトレジスタ２０１にｎビット分の画像データが格納される。

ラッチ信号ＬＴはラッチ回路２０２を駆動するための信号であり、ラッチ回路２０２のセット端子にインバータを介して入力される。ラッチ信号ＬＴがＬｏである場合にラッチ回路２０２は入力端子に供給されている信号を自身に格納する。ラッチ信号ＬＴがＨｉである場合にラッチ回路２０２は自身に格納している信号を出力端子から出力する。図４（ａ）に示されるように、シフトレジスタ２０１がｎビット分の画像データを格納した後、ラッチ信号ＬＴがＨｉからＬｏに切り替わり、ラッチ回路２０２にｎビット分の画像データが格納される。

駆動信号ＨＥは発熱体１２２がインクを吐出するタイミングを示す信号であり、ＡＮＤ回路２０３の一方の入力端子にインバータを介して入力される。図４（ａ）に示されるように、ラッチ回路２０２がｎビット分の画像データを格納した後、駆動信号ＨＥがＨｉからＬｏに切り替わり、ＡＮＤ回路２０３の一方の入力端子に供給される信号がＨｉに切り替わる。この場合に、ラッチ回路２０２からＡＮＤ回路２０３の他方の入力端子に供給される信号がＨｉであるならば、ＡＮＤ回路２０３からの出力信号もＨｉになり、トランジスタが導通状態になり、発熱体１２２に電流が流れ、インクが吐出される。ラッチ回路２０２からＡＮＤ回路２０３の他方の入力端子に供給される信号がＬｏであるならば、ＡＮＤ回路２０３からの出力信号はＬｏのままであり、トランジスタは非導通状態を維持し、発熱体１２２に電流が流れず、インクは吐出されない。

次に、図３とあわせて図４（ｂ）を参照して、記録装置１５０が記録ヘッド１００との接続状態を検査する場合の記録装置１５０及び検査回路１２１の動作の一例を説明する。記録装置１５０の接続判定部１６２は、検査信号として、端子１５１から第１検査信号ＥＸ１を出力し、端子１５２から第２検査信号ＥＸ２を出力し、端子１５３から第３検査信号ＥＸ３を出力し、端子１５４から第４検査信号ＥＸ４を出力する。すなわち、接続判定部１６２は、これら４つの信号を検査信号として並列に記録ヘッド１００に供給する。記録ヘッド１００が記録装置１５０に接続されている場合に、端子１１１に第１検査信号ＥＸ１が入力され、端子１１２に第２検査信号ＥＸ２が入力され、端子１１３に第３検査信号ＥＸ３が入力され、端子１１４に第４検査信号ＥＸ４が入力される。その結果、ＡＮＤ回路３０１の入力端子にインバータを介して第１検査信号ＥＸ１及び第２検査信号ＥＸ２が供給され、ＡＮＤ回路３０２の入力端子に第３検査信号ＥＸ３及び第４検査信号ＥＸ４が供給される。論理回路３１０から出力される論理値ＣＮＯは、第１検査信号ＥＸ１及び第２検査信号ＥＸ２がＬｏであり、第３検査信号ＥＸ３及び第４検査信号ＥＸ４がＨｉである場合にＨｉ（真）となり、それ以外の場合にＬｏ（偽）となる。

論理値ＣＮＯがＨｉの場合に、トランジスタ３０５は導通状態となり、端子１１５の電圧は電圧源ＶＤＤの電圧に等しくなる。論理値ＣＮＯがＬｏの場合に、トランジスタ３０５は非導通状態となり、検査回路１２１と端子１１５との間は開放状態となる。ここで、開放状態とは、検査回路１２１から端子１１５へ電流が流れない状態を指す。

記録装置１５０の接続判定部１６２は、記録ヘッド１００との接続状態を判定するために、図４（ｂ）に示される波形の検査信号を端子１５１〜１５４から出力し、端子１５６に接地電圧を印加する。記録装置１５０と記録ヘッド１００とが接続されている場合に、論理値ＣＮＯがＬｏであれば、端子１５５の電圧は接地電圧に等しくなり、論理値ＣＮＯがＨｉであれば、端子１５５の電圧は電圧源ＶＤＤの電圧に等しくなる。従って、接続判定部１６２は、検査信号を出力した場合に端子１５５の電圧が切り替わったならば、記録装置１５０と記録ヘッド１００とが接続されていると判定できる。一方、記録装置１５０と記録ヘッド１００とが接続されていない場合に、接続判定部１６２が図４（ｂ）に示される波形の検査信号を出力しても、端子１５５の電圧は変化しない。従って、接続判定部１６２は、検査信号を出力した場合に端子１５５の電圧が切り替わらなければ、記録装置１５０と記録ヘッド１００とが接続されていないと判定できる。

再び図４（ａ）を参照して、記録装置１５０が記録ヘッド１００を用いて記録を行う場合の記録装置１５０及び検査回路１２１の動作を説明する。図４（ａ）に示される制御信号を記録装置１５０の記録制御部１６１が記録ヘッド１００へ供給する場合に、論理回路３１０から出力される論理値ＣＮＯは時間が経過してもＬｏのままである。このように論理回路３１０から出力される論理値ＣＮＯが一定値になるような制御信号を記録装置１５０が記録ヘッド１００に供給することによって、記録を行う際の記録ヘッド１００の動作に影響を与えるノイズが検査回路１２１において発生することを抑制できる。

また、論理値ＣＮＯがＬｏの場合に、検査回路１２１と端子１１５との間は開放状態となる。そのため、端子１１５と端子１１６との間の抵抗値は、抵抗素子１２３の抵抗値に等しくなる。そこで、記録装置１５０の測定部１６３は、端子１５６に接地電圧を印加し、端子１５５に他の値の電圧を印加した場合に端子１５５を流れる電流を測定することによって、抵抗素子１２３の抵抗値を測定できる。記録制御部１６１は抵抗素子１２３の抵抗値に基づいて、記録ヘッド１００の駆動条件を調整する。例えば、端子１５７に印加する電圧Ｖの値と、駆動信号ＨＥのパルス幅とのうちの少なくとも一方を調整することによって、発熱体１２２が発生する熱エネルギーを目的値に近づける。

記録装置１５０の記録制御部１６１が発熱体１２２を精度良く調整可能にするために、発熱体１２２と抵抗素子１２３とが同じ構造を有するように基板１１０を形成してもよい。このような形成例を図５及び図６を参照して説明する。上述の記録ヘッド用の基板１１０は、例えば半導体基板に対して大規模集積回路（ＬＳＩ）を製造するための標準的なプロセスを施すことによって形成されうる。図５（ａ）は基板１１０のうち、３つの発熱体１２２が形成された部分に着目した平面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）のＡＡ線断面図である。発熱体１２２は、基板１１０の上にニクロム等のヒータ材５０１を形成し、その上に銅等の導電パターン５０２を形成することによって形成されうる。導電パターン５０２から露出したヒータ材５０１の部分が発熱体１２２として機能する。

図６（ｂ）は基板１１０のうち、抵抗素子１２３が形成された部分に着目した平面図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）のＢＢ線断面図である。抵抗素子１２３は、基板１１０の上にニクロム等のヒータ材６０１を形成し、その上に銅等の導電パターン６０２を形成することによって形成されうる。導電パターン６０２から露出したヒータ材６０１の部分が抵抗素子１２３として機能する。ヒータ材５０１とヒータ材６０１とは同一の工程で形成されてもよく、導電パターン５０２と導電パターン６０２とも同一の工程で形成されてもよい。このように発熱体１２２と抵抗素子１２３とが同じ構造を有することで、記録装置１５０の記録制御部１６１は、抵抗素子１２３の抵抗値から発熱体１２２の抵抗値を推定できるようになる。図５及び図６の例ではヒータ材の上に導電パターンを形成したが、この逆に導電パターンの上にヒータ材を形成してもよい。

上述の実施形態では、記録ヘッド１００の端子１１５が、検査回路１２１からの信号を出力するためだけでなく、抵抗素子１２３の抵抗値を測定するためにも使用される。これにより、記録ヘッド１００における記録装置１５０との接続に用いられる端子数が低減される。特に、基板１１０の一辺に発熱体１２２が並んで配置され、この辺に直交する辺に接続用の端子１１１〜１１７が並んで配置される場合に、記録ヘッド１００のサイズは接続用の端子数に依存する。そのため、端子数を低減することによって、記録ヘッド１００のサイズも低減される。

本発明は上述の実施形態に限られない。例えば、検査回路１２１は、記録装置１５０から制御信号が供給された場合に検査回路１２１と端子１１５との間が開放状態となり、記録装置１５０から検査信号が供給された場合に端子１１５の電圧を変化させる構成であればどのような構成であってもよい。例えば、検査回路１２１は開放状態を実現するためのスイッチと、このスイッチの開閉（オン・オフ）を制御する論理回路を有してもよい。このスイッチは、第１端は端子１１５に接続され、第２端は電圧源に接続され、制御端子に論理回路の出力が供給される。スイッチは、上述のようにＭＯＳトランジスタであってもよいし、バイポーラトランジスタであってもよい。論理回路は記録装置１５０から制御信号が供給された場合に一定の論理値を出力し、検査信号が供給された場合に出力する論理値を変化させれば、どのような構成であってもよい。

Claims (11)

1. 記録装置に装着可能な記録ヘッドのための基板であって、
   前記記録装置との接続に用いられる第１端子、第２端子及び第３端子と、
   液体を吐出させるための吐出素子と、
   前記第１端子に接続された駆動回路と、
   前記第１端子に接続された入力ノードと、前記第２端子に接続された出力ノードとを有する検査回路と、
   前記第３端子に接続された第１ノードと、前記検査回路の前記出力ノードと前記第２端子との間の電気経路に接続された第２ノードとを有する抵抗素子とを備え、
   前記記録装置と前記記録ヘッドとの接続状態を検査するための検査信号が前記記録装置から前記第１端子に供給される場合に、前記検査回路は前記検査信号に応じた出力信号を前記第２端子から出力し、
   記録を行うための制御信号が前記記録装置から前記第１端子に供給される場合に、前記駆動回路は前記制御信号に応じて前記吐出素子を駆動し、前記検査回路は前記検査回路と前記第２端子との間を開放状態にすることを特徴とする基板。
2. 前記制御信号が前記記録装置から前記第１端子に供給される場合に、前記記録装置が前記第２端子と前記第３端子との間に印加した電圧と前記抵抗素子の抵抗値とにより定まる電流が前記記録装置に供給されることを特徴とする請求項１に記載の基板。
3. 前記吐出素子は発熱体であり、
   前記抵抗素子は、前記吐出素子と同じ構造を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の基板。
4. 前記検査回路は、
   前記第１端子に接続された論理回路と、
   制御端子、第１端及び第２端を有し、前記制御端子に前記論理回路の出力が供給され、前記第１端が前記第２端子に接続され、前記第２端が電圧源に接続されたスイッチとを含み、
   前記論理回路は、前記第１端子に前記制御信号が供給される場合に、前記制御信号の値の変化によらず、前記スイッチをオフにする一定の論理値を出力することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の基板。
5. 前記論理回路は、前記第１端子に前記検査信号が供給される場合に、前記制御信号の値の変化に応じて出力する論理値を変化させることを特徴とする請求項４に記載の基板。
6. 請求項１乃至５の何れか１項に記載の基板と、
   前記基板の前記吐出素子により吐出される液体を収容するタンクとを備える記録ヘッド。
7. 請求項１乃至５の何れか１項に記載の基板と、
   前記基板の前記吐出素子により吐出される液体を収容するタンクを交換可能に保持する保持構造とを備える記録ヘッド。
8. 記録ヘッドを装着可能な記録装置であって、
   前記記録ヘッドとの接続に用いられる第１端子、第２端子及び第３端子と、
   前記第１端子から検査信号を出力した場合の前記第２端子の電圧に基づいて前記記録装置と前記記録ヘッドとの接続状態を判定する判定手段と、
   前記記録ヘッドを駆動して液体を吐出させるための制御信号を前記第１端子から出力する記録制御手段と、
   前記第２端子と前記第３端子との間の抵抗値を測定する測定手段とを備えることを特徴とする記録装置。
9. 前記記録制御手段は、前記測定手段により測定された前記抵抗値に応じて前記記録ヘッドの駆動条件を調整することを特徴とする請求項８に記載の記録装置。
10. 前記記録ヘッドは論理回路を有し、
    前記記録装置が前記記録ヘッドに接続された場合に前記第１端子は前記論理回路に接続され、
    前記制御信号は、前記論理回路に入力された場合に前記制御信号の値の変化によらず一定の論理値を前記論理回路に出力させる信号であることを特徴とする請求項８又は９に記載の記録装置。
11. 前記検査信号は、前記論理回路に入力された場合に前記論理回路が出力する論理値を前記検査信号の値の変化に応じて変化させる信号であることを特徴とする請求項１０に記載の記録装置。