JP6254767B2 - Recording head and recording apparatus - Google Patents
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Description
本発明は記録ヘッド及び記録装置に関し、特に、例えば、インクジェット方式に従って記録を行うフルライン記録ヘッド及びこれを用いて記録を行う記録装置に関する。 The present invention relates to a recording head and a recording apparatus, and more particularly to, for example, a full-line recording head that performs recording according to an ink jet method and a recording apparatus that performs recording using the same.
インクジェット記録ヘッドでは、異物によるノズルの目詰まりや、インク供給経路内に混入した気泡やノズル表面の濡れ性の変化等により、全体又は一部のノズルで吐出不良が発生することがある。そこで吐出不良の発生したノズルを特定して画像補完や記録ヘッドの回復動作に反映させることが重要となっている。 In the ink jet recording head, ejection failure may occur in all or some of the nozzles due to clogging of the nozzles due to foreign matters, bubbles mixed in the ink supply path, changes in wettability of the nozzle surface, and the like. Therefore, it is important to identify the nozzle in which the ejection failure has occurred and reflect it in the image complementation and the recovery operation of the recording head.
このため、特許文献1では、電気熱変換素子を用いた複数の記録素子各々に絶縁膜を介し薄膜抵抗体で形成される温度検知素子を設け、その記録素子に対応したノズル毎の温度情報を検出して温度変化の具合から吐出不良のノズルを検査する方法を提案している。
For this reason, in
一方、インクジェット記録ヘッドの吐出性能を向上させる流路構造が様々提案されている。例えば、特許文献2では、吐出口に対してインク流路を対称的に配置すると共に、複数の独立したインク供給口に挟まれたインク流路を用いた構成で吐出周波数を高め、更に吐出口間の圧力クロストークを軽減して安定吐出する構成を提案している。
On the other hand, various flow channel structures that improve the ejection performance of the ink jet recording head have been proposed. For example, in
さて、各記録素子の近傍に温度検知素子とその付帯回路を設ける上で、記録素子を含めた構造及び機能、性能に影響を与えないようにすると共に、限られたスペースの中に温度検知回路を配置して所望の温度情報を取得しなければならない。 Now, in providing a temperature detection element and its associated circuit in the vicinity of each recording element, the structure, function and performance including the recording element are not affected, and the temperature detection circuit is limited in a limited space. To obtain desired temperature information.
例えば、特許文献2に開示のインクジェット記録ヘッドに特許文献1に提案された温度検知回路を設ける際には、記録素子とその配線や、インク供給路及びノズル構造を変えないように温度検知回路を設けることが求められる。特に、独立したインク供給口を用いて高解像度のノズル配列に対応する温度検知回路を備えることが求められている。
For example, when the temperature detection circuit proposed in
本発明は上記従来例に鑑みてなされたもので、記録性能を維持しつつ、基本的な構造を変えることなく効率的に温度検知素子をして配線して、温度検知が可能な記録ヘッドと、その記録ヘッドを搭載した記録装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described conventional example, and a recording head capable of detecting a temperature by efficiently wiring a temperature detection element without changing the basic structure while maintaining the recording performance. An object of the present invention is to provide a recording apparatus equipped with the recording head.
上記目的を達成するために本発明の記録ヘッドは次のような構成からなる。 In order to achieve the above object, the recording head of the present invention has the following configuration.
即ち、多層基板の第1層に複数の電気熱変換素子を配列し、前記複数の電気熱変換素子の配列される位置に対応して前記多層基板の第2層に前記複数の電気熱変換素子の温度を検知する複数の温度検知素子を配列した構成の素子基板と前記素子基板の上にオリフィスプレートとを備える記録ヘッドであって、前記オリフィスプレートに前記複数の電気熱変換素子それぞれに対応して予め定められた間隔で形成され、前記複数の電気熱変換素子を駆動することで発生する熱によりインクを吐出する複数のノズルと、前記素子基板に形成される、前記複数のノズルそれぞれにインクを供給するインク供給口とを有し、前記複数の温度検知素子の少なくとも一部を直列に接続して温度検知素子列を構成し、前記温度検知素子列の一端が定電流を給電する第1の配線に接続され、前記温度検知素子列の他端が第2の配線に接続され、前記インク供給口は、前記複数のノズルそれぞれに個別的にインクを供給する複数の独立インク供給口と、前記複数の独立インク供給口が連通する共通インク供給口とを有し、前記オリフィスプレートと前記素子基板との間にあって前記複数の独立インク供給口どうしは連通し、前記連通した部分が前記素子基板の上で梁部を形成し、前記複数の電気熱変換素子と前記複数の温度検知素子は前記梁部に配置され、前記複数の電気熱変換素子と前記複数の温度検知素子とは列方向と行方向に配列され、前記温度検知素子列は、前記複数の温度検知素子を前記列方向、或いは、前記行方向に直列に接続して構成することを特徴とする。 That is, a plurality of electrothermal conversion elements are arranged on the first layer of the multilayer substrate, and the plurality of electrothermal conversion elements are arranged on the second layer of the multilayer substrate corresponding to the arrangement position of the plurality of electrothermal conversion elements. A recording head comprising an element substrate having a configuration in which a plurality of temperature detection elements for detecting the temperature of the element are arranged and an orifice plate on the element substrate, wherein the orifice plate corresponds to each of the plurality of electrothermal conversion elements. And a plurality of nozzles that are formed at predetermined intervals and eject ink by heat generated by driving the plurality of electrothermal conversion elements, and each of the plurality of nozzles formed on the element substrate. A temperature detection element array by connecting at least a part of the plurality of temperature detection elements in series, and one end of the temperature detection element array supplies a constant current It is connected to a first wiring that, the other end of the temperature sensing element array is connected to the second wiring, the ink supply port, a plurality of independent ink supply for supplying individually the ink to the plurality of nozzles A plurality of independent ink supply ports, and the plurality of independent ink supply ports communicate with each other between the orifice plate and the element substrate. A beam portion is formed on the element substrate, the plurality of electrothermal conversion elements and the plurality of temperature detection elements are disposed on the beam portion, and the plurality of electrothermal conversion elements and the plurality of temperature detection elements are The temperature detection element columns are arranged in a column direction and a row direction, and the plurality of temperature detection elements are connected in series in the column direction or the row direction .
また本発明を別の側面から見れば、上記構成の記録ヘッド、特に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うフルラインのインクジェット記録ヘッドを用いた記録装置を備える。 Another aspect of the present invention includes a recording apparatus using the recording head having the above-described configuration, particularly a full-line inkjet recording head that performs recording by discharging ink in accordance with an inkjet method.
従って本発明によれば、複数の温度検知素子の少なくとも一部を直列接続するので、限られた配線領域に効率的に利用することができる。これにより、例えば、独立インク供給口間の梁部に電気熱変換素子と温度検知素子を配置する構成を採用した記録ヘッドにおいても、その梁部の面積を削減することが可能になり、高密度に電気熱変換素子と温度検知素子を実装可能になる。これは配線への影響を抑えながらも、より記録の高解像度化に貢献する。 Therefore, according to the present invention, since at least a part of the plurality of temperature detection elements is connected in series, it can be efficiently used in a limited wiring region. As a result, for example, even in a recording head that employs a configuration in which an electrothermal conversion element and a temperature detection element are arranged in a beam portion between independent ink supply ports, it becomes possible to reduce the area of the beam portion, It becomes possible to mount an electrothermal conversion element and a temperature detection element. This contributes to higher resolution of recording while suppressing the influence on wiring.
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。なお、既に説明した部分には同一符号を付し重複説明を省略する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described more specifically and in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the already demonstrated part and duplication description is abbreviate | omitted.
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 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の素子基板(ヘッド基板)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構成を差し示すものである。 An element substrate (head substrate) for a recording head to be used below does not indicate a simple substrate made of a silicon semiconductor but indicates a configuration in which each element, wiring, and the like are provided.
さらに、基板上とは、単に素子基板の上を指し示すだけでなく、素子基板の表面、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(built-in)」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素子板上に一体的に形成、製造することを示すものである。 Further, the term “on the substrate” means not only the element substrate but also the surface of the element substrate and the inside of the element substrate near the surface. In addition, the term “built-in” as used in the present invention is not a term indicating that each individual element is simply arranged separately on the surface of the substrate, but each element is manufactured in a semiconductor circuit. It shows that it is integrally formed and manufactured on an element plate by a process or the like.
次に、インクジェット記録装置の実施例について説明する。この記録装置は、ロール状に巻かれた連続シート(記録媒体)を使用し、片面記録及び両面記録の両方に対応した高速ラインプリンタであり。例えば、プリントラボ等における大量枚数のプリント分野に適している。 Next, examples of the ink jet recording apparatus will be described. This recording apparatus uses a continuous sheet (recording medium) wound in a roll shape, and is a high-speed line printer that supports both single-sided recording and double-sided recording. For example, it is suitable for a large number of print fields in a print laboratory or the like.
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(以下、記録装置)の内部概略構成を示す側断面図である。装置内部は大きくは、シート供給部1、デカール部2、斜行矯正部3、記録部4、クリーニング部(不図示)、検査部5、カッタ部6、情報記録部7、乾燥部8、シート巻取部9、排出搬送部10、ソータ部11、排出トレイ12、制御部13などに分けられる。シートは、図中の実線で示したシート搬送経路に沿ってローラ対やベルトからなる搬送機構で搬送され、各ユニットで処理がなされる。
FIG. 1 is a side sectional view showing a schematic internal configuration of an ink jet recording apparatus (hereinafter referred to as a recording apparatus) which is a typical embodiment of the present invention. The inside of the apparatus is roughly divided into a
シート供給部1はロール状に巻かれた連続シートを収納して供給するユニットである。シート供給部1は、2つのロールR1、R2を収納することが可能であり、択一的にシートを引き出して供給する構成となっている。なお、収納可能なロールは2つであることに限定はされず、1つ、あるいは3つ以上を収納するものであってもよい。デカール部2は、シート供給部1から供給されたシートのカール(反り)を軽減させるユニットである。デカール部2では、1つの駆動ローラに対して2つのピンチローラを用いて、カールの逆向きの反りを与えるようにシートを湾曲させてしごくことでカールを軽減させる。斜行矯正部3は、デカール部2を通過したシートの斜行(本来の進行方向に対する傾き)を矯正するユニットである。基準となる側のシート端部をガイド部材に押し付けることにより、シートの斜行が矯正される。
The
記録部4は、搬送されるシートに対して記録ヘッド部14によりシートの上に画像を形成するユニットである。記録部4は、シートを搬送する複数の搬送ローラも備えている。記録ヘッド部14は、使用が想定されるシートの最大幅をカバーする範囲でインクジェット方式のノズル列が形成されたフルライン記録ヘッド(インクジェット記録ヘッド)を有する。記録ヘッド部14は、複数の記録ヘッドがシートの搬送方向に沿って平行に配置されている。この実施例ではK(ブラック)、C(シアン)、M(マゼンタ)、Y(イエロ)の4色に対応した4つの記録ヘッドを有する。記録ヘッドの並び順はシート搬送上流側から、K、C、M、Yとなっている。なお、インク色数及び記録ヘッドの数は4つには限定はされない。また、インクジェット方式としては、発熱素子を用いた方式、ピエゾ素子を用いた方式、静電素子を用いた方式、MEMS素子を用いた方式等を採用することができる。各色のインクは、インクタンクからそれぞれインクチューブを介して記録ヘッド部14に供給される。
The
検査部5は、記録部4でシートに記録された検査パターンや画像を光学的に読み取って、記録ヘッドのノズルの状態、シート搬送状態、画像位置等を検査するユニットである。検査部5は実際に画像を読み取り画像データを生成するスキャナ部と読み取った画像を解析して記録部4へ解析結果を返す画像解析部より構成されている。検査部5はCCDラインセンサであり、シート搬送方向と垂直な方向にセンサが並べられている。
The
なお、上述のように図1に示した記録装置は、片面記録及び両面記録の両方に対応しているが、図2と図3とはそれぞれ、図1に示す記録装置において片面記録時の動作と両面記録時の動作を説明するための図である。 As described above, the recording apparatus shown in FIG. 1 is compatible with both single-sided recording and double-sided recording. FIGS. 2 and 3 are respectively the operations during single-sided recording in the recording apparatus shown in FIG. FIG. 6 is a diagram for explaining an operation during double-sided recording.
図4は記録ヘッド部14に搭載されるフルライン記録ヘッド100と記録媒体800の搬送方向の関係を示した図である。
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the full-
記録動作を行う際には、フルライン記録ヘッド100は記録装置に固定されており、記録媒体800が搬送され、素子基板101に設けられた複数の吐出口706からインクが吐出され、記録媒体800に画像が形成される。
When performing the recording operation, the full-
この図から分かるように、この例では、フルライン記録ヘッド100は4つの素子基板101を実装して構成されてる。
As can be seen from this figure, in this example, the full
図5はフルライン記録ヘッドの分解斜視図である。 FIG. 5 is an exploded perspective view of the full-line recording head.
フルライン記録ヘッド100は4つの素子基板101−1、101−2、101−3、101−4、支持部材501、プリント配線板110、インク供給部材502等を備えている。図5に示すように、フルライン記録ヘッド100には4つの素子基板が千鳥状に配置されている。なお、搭載する素子基板101の数を増やすことでさらに記録幅の長い記録ヘッドを構成することが可能である。また、4つの素子基板を個別的に特定せずに説明する場合には、単に素子基板101として言及する。
The full
図5から分かるように、プリント配線板110は基本的には矩形形状、素子基板101は矩形形状をしている。そして、素子基板101の長手方向に複数の吐出口706が配列される。また、素子基板101の長手方向。つまり、複数の吐出口の配列方向がプリント配線板110の長手方向となるように配置される。
As can be seen from FIG. 5, the printed
まず、本発明の実施例の効果と従来例が抱える課題とを明らかにする意味で、比較例について説明する。 First, a comparative example will be described in order to clarify the effects of the embodiment of the present invention and the problems of the conventional example.
<比較例>
特許文献2で示されている流路構造を採用した記録ヘッドに温度検知回路を内蔵した構成を説明するとともに、従来例に従う温度検知回路の結線を説明する。
<Comparative example>
A description will be given of a configuration in which a temperature detection circuit is built in a recording head that employs a flow path structure disclosed in
図6は比較例の記録ヘッドの上面図と断面図である。 FIG. 6 is a top view and a cross-sectional view of a recording head of a comparative example.
図6(a)は、記録ヘッド401の平面図であり、オリフィスプレート404にノズル405が所定間隔で配列されているとともにノズル位置に合わせて独立インク供給口403が素子基板402に形成されている。ここでは、2行×4列構成で8ノズルによる列方向解像度が得られるように配列されている。また、記録ヘッド401には外部配線と接続する電極端子406が設けられている。
FIG. 6A is a plan view of the
図6(b)は図6(a)のA−A’線に沿う断面図であり、記録ヘッドの裏面には共通インク供給口411が形成され、更に表面まで貫通した独立インク供給口403、そしてオリフィスプレート404の液室410が連通したインク供給路が形成されている。素子基板402には電気熱変換素子(記録素子)407と薄膜抵抗体で形成された温度検知素子408が設けられている。記録素子407と温度検知素子408は、独立インク供給口と独立インク供給口の間の梁部に配置されるとともに、ノズル405が対応するように配置される。
FIG. 6B is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 6A. A common
図7は比較例の記録ヘッドのノズルを省略した記録素子と温度検知素子が形成される多層基板の上面図と断面図である。 7A and 7B are a top view and a cross-sectional view of a multilayer substrate on which a recording element and a temperature detection element in which nozzles of a recording head of a comparative example are omitted are formed.
図7(a)は基板の上面図を、図7(b)は図7(a)のA−A’線に沿う断面図を示している。この基板は、シリコン基板501にSiO2等のフィールド酸化膜502と絶縁膜503が積層され、その上にAl、Pt、Ti、Ta等の薄膜抵抗体の温度検知素子505と接続配線するアルミ等の第1層AL1配線504が形成される。さらにその上に、SiO等の層間絶縁膜506が積層され、TaSiN等の記録素子507とシリコン基板に形成された駆動回路を接続するアルミ等の第2層AL2配線508が形成される。さらにその上に、SiN等の保護膜509と記録素子上の耐キャビテーション性を高めるTa等の耐キャビテーション膜510が積層される。
FIG. 7A is a top view of the substrate, and FIG. 7B is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 7A. In this substrate, a
また、図7(a)の平面図は、記録素子507、駆動回路と接続するAL2配線508、太線枠で描かれた温度検知素子505、温度検知素子505の個別配線のAL1配線504Aと共通配線のAL1配線504Bを描いている。
The plan view of FIG. 7A shows the
温度検知素子505はAL1層において成膜、パターニングすることで素子基板の構造を変えることなく形成される。
The
図8は比較例の記録ヘッドにおける8セグメント(Seg1〜Seg8)分の記録素子と温度検知素子を配した結線の様子を示す図である。この図では、回路と独立インク供給口の配置関係がわかるように独立インク供給口も描いてある。 FIG. 8 is a diagram illustrating a connection state in which recording elements for eight segments (Seg1 to Seg8) and temperature detection elements are arranged in the recording head of the comparative example. In this figure, the independent ink supply port is also drawn so that the arrangement relationship between the circuit and the independent ink supply port can be understood.
図8に示すように、Seg1の記録素子1705は独立インク供給口1707と1721との間の梁部に配置され、一方の端子が記録素子に給電する電源線VHに接続され、他方の端子がスイッチ1701に接続される。スイッチ1701は制御回路(不図示)からの選択信号H1でオン/オフ制御される。Seg2〜Seg8の記録素子もそれぞれSeg1同様に結線される。
As shown in FIG. 8, the
Seg1の温度検知素子1706の一方の端子が配線1704を介して温度検知素子に給電する定電流ISの第1の共通配線1722に接続され、他方の端子は個別配線1708でスイッチ1702と端子電圧を読み出すスイッチ1703とに接続される。スイッチ1703の他方の端子は第2の共通配線1719に接続される。スイッチ1702とスイッチ1703は、制御回路(不図示)の選択信号S1でオン/オフ制御される。Seg2〜Seg8の温度検知素子も個別配線で対応する2つのスイッチに接続される。第1の共通配線1722と第2の共通配線1719を通じて、選択された温度検知素子の端子電圧となるVa信号とVb信号が差動増幅器1718に入力され、差電圧となる差動信号VSを出力する。
One terminal of the
図9は比較例の記録ヘッドの独立インク供給口の周りに配線する記録素子と温度検知素子の回路レイアウトを示す図である。なお、配線層の構成は図7で示したものと同じである。ここでは、独立供給口1707、1717間の梁部の配線に注目して説明する。
FIG. 9 is a diagram showing a circuit layout of a recording element and a temperature detection element wired around the independent ink supply port of the recording head of the comparative example. The configuration of the wiring layer is the same as that shown in FIG. Here, a description will be given focusing on the wiring of the beam portion between the
図9(a)は図8に示した結線図における独立インク供給口1707、1717および他の独立供給口が形成されている様子を示すレイアウト図である。図9(a)には図8に示した結線図の2つのスイッチに対応するMOSトランジスタ形成領域1724が描かれている。また、薄膜抵抗体の温度検知素子1706が、ノズル配列に合わせて所定間隔をおいて独立供給口間の梁部に形成されている。AL1配線1708〜1711は、Seg1〜Seg4の温度検知素子に個別配線がなされて対応する2つの選択スイッチのMOSトランジスタ形成領域1724に接続される。また、Seg4の記録素子を対応するスイッチに接続するAL1配線1715が形成される。独立インク供給口1707と1717の間の梁部を通すAL1配線は計5本である。
FIG. 9A is a layout diagram showing a state in which the independent
図9(b)は図9(a)に重ねてAL2配線層と記録素子層を示す図である。 FIG. 9B is a diagram showing the AL2 wiring layer and the recording element layer superimposed on FIG. 9A.
図9(b)に示すように、記録素子1705がノズル配列に合わせて所定間隔をおいて独立インク供給口間の梁部に形成され、Seg1〜Seg8の記録素子にVHを給電するAL2配線1716、1723が形成される。また、Seg1、Seg2、Seg3の記録素子を対応する駆動スイッチに接続するAL2配線1712、1713、1714が形成される。さらに、AL2配線層とAL1配線層スルーホールを介してSeg4の記録素子がAL1配線1715とつながれている。独立インク供給口1707と1717の間の梁部を通すAL2配線は計4本である。
As shown in FIG. 9B, the
図10は図9(b)のA−A’線に沿う断面図である。Mは、独立インク供給口間の梁部幅を示している。 FIG. 10 is a cross-sectional view taken along the line A-A ′ of FIG. M indicates the beam width between the independent ink supply ports.
図10から分かるように、AL1層に形成された配線1708〜1715と、AL2層形成された配線1712〜1716が所定間隔で配置されている。梁部を通す配線は計9本である。梁部の配線領域は限られており、比較例では、温度検知回路の配線本数が多い分、梁部には拡い幅が必要であり、独立インク供給口間を広げなければならない。これはノズル配列の高解像度化を妨げる要因となる。
As can be seen from FIG. 10,
次に、上記構成の記録装置に搭載するフルライン記録ヘッドの詳細な構成に関しいくつかの実施例について説明する。 Next, several embodiments will be described regarding the detailed configuration of the full line recording head mounted on the recording apparatus having the above configuration.
図11は素子基板101に8セグメント分(Seg1〜Seg8)の記録素子と温度検知素子を配した結線を示す図である。この図には、回路と独立インク供給口の配置関係がわかるように独立インク供給口も描いてある。
FIG. 11 is a diagram showing a connection in which recording elements and temperature detection elements for eight segments (Seg1 to Seg8) are arranged on the
Seg1の記録素子111は、独立インク供給口102と103との間の梁部に配置され、一方の端子が記録素子に給電する電源線VHに接続され、他方の端子が駆動スイッチ108に接続される。駆動スイッチ108の他方の端子は、電源線VHのリターン先であるGND線に接続される。駆動スイッチ108は、制御回路107の選択信号H1でオン/オフ制御される。Seg2からSeg8の記録素子もそれぞれSeg1同様に結線される。
The
Seg1の温度検知素子112とSeg2の温度検知素子113とSeg3の温度検知素子114とSeg4の温度検知素子115が配線で直列接続されて温度検知素子列を構成する。その温度検知素子列の一端は、温度検知素子に定電流ISを給電する第1の共通配線121に接続され、他端は、温度検知素子列を選択するスイッチ109と温度検知素子列の端子電圧を読み出すスイッチ110aに接続される。スイッチ(第2のスイッチ)110の他方の端子は、第2の共通配線122に接続され、スイッチ(第1のスイッチ)109の他方の端子は、定電流ISのリターン先であるVSS配線に接続される。スイッチ109とスイッチ110aは、制御回路107の選択信号S1でオン/オフ制御される。Seg5〜Seg8の温度検知素子列も同様に結線される。
The
第1の共通配線121と第2の共通配線122を通じて選択された温度検知素子列の端子電圧となるVa信号とVe信号が差動増幅器124に入力される。差動増幅器124はVa信号とVe信号を入力して差電圧となる差動信号VSを出力する。なお、差動増幅器124は、温度検知素子への定電流が流れ込まないように十分に高い入力抵抗を有している。また、第1と第2の共通配線の配線抵抗を鑑み、定電流ISの給電点は、その給電点に対して温度検知素子を下流に位置させ、更に温度検知素子よりも下流に差動増幅器124を位置させた3者の結線の位置関係が望ましい。
A Va signal and a Ve signal, which are terminal voltages of the temperature detection element array selected through the first
図12は独立インク供給口の周りに配線する記録素子と温度検知素子の回路レイアウトの例を示す図である。ここでは、アルミ等のAL1配線とAL2配線の2つの配線層と、前述の各スイッチはMOSトランジスタとした場合のレイアウトである。 FIG. 12 is a diagram showing an example of the circuit layout of the recording element and the temperature detecting element wired around the independent ink supply port. Here, the layout is such that the two wiring layers of the AL1 wiring and the AL2 wiring such as aluminum and the above-described switches are MOS transistors.
図12(a)に示すレイアウトによれば、図11の結線図における独立インク供給口102〜107などに対応する独立インク供給口601〜606などが形成されている。また、スイッチ109とスイッチ110aに対応するMOSトランジスタ領域615が形成されている。さらに、薄膜抵抗体の温度検知素子616が、図6(a)で示したノズル配列に合わせて所定間隔をおいて独立インク供給口間の梁部に形成されている。
According to the layout shown in FIG. 12A, the independent
またさらに、AL1配線608〜610は、図11における配線117〜119にそれぞれ対応するもので、Seg1〜Seg4の温度検知素子を直列接続している。また、温度検知素子列の一端はAL1配線611で第1の共通配線121に対応する定電流ISに接続され、他端はAL1配線607で2つのスイッチ109、110に対応するMOSトランジスタ領域615とに接続される。また、Seg3とSeg4の記録素子を対応するスイッチに接続するAL1配線613と614が形成されている。独立インク供給口601と606の間の梁部を通すAL1配線は計3本である。
Furthermore, the AL1 wirings 608 to 610 correspond to the wirings 117 to 119 in FIG. 11, respectively, and the temperature detection elements Seg1 to Seg4 are connected in series. One end of the temperature detection element array is connected to the constant current IS corresponding to the first
図12(b)は図12(a)に重ねてAL2配線層と記録素子層を示すレイアウト図である。図12(b)に示すレイアウト図によれば、記録素子617が図6(a)で示したノズル配列に合わせて所定間隔をおいて独立供給口間の梁部に形成されている。また、Seg1〜Seg8の記録素子にVHを給電するAL2配線618、621が形成されている。さらに、Seg1、Seg2の記録素子を対応するスイッチに接続するAL2配線619、620が形成されている。さらに、スルーホール612はAL1配線とAL2配線を層間膜を介して接続するものでSeg3とSeg4の記録素子をそれぞれAL1配線613、614とに接続している。独立インク供給口601と606の間の梁部を通すAL2配線は計3本である。
FIG. 12B is a layout diagram showing the AL2 wiring layer and the recording element layer superimposed on FIG. According to the layout diagram shown in FIG. 12B, the
図13は図12(b)におけるA−A’線とB−B’線とに沿う断面図である。 FIG. 13 is a cross-sectional view taken along line A-A ′ and line B-B ′ in FIG.
図13(a)がA−A’線の断面図を示す一方、図13(b)がB−B’線の断面図を示す。なお、図13(a)には比較のために、比較例において図10で示した断面図を合わせて図示している。 FIG. 13A shows a cross-sectional view taken along the line A-A ′, while FIG. 13B shows a cross-sectional view taken along the line B-B ′. For comparison, FIG. 13A also shows the cross-sectional view shown in FIG. 10 in the comparative example.
図13(a)において、AL1層に形成された配線709、710、711は、図12(a)における配線607、613、614にそれぞれ対応する。AL2層形成された配線706a、707、708は図12(b)における配線619、620、621にそれぞれ対応する。梁部を通す配線は計6本である。
In FIG. 13A,
独立インク供給口の配列は所望の解像度に応じて決められ、インク吐出周波数に応じて記録素子までの流路長が定まるとともに所要インク供給量によって独立インク供給口の開口の大きさが決められる。一方、独立インク供給口の製造上、開口周囲の一定領域は配線禁止域であり、独立インク供給口間の梁部の配線領域は限られる。 The arrangement of the independent ink supply ports is determined according to the desired resolution, the flow path length to the recording element is determined according to the ink ejection frequency, and the size of the opening of the independent ink supply port is determined according to the required ink supply amount. On the other hand, in the manufacture of the independent ink supply port, a certain area around the opening is a wiring prohibited area, and the wiring area of the beam portion between the independent ink supply ports is limited.
図13(a)に示されるように、独立供給口601の縁704、独立供給口606の縁705の内側の梁部は、配線禁止域L1と配線領域L2とに分けられている。このような制約下において、この実施例では、記録素子に接続する配線5本と温度検知素子に接続する配線が1本の計6本をAL1層とAL2層とにおける配線レイアウトで実現している。
As shown in FIG. 13A, the beam portion inside the
このように比較例との比較から分かるように、この実施例では配線数を少なくして、その少なくなる分、梁部を狭くすることができ、独立インク供給口間を狭くすることを可能になる。これによりノズル配列の高解像度化が可能になる。 Thus, as can be seen from the comparison with the comparative example, in this embodiment, the number of wirings is reduced, and the beam portion can be narrowed correspondingly, and the space between the independent ink supply ports can be narrowed. Become. This makes it possible to increase the resolution of the nozzle array.
図13(b)の断面図に示されるように。こちらの梁部側も同様な制約において、記録素子702と温度検知素子703が形成され、温度検知素子に接続する配線は最小本数の1本で配線を実現している。
As shown in the cross-sectional view of FIG. On the beam portion side, the
次に、素子基板の動作について説明する。 Next, the operation of the element substrate will be described.
図11に示す制御回路107は記録素子選択機能と温度検知素子選択機能を備える。記録素子選択機能は、4ビットシフトレジスタ(不図示)と4ラインデコーダ(不図示)とで構成されて(2×4)時分割駆動するもので、記録素子をオン/オフする行データとブロックを指定する列データとを受けて選択信号H1〜H8を発生する。温度検知素子選択機能は、2ビットシフトレジスタ(不図示)を用いて、クロック信号とスタートパルス信号を入力して選択信号S1、S2を順次発生する。
The
選択信号S1により、スイッチ109がオンされてSeg1〜Seg4の温度検知素子列に定電流ISが給電されて検知温度に応じて各温度検知素子に端子電圧が発生する。温度検知素子列の各点の電圧として、Seg1〜Seg4に渡り、分圧された電圧Ve、Vd、Vc、Vb、Vaが発生する。温度検知素子列のSeg4側の端子電圧Vaは、第1の共通配線121を通して差動増幅器124に入力される。他方のSeg1側の端子電圧Veはスイッチ110aを介して差動増幅器124に入力される。そして、差動増幅器124はVa信号、Ve信号を受けて温度検知素子列の端子間電圧となる差動信号VSを出力する。
In response to the selection signal S1, the
図14は制御回路107が扱う各信号と温度検知素子の両端において検出される端子電圧の時間変化を示すタイミングチャートである。
FIG. 14 is a timing chart showing the time change of each signal handled by the
図14において、(a)は駆動する記録素子を選択するために制御回路107へ転送される各信号のタイミングチャートである。
14A is a timing chart of signals transferred to the
図14(a)によれば、クロック信号(CLK_H)に同期して2ビットの行データD0、D1とブロックデータB0、B1をデータ信号(DATA_H)としてシリアル転送し、ラッチ信号(LT)のラッチパルスにより保持する。その直後に記録素子へのヒートイネーブル信号(HE)で印加パルスを与える。ここでは、Seg1の記録素子111を選択した場合を例示している。
According to FIG. 14A, 2-bit row data D0, D1 and block data B0, B1 are serially transferred as data signal (DATA_H) in synchronization with the clock signal (CLK_H), and the latch signal (LT) is latched. Hold by pulse. Immediately thereafter, an application pulse is given by a heat enable signal (HE) to the recording element. Here, the case where the
一方、図14(b)は図14(a)に示すデータの転送タイミングに従った、記録素子1つずつの順次選択に同期した温度検知素子の選択タイミングを示している。 On the other hand, FIG. 14B shows the selection timing of the temperature detection elements synchronized with the sequential selection of each recording element according to the data transfer timing shown in FIG.
図14(b)によれば、t=t1において、シフトクロック信号(CLK_S)に同期しシリアルデータ信号(DATA_S)でスタートパルスを与えて選択信号S1をオンする。これにより、Seg1〜Seg4の温度検知素子が同時選択状態になる。次に、t=t2において、選択信号H1をオンしてSeg1の記録素子111を駆動する。これに伴って、温度検知素子112は温度応答して端子間電圧(Vd−Ve)を発生する。この端子間電圧がVc、Vbと伝わってVaに現れ、差動増幅器124で差動信号VSが出力される。
According to FIG. 14B, at t = t1, the selection signal S1 is turned on by applying a start pulse with the serial data signal (DATA_S) in synchronization with the shift clock signal (CLK_S). As a result, the temperature detection elements Seg1 to Seg4 are simultaneously selected. Next, at t = t2, the selection signal H1 is turned on to drive the
さらにt=t3において、選択信号H2をオンしてSeg2の記録素子を駆動する。これに伴ってSeg2の温度検知素子が応答して端子間電圧(Vc−Vd)を発生する。この端子間電圧がVbを伝わってVaに現れる。以下同様に、Seg3、Seg4と順次選択して各セグメントの温度検知情報が読み出される。Seg5〜Seg8も同様である。この動作により各温度検知素子での温度検知の変化が検知される。 Further, at t = t3, the selection signal H2 is turned on to drive the recording element of Seg2. Along with this, the temperature detecting element of Seg2 responds and generates a terminal voltage (Vc−Vd). This inter-terminal voltage is transmitted through Vb and appears in Va. Similarly, Seg3 and Seg4 are sequentially selected to read the temperature detection information of each segment. The same applies to Seg5 to Seg8. By this operation, a change in temperature detection at each temperature detection element is detected.
図15は温度検知素子列の各点の電圧Ve、Vd、Vc、Vb、Vaの電圧関係とその時間変化を表した図である。選択状態の所期の電圧は、Ve=0.48V、Vd=0.56V、……、Va=0.78Vである。 FIG. 15 is a diagram showing the voltage relationship between the voltages Ve, Vd, Vc, Vb, and Va at each point of the temperature detection element array and the change with time. The intended voltages in the selected state are Ve = 0.48V, Vd = 0.56V,..., Va = 0.78V.
これを図14(b)を参照すると、t=t2に対応する時点でSeg1の温度検知素子が応答して電圧Vdの変化がそのまま電圧Vaに現れることが分かる。同様に、t=t3でSeg2の温度検知素子が応答して電圧Vcの変化が電圧Vaに現れる。以下、t=t4でSeg3、t=t5でSeg4の応答波形が電圧Vaに現れる。 Referring to FIG. 14B, it can be seen that the change in the voltage Vd appears as it is in the voltage Va in response to the temperature detection element of Seg1 at the time corresponding to t = t2. Similarly, at t = t3, the temperature detecting element of Seg2 responds and a change in voltage Vc appears in voltage Va. Hereinafter, the response waveform of Seg3 appears at the voltage Va at t = t4, and the response waveform of Seg4 at t = t5.
実施例1では4つの温度検知素子を直列接続した結線を説明したが、全部の温度検知素子を直列接続した結線も可能である。 In the first embodiment, the connection in which the four temperature detection elements are connected in series has been described. However, the connection in which all the temperature detection elements are connected in series is also possible.
図16は素子基板に8セグメント分の記録素子と温度検知素子を配した結線図と記録素子1つずつの順次選択に同期した温度検知素子の選択タイミングチャートである。 FIG. 16 is a connection diagram in which recording elements and temperature detection elements for 8 segments are arranged on the element substrate, and a selection timing chart of temperature detection elements synchronized with the sequential selection of each recording element.
図16(a)は素子基板に8セグメント分の記録素子と温度検知素子を配した結線図を示す。ここでは、回路と独立インク供給口の配置関係がわかるように独立インク供給口も描かれている。また、図16(a)の基本的な回路構成は図11と同じである。 FIG. 16A shows a connection diagram in which recording elements and temperature detection elements for 8 segments are arranged on the element substrate. Here, the independent ink supply port is also drawn so that the arrangement relationship between the circuit and the independent ink supply port can be understood. Further, the basic circuit configuration of FIG. 16A is the same as FIG.
Seg1の温度検知素子805は、一方の端子が温度検知素子に給電する定電流ISに接続され、他方の端子はSeg2の温度検知素子に接続される。以下、Seg3、4、8、7、6と経由して終端のSeg5まで直列に接続される。
The
終端の温度検知素子811の一端は、スイッチ802に接続されると共に差動増幅器812に入力される。スイッチ802の他方の端子は、定電流ISのリターン先であるVSS線に接続される。この図から分かるように、この実施例でも独立インク供給口間の梁部を通す温度検知回路の配線は、最小本数1本で実現される。
One end of the terminal
次にこの素子基板の動作について説明する。 Next, the operation of this element substrate will be described.
選択信号Sによりスイッチ802がオンされて温度検知素子列に定電流ISが給電されて検知温度に応じて各温度検知素子に端子電圧が発生する。温度検知素子列の各点の電圧は、Seg1〜Seg4、Seg8〜Seg5に渡り、分圧された電圧ViからVaが発生する。終端の温度検知素子の端子電圧ViとSeg1側の端子電圧Vaが差動増幅器812に入力される。差動増幅器812はVa信号、Vi信号を入力して温度検知素子列の端子間電圧となる差動信号VSを出力する。この動作により各温度検知素子での電圧の変化が検知される。
The
図16(b)は記録素子1つずつの順次選択に同期した温度検知素子の選択タイミングを示している。まず、t=t1では選択信号Sをオンして、全温度検知素子を同時選択状態にする。次に、t=t2では選択信号H1をオンしてSeg1の記録素子804を駆動する。これに伴って、Seg1の温度検知素子805は温度応答して端子間電圧(Va−Vb)を発生する。その結果、電圧Vaと電圧Viの差動信号VSが出力される。
FIG. 16B shows the selection timing of the temperature detection elements synchronized with the sequential selection of the recording elements one by one. First, at t = t1, the selection signal S is turned on, and all the temperature detection elements are simultaneously selected. Next, at t = t2, the selection signal H1 is turned on to drive the
さらに、t=t3では選択信号H2をオンしてSeg2の記録素子を駆動する。これに伴って、Seg2の温度検知素子が応答して電圧(Vb―Vc)を発生する。その結果、この端子間電圧がVaに現れる。以下同様に、Seg3、Seg4、Seg8……Seg5と順次選択して各セグメントの温度検知情報が読み出される。 Further, at t = t3, the selection signal H2 is turned on to drive the recording element of Seg2. Along with this, the temperature detecting element of Seg2 responds and generates a voltage (Vb−Vc). As a result, this inter-terminal voltage appears at Va. Similarly, Seg3, Seg4, Seg8... Seg5 are sequentially selected and the temperature detection information of each segment is read out.
実施例1では行方向の4つの温度検知素子を直列接続した結線を説明したが、列方向に直列接続した結線も可能である。 In the first embodiment, the connection in which the four temperature detection elements in the row direction are connected in series has been described. However, the connection in which the temperature detection elements are connected in series in the column direction is also possible.
図17は素子基板に8セグメント分の記録素子と温度検知素子を配した結線を示す図である。ここでは、回路と独立インク供給口の配置関係がわかるように独立インク供給口も描かれている。また、図17の基本的な回路構成は図11と同じである。 FIG. 17 is a diagram showing connections in which recording elements and temperature detection elements for 8 segments are arranged on the element substrate. Here, the independent ink supply port is also drawn so that the arrangement relationship between the circuit and the independent ink supply port can be understood. The basic circuit configuration of FIG. 17 is the same as that of FIG.
Seg1の温度検知素子905とSeg5の温度検知素子906とが配線908で直列に接続されて温度検知素子列を構成する。その温度検知素子列の一端は温度検知素子に定電流ISを給電する第1の共通配線909に接続され、他端は温度検知素子列を選択するスイッチ902と温度検知素子列の端子電圧を読み出すスイッチ903とに接続される。スイッチ903の他方の端子は、第2の共通配線911に接続され、スイッチ902の他方の端子は、定電流ISのリターン先であるVSS配線に接続される。他のセグメントの温度検知素子も同様に結線される。独立インク供給口間の梁部を通す温度検知回路の配線は、列方向だけに配置される。
The
次にこの素子基板の動作について説明する。 Next, the operation of this element substrate will be described.
選択信号S1によりスイッチ902がオンされてSeg1とSeg5の温度検知素子列に定電流ISが給電されて検知温度に応じて各温度検知素子に端子電圧が発生する。温度検知素子列の各点の電圧は、Seg1とSeg5に渡り、分圧された電圧Vc、Vb、Vaが発生する。温度検知素子列のSeg5側の端子電圧Vaは、第1の共通配線909を通して差動増幅器910に入力される。他方のSeg1側の端子電圧Vcは、スイッチ903を介して差動増幅器910に入力される。差動増幅器910は電圧Va、電圧Vcを入力して温度検知素子列の端子間電圧となる差動信号VSを出力する。この動作により各温度検知素子での温度検知の変化が検知される。
The
ここでは実施例1〜実施例3とは記録素子と独立供給口の配置関係が異なる例について説明する。 Here, an example in which the arrangement relationship between the printing element and the independent supply port is different from those in the first to third embodiments will be described.
図18はこの実施例に従う記録ヘッド1001の上面図と断面図である。
FIG. 18 is a top view and a cross-sectional view of the
図18(a)は、記録ヘッド1001の平面図であり、オリフィスプレート1004にノズル1003が所定間隔で配列されている。ここでは、2列×4ノズル構成の合計8ノズルによる列方向解像度が得られるように配列されている。また、記録ヘッド1001には外部配線と接続する電極端子1006が設けられている。さらに、ノズルに対して対称流路を形成するように独立インク供給口1005が対を成して素子基板1002に形成されている。
FIG. 18A is a plan view of the
図18(b)は図18(a)のA−A’線に沿う断面図であり、記録ヘッドの裏面には共通インク供給口1009が形成され、更に表面まで貫通した独立インク供給口1005、そしてオリフィスプレート1004の液室が連通したインク供給路が形成される。素子基板1002には電気熱変換素子(記録素子)1007と薄膜抵抗体で形成された温度検知素子1008が設けられている。記録素子1007と温度検知素子1008は、対を成す独立インク供給口の間の梁部に配置されるとともに、ノズル1003が対応するように配置される。
FIG. 18B is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 18A, and a common
図19は素子基板に2列×4ノズル構成の8セグメントの記録素子と温度検知素子を配した結線の様子を示す図である。ここでは、回路とインク供給口の配置関係がわかるように独立インク供給口1101〜1105などが描かれている。
FIG. 19 is a diagram showing a state of connection in which an 8-segment recording element and a temperature detection element having a 2-row × 4-nozzle configuration are arranged on the element substrate. Here, the independent
図19に示されるように、Seg1の記録素子1106の一方の端子が記録素子に印加する電源を給電する電源線VHに接続され、他方の端子がスイッチ1107に接続される。スイッチ1107の他方の端子は、電源線VHのリターン先であるGNDHに接続される。スイッチ1107は、制御回路(不図示)の選択信号H1でオン/オフ制御される。以下、Seg3、5、7も同様に結線される。また、Seg1、3、5、7と対向するように配置されたSeg2、4、6、8も同様に結線される。
As shown in FIG. 19, one terminal of the
そして、Seg1の温度検知素子1108とSeg2の温度検知素子1109とが配線1110で直列に接続されて温度検知素子列を構成する。その温度検知素子列の一端は温度検知素子に定電流ISを給電する第1の共通配線1114に接続され、他端は温度検知素子列を選択するスイッチ1111と温度検知素子列の端子電圧を読み出すスイッチ1112に接続される。
Then, the
スイッチ1112の他方の端子は第2の共通配線1113に接続され、スイッチ1111の他方の端子は定電流ISのリターン先であるVSS配線に接続される。スイッチ1111とスイッチ1112は、制御回路(不図示)からの選択信号S1でオン/オフ制御される。Seg3とSeg4、Seg5とSeg6、Seg7とSeg8の温度検知素子列も同様に結線される。独立インク供給口間の梁部を通す温度検知回路の配線は1本の配置で結線される。
The other terminal of the
次にこの素子基板の動作について説明する。 Next, the operation of this element substrate will be described.
選択信号S1により、スイッチ1111がオンされてSeg1とSeg2の温度検知素子列に定電流ISが給電されて検知温度に応じて各温度検知素子に端子電圧が発生する。温度検知素子列の各点の電圧は、Seg1とSeg2に渡り、分圧された電圧Vc、Vb、Vaが発生する。温度検知素子列のSeg2側の端子電圧Vaは、第1の共通配線1114を通して差動増幅器1115に入力される。他方のSeg1側の端子電圧Vcは、スイッチ1112を介して差動増幅器1115に入力される。差動増幅器1115は電圧Va、電圧Vcを入力して温度検知素子列の端子間電圧となる差動信号VSを出力する。この動作により各温度検知素子での温度を反映した電圧変化が検知される。
In response to the selection signal S1, the
なお、ここでは行方向に温度検知素子を直列接続した例について説明したが、実施例2〜3と同様な結線も可能である。 In addition, although the example which connected the temperature detection element in series in the row direction was demonstrated here, the same connection as Example 2-3 is also possible.
ここでは実施例1〜実施例4とは記録素子と独立供給口の配置関係異なる例について説明する。 Here, an example in which the arrangement relationship of the printing element and the independent supply port is different from those of the first to fourth embodiments will be described.
図20はこの実施例に従う記録ヘッド1201の上面図と断面図である。
FIG. 20 is a top view and a cross-sectional view of the
図20(a)は、記録ヘッド1201の平面図であり、オリフィスプレート1204にノズル1205が所定間隔で配列されている。各ノズル毎に対応した独立インク供給口1203が素子基板1202に形成されている。ここでは、2行×4列構成の合計8ノズルによる列方向解像度が得られるように配列されている。また、記録ヘッド1201には外部配線と接続する電極端子1206が設けられている。
FIG. 20A is a plan view of the
図20(b)は図20(a)のA−A’線に沿う断面図であり、記録ヘッドの裏面には表面まで素子基板1202を貫通した独立インク供給口1203、そしてオリフィスプレート1204の液室が連通したインク供給路が形成されている。素子基板1202には電気熱変換素子(記録素子)1207と薄膜抵抗体で形成された温度検知素子1208が設けられている。記録素子1207と温度検知素子1208と制御回路1209が隣接する独立インク供給口の間の梁部に配置されるとともに、ノズル1205が対応するように配置されている。
FIG. 20B is a cross-sectional view taken along the line AA ′ in FIG. 20A. On the back surface of the recording head, an independent
図21は素子基板に2行×4列ノズル構成の8セグメントの記録素子と温度検知素子を配した結線の様子を示す図である。ここでは、回路とインク供給口の配置関係がわかるように独立インク供給口1302〜1305、1322などが描かれている。
FIG. 21 is a diagram showing a connection state in which an 8-segment recording element and a temperature detection element having a nozzle configuration of 2 rows × 4 columns are arranged on the element substrate. Here, the independent
図21に示されるように、Seg1の記録素子1308の一方の端子が記録素子に印加する電源を給電する電源線VHに接続され、他方の端子がスイッチ1307に接続される。スイッチ1307の他方の端子は、電源線VHのリターン先であるGNDHに接続される。スイッチ1307は、制御回路1324の選択信号H1でオン/オフ制御される。
As shown in FIG. 21, one terminal of the
以下、Seg2からSeg8も同様に結線される。 Hereinafter, Seg2 to Seg8 are similarly connected.
Seg1の温度検知素子1309とSeg2の温度検知素子1310とSeg3の温度検知素子1311とSeg4の温度検知素子1312とが配線で直列に接続されて温度検知素子列を構成する。その温度検知素子列の一端は温度検知素子に定電流ISを給電する第1の共通配線1321に接続され、他端は温度検知素子列を選択するスイッチ1313と温度検知素子列の端子電圧を読み出すスイッチ1314とに接続される。スイッチ1314の他方の端子は第2の共通配線1315に接続され、スイッチ1314の他方の端子は定電流ISのリターン先であるVSS配線に接続される。スイッチ1313とスイッチ1314とは制御回路1324からの選択信号S1でオン/オフ制御される。Seg5からSeg8の温度検知素子列も同様に結線され制御回路1323により制御される。
The
次にこの素子基板の動作について説明する。 Next, the operation of this element substrate will be described.
選択信号S1により、スイッチ1313がオンされるとSeg1からSeg4の温度検知素子列に定電流ISが給電されて検知温度に応じて各温度検知素子に端子電圧が発生する。温度検知素子列の各点の電圧は、Seg1からSeg4に渡り、分圧された電圧Ve、Vd、Vc、Vb、Vaが発生する。温度検知素子列のSeg2側の端子電圧Vaは、第1の共通配線1321を通して差動増幅器1326に入力される。他方のSeg1側の端子電圧Veは、スイッチ1314を介して差動増幅器1326に入力される。差動増幅器1326は電圧Va、電圧Ve信号を入力して温度検知素子列の端子間電圧となる差動信号VSを出力する。この動作により各温度検知素子での温度を反映した電圧変化が検知される。
When the
実施例1〜5では独立インク供給口での例を説明したが、ここでは共通インク供給口を備えた記録ヘッドの例について説明する。 In the first to fifth embodiments, the example of the independent ink supply port has been described. Here, an example of a recording head having a common ink supply port will be described.
図22はこの実施例に従う記録ヘッド1401の上面図と断面図である。
FIG. 22 is a top view and a cross-sectional view of a
図22(a)は、記録ヘッド1401の平面図であり、オリフィスプレート1404にノズル1405が所定間隔で配列されている。ここでは共通インク供給口1403を挟んで交互にノズル1405が配置されて所定方向に2列×4ノズルの8セグメントが素子基板1402に形成されている。また、記録ヘッド1401には外部配線と接続する電極端子1409が設けられている。
FIG. 22A is a plan view of the
図22(b)は図22(a)のA−A’線に沿う断面図であり、記録ヘッドの裏面には記録素子1406と温度検知素子1407が組を成して共通インク供給口1403を挟んで配置される。オリフィスプレート1404には、記録素子に対応するようにノズル1405が形成される。また、制御回路1408が記録素子1406と温度検知素子1407が隣接して、かつ、共通インク供給口1403からは離れて場所に配置される。
FIG. 22B is a cross-sectional view taken along the line AA ′ in FIG. 22A. A
図23は素子基板に2列×4ノズル構成の8セグメントの記録素子と温度検知素子を配した結線の様子を示す図である。ここでは、回路と共通インク供給口の配置関係がわかるように共通インク供給口1511も描かれている。
FIG. 23 is a diagram showing a connection state in which an 8-segment recording element and a temperature detection element having a 2-row × 4-nozzle configuration are arranged on the element substrate. Here, the common
図23に示されるように、Seg1の記録素子1504の一方の端子が記録素子に印加する電源を給電する電源線VHに接続され、他方の端子がスイッチ1501に接続される。スイッチ1501の他方の端子は、電源線VHのリターン先であるGNDHに接続されるスイッチ1501は、制御回路(不図示)の選択信号H1でオン/オフ制御される。
As shown in FIG. 23, one terminal of the
以下、Seg3、Seg5、Seg7も同様に結線される。また、共通インク供給口1511を挟んで対向するSeg2からSeg8も同様に結線される。
Hereinafter, Seg3, Seg5, and Seg7 are similarly connected. Further, Seg2 to Seg8 that face each other across the common
共通インク供給口1511の一方の側にあるSeg1の温度検知素子1505とSeg3の温度検知素子とSeg5の温度検知素子とSeg7の温度検知素子が直列に接続されて温度検知素子列を構成する。その温度検知素子列の一端は温度検知素子に定電流ISを給電する第1の共通配線1512に接続され、他端は温度検知素子列を選択するスイッチ1502と温度検知素子列の端子電圧を読み出すスイッチ1503に接続される。読み出しスイッチ1503の他方の端子は、第2の共通配線1513に接続され、スイッチ1502の他方の端子は、定電流ISのリターン先であるVSS配線に接続される。スイッチ1502とスイッチ1503は、制御回路(不図示)の選択信号S1でオン/オフ制御される。共通インク供給口1511を挟んで対向するSeg2からSeg8の温度検知素子列も同様に結線される。
The
次にこの素子基板の動作について説明する。 Next, the operation of this element substrate will be described.
選択信号S1により、スイッチ1502がオンされてSeg1が属する側の温度検知素子列に定電流ISが給電されて検知温度に応じて各温度検知素子に端子電圧が発生する。温度検知素子列の各点の電圧は、Seg1、3、5、7に渡り、分圧された電圧Ve、Vd、Vc、Vb、Vaが発生する。温度検知素子列のSeg1の端子電圧Vaは、第1の共通配線1512を通して差動増幅器1510に入力される。他方のSeg7側の端子電圧Veは、スイッチ1503を介して差動増幅器1510に入力される。差動増幅器1510は電圧Va、電圧Veを入力して温度検知素子列の端子間電圧となる差動信号VSを出力する。この動作により各温度検知素子での温度を反映した電圧変化が検知される。
In response to the selection signal S1, the
実施例1〜6では温度検知素子の電圧変化を検知する例を示した。ここでは、参照温度検知素子を設けて直列電圧分を補正して各温度検知素子の端子間電圧を読み出す例について説明する。 In Examples 1-6, the example which detects the voltage change of a temperature detection element was shown. Here, an example will be described in which a reference temperature detection element is provided, the series voltage is corrected, and the inter-terminal voltage of each temperature detection element is read.
図24は素子基板に2行×4列ノズル構成の8セグメントの記録素子と温度検知素子に加えて、補正回路を設けた結線の様子を示す図である。ここでは、回路とインク供給口の配置関係がわかるように独立インク供給口が描かれている。なお、また、図24の基本的な回路構成は図11と同じである。 FIG. 24 is a diagram showing a connection state in which a correction circuit is provided in addition to an 8-segment recording element and a temperature detection element having a 2-row × 4-column nozzle configuration on the element substrate. Here, the independent ink supply port is drawn so that the arrangement relationship between the circuit and the ink supply port can be understood. The basic circuit configuration of FIG. 24 is the same as that of FIG.
図24に示されるように、Seg1〜Seg4の温度検知素子が直列に接続されて温度検知素子列を構成する。その温度検知素子列の一端は温度検知素子に定電流ISを給電する第1の共通配線1613に接続され、他端は温度検知素子列を選択するスイッチ1615に接続される。スイッチ1615の他方の端子は定電流ISのリターン先であるVSS配線に接続される。スイッチ1615は制御回路(不図示)の選択信号S1でオン/オフ制御される。Seg5〜Seg8の温度検知素子列も同様に結線される。
As shown in FIG. 24, the temperature detection elements Seg1 to Seg4 are connected in series to form a temperature detection element array. One end of the temperature detection element array is connected to a first
ここで、図24に示す補正回路の構成を説明する。 Here, the configuration of the correction circuit shown in FIG. 24 will be described.
Seg1〜Seg4の温度検知素子列に対応するように、温度検知素子1602〜1605を直列接続した参照温度検知素子列が設けられる。その参照温度検知素子列の一端には定電流ISと同じ定電流量の別定電流源からの定電流IS’が供給される。他方の端子はスイッチ1615と同様のスイッチ1601に接続される。参照温度検知素子列の各接続点では温度検知素子列に対応する基準電圧Va’、Vb’、Vc’、Vd’、Ve’が発生する。これらの基準電圧は参照電圧を発生する演算回路1606〜1608に接続される。各演算回路の出力はスイッチ1609〜1611にそれぞれ接続される。これらスイッチ(第3のスイッチ)1609〜1611の他方の端子は共通接続されて差動増幅器1612に入力される。
Reference temperature detection element arrays in which
次にこの素子基板の動作について説明する。 Next, the operation of this element substrate will be described.
・Seg4の温度検知素子の端子間電圧(Va−Vb)を読み出す場合
Seg1〜Seg4の温度検知素子列の両端電圧(Va−Ve)から(Vb−Ve)電圧分を差し引くことで求められる。そのため、電圧Vbと等しい基準電圧Vb’を用い、
Vs=Va−Vb’
を演算して求める。そして、スイッチ1613をオンして基準電圧Vb’を差動増幅器1612に与えて端子間電圧VSを出力する。
-When reading the voltage (Va-Vb) between the terminals of the temperature detection element of Seg4 It is calculated | required by deducting the voltage component (Vb-Ve) from the both-ends voltage (Va-Ve) of the temperature detection element row | line | column of Seg1-Seg4. Therefore, a reference voltage Vb ′ equal to the voltage Vb is used,
Vs = Va−Vb ′
Is calculated. Then, the
・Seg3の温度検知素子の端子間電圧(Vb−Vc)を読み出す場合
Seg1〜Seg4の温度検知素子列の両端電圧(Va−Ve)から(Va−Vb)電圧分と(Vc−Ve)電圧分を差し引くことで求められる。そのため、電圧Va、Vb、Vcと等しい基準電圧Va’、Vb’、Vc’を用い、
Vs=Va−[(Va’−Vb’)+Vc’]
を演算して求める。そして、スイッチ1609をオンし、演算回路1606の参照電圧(Va’−Vb’)+Vc’を差動増幅器1612に与えて端子間電圧VSを出力する。
When reading the voltage (Vb−Vc) between the terminals of the temperature detection element of Seg3 From the voltage (Va−Ve) across the temperature detection element array of Seg1 to Seg4, (Va−Vb) and (Vc−Ve) It is calculated by subtracting. Therefore, the reference voltages Va ′, Vb ′, Vc ′ equal to the voltages Va, Vb, Vc are used,
Vs = Va − [(Va′−Vb ′) + Vc ′]
Is calculated. Then, the
・Seg2の温度検知素子の端子間電圧(Vc−Vd)を読み出す場合
Seg1〜Seg4の温度検知素子列の両端電圧(Va−Ve)から(Va−Vc)電圧分と(Vd−Ve)電圧分を差し引くことで求められる。そのため、電圧Va、Vc、Vdと等しい基準電圧Va’、Vc’、Vd’を用い、
Vs=Va−[(Va’−Vc’)+Vd’]
を演算して求める。そして、スイッチ1610をオンし、演算回路1607の参照電圧(Va’−Vc’)+Vd’を差動増幅器1612に与えて端子間電圧VSを出力する。
When reading the voltage (Vc-Vd) between the terminals of the temperature detection element of Seg2 From the voltage (Va-Ve) across the temperature detection element array of Seg1 to Seg4, (Va-Vc) and (Vd-Ve) voltage It is calculated by subtracting. Therefore, using reference voltages Va ′, Vc ′, Vd ′ equal to the voltages Va, Vc, Vd,
Vs = Va − [(Va′−Vc ′) + Vd ′]
Is calculated. Then, the
・Seg1の温度検知素子の端子間電圧(Vd−Ve)を読み出す場合
Seg1〜Seg4の温度検知素子列の両端電圧(Va−Ve)から(Va−Vd)電圧分とVe電圧分を差し引くことで求められる。そのため、電圧Va、Vd、Veと等しい基準電圧Va’、Vd’、Ve’を用い、
Vs=Va−[(Va’−Vd’)+Ve’]
を演算して求める。そして、スイッチ1611をオンし、演算回路1608の参照電圧(Va’−Vd’)+Ve’を差動増幅器1612に与えて端子間電圧Vsを出力する。
-When reading the voltage (Vd-Ve) between the terminals of the temperature detection element of Seg1 By subtracting the (Va-Vd) voltage component and the Ve voltage component from the voltage (Va-Ve) at both ends of the temperature detection element array of Seg1 to Seg4. Desired. Therefore, using reference voltages Va ′, Vd ′, Ve ′ equal to the voltages Va, Vd, Ve,
Vs = Va − [(Va′−Vd ′) + Ve ′]
Is calculated. Then, the
従って以上説明した実施例7によれば、補正回路を用いることにより、直列接続した温度検知素子列においても個別の端子間電圧が求めることができ、検知温度の変化量だけでなく検知温度の絶対量を検出することができる。 Therefore, according to the seventh embodiment described above, by using the correction circuit, it is possible to obtain individual inter-terminal voltages even in the series of temperature detection element arrays connected in series. The amount can be detected.
以上説明した実施例1〜7のいずれにおいても、複数の温度検出素子の少なくとも一部を直列接続することで配線数を減らすことができるので、その配線に必要な基板面積を減らすことができる。従って、上述した梁部の幅を狭くすることが可能になり、例えば、独立インク供給口間も狭くすることができ、ノズル配列の高解像度化に貢献する。 In any of the first to seventh embodiments described above, since the number of wirings can be reduced by connecting at least some of the plurality of temperature detection elements in series, the substrate area required for the wirings can be reduced. Therefore, the width of the beam portion described above can be reduced, and for example, the space between the independent ink supply ports can also be reduced, which contributes to higher resolution of the nozzle array.
Claims (9)
前記オリフィスプレートに前記複数の電気熱変換素子それぞれに対応して予め定められた間隔で形成され、前記複数の電気熱変換素子を駆動することで発生する熱によりインクを吐出する複数のノズルと、
前記素子基板に形成される、前記複数のノズルそれぞれにインクを供給するインク供給口とを有し、
前記複数の温度検知素子の少なくとも一部を直列に接続して温度検知素子列を構成し、
前記温度検知素子列の一端が定電流を給電する第1の配線に接続され、前記温度検知素子列の他端が第2の配線に接続され、
前記インク供給口は、
前記複数のノズルそれぞれに個別的にインクを供給する複数の独立インク供給口と、
前記複数の独立インク供給口が連通する共通インク供給口とを有し、
前記オリフィスプレートと前記素子基板との間にあって前記複数の独立インク供給口どうしは連通し、前記連通した部分が前記素子基板の上で梁部を形成し、
前記複数の電気熱変換素子と前記複数の温度検知素子は前記梁部に配置され、
前記複数の電気熱変換素子と前記複数の温度検知素子とは列方向と行方向に配列され、
前記温度検知素子列は、前記複数の温度検知素子を前記列方向、或いは、前記行方向に直列に接続して構成することを特徴とする記録ヘッド。 A plurality of electrothermal conversion elements are arranged on the first layer of the multilayer substrate, and the temperatures of the plurality of electrothermal conversion elements are arranged on the second layer of the multilayer substrate corresponding to the positions where the plurality of electrothermal conversion elements are arranged. A recording head comprising an element substrate having a configuration in which a plurality of temperature detection elements for detecting the temperature is arranged, and an orifice plate on the element substrate,
A plurality of nozzles that are formed in the orifice plate at predetermined intervals corresponding to the plurality of electrothermal transducers, and that eject ink by heat generated by driving the electrothermal transducers;
An ink supply port for supplying ink to each of the plurality of nozzles formed on the element substrate;
A temperature detection element array is configured by connecting at least a part of the plurality of temperature detection elements in series,
One end of the temperature detection element array is connected to a first wiring that supplies a constant current, and the other end of the temperature detection element array is connected to a second wiring ,
The ink supply port is
A plurality of independent ink supply ports for individually supplying ink to each of the plurality of nozzles;
A common ink supply port through which the plurality of independent ink supply ports communicate;
The plurality of independent ink supply ports communicate with each other between the orifice plate and the element substrate, and the communicated portion forms a beam portion on the element substrate;
The plurality of electrothermal conversion elements and the plurality of temperature detection elements are disposed in the beam portion,
The plurality of electrothermal conversion elements and the plurality of temperature detection elements are arranged in a column direction and a row direction,
The recording head, wherein the temperature detection element column is configured by connecting the plurality of temperature detection elements in series in the column direction or the row direction .
前記複数のノズルそれぞれに前記対を対応させるように配置し、
前記対が連通して前記梁部を形成することを特徴とする請求項1に記載の記録ヘッド。 The plurality of independent ink supply ports are made into two pairs,
Arranging the pair to correspond to each of the plurality of nozzles,
The recording head according to claim 1 , wherein the pair communicates to form the beam portion.
前記参照温度検知素子列を構成する前記別の複数の温度検知素子それぞれの間の差電圧を演算する複数の演算回路と、
前記第1の配線からの電圧と前記別の複数の温度検知素子それぞれの間の差電圧のいずれか1つの差電圧とを入力し、2つの電圧の差電圧を反映した信号を出力する差動増幅器と、
前記別の複数の温度検知素子それぞれの間の差電圧のいずれか1つの差電圧を選択するスイッチとをさらに有することを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の記録ヘッド。 A reference temperature detection element array configured by connecting in series with another plurality of temperature detection elements corresponding to each of at least some of the plurality of temperature detection elements forming the temperature detection element array;
A plurality of arithmetic circuits for calculating a differential voltage between each of the plurality of other temperature detecting elements constituting the reference temperature detecting element array;
A differential that inputs a voltage from the first wiring and any one of the differential voltages between the different temperature sensing elements and outputs a signal reflecting the differential voltage between the two voltages An amplifier;
Recording head according to any one of claims 1 to 5, further comprising a switch for selecting either one of difference voltage between the voltage difference between the respective said other plurality of temperature sensing elements.
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