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
【課題】 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ことである。
【解決手段】ヘッド基板に設けられた複数のヒータそれぞれには、駆動方式に従って以下の構成を備える。即ち、定電圧駆動方式であれば、各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、ヒータに流れる電流、或いは、ヒータ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備える。そして、その回路により発生するパルスにより第１のスイッチによるヒータへの通電を制御する。また、定電流駆動方式であれば、各ヒータへのエネルギーの供給を制御するスイッチと、そのヒータと相対的に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する時定数回路とを備える。そして、その回路により発生するパルスによりスイッチによるヒータへの通電を制御する。
【解決手段】ヘッド基板に設けられた複数のヒータそれぞれには、駆動方式に従って以下の構成を備える。即ち、定電圧駆動方式であれば、各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、ヒータに流れる電流、或いは、ヒータ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備える。そして、その回路により発生するパルスにより第１のスイッチによるヒータへの通電を制御する。また、定電流駆動方式であれば、各ヒータへのエネルギーの供給を制御するスイッチと、そのヒータと相対的に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する時定数回路とを備える。そして、その回路により発生するパルスによりスイッチによるヒータへの通電を制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【特許文献１】特開平７−８１１１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
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。
【００１３】
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、或は、前記ヒータ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備え、該回路により発生するパルスにより前記第１のスイッチによる前記ヒータへの通電を制御することを特徴とする。
【００１４】
また他の発明によれば、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、前記ヒータと相対的に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する時定数回路とを備え、該回路により発生するパルスにより前記スイッチによる前記ヒータへの通電を制御することを特徴とするヘッド基板を備える。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【発明の効果】
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
＜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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【実施例１】
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
次に、ヒータ駆動の動作について説明する。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
Ｖref＝ＶＡ（ｔ）＝ａ×Ｖｈ×ｔ／（Ｒｈ×Ｃ）なので、
ｔ＝Ｖref×Ｒｈ×Ｃ／（ａ×Ｖｈ） ……（３）
となる。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【実施例２】
【００６７】
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。
【００６８】
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（第１の定電流源）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の一端は定電流源（第２の定電流源）２０２とコンパレータ１０５の（＋）入力端子に接続される。定電流源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。
【００６９】
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。
【００７０】
次に、ヒータ駆動の動作について説明する。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
定電流源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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
Ｖref＝ＶＡ（ｔ）＝ａ×ｂ×Ｒｈ×ｔなので、式（５）が得られる。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【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キャリッジ周辺部の構成の概要を示す外観斜視図である。
【図２】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。
【図３】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４】実施例１に従う定電圧駆動方式による記録ヘッド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。
【図５】図４に示す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。
【図６】実施例２に従う定電流駆動方式による記録ヘッド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。
【図７】図６に示す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。
【符号の説明】
【００８８】
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、２０２ 定電流源
ＩＪＨ 記録ヘッド
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【特許文献１】特開平７−８１１１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
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。
【００１３】
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、或は、前記ヒータ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備え、該回路により発生するパルスにより前記第１のスイッチによる前記ヒータへの通電を制御することを特徴とする。
【００１４】
また他の発明によれば、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、前記ヒータと相対的に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する時定数回路とを備え、該回路により発生するパルスにより前記スイッチによる前記ヒータへの通電を制御することを特徴とするヘッド基板を備える。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【発明の効果】
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
＜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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【実施例１】
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
次に、ヒータ駆動の動作について説明する。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
Ｖref＝ＶＡ（ｔ）＝ａ×Ｖｈ×ｔ／（Ｒｈ×Ｃ）なので、
ｔ＝Ｖref×Ｒｈ×Ｃ／（ａ×Ｖｈ） ……（３）
となる。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【実施例２】
【００６７】
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。
【００６８】
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（第１の定電流源）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の一端は定電流源（第２の定電流源）２０２とコンパレータ１０５の（＋）入力端子に接続される。定電流源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。
【００６９】
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。
【００７０】
次に、ヒータ駆動の動作について説明する。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
定電流源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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
Ｖref＝ＶＡ（ｔ）＝ａ×ｂ×Ｒｈ×ｔなので、式（５）が得られる。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【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キャリッジ周辺部の構成の概要を示す外観斜視図である。
【図２】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。
【図３】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４】実施例１に従う定電圧駆動方式による記録ヘッド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。
【図５】図４に示す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。
【図６】実施例２に従う定電流駆動方式による記録ヘッド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。
【図７】図６に示す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。
【符号の説明】
【００８８】
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、２０２ 定電流源
ＩＪＨ 記録ヘッド
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、或は、前記ヒータ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備え、
該回路により発生するパルスにより前記第１のスイッチによる前記ヒータへの通電を制御することを特徴とするヘッド基板。
【請求項２】
前記時定数回路は、
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、
前記コンパレータからの出力により前記第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。
【請求項３】
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、
前記ヒータと相対的に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する時定数回路とを備え、
該回路により発生するパルスにより前記スイッチによる前記ヒータへの通電を制御することを特徴とするヘッド基板。
【請求項４】
前記時定数回路は、
前記スイッチに直列に接続された第１の定電流源と、
第２の定電流源と、
前記ヒータの近傍に設けられ、前記第２の定電流源に直列に接続された抵抗と、
基準電圧源と、
前記基準電圧源からの基準電圧と、前記第２の定電流源からの供給される電流により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、
前記コンパレータからの出力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。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載のヘッド基板を用いた記録ヘッド。
【請求項６】
前記記録ヘッドはインクを吐出して記録を行う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５に記載の記録ヘッド。
【請求項７】
請求項６に記載のインクジェット記録ヘッドに供給するためのインクを貯留したインクタンクを一体的に備えたことを特徴とするヘッドカートリッジ。
【請求項８】
請求項６に記載のインクジェット記録ヘッド又は請求項７に記載の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。
【請求項１】
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、或は、前記ヒータ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備え、
該回路により発生するパルスにより前記第１のスイッチによる前記ヒータへの通電を制御することを特徴とするヘッド基板。
【請求項２】
前記時定数回路は、
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、
前記コンパレータからの出力により前記第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。
【請求項３】
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、
前記ヒータと相対的に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する時定数回路とを備え、
該回路により発生するパルスにより前記スイッチによる前記ヒータへの通電を制御することを特徴とするヘッド基板。
【請求項４】
前記時定数回路は、
前記スイッチに直列に接続された第１の定電流源と、
第２の定電流源と、
前記ヒータの近傍に設けられ、前記第２の定電流源に直列に接続された抵抗と、
基準電圧源と、
前記基準電圧源からの基準電圧と、前記第２の定電流源からの供給される電流により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、
前記コンパレータからの出力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。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載のヘッド基板を用いた記録ヘッド。
【請求項６】
前記記録ヘッドはインクを吐出して記録を行う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５に記載の記録ヘッド。
【請求項７】
請求項６に記載のインクジェット記録ヘッドに供給するためのインクを貯留したインクタンクを一体的に備えたことを特徴とするヘッドカートリッジ。
【請求項８】
請求項６に記載のインクジェット記録ヘッド又は請求項７に記載の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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−１０００１６（Ｐ２０１０−１０００１６Ａ）
【公開日】平成２２年５月６日（２０１０．５．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２７５９１９（Ｐ２００８−２７５９１９）
【出願日】平成２０年１０月２７日（２００８．１０．２７）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年５月６日（２０１０．５．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１０月２７日（２００８．１０．２７）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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