説明

ヘッド基板、そのヘッド基板を用いた記録ヘッド、及びその記録ヘッドを用いた記録装置

【課題】より短い間隔で正確にヘッド温度の検知を行うことが可能なヘッド基板、そのヘッド基板を用いた記録ヘッド、及び記録装置を提供することである。
【解決手段】温度を検知するダイオードセンサとを備えたヘッド基板に、そのダイオードセンサにより検知されたヘッド温度データを記録データ信号のラッチに用いられるラッチ信号によってラッチする、FETとコンデンサとにより構成されたラッチ回路を備える。そして、そのラッチ回路によりラッチされたヘッド温度データを記録装置に出力する

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は温度検知素子を備えたヘッド基板、そのヘッド基板を用いた記録ヘッド、及びその記録ヘッドを用いた記録装置に関する。
【背景技術】
【0002】
インクジェットプリンタはヒータまたは圧電素子によりインクを記録媒体に吐出することで記録媒体に画像を形成するプリンタである。ヒータを用いるサーマルインクジェット方式ではインクをヒータにより加熱することにより生じる気泡の圧力によりインク液滴を吐出させる。一方、圧電素子を用いるピエゾ方式ではインクを圧電素子で押し出す。ヒータや圧電素子に供給される電気エネルギーは、熱エネルギー或は力学エネルギーに変換される。その変換は記録ヘッド内で行われる。さて、その記録ヘッドに実装する半導体製造工程により製造されるヘッド基板は製造ばらつき、温度特性などにより、その変換効率にばらつきが生じる。また、インクの熱容量、粘性抵抗などのばらつきも変換効率に影響を及ぼす。従って、同じ電気エネルギーを記録ヘッドに投入しても、記録ヘッドから吐出されるインク量にはばらつきが生じる。
【0003】
ヘッド基板の製造ばらつき、インクの特性ばらつきは事前に把握することで、それに応じた駆動方法を採用することはある程度可能である。一方、記録ヘッドの温度はその使用状況により変化する。このため、記録ヘッドの使用中にその温度を検知することで、その検知結果に基づいて、インクの吐出量を制御する方法が提案されてきた。例えば、特許文献1や特許文献2に開示された方法がそうである。
【0004】
また、記録ヘッドの温度取得の目的はその時代とともに変化してきている。最初は、記録ヘッドが破壊したなどの異常な状況を検知することが目的であり、記録ヘッドの温度を定期的に取得することで、記録ヘッドの異常を判定し、記録ヘッドの駆動を停止するという制御を行うものであった。
【0005】
その後、記録ヘッドの温度検知は画像向上のために行なわれるようになってきた。記録ヘッドの温度を各ページの記録毎に、或は、記録ヘッドの1走査毎に測定することで、それぞれの時のヘッドの状態を判断し、次のページの記録、或は、次の走査での記録ヘッドの駆動方法を変化させる制御を行なってきた。
【0006】
さらに、記録の高速化や高画質化が進んでくると、記録ヘッド1走査内での急激な温度上昇が画像に及ぼす影響が無視できなくなり、1走査記録中の温度取得や駆動方法の変更が求められるようになってきた。
【0007】
ここで従来のヘッド温度の測定方法やその測定構成について概説する。
【0008】
図5は従来のヘッド温度の測定構成を示すブロック図である。
【0009】
まず、記録動作の概要を説明する。
【0010】
図5に示すように、記録装置のメイン基板24にはIC51が設けられ、IC51より記録データ信号(HDATA)がクロック信号(HCLK)に同期してキャリッジに搭載した記録ヘッド5に実装したヘッド基板25に転送される。また、IC51からはラッチ信号(HLATCH)やヒートイネーブル信号(HENB)もヘッド基板25に転送される。これらの信号転送は、キャリッジに実装されたキャリッジ基板21とメイン基板24とを接続するフレキシブルフラットケーブル(FFC)26を介してなされる。
【0011】
転送された記録データ信号(HDATA)、クロック信号(HCLK)、ラッチ信号(HLATCH)はヘッド基板25のロジック回路53が受信する。一方、記録ヘッド5のヒータ56を駆動して記録を行なう時は、ヘッドイネーブル信号(HENB)とロジック回路53からの出力信号との論理積をAND回路54で演算してヒート信号を生成する。そして、ヒート信号によりヒータドライバ55を駆動し、ヒータ56を駆動する。
【0012】
図5ではヒータは1つしか図示されていないが、同様なヒータが記録ヘッドのノズル数存在する。記録ヘッドの駆動がされると、ヒータ56に電流が流れ、その電流はヘッド基板のGNDに流れ込む。
【0013】
図6は記録ヘッドに供給される各種信号のタイムチャート及び信号波形を示した図である。図6から分かるように、記録データ信号(HDATA)はクロック信号(HCLK)に同期して転送される。そして、その転送が終了すると、ラッチ信号(HLATCH)を転送して、ロジック回路53のラッチ回路(不図示)で記録データ信号を保持する。また、前の周期で転送した記録データ信号に基づく記録はヒートイネーブル信号(HENB)の転送タイミング(図5のA)で実行される。
【0014】
次に、ヘッド温度測定の構成について説明する。
【0015】
図7はダイオードセンサの温度特性を示す図である。
【0016】
ヘッド温度は、ヘッド基板25に設けられたダイオードセンサ57により行なわれる。図7に示すように、温度変動(環境温度Ta)に伴いダイオードセンサの順方向電位(VF)は変化する。順方向電流(If)などにより特性のバラツキはあるが、おおむねこのような特性を示し、温度が上昇すると、順方向電圧が下がる傾向にあり、順方向電圧の変化から温度変化を読み取ることができる。
【0017】
従来の構成ではダイオードセンサのアノード信号(DIODE_A)をレベルシフト回路58を介してレベル変換した信号(ADin)をIC51のA/Dコンバータポート(AD)に入力することで読み取っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0018】
【特許文献1】特開平7−256894号公報
【特許文献2】特開平5−125929号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0019】
しかしながら、上記従来例の構成は簡単な構成であるが、以下のような問題がある。
【0020】
(1)記録ヘッドのヒータ駆動時には温度測定が困難
上述のように、ヒータ56を駆動するとヘッド基板25のGNDに電流が流れこむ。温度を検出するダイオードセンサ57のカソード端子はヘッド基板のGNDに接続されているために、記録ヘッドを駆動するための大電流がダイオードセンサ57のカソード端子に流れ込むとそのアノード端子の電位に影響を及ぼす。その結果、読み取りデータが影響を受ける。例えば、図6のタイミングBに示すように、ヒートイネーブル信号(HENB)を供給してヒータ56を駆動する時にはダイオードセンサ57のアノード信号(DIODE_A)の電位が大きく振動する。
【0021】
このために、ヘッド温度をヒータ駆動中に読み取ろうとすると、ヒートタイミングを避けることができない。
【0022】
(2)伝送路上でのクロストークの問題
図8はヘッド温度を測定するために用いられる構成の等価回路を示す図である。
【0023】
記録データ信号(HDATA)はIC51から出力され、出力バッファ61で増幅されFFC26を経由してヘッド基板25に配置されたヒータドライバ55を駆動するために用いられる。その結果、ヒータ56が駆動される。
【0024】
一方、ヘッド基板25のダイオードセンサ57の出力はインピーダンスが高く、振幅の小さい信号であり、高調波ノイズの影響を受けやすい。FFC26は抵抗(R)とインダクタンス(L)成分を持ち、また近接した信号間は抵抗(R)とキャパシタ(C)成分を持つインピーダンスで結合される。ここでいう近接した信号線とは、FFC26のような配線部材における平行配線の近接した信号線と、FFC26が折り重なった場合に近接する信号線、またはハーネスの近接した信号線のことをいう。これらの近接した信号線の接合容量は変化し、近接した信号線間ではクロストークの影響を受けやすくなる。
【0025】
図8において、例えば、信号線62に高周波信号、即ち、記録データ信号(HDATA)などの矩形波波形の信号が流れると、その信号はフーリエ変換すると分かるように高周波ノイズを含む。このために、電磁誘導により近接した信号線63のインダクタンス(L)成分を介してアノード信号(DIODE_A)にノイズが重畳する。また、近接信号間の接合容量が小さい場合、例えば、FFC26のピッチが狭いとか、FFC26が密着して接触する場合などでは、接合容量成分を介してノイズが重畳する(図8の破線)。
【0026】
その結果、記録データ転送時などに近接した信号線で転送されるアノード信号(DIODE_A)にノイズが重畳する。これにより、図6のタイミングCに示すように、ダイオードセンサからの入力信号(ADin)が大きく変化する。
【0027】
このように、従来の構成ではダイオードセンサの出力信号が出力インピーダンスが高い振幅の小さい信号であるために、記録データ信号のような外部信号が転送されるタイミングではノイズが重畳することが避けることができない。
【0028】
以上のように従来の構成では記録ヘッドがインクを吐出させながら走査するタイミングは、ノイズにダイオードセンサ信号が埋もれてしまうために、ヘッド温度が正確に検知できない。そのために従来の構成では、記録走査の間や1ページの記録媒体への記録が終了し、次のぺーじの記録媒体への記録前などのタイミングでヘッド温度を取得していた。
【0029】
ヘッド温度の取得周期が比較的長くても許される場合には、従来の技術で対応できていたが、ヘッド温度の取得をより短周期で頻繁に行うことが必要とされる場合には、従来の技術では対応できないという問題がある。
【0030】
本発明は上記従来例に鑑みてなされたもので、より短い間隔で正確にヘッド温度の検知を行うことが可能なヘッド基板、そのヘッド基板を用いた記録ヘッド、及び記録装置を提供すること目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0031】
上記目的を達成するために本発明のヘッド基板は次のような構成からなる。
【0032】
即ち、ヒータと、前記ヒータを駆動するドライバと、クロック信号に同期して転送された記録データ信号をラッチ信号によりラッチするロジック回路と、温度を検知する温度検知素子とを備えたヘッド基板であって、前記温度検知素子により検知されたヘッド温度データを前記ラッチ信号によってラッチするラッチ回路を備え、前記ラッチ回路によりラッチされたヘッド温度データを外部に出力することを特徴とする。
【0033】
また、本発明の別の側面からすれば、上記記載のヘッド基板を用いた記録ヘッドを備える。
【0034】
さらに、本発明のさらに別の側面からすれば、上記記載の記録ヘッドをキャリッジに搭載し、前記キャリッジを走査しながら前記記録ヘッドにより記録を行う記録装置であって、前記キャリッジに備えられ、前記記録ヘッドのヘッド基板と接続するキャリッジ基板と、前記記録ヘッドの動作を制御する制御回路と、前記制御回路と前記キャリッジ基板とを接続するフレキシブルフラットケーブルとを有し、前記フレキシブルフラットケーブルには複数の信号線が含まれ、前記複数の信号線の一部により前記クロック信号と前記記録データ信号と前記ラッチ信号とが転送され、前記複数の信号線の別の一部により前記ヒータを駆動するヒートイネーブル信号が転送され、前記複数の信号線のさらに別の一部により前記ヘッド温度データが転送され、前記キャリッジ基板には前記ヘッド基板から出力されるヘッド温度データを転送する信号線のインピーダンスを下げるインピーダンス変換回路が備えられていることを特徴とする記録装置を備える。
【発明の効果】
【0035】
従って本発明によれば、記録動作中の記録データ信号の転送タイミングやヒータ駆動タイミングを避けてヘッド温度データを取得することや、信号線が近接する信号伝送路におけるクロストークによるノイズを低減することができるという効果がある。これにより、たとえ高速に信号伝送が発生したり、多くの信号線が密集する環境でも品質の高いヘッド温度データを得ることができ、取得したヘッド温度データより正確に記録制御を行うことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【0036】
【図1】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構成を示す概観斜視図である。
【図2】図1に示した記録装置の制御構成を示すブロック図である。
【図3】ヘッド温度の測定構成を示すブロック図である。
【図4】記録ヘッドに供給される各種信号とその記録ヘッドのダイオードセンサからの出力信号のタイムチャート及び信号波形を示した図である。
【図5】従来のヘッド温度の測定構成を示すブロック図である。
【図6】記録ヘッドに供給される各種信号のタイムチャート及び信号波形を示した図である。
【図7】ダイオードセンサの温度特性を示す図である。
【図8】ヘッド温度を測定するために用いられる構成の等価回路を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0037】
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。ただし、この実施例に記載されている構成要素の相対配置等は、特定の記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【0038】
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。さらに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も問わず、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。
【0039】
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。
【0040】
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。
【0041】
またさらに、「記録要素」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。
【0042】
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)の全体像を示す概観斜視図である。この記録装置では、キャリッジ6に対して交換可能なインクタンクを搭載する。即ち、キャリッジ6の外部にインクのメインタンク1を備え、チューブ3でキャリッジ6に搭載されたサブタンク2にインクを供給する。
【0043】
この記録装置では図1に示されているように、装置前面にあるメインタンク1からインク循環ユニット4によりチューブ3を通してインクをキャリッジ6のサブタンク2に供給している。インク循環ユニット4は、例えば、モータなどのアクチュエータでチューブを絞ることでインクの流れを制御しており、サブタンク2のインク残量や記録モードなどによりインク供給の是非を判断してインクを循環させる。
【0044】
記録紙などの記録媒体15は自動給紙機構(ASF)10に載置され、搬送モータ14と給紙モータ12の駆動力により搬送される。また、キャリッジモータ13がキャリッジ6を左右に走査させ、インクジェット記録ヘッド(以下、記録ヘッド)5からインクを吐出することで記録がなされる。
【0045】
以上が記録動作の概要である。
【0046】
図2は図1に示した記録装置の制御構成を示すブロック図である。
【0047】
CPUと専用ハードウエアで構成されるASIC(制御回路)16がプログラムを格納するNVRAM17と作業領域として用いるRAM18、制御情報を保存するROM19にアクセスしながら各種モータなどを制御して記録装置全体を制御している。先述のキャリッジ6にはキャリッジ基板21が内蔵され、記録ヘッド5に実装されたヘッド基板25とコネクタで接続している。記録ヘッド5へのインクの供給はサブタンク2より行われる。
【0048】
キャリッジ基板21はASIC16が搭載さているメイン基板24にフレキシブルフラットケーブル(FFC)26により接続される。メイン基板24にはモータを駆動するモータドライバIC27が搭載されている。モータドライバIC27は、ASIC16からの制御によりと各種モータを駆動する。各種モータにはインクを循環させるポンプを駆動するインク循環モータ28、キャリッジモータ13、搬送モータ14、給紙モータ12、記録紙のピックアップや、記録ヘッドのメンテナンス動作のためのメンテナンスモータ29を含む。
【0049】
また、ASIC16はエンコーダ33や各種センサ34からの検出信号を取り込んで制御している。また、PCやデジタルカメラなどの外部機器と接続するインタフェース35を備えている。商用電源である交流AC100〜240VはAC/DCコンバータ36によりDC電圧に変換されて、メイン基板24に供給される。その電圧はDC/DCコンバータ(不図示)により必要に応じてASIC16などに使われるロジック電圧やセンサ用の高精度なアナログ電源に変換される。メイン基板24には、クロックIC37やバックアップ用電池38が備えられ、各種イベントの時間情報をNVRAM17に格納し、種々の制御に用いられる。また、ユーザの操作のためにパネル基板39が設けられる。パネル基板には、LCD40、スイッチ41、LED42が備えられ、記録装置の状態をユーザに知らせたり、ユーザが記録装置を操作するのに使われる。
【0050】
図3はこの実施例に従うヘッド温度の測定構成を示すブロック図である。なお、図3において、既に従来例で説明したのと同じ構成や信号については同じ参照番号や記号を用いて言及し、その説明は省略する。
【0051】
図4はこの実施例に従う記録ヘッドに供給される各種信号とその記録ヘッドのダイオードセンサからの出力信号のタイムチャート及び信号波形を示した図である。
【0052】
記録データ信号(HDATA)、クロック信号(HCLK)、ラッチ信号(LATCH)の転送タイミングは従来のものと同様である。また、ヒートイネーブル信号の転送タイミングも従来のものと同様である。
【0053】
次に、この実施例に従う温度検出の構成について図3〜図4を参照して説明する。この実施例でも、ヘッド温度は、ヘッド基板25に実装されたダイオードセンサ(温度検知素子)57により検知される。
【0054】
この実施例では、FET71とコンデンサ72とで構成されたラッチ回路をヘッド基板25上に備え、温度データを保持できるようにしている。図3に示す構成によれば、ラッチ信号(LATCH)はFET71のゲートにも入力される。一方、ダイオードセンサ57のアノードはFET71のソースに接続される。従って、ラッチ信号が入力するタイミング(即ち、記録データ信号もラッチするタイミング)になるとFET71のゲートにラッチ信号が印加される。その結果、FET71のドレイン−ソース間(D−S)に電流が流れて、ダイオードセンサ57からの出力によりコンデンサ72に電荷がチャージされ、温度データがラッチされるのである。そして、コンデンサ72にチャージされた電荷が放出され出力信号(latch_out)となる。
【0055】
図4に示すように、ラッチのタイミングはラッチ信号(HLATCH)がイネーブルになるタイミングである(図4のタイミングA)。このタイミングは記録データ信号の転送の終了タイミングであり、次の記録周期の記録データ信号をヘッド基板のロジック回路にセットする前のタイミングであるから、記録ヘッドのヒータ駆動のタイミング(図4のタイミングB)にあたることはない。従って、図4に示すようなダイオードセンサ57のアノード信号(DIODE_A)にノイズが重畳する記録ヘッドのヒータ駆動タイミングを避けて、図4のタイミングCで確実にヘッド温度データをラッチすることが可能である。
【0056】
ヘッド基板25は半導体製造プロセスで製造されるので、FETとコンデンサにより構成されるラッチ回路は容易に製造可能な形態といえる。
【0057】
さらに図3によれば、この実施例では、キャリッジ基板21にインピーダンス変換回路75を備え、複数の信号線を含むFFC26において、その一部である信号線76のインピーダンスを下げている。図3の例ではインピーダンス変換回路をオペアンプ1つで構成されるボルテージフォロワ回路で構成している。ボルテージフォロワ回路は出力インピーダンスが大変小さいために、図8で示したように信号線が近接している場合でもクロストークの影響を受けにくく、信号線路上でのダイオードセンサ信号にノイズが重畳することを回避することができる。
【0058】
このようにこの実施例のヘッド基板は半導体製造プロセスで簡単に形成される構成を用い、また、キャリッジ基板に汎用アナログICを使用した回路を使うことで、コスト的にも安価な構成が可能になる。
【0059】
従って以上説明した実施例に従えば、簡単な構成で、FFC内の近接した信号線からのクロストークの影響をうけず、さらに、記録装置からの記録データ信号の転送タイミングやヒートイネーブル信号の転送タイミングを避けてヘッド温度データを取得できる。従って、取得したヘッド温度データはノイズの影響を受けない高品質のデータであるので、これにより、より正確な温度データを反映した記録制御を行うことができる。
【0060】
さらに、記録データ信号のラッチタイミングに同期させてヘッド温度データの取得を行うので、高速な記録データ信号の転送にも影響されないという利点もある。
【0061】
以上説明した実施例では、(1)ヘッド基板上にヘッド温度データを保持する構成を設け、(2)複数の信号線が含まれるFFCにおいてヘッド温度データが通過する信号線のインピーダンスを下げる構成を備える。
【0062】
即ち、ヘッド基板上に形成したラッチ回路にダイオードセンサの検知電圧をラッチ信号で保持する。このラッチタイミングは記録動作上、記録ヘッドのヒータの駆動タイミングを回避したタイミングである。このタイミングは通常の記録ヘッドを走査中に発生するが記録データ信号の転送に同期しているので、記録ヘッドの走査位置を考慮せずにヘッド温度データをラッチできる。
【0063】
また、キャリッジ基板上に配線インピーダンスを下げるインピーダンス変換回路を備える。これにより、ヘッド基板に実装するには比較的回路規模が大きいオペアンプで構成されるボルテージフォロワ回路をインピーダンス変換回路として構成することが可能になる。このようにして、インピーダンス変換回路の後段の長い配線経路上での近接もしくは隣接信号のクロストークが引き起こすノイズを抑制することができる。配線のインピーダンスが大きいと、近接信号の引き起こす電磁界および接合誘導により誘起される微電流による電圧変動が大きくなり信号の電圧レベルに大きな影響を及ぼすが、インピーダンスを下げることでこれらの影響を低減することが可能になる。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
ヒータと、前記ヒータを駆動するドライバと、クロック信号に同期して転送された記録データ信号をラッチ信号によりラッチするロジック回路と、温度を検知する温度検知素子とを備えたヘッド基板であって、
前記温度検知素子により検知されたヘッド温度データを前記ラッチ信号によってラッチするラッチ回路を備え、
前記ラッチ回路によりラッチされたヘッド温度データを外部に出力することを特徴とするヘッド基板。
【請求項2】
前記温度検知素子はダイオードセンサであり、
前記ダイオードセンサからのアノード信号を前記ヘッド温度データとして出力することを特徴とする請求項1に記載のヘッド基板。
【請求項3】
前記ラッチ回路は、FETとコンデンサとにより構成され、
前記ラッチ信号が前記FETのゲートに入力され、前記FETのドレイン−ソース間の電流により前記コンデンサに電荷がチャージされることを特徴とする請求項1又は2に記載のヘッド基板。
【請求項4】
請求項1乃至3のいずれか1項に記載のヘッド基板を実装することを特徴とする記録ヘッド。
【請求項5】
前記記録ヘッドはインクジェット記録ヘッドであることを特徴とする請求項4に記載の記録ヘッド。
【請求項6】
請求項4又は5に記載の記録ヘッドをキャリッジに搭載し、前記キャリッジを走査しながら前記記録ヘッドにより記録を行う記録装置であって、
前記キャリッジに備えられ、前記記録ヘッドのヘッド基板と接続するキャリッジ基板と、
前記記録ヘッドの動作を制御する制御回路と、
前記制御回路と前記キャリッジ基板とを接続するフレキシブルフラットケーブルとを有し、
前記フレキシブルフラットケーブルには複数の信号線が含まれ、前記複数の信号線の一部により前記クロック信号と前記記録データ信号と前記ラッチ信号とが転送され、前記複数の信号線の別の一部により前記ヒータを駆動するヒートイネーブル信号が転送され、前記複数の信号線のさらに別の一部により前記ヘッド温度データが転送され、
前記キャリッジ基板には前記ヘッド基板から出力されるヘッド温度データを転送する信号線のインピーダンスを下げるインピーダンス変換回路が備えられていることを特徴とする記録装置。
【請求項7】
前記インピーダンス変換回路はボルテージフォロワ回路で構成されることを特徴とする請求項6に記載の記録装置。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【公開番号】特開2012−11760(P2012−11760A)
【公開日】平成24年1月19日(2012.1.19)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−153478(P2010−153478)
【出願日】平成22年7月5日(2010.7.5)
【出願人】(000001007)キヤノン株式会社 (59,756)
【Fターム(参考)】