JPH0615846A - インクジェット記録ヘッドの駆動回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 入力された１回の印字指令パルスに基づいて
内部的にＮ発の印字パルスを形成し、入力された並列デ
ータから１ビットずつ選択した印字データと上記印字パ
ルスの各々とを対応させることにより、多階調印字が可
能となる。 【効果】 本発明によれば、外部から印字指令パルスを
１回だけ供給することにより多値の印字が可能となるの
で、簡易なシステム構成とすることができる。しかも本
発明によれば、複数ビットの並列印字データを一度の転
送（１サイクルの転送）で入力することができるので、
印字速度の低下を招くことがない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インクジェット記録ヘ
ッドの駆動回路に関するものである。

【０００２】さらに詳述すれば本発明は、多階調印字を
行うためのインクジェット記録ヘッドの駆動回路に関す
るものである。

【０００３】

【従来の技術】従来から知られているインクジェット記
録ヘッドのひとつとして、被記録媒体の全幅に亘って吐
出口を配列したいわゆるフルマルチ型の記録ヘッドがあ
る。この記録ヘッドは、シリコン等の基板上に電気熱エ
ネルギー変換素子（ヒータ）を配線と共に等間隔に配列
し、その電気熱エネルギー変換素子と電気熱エネルギー
変換素子との間には樹脂層を積層して隔壁を形成し、各
隔壁の上に板状の液路形成部材を接合し、吐出口を形成
したものである。

【０００４】図６はインクジェット記録ヘッドを駆動す
る駆動回路の従来例を示す。

【０００５】図６においては、駆動用集積回路（ＩＣ）
５がｎ個の電気熱エネルギー変換素子１に対して１個設
けられている。電気熱エネルギー変換素子１と同一のビ
ット数である記録データ（ＳＩ）がデータ転送用クロッ
ク（ＳＣＬＫ）に同期して各駆動用ＩＣ５内のシフトレ
ジスタ４に順次伝送され、全データが入力された後、ラ
ッチ信号（ＬＡＴ）の入力によりラッチ回路３に読み込
まれる。

【０００６】その後、分割駆動用信号（ＥＩ）および分
割駆動信号転送クロック（ＥＣＬＫ）が入力されると、
それに応じて、Ｄフリップフロップ２２により複数の駆
動用ＩＣ５が順次アクティブ状態にされ、通電時間設定
用信号（ＢＥＩ）のＯＮの間のみ、その駆動用ＩＣ５の
記録データ信号が電気熱エネルギー変換素子１に選択的
に通電され、熱エネルギーによって生成された気泡の作
用により吐出口１２からインクが吐出される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図６に
示したような従来の記録ヘッド駆動回路では、１ビット
のデータ線ＳＩにより印字データの転送を行っているた
め、多値データを印字する際（すなわち、階調性印字を
行う際）には、図示しない上位装置において所定形式の
多値データに予め変換し、その多値データを１ビットず
つ読み出し、印字指令パルスを複数回ぶん印加するとい
う複雑な構成としなければならなかった。

【０００８】さらに、階調の数が増すにつれ、印字速度
の低下を招来するという欠点も生じた。

【０００９】よって本発明の目的は上述の点に鑑み、１
回の印字指令パルスの入力により、かつ印字速度の低下
を招来することなく、多階調印字を可能としたインクジ
ェット記録ヘッドの駆動回路を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めに、本発明は印字指令パルスの印加に応答してインク
液滴を吐出させるインクジェット記録ヘッドの駆動回路
であって、前記印字指令パルスの印加に応答して、Ｎ個
（Ｎは正の整数）の印字パルスを生成する印字パルス生
成手段と、複数ビットの並列印字データを入力し、１ビ
ットずつ出力するデータ選択手段と、前記データ選択手
段の出力と前記印字パルスとに基づいて、吐出エネルギ
ー発生素子を駆動する駆動手段とを具備したものであ
る。

【００１１】

【作用】本発明の上記構成によれば、入力された１回の
印字指令パルスに基づいて内部的にＮ発の印字パルスを
形成し、入力された並列データから１ビットずつ選択し
た印字データと上記印字パルスの各々とを対応させるこ
とにより、多階調印字が可能となる。

【００１２】

【実施例】以下に詳述する本発明の一実施例は、複数の
電気熱変換素子（ヒータ）を有し、印字データに対応し
て電気熱変換素子に選択的に記録電流を通電することに
より吐出エネルギーを発生させるものであって、１サイ
クルで印字データの転送入力を完了させ、さらに１回の
印字指令パルスを入力することにより印字濃度に対応し
た複数個の印字パルスを内部的に発生させる回路構成を
具備したものである。

【００１３】以下、図面を参照して、本発明の一実施例
を詳細に説明する。

【００１４】図２は、本実施例の駆動対象となるインク
ジェット記録ヘッドを示す断面構成図である。本図に示
す記録ヘッドは、記録媒体の全幅に対応した範囲に亘っ
て吐出口を整列させたいわゆるフルマルチ型のもので、
２ビットの並列データに対応して図３に示すように、３
階調の印字を行う。

【００１５】図２において、１は通電に応じて発熱しイ
ンクに発泡を生じさせてインク吐出を行わせるための電
気熱変換素子を構成するための発熱抵抗体であり、配線
とともに基板１１上に半導体と同様の製造工程を経て形
成されている。１６は、発熱抵抗体１に対応して吐出口
１２およびこれに連通した液路１３を形成するための液
路形成部材である。１５は、各々の液路１３に共通した
液室であり、不図示のインク供給源から供給されたイン
クを貯留する。１７は、天板である。

【００１６】図１は、図２に示した記録ヘッドを駆動す
る回路構成を示すものである。本図において、ＳＩ１お
よびＳＩ２は２ビットの並列データ信号である。ＳＣＬ
Ｋは、これらデータ信号ＳＩ１，ＳＩ２を転送するため
の転送クロックである。４Ａおよび４Ｂはシフトレジス
タであり、各データＳＩ１，ＳＩ２を転送クロックＳＣ
ＬＫに同期して格納する。

【００１７】６はラッチ回路であり、ラッチ信号ＬＡＴ
に応答して、各シフトレジスタ４Ａ，４Ｂの同一ビット
データを（本実施例の場合に合わせて２ビット）を一時
的に保持する。

【００１８】７はパラレル／シリアル変換回路であり、
ラッチされている２ビットのデータをシリアルデータに
変換して出力する。本実施例の場合には２ビットのデー
タであるので、各シフトレジスタ４Ａ，４Ｂからの出力
線を単に切替えることにより、等価的にパラレル／シリ
アル変換を行ったことになる。従って、図１において
は、シリアルデータの出力タイミングを制御する信号
を、データセレクト信号１４Ｂとしてある。

【００１９】上述したシフトレジスタ４Ａおよび４Ｂ，
ラッチ回路６，パラレル／シリアル変換回路７により、
印字データ供給部５０（破線）を形成している。

【００２０】次に、破線４０で示した印字指令パルス処
理部について説明する。ここで、ＥＩは１発のパルスか
らなる印字指令パルスであり、多階調印字を行う場合に
も、入力される印字指令パルスは１発である。ＣＬＲは
クリア信号、ＥＣＬＫは駆動クロックパルスである。

【００２１】９はＤ型フリップフロップ（以下、Ｆ／Ｆ
と略記する）、１０および１１はＡＮＤゲートである。
１２はカウンタであり、ＡＮＤゲート１１の出力パルス
を２発計数する度に、キャリー出力１２Ａを送出する。
このキャリー出力１２Ａは、ＡＮＤゲート１０を介して
Ｆ／Ｆ９をリセットする。１３は、インバータである。

【００２２】１４はインターバルタイマ（フリーラン発
振器）であり、一定周期のパルス出力１４ＡをＡＮＤゲ
ート１１に連続的に供給している。また、インターバル
タイマ１４から出力されているもう一方の出力１４Ｂ
も、上記出力１４Ａと同一の波形を有するが、上記デー
タセレクト信号として使用するために（すなわち、印字
データをＡＮＤゲート５に供給するために）、出力１４
Ａより送出時期を早めてある。

【００２３】以上により、印字指令パルス処理部４０が
形成される。

【００２４】ＡＮＤゲート１１の出力１１ＡをするＦ／
Ｆ２はＤ型Ｆ／Ｆであり、そのＱ出力２Ａは出力保護回
路８の出力（通常は、ハイレベルを維持する）と共にＡ
ＮＤゲート３に入力される。この出力保護回路８は、電
源電圧を常時モニタしており、所定の電圧値以下に下が
った場合には、その出力８Ａをローレベルに低下させ
る。換言すれば、電源電圧の異常が生じたときには、Ａ
ＮＤゲート３が閉じられることになる。

【００２５】ＡＮＤゲート３からは２発の印字パルス３
Ａが出力され、パラレル／シリアル変換回路７の出力と
共にＡＮＤゲート５に入力される。ＡＮＤゲート５の各
出力はスイッチングトランジスタＴｒをＯＮ／ＯＦＦさ
せ、これにより、ヒータ１が加熱され、インク液滴の吐
出が行われる。

【００２６】図３は、印字データＳＩ１，ＳＩ２に応じ
て本実施例による多階調印字を行った場合の状態を示し
ている。すなわち、ＳＩ１およびＳＩ２のデータの組合
せにより、インクジェット０個〜２個を吐出させること
ができる。なお、図中のインク液滴のずれは、紙送りに
よるものである。

【００２７】次に、図４を参照して、本実施例の動作を
説明する。

【００２８】まず、２ビットの並列データＳＩ１，ＳＩ
２は転送クロックＳＣＬＫに同期してシフトレジスタ４
Ａ，４Ｂに読み込まれる。そして印字データの転送が完
了するとラッチ信号ＬＡＴを入力し、各ビット毎のデー
タをラッチ回路６に保持する。

【００２９】印字指令パルスＥＩを一度入力するとＦ／
Ｆ９がセットされ、インターバルタイマ１４の出力１４
ＡがＡＮＤゲート１１を通り、Ｆ／Ｆ２に入力される。
このＦ／Ｆ２は、駆動クロックＥＣＬＫの立ち上がりか
らインターバルタイマ１４の出力１４Ｂによりリセット
されるまでの間、出力がアクティブとなり、その出力２
Ａと出力保護回路８の出力８Ａの論理積演算により、電
気熱変換素子１に通電するための印字パルス３Ａを作
る。

【００３０】カウンタ１２は、インターバルタイマ１４
のパルス出力数を数え、２発のパルスを計数すると、Ｆ
／Ｆ９にキャリー出力１２Ａを送出し、リセットをかけ
る。

【００３１】パラレル／シリアル変換回路７は、ラッチ
回路６の出力を入力し、インターバルタイマ１４のクロ
ック出力１４Ｂ（データセレクト信号９に同期して出力
データを１ビットずつシフトし、ＡＮＤゲート５に出力
する。

【００３２】すなわち、図４に示すように、１発の印字
指令パルスＥＩを入力することにより、結果として、２
発の印字パルス３Ａ（ＡＮＤゲート３の出力）が得られ
ることになる。

【００３３】このように、印字指令パルス処理部４０と
印字データ供給部５０を具備することにより、図示しな
い上位装置からのデータ転送時間の短縮を図ると共に、
システム全体としての印字速度の向上がはかれる。

【００３４】以上述べた記録ヘッドおよびその駆動回路
を用いて、例えば図５に示すようなフルカラー記録が可
能なラインプリンタを構成することができる。

【００３５】図５において、２０１Ａおよび２０１Ｂは
記録媒体Ｒを副走査方向ＶＳに挾持搬送するために設け
たローラ対である。２０２ＢＫ，２０２Ｙ，２０２Ｍお
よび２０２Ｃはそれぞれ記録媒体Ｒの全幅に亘ってノズ
ルを配列したブラック，イエロー，マゼンタおよびシア
ンの記録を行うフルマルチタイプの記録ヘッドであり、
この順に記録媒体搬送方向上流側より配置してある。

【００３６】２００は回復系であり、吐出回復処理にあ
たっては記録媒体Ｒに代って記録ヘッド２０２ＢＫ〜２
０２Ｃに対向する。

【００３７】各色ごとの記録ヘッドに対して本実施例
（図１参照）の駆動回路を適用することにより、フルカ
ラーの多値記録が可能となる。かくして、高速なフルカ
ラー多階調プリンタを実現することができる。

【００３８】また、上述した実施例は３階調について述
べたが、８階調，１６階調といった階調数に左右される
ものではない。

【００３９】（その他）なお、本発明は、特にインクジ
ェット記録方式の中でも、インク吐出を行わせるために
利用されるエネルギとして熱エネルギを発生する手段
（例えば電気熱変換体やレーザ光等）を備え、前記熱エ
ネルギによりインクの状態変化を生起させる方式の記録
ヘッド、記録装置において優れた効果をもたらすもので
ある。かかる方式によれば記録の高密度化，高精細化が
達成できるからである。

【００４０】その代表的な構成や原理については、例え
ば、米国特許第４７２３１２９号明細書，同第４７４０
７９６号明細書に開示されている基本的な原理を用いて
行うものが好ましい。この方式は所謂オンデマンド型，
コンティニュアス型のいずれにも適用可能であるが、特
に、オンデマンド型の場合には、液体（インク）が保持
されているシートや液路に対応して配置されている電気
熱変換体に、記録情報に対応していて核沸騰を越える急
速な温度上昇を与える少なくとも１つの駆動信号を印加
することによって、電気熱変換体に熱エネルギを発生せ
しめ、記録ヘッドの熱作用面に膜沸騰を生じさせて、結
果的にこの駆動信号に一対一で対応した液体（インク）
内の気泡を形成できるので有効である。この気泡の成
長，収縮により吐出用開口を介して液体（インク）を吐
出させて、少なくとも１つの滴を形成する。この駆動信
号をパルス形状とすると、即時適切に気泡の成長収縮が
行われるので、特に応答性に優れた液体（インク）の吐
出が達成でき、より好ましい。このパルス形状の駆動信
号としては、米国特許第４４６３３５９号明細書，同第
４３４５２６２号明細書に記載されているようなものが
適している。なお、上記熱作用面の温度上昇率に関する
発明の米国特許第４３１３１２４号明細書に記載されて
いる条件を採用すると、さらに優れた記録を行うことが
できる。

【００４１】記録ヘッドの構成としては、上述の各明細
書に開示されているような吐出口，液路，電気熱変換体
の組合せ構成（直線状液流路または直角液流路）の他に
熱作用部が屈曲する領域に配置されている構成を開示す
る米国特許第４５５８３３３号明細書，米国特許第４４
５９６００号明細書を用いた構成も本発明に含まれるも
のである。加えて、複数の電気熱変換体に対して、共通
するスリットを電気熱変換体の吐出部とする構成を開示
する特開昭５９−１２３６７０号公報や熱エネルギの圧
力波を吸収する開孔を吐出部に対応させる構成を開示す
る特開昭５９−１３８４６１号公報に基いた構成として
も本発明の効果は有効である。すなわち、記録ヘッドの
形態がどのようなものであっても、本発明によれば記録
を確実に効率よく行うことができるようになるからであ
る。

【００４２】さらに、記録装置が記録できる記録媒体の
最大幅に対応した長さを有するフルラインタイプの記録
ヘッドに対しても本発明は有効に適用できる。そのよう
な記録ヘッドとしては、複数記録ヘッドの組合せによっ
てその長さを満たす構成や、一体的に形成された１個の
記録ヘッドとしての構成のいずれでもよい。

【００４３】加えて、上例のようなシリアルタイプのも
のでも、装置本体に固定された記録ヘッド、あるいは装
置本体に装着されることで装置本体との電気的な接続や
装置本体からのインクの供給が可能になる交換自在のチ
ップタイプの記録ヘッド、あるいは記録ヘッド自体に一
体的にインクタンクが設けられたカートリッジタイプの
記録ヘッドを用いた場合にも本発明は有効である。

【００４４】また、本発明の記録装置の構成として、記
録ヘッドの吐出回復手段、予備的な補助手段等を付加す
ることは本発明の効果を一層安定できるので、好ましい
ものである。これらを具体的に挙げれば、記録ヘッドに
対してのキャッピング手段、クリーニング手段、加圧或
は吸引手段、電気熱変換体或はこれとは別の加熱素子或
はこれらの組み合わせを用いて加熱を行う予備加熱手
段、記録とは別の吐出を行なう予備吐出手段を挙げるこ
とができる。

【００４５】また、搭載される記録ヘッドの種類ないし
個数についても、例えば単色のインクに対応して１個の
みが設けられたものの他、記録色や濃度を異にする複数
のインクに対応して複数個数設けられるものであっても
よい。すなわち、例えば記録装置の記録モードとしては
黒色等の主流色のみの記録モードだけではなく、記録ヘ
ッドを一体的に構成するか複数個の組み合わせによるか
いずれでもよいが、異なる色の複色カラー、または混色
によるフルカラーの各記録モードの少なくとも一つを備
えた装置にも本発明は極めて有効である。

【００４６】さらに加えて、以上説明した本発明実施例
においては、インクを液体として説明しているが、室温
やそれ以下で固化するインクであって、室温で軟化もし
くは液化するものを用いてもよく、あるいはインクジェ
ット方式ではインク自体を３０℃以上７０℃以下の範囲
内で温度調整を行ってインクの粘性を安定吐出範囲にあ
るように温度制御するものが一般的であるから、使用記
録信号付与時にインクが液状をなすものを用いてもよ
い。加えて、熱エネルギによる昇温を、インクの固形状
態から液体状態への状態変化のエネルギとして使用せし
めることで積極的に防止するため、またはインクの蒸発
を防止するため、放置状態で固化し加熱によって液化す
るインクを用いてもよい。いずれにしても熱エネルギの
記録信号に応じた付与によってインクが液化し、液状イ
ンクが吐出されるものや、記録媒体に到達する時点では
すでに固化し始めるもの等のような、熱エネルギの付与
によって初めて液化する性質のインクを使用する場合も
本発明は適用可能である。このような場合のインクは、
特開昭５４−５６８４７号公報あるいは特開昭６０−７
１２６０号公報に記載されるような、多孔質シート凹部
または貫通孔に液状又は固形物として保持された状態
で、電気熱変換体に対して対向するような形態としても
よい。本発明においては、上述した各インクに対して最
も有効なものは、上述した膜沸騰方式を実行するもので
ある。

【００４７】さらに加えて、本発明インクジェット記録
装置の形態としては、コンピュータ等の情報処理機器の
画像出力端末として用いられるものの他、リーダ等と組
合せた複写装置、さらには送受信機能を有するファクシ
ミリ装置の形態を採るもの等であってもよい。

【００４８】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、外
部から印字指令パルスを１回だけ供給することにより多
値の印字が可能となるので、簡易なシステム構成とする
ことができる。しかも本発明によれば、複数ビットの並
列印字データを一度の転送（１サイクルの転送）で入力
することができるので、印字速度の低下を招くことがな
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すブロック図である。

【図２】本実施例に用いる記録ヘッドの断面構成図であ
る。

【図３】本実施例による多階調印字の状態を示した説明
図である。

【図４】図１に示した回路の動作を示す波形図である。

【図５】本実施例を適用したフルカラープリンタの一例
を示す概略構成図である。

【図６】従来技術の説明図である。

【符号の説明】

１ 電気熱変換素子（発熱抵抗体） ２ Ｄ型フリップフロップ ３ ＡＮＤゲート ４Ａ，４Ｂ シフトレジスタ ５ ＡＮＤゲート ６ ラッチ回路 ７ パラレル／シリアル変換回路 ８ 出力保護回路 ９ Ｄ型フリップフロップ １０ ＡＮＤゲート １１ ＡＮＤゲート １２ カウンタ １３ インバータ １４ インターバルタイマ（フリーラン発振器）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 印字指令パルスの印加に応答してインク
   液滴を吐出させるインクジェット記録ヘッドの駆動回路
   であって、 前記印字指令パルスの印加に応答して、Ｎ個（Ｎは正の
   整数）の印字パルスを生成する印字パルス生成手段と、 複数ビットの並列印字データを入力し、１ビットずつ出
   力するデータ選択手段と、 前記データ選択手段の出力と前記印字パルスとに基づい
   て、吐出エネルギー発生素子を駆動する駆動手段とを具
   備したことを特徴とするインクジェット記録ヘッドの駆
   動回路。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記吐出エネルギー
   発生素子として、電気・熱エネルギー変換素子を用いた
   ことを特徴とするインクジェット記録ヘッドの駆動回
   路。