JP6576044B2 - 素子基板、液体吐出ヘッド、及び記録装置 - Google Patents

Description

本発明は素子基板、液体吐出ヘッド、及び記録装置に関し、特に、複数の素子とその駆動回路を実装した素子基板、液体吐出ヘッド、及び、その液体吐出ヘッドをインクジェット記録ヘッドとして用い記録媒体に画像を記録する記録装置に関する。

ワードプロセッサ、パーソナルコンピュータ、ファクシミリ等の情報出力装置として、所望の文字や画像等の情報を用紙やフィルム等のシート状の記録媒体に記録を行う記録装置が一般的に広く用いられている。

このような記録装置に搭載されて用いられる記録ヘッドにはインクジェット方式を採用しインクを吐出して記録を行う記録ヘッドがある。特に、そのような記録ヘッドの中でも、熱エネルギーを利用して記録を行う記録ヘッド（所謂、サーマル記録ヘッド）が注目を集めている。

サーマル記録ヘッドでは記録素子としてインク液滴を吐出する吐出口に連通する部位に発熱素子（ヒータ）を設け、その発熱素子に電流を供給して発熱させインクの膜沸騰によって生じる発泡力によりインク液滴を吐出させ記録を行う。このような記録ヘッドは多数の吐出口、発熱素子（ヒータ）を高密度に配置することが容易であり、これにより高精細な画像を記録することができる。以下の説明では、このようなサーマル記録ヘッドを例として取り上げるので、これを単に記録ヘッドとして言及する。

そのような記録ヘッドにおいて、記録素子とこれを駆動する駆動回路とを同一基板に実装した素子基板は、記録時に吐出口が常に大気に露出状態となるが、記録以外のときは、通常、キャップ等によって吐出口がキャッピングされている。従って、特に、例えば、空白部の多い画像を記録する場合には多くの吐出口は長時間大気中に露出されることになる。このため、そのノズル内のインク中の揮発成分が蒸発してインク粘度が増加する結果、粘度の増したインクを吐出して画像を記録しようとした場合、その吐出口からのインク液滴の吐出が不安定になる可能性がある。

この対策として従来より、特許文献１に示すように記録装置にタイマを設け、ノズルが大気に露出している時間を計測し、その時間に応じてヒータに印加するエネルギーを変化させることが提案されている。この方法により、粘度の増したインクを吐出する場合にはヒータに印加するエネルギーを増加させることで、安定的にインクを吐出するようにしている。

特開２００４−１２２５３３号公報

しかしながら上記従来例では、同時にインク吐出を行う全てのヒータに同一のエネルギーが印加されてしまう。このため、大気への露出時間が異なるノズルが同時駆動される場合、粘度の増したインクを吐出するノズルにとっては安定吐出のための最適なエネルギーが印加されるが、粘度の増していないインクを吐出するノズルにとっては過剰なエネルギーが印加される。一方、従来例の技術に従えば、全てのノズルから安定的にインクを吐出するためには、粘度の増したインクを吐出するノズルに必要な印加エネルギーに合わせる必要がある。そのため、大気へのノズルの露出時間が長くなる大判用紙対応の記録ヘッド等においては、過剰なエネルギーが印加されるノズルが増えるため、素子基板に実装されたヒータに過度の負荷がかかり、記録ヘッドの寿命を短くしてしまう可能性がある。

本発明は上記従来例に鑑みてなされたもので、発熱素子の安定的な駆動と長寿命化を両立可能な素子基板、液体吐出ヘッド、及び、そのヘッドを記録ヘッドとして用いる記録装置とを提供すること目的とする。

上記目的を達成するために本発明の素子基板は次のような構成からなる。

即ち、複数の発熱素子と、前記複数の発熱素子それぞれに対応して設けられ、前記複数の発熱素子を駆動する複数の駆動素子とを実装した素子基板であって、前記複数の駆動素子に対応して設けられ、前記複数の駆動素子の駆動周期中に対応する発熱素子が駆動されるたびに、該発熱素子が駆動されてからの経過した時間を計測する複数の計測手段と、前記複数の計測手段それぞれに対応して設けられ、前記複数の発熱素子を駆動するために用いる第１のヒート信号と該第１のヒート信号よりパルス幅の長い第２のヒート信号のいずれかを、対応する計測手段により計測された時間に基づいて選択する複数の選択手段とを有し、前記複数の計測手段のそれぞれは、前記第１のヒート信号または前記第２のヒート信号に基づいて生成された信号を対応する発熱素子に出力して該対応する発熱素子が駆動されたときに、前記生成された信号をトリガとして前記時間の計測を開始する開始手段を含むことを特徴とする。

また本発明を別の側面から見れば、上記構成の素子基板と、前記複数の発熱素子それぞれに対応して液体を吐出する複数の吐出口とを有することを特徴とする液体吐出ヘッドを備える。

さらに本発明を別の側面から見れば、上記の液体吐出ヘッドを記録ヘッドとして用い、インクジェット方式に従って、前記記録ヘッドから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。

従って本発明によれば、発熱素子毎に計測手段を設け、その発熱素子が駆動されてからの経過した時間を計測し、その計測時間に応じて発熱素子を駆動するために用いるヒート信号を選択することができる。これにより、発熱素子毎に最適な駆動エネルギーを供給することができるという効果がある。これにより、素子基板の発熱素子に過度の負荷がかかることが低減され、長寿命化を図ることができる。

また、この素子基板や液体吐出ヘッドがインクジェット記録ヘッドに用いられた場合には、回復動作の回数も削減させつつ、安定的にインクを吐出して高品位な記録を実現することができる。

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の概要を示す外観斜視図である。 図１に示したインクジェット記録装置の制御構成を示すブロック図である。 実施例１に従う記録ヘッドの素子基板の回路図である。 図３に示した素子基板で用いる各種信号のタイミングチャートである。 実施例１に従うパルス選択回路の詳細な論理構成を示す回路図である。 図５に示したパルス選択回路の動作を示すタイミングチャートである。 実施例２に従うパルス選択回路の詳細な論理構成を示す回路図である。 図６に示すパルス選択回路の動作を示すタイミングチャートである。 実施例３に従うパルス選択回路の詳細な論理構成を示す回路図である。 図９に示したパルス選択回路のカウンタの詳細な構成を示す回路図である。 図９に示したパルス選択回路のＨＥカウンタの詳細な構成を示す回路図である。 実施例３に従うカウンタ３０４の動作を示すタイミングチャートである。 実施例４に従う記録ヘッドの素子基板の回路図である。

以下に、図面を参照しながら本発明の実施例について詳細に説明する。なお、この明細書において、「記録」（以下、「プリント」とも称する）とは、文字、図形等有意の情報を形成する場合のみならず、有意無意を問わず、広く記録媒体上に画像、模様、パターン等を形成する、又は媒体の加工を行う場合も表すものとする。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ない。

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。

また、「インク」とは、上記「記録」の定義と同様広く解釈されるべきもので、記録媒体上に付与されることによって、画像、模様、パターン等の形成又は記録媒体の加工、或いはインクの処理に供され得る液体を表すものとする。インクの処理としては、例えば記録媒体に付与されるインク中の色剤の凝固又は不溶化させることが挙げられる。

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。

またさらに、「記録素子（又はノズル）」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。

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。

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。

＜記録装置の概要説明（図１〜図２）＞
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ヘッド（以下、記録ヘッド）を用いて記録を行なう記録装置の構成の概要を示す外観斜視図である。

図１に示すようにインクジェット記録装置（以下、記録装置）１は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なうインクジェット記録ヘッド（以下、記録ヘッド）３をキャリッジ２に搭載し、キャリッジ２を矢印Ａ方向に往復移動させて記録を行う。記録紙などの記録媒体Ｐを給紙機構５を介して給紙し、記録位置まで搬送し、その記録位置において記録ヘッド３から記録媒体Ｐにインクを吐出することで記録を行なう。

記録装置１のキャリッジ２には記録ヘッド３を搭載するのみならず、記録ヘッド３に供給するインクを貯留するインクタンク６を装着する。インクタンク６はキャリッジ２に対して着脱自在になっている。

図１に示した記録装置１はカラー記録が可能であり、そのためにキャリッジ２にはマゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、イエロ（Ｙ）、ブラック（Ｋ）のインクを夫々、収容した４つのインクカートリッジを搭載している。これら４つのインクカートリッジは夫々独立に着脱可能である。

この実施例の記録ヘッド３は、熱エネルギを利用してインクを吐出するインクジェット方式を採用している。このため、電気熱変換体を備えている。この電気熱変換体は各吐出口のそれぞれに対応して設けられ、記録信号に応じて対応する電気熱変換体にパルス電圧を印加することによって対応する吐出口からインクを吐出する。なお、記録装置は、上述したシリアルタイプの記録装置に限定するものではなく、記録媒体の幅方向に吐出口を配列した記録ヘッド（ラインヘッド）を記録媒体の搬送方向に配置するいわゆるフルラインタイプの記録装置にも適用できる。

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。

図２に示すように、コントローラ６００は、ＭＰＵ６０１、ＲＯＭ６０２、特殊用途集積回路（ＡＳＩＣ）６０３、ＲＡＭ６０４、システムバス６０５、Ａ／Ｄ変換器６０６などで構成される。ここで、ＲＯＭ６０２は後述する制御シーケンスに対応したプログラム、所要のテーブル、その他の固定データを格納する。ＡＳＩＣ６０３は、キャリッジモータＭ１の制御、搬送モータＭ２の制御、及び、記録ヘッド３の制御のための制御信号を生成する。ＲＡＭ６０４は、画像データの展開領域やプログラム実行のための作業用領域等として用いられる。システムバス６０５は、ＭＰＵ６０１、ＡＳＩＣ６０３、ＲＡＭ６０４を相互に接続してデータの授受を行う。Ａ／Ｄ変換器６０６は以下に説明するセンサ群からのアナログ信号を入力してＡ／Ｄ変換し、デジタル信号をＭＰＵ６０１に供給する。

また、図２において、６１０は画像データの供給源となる図１に示したホストやＭＦＰに対応するホスト装置である。ホスト装置６１０と記録装置１との間ではインタフェース（Ｉ／Ｆ）６１１を介して画像データ、コマンド、ステータス等をパケット通信により送受信する。このパケット通信については後で説明する。なお、インタフェース６１１としてＵＳＢインタフェースをネットワークインタフェースとは別にさらに備え、ホストからシリアル転送されるビットデータやラスタデータを受信できるようにしても良い。

さらに、６２０はスイッチ群であり、電源スイッチ６２１、プリントスイッチ６２２、回復スイッチ６２３などから構成される。

６３０は装置状態を検出するためのセンサ群であり、位置センサ６３１、温度センサ６３２等から構成される。この実施例では、この他にもインク残量を検出するフォトセンサが設けられる。このフォトセンサの詳細について後述する。

さらに、６４０はキャリッジ２を矢印Ａ方向に往復走査させるためのキャリッジモータＭ１を駆動させるキャリッジモータドライバ、６４２は記録媒体Ｐを搬送するための搬送モータＭ２を駆動させる搬送モータドライバである。

ＡＳＩＣ６０３は、記録ヘッド３による記録走査の際に、ＲＡＭ６０４の記憶領域に直接アクセスしながら記録ヘッドに対して発熱素子（インク吐出用のヒータ）を駆動するためのデータを転送する。加えて、この記録装置には、ユーザインタフェースとしてＬＣＤやＬＥＤで構成される表示部が備えられている。

次に、以上の構成の記録装置に記録ヘッドとして用いられる液体吐出ヘッドを構成するヘッド基板（素子基板）の実施例について説明する。

図３は実施例１に従う記録ヘッドの素子基板の回路図である。図４は図３に示した素子基板で用いる各種信号のタイミングチャートである。

まず、図３〜図４を参照して素子基板に実装された回路の全体的な動作について説明する。クロック信号（ＣＬＫ）に同期してｎビットの画像データ信号（ＤＡＴＡ）とこれ続いてブロック選択信号が記録ヘッド３の素子基板へ入力される。素子基板へ取り込まれた画像データ信号（ＤＡＴＡ）は信号線１０９を介して供給されるラッチ信号（ＬＴ）がＨｉｇｈとなるタイミングで、素子基板内のラッチ回路（不図示）に保持され、データ信号線１０６に供給される。一方、ブロック選択信号はデコーダ回路（不図示）に入力されて時分割駆動のブロック信号（ＢＬＥ）を生成し、ブロック信号線１０５に供給される。

ここで、ラッチ回路にラッチされる画像データ信号はｎビットで構成され、各ビットがｎ本からなるデータ信号線１０６のそれぞれに供給される。従って、各ビットの画像データ信号に言及する場合には、ＤＡＴＡ＿０、ＤＡＴＡ＿１、……、ＤＡＴＡ＿ｎ−１として言及する。一方、デコーダ回路に入力されるブロック選択信号から生成されるブロック信号はｍビットで構成され、各ビットがｍ本からなるブロック信号線１０５のそれぞれに供給される。従って、各ビットのブロック信号に言及する場合には、ＢＬＥ＿０、ＢＬＥ＿１、……、ＢＬＥ＿ｎ−１として言及する。これら２種類の信号線から構成されるマトリクスにより駆動される複数のヒータ１０１は順次選択される。従って、これら２種類の信号線により供給される２つの信号を合わせてヒータ選択信号ということもある。

ヒート信号（ＨＥ１，ＨＥ２）はヒータ１０１を駆動する期間を決めるために用いられる信号であり、一度のインク吐出で２度駆動パルスが入力される。この実施例では粘度が増しているインクが存在するノズルのヒータを駆動するためのヒート信号（ＨＥ２）と粘度の増していないインクが存在するノズルのヒータを吐出するためのヒート信号（ＨＥ１）の二種類を備えている。

図４を見ると分かるように、この実施例ではヒート信号（ＨＥ１）よりもヒート信号（ＨＥ２）の方がパルス幅が若干広くヒータに供給するエネルギーが大きい。パルス選択回路１０７はこれら二種類のヒート信号の内のいずれかを選択する。パルス選択回路１０７は吐出口の大気への露出時間に応じてヒート信号を選択出力する。

ヒータ選択回路１０４はデータ信号線１０６からの画像データ信号（ＤＡＴＡ）とブロック信号線１０５からのブロック信号（ＢＬＥ）とパルス選択回路１０７からのヒート信号（ＨＥ１又はＨＥ２）を入力し、駆動するヒータに対して駆動信号を出力する。ヒータ選択回路１０４から出力される駆動信号はレベルコンバータ１０３によって昇圧され、ドライバトランジスタ（駆動素子）１０２のゲートに入力される。ヒータ１０１とドライバトランジスタ１０２には、電源配線１１１と１１２を介してヒータ電圧（ＶＨ）と接地電圧（ＧＮＤ）が印加されている。昇圧された駆動信号の電圧に従ってドライバトランジスタ１０２がオンになり、選択されたヒータ１０１に所望のエネルギーが印加され、吐出口よりインクが吐出される。

さて、ヒータと吐出口は１：１の対応関係があり、各吐出口の大気露出時間の測定は、対応する個々のヒータへの駆動信号が最後に出力されてからの経過時間を計測することにより実現する。

なお、図３に示されている信号線１１０に供給される信号については後述する。

図５はパルス選択回路１０７の詳細な論理構成を示す回路図である。図３から分かるように、パルス選択回路とヒータとは１対１の対応関係がある。従って、図５では、１つのヒータとパルス選択回路の構成について説明する。

図５に示されているように、ヒータ個別の駆動信号の信号線３０６をパルス選択回路１０７へフィードバックし、そうすることにより、インク吐出するとその駆動信号によりタイマ３０３はリセットされ、吐出口の大気露出時間を測定開始する。この実施例ではタイマ３０３はカウンタ３０４とＡＮＤ回路（カウント停止回路）３０５で構成されている。タイマ３０３は、素子基板へ送られる定期信号の立ち上がりエッジをカウンタ３０４によりカウントすることにより吐出口の露出時間を測定している。定期信号は決まった周期で定期的に入力される信号であれば何でもよい。図５では、定期信号としてラッチ信号（ＬＴ）が用いた例が示されているが、他の例としてヒート信号（ＨＥ１又はＨＥ２）やキャリッジ２が記録媒体上を走査する際に記録ヘッド３の位置を検出するエンコーダ信号（不図示）を用いてよい。

図６は図５に示したパルス選択回路１０７の動作を示すタイミングチャートである。

ヒータ選択回路１０４から出力される駆動信号はヒータ個別の信号線３０６の信号である。この駆動信号によりヒータ１０１に電流が流れインクがノズルより吐出される。この駆動信号はリセット信号（ｒｅｓｅｔ）として作用し、カウンタ３０４のカウント値はリセットされる。カウンタ３０４はここではラッチ信号（ＬＴ）の立ち上がりエッジにより動作し、カウントを始める。カウンタ３０４にはコンパレータが内蔵されており、コンパレータの片側の入力には予め所望のカウント値（閾値：ＴＨ）がセットされている。ノズルのインク粘度が増し、安定吐出のためにヒータ印加エネルギー調整が必要となる時間にカウント値は閾値と等しくなるように構成される。カウント値が閾値と等しくなるとカウンタ３０４の出力である比較出力（ｃｏｍｐｏｕｔ）がハイレベル（Ｈｉｇｈ）となる。

即ち、カウンタ３０４の内部では、リセット信号（ｒｅｓｅｔ）が入力されてからラッチ信号（ＬＴ）が入力される度にカウント値が＋１され、そのカウント値が閾値ＴＨと比較される。そして、その比較によりそのカウント値が閾値ＴＨに達したと判断されると、比較出力（ｃｏｍｐｏｕｔ）がハイレベル（Ｈｉｇｈ）となる。言い換えると、ラッチ信号（ＬＴ）の信号周期をＴとすると、リセット信号（ｒｅｓｅｔ）が入力されてからＴ×ｍａｘの時間が経過すると比較出力（ｃｏｍｐｏｕｔ）がハイレベル（Ｈｉｇｈ）となる。

比較出力（ｃｏｍｐｏｕｔ）はカウント停止回路３０５にフィードバックされ、次にリセット信号が入力される（即ち、ヒータが駆動される）までタイマ３０３はカウントを停止し、比較出力（ｃｏｍｐｏｕｔ）はハイレベル（Ｈｉｇｈ）を保持する。

一方、比較出力（ｃｏｍｐｏｕｔ）はラッチ回路３０２に入力され、ラッチ回路３０２はラッチ信号（ＬＴ）がハイレベルとなるタイミングで入力論理を保持し、これを選択信号（ｓｅｌｅｃｔ）としてＨＥスイッチ３０１へ出力する。ＨＥスイッチ３０１は選択信号（ｓｅｌｅｃｔ）の論理に応じて、２つのヒート信号（ＨＥ１，ＨＥ２）のいずれかを選択出力する。

図６に示されているように、この実施例では、最初は通常の状態でインク吐出を行うためにパルス幅が若干短いヒート信号（ＨＥ１）が選択されて、ヒータが駆動される。その時の駆動信号がフィードバックされカウンタ３０４をリセットし、タイマ３０３による時間計測を開始する。そして、各ヒータに関し、比較出力（ｃｏｍｐｏｕｔ）がハイレベルになると時間計測を停止し、パルス幅が若干広いヒート信号（ＨＥ２）が選択され、そのヒート信号によりヒータが駆動される。この駆動に応じた駆動信号はリセット信号としてフィードバックされ、カウンタ３０４に入力されると、比較出力（ｃｏｍｐｏｕｔ）がローレベルに変化する。これにより、カウンタ３０４のカウント値はリセットされ、タイマ３０３による時間計測が再び始まる。これとともに、選択信号（ｓｅｌｅｃｔ）もローレベルに変化する。これにより、そのヒータに関してパルス幅が通常状態の若干短いヒート信号（ＨＥ１）が選択され、そのヒート信号によりヒータが駆動される。

従って以上説明した実施例に従えば、以上のような構成をノズル毎に設けることで、ノズル毎の大気露出時間に応じた最適なエネルギーを印加することができる。

なお、以上説明した実施例ではカウンタ３０４の閾値ＴＨは予め設定されていたが、記録装置からの記録データ信号により、閾値ＴＨが変更可能な構成でもよい。記録ヘッドの素子基板の温度によってインクの粘度が増加に至る時間は変動するため、カウント値が変更可能であると、素子基板の温度変動（即ち、記録ヘッドの温度変動）にも対応が可能になる。

また、以上説明した実施例では定期信号としてラッチ信号（ＬＴ）を用いたが、素子基板の温度に応じてインターバルが変化する信号でもよい。また、素子基板の温度だけではなく、記録ヘッドの使用環境（大気温度、湿度など）に応じて、同様の制御を行ってもよい。

実施例１は１度のインク吐出でノズル内のインクの粘度の増した状態が解消することを前提とした構成である。しかしながら、吐出口が大きい場合、蒸発しやすいインクである場合、インク吐出量が非常に小さい場合などにおいては、ノズル内のインクの増粘は一度の吐出では解消しない場合がある。この場合はヒータに印加するエネルギーを増加させたヒートパルスで何度か増粘したインクを吐出する必要がある。その場合の構成について実施例２で示す。この実施例では２回の吐出でノズル内のインク増粘が解消する例について説明する。

図７は実施例２に従うパルス選択回路１０７の詳細な論理構成を示す回路図である。なお、図７において、図５で説明したのと同じ構成要素や同じ信号については同じ参照番号や記号を用い、その説明は省略する。

図７と図５とを比較すると分かるように、両者の基本的な回路構成とその動作は同じであるが、信号線３０６を介して供給される駆動信号がＨＥカウンタ５０１とリセット回路５０４に接続されている。そして、リセット回路５０４からの出力がタイマ３０３のカウンタ３０４’のリセット端子（ｒｅｓｅｔ）に接続されている。また、カウンタ３０４’はリセット回路５０４からの出力信号の立ち上りエッジでリセットがかかる構成となっている。

図８は図６に示すパルス選択回路１０７の動作を示すタイミングチャートである。

タイマ３０３が規定時間（ノズル内のインクが増粘しない時間）内において、ヒータ１０１を駆動するのに用いられる駆動信号が出力されると、リセット回路５０４によりＨＥカウンタ５０１をスルーし、タイマ３０３はリセットされる。タイマ３０３が規定時間を超えると、ＨＥカウンタ５０１が有効になり、タイマ３０３は２度、ヒータ１０１が駆動（駆動信号が出力）されるまでタイマはリセットされない。

以下に回路の詳細動作を説明する。

ＨＥカウンタ５０１は選択信号（ｓｅｌｅｃｔ）がローレベル（Ｌｏ）の間（即ち、ヒート信号（ＨＥ１）が選択されている間）、リセットがかかっており、駆動信号の立ち上がりエッジはカウントされない。一方、選択信号（ｓｅｌｅｃｔ）がハイレベル（Ｈｉｇｈ）になるとリセットが解除され、ＨＥカウンタ５０１はその駆動信号の立ち上がりエッジをカウントする。この実施例では、ＨＥカウンタ５０１は２ビットカウンタとなっており、２回立ち上りエッジを入力すると、ハイレベル（Ｈｉｇｈ）となったＨＥキャリー信号（ＨＥ＿ｃａｒｒｙ）を出力する。

図８に示されているように、ＨＥキャリー信号（ＨＥ＿ｃａｒｒｙ）の立ち上がりエッジによりカウンタ３０４’のカウント値がリセットされ、タイマ３０３による時間計測が始動する（即ち、カウンタ３０４’がカウントを開始する）。

これ以降の回路動作は実施例１で説明したのと同じである。

従って以上説明した実施例に従えば、粘度の増したインクがあるノズルのヒータにはパルス幅の若干長いヒート信号（ＨＥ２）が選択され、そのヒータが２回駆動された後、通常のパルス幅をもつヒート信号（ＨＥ１）の使用に戻る。

なお、この実施例では２回のインク吐出でノズル内のインク増粘が解消する例を示したが、ＨＥカウンタ５０１のカウント可能値を増加する構成とすることでこの回数は可変である。また、そのカウント値は記録装置からのデータにより変更可能な構成でもよい。また、カウンタ３０４、３０４’のように閾値ＴＨと比較する構成でもよい。

ノズル内のインクの増粘はノズルの大気への露出時間に応じて進行する。露出時間が少ないとノズル周辺部のみでインク粘度が増すだけであるが、露出時間が長くなるとノズル後方に設けられたインク液室からインク供給口の方までインク粘度が増す。そこで、この実施例ではノズル内のインク増粘を解消するためのインク吐出回数をノズルの露出時間に応じて増加させる例について説明する。

図９は実施例３に従うパルス選択回路１０７の詳細な論理構成を示す回路図である。なお、図９において、図５と図７で説明したのと同じ構成要素や同じ信号については同じ参照番号や記号を用い、その説明は省略する。

図１０は図９に示すカウンタ３０４”の詳細な構成を示す回路図である。図１０に示されているように、ｘ＋２個のＤ型フリップフロップ８０１とコンパレータ８０２とから構成される。カウンタ３０４”はラッチ信号（ＬＴ）の立ち上がりエッジをカウントし、コンパレータ８０２に常にカウント値を出力し、カウント値が閾値（ＴＨ）と等しくなるとコンパレータ８０２はハイレベルを出力（ｃｏｍｐｏｕｔ）する。ここまでの構成は実施例１〜２のカウンタ３０４、３０４’に示す構成と同じであるが、図１０に示されているように、この実施例ではＤ型フリップフロップが２個余分に追加されている。

図１１は図９に示すＨＥカウンタ５０１’の詳細な構成を示す回路図である。

図１１に示されるように、ＨＥカウンタ５０１’は１つのセレクタ回路（ＳＥＬ）９０１と３つのＤ型フリップフロップ９０２とから構成される。そして、選択信号（ｓｅｌｅｃｔ）によって、左から２段目のフリップフロップ９０２−２又は３段目のフリップフロップ９０２−３からの出力を選択する。このように、この実施例のＨＥカウンタ５０１’は信号線３０６からの駆動信号を２回又は４回カウントすることができる。駆動信号が２回又は４回カウントされると、ＨＥキャリー信号（ＨＥ＿ｃａｒｒｙ）がハイレベルとなる。

また、図１２はカウンタ３０４”の動作を示すタイミングチャートである。

この実施例ではインク増粘を解消するためのインク吐出回数が２回と４回の２段階で変更可能な変える場合を説明する。

カウンタ３０４”としては非同期カウンタを使用するが同期カウンタ等の他のタイプを用いてよい。上述のように、実施例１〜２で示したカウンタ３０４、３０４’に対し、カウンタ３０４”ではカウンタビット数が２ビット多い。カウンタ３０４、３０４’と同様のカウント数で比較出力１（ｃｏｍｐｏｕｔ１）はハイレベル（Ｈｉｇｈ）の信号を出力し、実施例１〜２と同様にＨＥスイッチ３０１はヒート信号（ＨＥ２）を選択する。カウンタ３０４”ではもう一度、カウンタ３０４、３０４’と同様のカウント数のラッチ信号（ＬＴ）入力されると、ハイレベルの選択信号（ｓｅｌｅｃｔ）を出力する。

従って、この実施例の構成では図１２に示されているように、ヒータ信号（ＨＥ１）を用いている間に駆動信号をｙ回カウントし、比較出力１（ｃｏｍｐｏｕｔ１）がハイレベルとなり、ヒート信号（ＨＥ２）に切り替わる。その後、同じだけの露出時間（さらにｙ回のカウント時間）が経過すると今度はＨＥカウンタ５０１’のカウンタ可能ビット数が２ビットから３ビットに切り替わり、タイマ３０３をリセットするための吐出回数が２回から４回に増加する。このため、吐出回数が４回になった後、選択信号（ｓｅｌｅｃｔ）のレベルが切り替わって、ヒータ信号（ＨＥ１）の使用に戻る。

従って以上説明した実施例に従えば、ノズルの大気露出時間に応じてＨＥカウンタのカウント数を切り替え、インク増粘を解消するための吐出回数を可変とすることができる。これにより、実施例１〜２で説明した構成に比べてインク吐出の信頼性をさらに向上させることができる。

実施例１〜３で言及したタイマ３０３はいずれも定期信号の立ち上がりエッジをカウントすることでノズルの大気露出時間を測定している。前述のように、実施例１、２、３では定期信号をラッチ信号（ＬＴ）を用いている。しかしながら、実際ノズルが露出してインクが増粘する時間はおよそ秒周期であるのに対し、ラッチ信号（ＬＴ）の周期はおよそ数１０μ秒周期である。よって、実施例１〜３の構成ではラッチ信号（ＬＴ）のパルスのカウント数が多く、カウンタ３０４、３０４’、３０４”の回路規模が大きくなるという課題が生じる。

まず実施例１〜３におけるカウンタの回路規模について説明する。

ここで、ノズル内のインクが増粘する露出時間が１秒、ノズルの最大吐出周波数が１０ｋＨｚ、それを１６時分割して駆動される記録ヘッドの素子基板を想定する。この時、ラッチ信号（ＬＴ）の周期は１０ｋＨｚ×１６時分割＝１６０ｋＨｚとなる。このラッチ信号をカウントしてタイマ３０３を構成する場合、実施例１〜３の構成ではノズル毎に最低でもラッチ信号（ＬＴ）を１６００００回カウント可能な１８ビットカウンタが必要となる。なお、ここで言うビット数はそのカウンタに実装されるＤ型フリップフロップの数であり、フリップフロップがｎビットある場合、そのカウンタは２ⁿ個の信号エッジを計数可能となる。この時の、タイマの時間分解能は１秒÷１６００００＝６.２５μ秒と非常に細かく、インク増粘時間を計測するには明らかにオーバスペックである。

以上のことを考慮し、この実施例ではインク増粘時間を計測するに十分な時間分解能をタイマを備える。

図１３は実施例４に従う記録ヘッドの素子基板の回路図である。

なお、図１３において、図３で説明したのと同じ構成要素や同じ信号については同じ参照番号や記号を用い、その説明は省略する。

図１３に示されるように、この実施例ではラッチ信号（ＬＴ）を分周する共通カウンタ１１０１が設けられており、その出力は信号線１１０に接続されている。この実施例では共通カウンタ１１０１は、１４ビットカウンタであり、ラッチ信号（ＬＴ）が入力され、その立ち上がりエッジを１６３８４（２¹⁴）回カウントすると、パルス信号を１回出力する。このような分周回路により、ノズル個別のタイマの時間分解能は１０２．４ミリ秒（９．７７Ｈｚ）で良い。従って、ノズル個別のパルス選択回路１０７のタイマ３０３のカウンタはインク増粘時間である１秒程度を測定するためには約１０回をカウント可能な構成で良い。

従って以上説明した実施例に従えば、タイマ３０３のカウンタのビット数は４ビット（１６カウント）と実施例１〜２で求められる１８ビットをカウント可能な構成に対し回路規模を大幅に削減することが可能となる。

なお、以上説明した実施例ではラッチ信号（ＬＴ）を共通カウンタにより分周したが、ヒート信号（ＨＥ１又はＨＥ２）等、他の信号を分周してもよい。また、共通カウンタのカウント値は可変であってもよい。可変にすることで、タイマの最大計測時間や計測時間分解能を素子基板の温度や記録ヘッド環境に応じて変えることが可能となる。

なお、この明細書では図１に示したような構成の記録装置を例示したが、前述のように本発明はＢ０やＡ０サイズの大きな記録媒体に記録を行う場合にも適用可能であるし、より記録素子数の多いフルライン記録ヘッドにも適用可能である。

さらに、以上説明した４つの実施例の素子基板はインクジェット記録ヘッドに実装され記録装置による記録に用いられるものとして説明したが、その素子基板は応用範囲は記録ヘッドに限定されるものではない。例えば、何らかの処理液、液体上の薬品、染料などを吐出する液体吐出ヘッドに実装されて用いられても良い。

１０１ ヒータ、１０２ トランジスタ（駆動素子）、１０３ レベルコンバータ、
１０４ ヒータ選択回路、１０５、１０６、１０８、１０９、１１０ 信号線、
１０７ パルス選択回路、３０１ ＨＥスイッチ、３０２ ラッチ回路、
３０３ タイマ、３０４、３０４’、３０４” カウンタ

Claims (13)

1. 複数の発熱素子と、前記複数の発熱素子それぞれに対応して設けられ、前記複数の発熱素子を駆動する複数の駆動素子とを実装した素子基板であって、
   前記複数の駆動素子に対応して設けられ、前記複数の駆動素子の駆動周期中に対応する発熱素子が駆動されるたびに、該発熱素子が駆動されてからの経過した時間を計測する複数の計測手段と、
   前記複数の計測手段それぞれに対応して設けられ、前記複数の発熱素子を駆動するために用いる第１のヒート信号と該第１のヒート信号よりパルス幅の長い第２のヒート信号のいずれかを、対応する計測手段により計測された時間に基づいて選択する複数の選択手段とを有し、
   前記複数の計測手段のそれぞれは、前記第１のヒート信号または前記第２のヒート信号に基づいて生成された信号を対応する発熱素子に出力して該対応する発熱素子が駆動されたときに、前記生成された信号をトリガとして前記時間の計測を開始する開始手段を含むことを特徴とする素子基板。
2. 前記複数の計測手段それぞれは、
   前記計測された時間を予め定められた閾値と比較する比較手段と、
   前記比較手段に比較により前記計測された時間が前記閾値に達したと判断された場合には時間計測を停止する停止手段と、
   前記対応する発熱素子が前記第２のヒート信号を用いて駆動された場合には、前記計測された時間をリセットするリセット手段とを含むことを特徴とする請求項１に記載の素子基板。
3. 前記複数の選択手段それぞれは、
   前記比較手段による比較により前記計測された時間が前記閾値に達したと判断された場合、前記第２のヒート信号を選択し、前記第２のヒート信号により対応する発熱素子が予め定められた回数、駆動された後、前記第１のヒート信号を選択することを特徴とする請求項２に記載の素子基板。
4. 前記複数の計測手段それぞれは、入力される信号のパルスをカウントするカウンタをさらに含むことを特徴とする請求項３に記載の素子基板。
5. 予め定められた周期の信号を分周する分周手段をさらに有し、
   前記分周手段により分周された信号を前記複数の計測手段に共通に供給し、
   前記複数の計測手段は前記供給された分周された信号のパルスをカウントして時間の計測を行うことを特徴とする請求項３又は４に記載の素子基板。
6. 前記カウンタは予め定められた周期の信号を入力し、該入力された信号のパルスをカウントすることを特徴とする請求項４に記載の素子基板。
7. 前記予め定められた閾値を設定する設定手段をさらに有することを特徴とする請求項３乃至６のいずれか１項に記載の素子基板。
8. 請求項３乃至７のいずれか１項に記載の素子基板と、
   前記複数の発熱素子それぞれに対応して液体を吐出する複数の吐出口とを有することを特徴とする液体吐出ヘッド。
9. 請求項８に記載の液体吐出ヘッドを記録ヘッドとして用い、インクジェット方式に従って、前記記録ヘッドからインクを記録媒体に吐出して記録を行う記録装置。
10. 記録データ信号をラッチするラッチ信号、又は、前記第１のヒート信号又は前記第２のヒート信号のパルスを前記複数の計測手段でカウントすることにより前記時間の計測を行うことを特徴とする請求項９に記載の記録装置。
11. 前記記録ヘッドを往復移動させる移動手段と、
    前記移動手段による移動の方向に関し、前記記録ヘッドの位置を計測するエンコーダとをさらに有し、
    前記エンコーダからの信号のパルスを前記複数の計測手段でカウントすることにより前記時間の計測を行うことを特徴とする請求項９に記載の記録装置。
12. 前記予め定められた回数は、前記第２のヒート信号を用いて発熱素子を駆動し前記対応する吐出口からインクを吐出し、インクの増粘を解消するための回数であることを特徴とする請求項９乃至１１のいずれか１項に記載の記録装置。
13. 前記予め定められた回数は、前記対応する吐出口からインクを吐出した後に、当該吐出口が大気に露出する時間に応じて可変であることを特徴とする請求項１２に記載の記録装置。

Images