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JP4261874B2 - Recording head and recording apparatus - Google Patents

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JP4261874B2
JP4261874B2 JP2002320284A JP2002320284A JP4261874B2 JP 4261874 B2 JP4261874 B2 JP 4261874B2 JP 2002320284 A JP2002320284 A JP 2002320284A JP 2002320284 A JP2002320284 A JP 2002320284A JP 4261874 B2 JP4261874 B2 JP 4261874B2
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  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は記録ヘッドに閑し、特に、共通の電源に接続された複数の記録素子で消費されるエネルギー量を等しくすることができる記録ヘッドに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
例えばワードプロセッサ、パーソナルコンピュータ、ファクシミリ等に於ける情報出力装置として、所望される文字や画像等の情報を用紙やフィルム等シート状の記録媒体に記録を行うプリンタがある。
【0003】
プリンタの記録方式としては様々な方式が知られているが、用紙等の記録媒体に非接触記録が可能である、カラー化が容易である、静粛性に富む、等の理由でインクジェット方式が近年特に注目されており、又その構成としては所望される記録情報に応じてインクを吐出する記録ヘッドを装着すると共に用紙等の記録媒体の送り方向と交差する方向に往復走査しながら記録を行なうシリアル記録方式が安価で小型化が容易などの点から一般的に広く用いられている。
【0004】
インクジェット方式のうち、バブルジェット(登録商標)記録方式(BJ方式)は、発熱体(ヒータ)によりインクを急激に加熱、気化させ、発生した気泡の圧力によりインク液滴をオリフィスから吐出させる方式である。
【0005】
図4は、バブルジェット(登録商標)記録方式で記録を行うインクジェットプリンタの記録ヘッド内部のヒータ駆動回路の例を示す回路図である。
【0006】
記録ヘッドの素子基板上に形成されたヒータ素子R1とそのヒータ素子に電流のスイッチングを行うためのスイッチング素子Q1とが電源VHとグランド間に直列接続されており、プリンタ本体からの記録情報に応じた制御信号により、任意のスイッチング素子がオン又はオフされ、駆動されたヒータ素子に対応するノズルからインクが吐出されて画像が形成される。
【0007】
この様なヒータ素子から発生する熱エネルギーを利用してインクを吐出させる記録ヘッドを有するプリンタにおいて、高品位な画像を得るためには、吐出されるインク滴の体積を常に一定で安定させることが必要である。このためには、ヒータの発熱量を一定に保つことが望ましい。
【0008】
ここで、電気エネルギーを熱エネルギーに変換するヒータでの発熱量Pは、
V:ヒータでの電位差
R:ヒータの抵抗値
t:電圧印加時間
であるとき、
P=(V2/R)t (1)
で表される。
【0009】
式(1)から解るように、ヒータでの発熱量はヒータの抵抗値及びヒータに印加される電圧によって大きく変化する。このうちヒータの抵抗値は、ヒータの製造プロセス上20%程度のばらつきが発生する。このバラツキによる発熱量への影響を抑える方法として、特開平7−76077号公報(特許文献1)及び特開平10−95116号公報(特許文献2)に記載された方法が知られている。
【0010】
本発明は、以上のような状況に鑑みてなされたものであり、デジタル回路を駆動するための電圧と、記録素子に与えられる電源電圧を除くアナログ回路(温度等の情報を得るためのアナログ回路など)を駆動するための電圧とが異なる場合に、外部からデジタル回路を駆動するための電圧のみを供給して全体の構成を簡単にすることの可能なインクジェット記録ヘッド及び該インクジェット記録ヘッドを用いた記録装置を提供することを目的とする。
【0011】
また、特許文献2に記載された方法では、ヒータに直接に接続される、MOSトランジスタ等のスイッチング素子のオン抵抗も製造上のバラツキを持っている。このMOSトランジスタのオン抵抗は電源とグランド間にヒータの抵抗と直列に挿入されるため、ヒータに対して印加される電圧は、電源電圧を、ヒータの抵抗とMOSトランジスタのオン抵抗の比で分圧した電圧となる。
【0012】
このためMOSトランジスタのオン抵抗のバラツキは、式(1)におけるVの項が変化するのと等価であり、ヒータの発熱量に影響を与える。この影響を抑えるために、特許文献の方法と同様に、記録ヘッド内にダミーのMOSトランジスタを形成し、このMOSトランジスタのオン抵抗を測定し、ヒータに印加される電圧Vを算出し、その結果を用いてヒータでの発熱量が一定となるようにヒータに印加するパルス信号のパルス幅を調節する方法が用いられている。
【0013】
ヒータの発熱量に影響を与える要因として、上記に示したもの以外に以下のようなものがある。
【0014】
ヒータに電力を供給する電源電圧の初期状態でのバラツキや電圧変動は、直接ヒータに印加される電圧の変動につながる。また、ヒータに接続される配線や記録ヘッドをプリンタ本体と接続するコネクタに存在する抵抗成分は、ヒータ抵抗と電源との間に直列に繋がれるため、この抵抗により電圧降下が生じ、結果としてヒータに印加される電圧が変化する。
【0015】
また上記方法により算出したMOSトランジスタのオン抵抗と実際に駆動するMOSトランジスタのオン抵抗とは、常に等しいわけではなく、温度変化やゲート駆動電圧により変化する。
【0016】
これらの変動要因に対する解決手段として、特開2001−277516号公報(特許文献3)に記載された方法を図3を参照して説明する。
【0017】
図示されたように、各記録素子毎に、インクを吐出させる熱エネルギーを発生するヒータR1と、ヒータR1に電流を印加するためのMOSトランジスタ等のスイッチング素子Q1と、Q1のゲートに印加される電圧を制御するためのビット選択ロジック102と、ビット選択ロジック102に電源を供給する電圧制御回路101とが設けられている。
【0018】
電圧制御回路101において、R2はR1と同一の材料で製造された抵抗であり、Q2はQ1と同種のMOSトランジスタである。すなわち、R2及びQ2はインク吐出用のヒータ及びMOSであるR1,Q1とそれぞれ同一の特性を持つように同じ製造工程で製造される。VR1はVHを基準とした定電圧源であり、オペアンプOP1はヒータ抵抗R2の端子間の電位差とVR1の電圧を等しくなるようにQ2のゲートを調節する。結果的にヒータ抵抗R1の端子間の電位差とVR1の電圧が等しくなるように調整している。ここで、R2,Q2,VR1,OP1は定電圧フィードバック回路を構成し、この出力がビット制御ロジック102に電源として供給される。
【0019】
動作について説明すると、入力に「0」が入力された場合にMOSトランジスタQ1がオンとなり、ヒータR1に電流が流れてノズルからインクが吐出される。この時のQ1のゲートに印加される電圧は、ビット制御ロジック102の電源電圧に略等しく、この電源電圧は電圧制御回路101により供給される。上記で述べたように、R2及びQ2はR1及びQ1とそれぞれ同じ特性を持つので、R1の抵抗値とQ1のオン抵抗値の比と、R2の抵抗値とQ2のオン抵抗値の比は等しいとみなされる。R2の一端とQ2のソースには、オペアンプOP1の反転入力が接続されており、オペアンプOP1の非反転入力には、VHを基準とした定電圧源VR1が接続されている。そして、OP1の出力にはQ2のゲートが接続されているので、OP1によりR2端子間における電位差が常にVR1となるようにQ2のゲート電圧にフィードバックがかけられる。
【0020】
OP1の出力は、ビット制御ロジック102の電源となっているため、ヒータ抵抗R1の駆動時にQ1のゲートにはOP1の出力電圧、つまり、Q2のゲート電圧と同じ電圧が印加される。Q1及びQ2のゲート電圧が等しくなることから、R1とQ1のオン抵抗値の比と、R2とQ2のオン抵抗値の比が等しくなり、R1の端子間の電位差がVR1と等しくなる。
【0021】
ヒータ抵抗R1の端子間の電位差はVR1で一定であり、ヒータ抵抗R1の抵抗値をダミー抵抗等を用いてあらかじめ測定可能であれば、ヒータ抵抗R1での発熱量Pは、
P=(VR1 2/R1)t (2)
であるから、ヒータ抵抗R1の抵抗値に応じてパルス幅tをコントロールすることでヒータ抵抗R1による発熱量を一定にすることができる。
【0022】
【特許文献1】
特開平7−76077号公報
【特許文献2】
特開平10−95116号公報
【特許文献3】
特開2001−277516号公報
【0023】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来例では、個々のヘッド間においてヒータ抵抗値は±数十%のバラツキをもつため、ヒータでの発熱量を一定とするために、パルス幅を変化させる制御を行っている。
【0024】
すなわち、ヒータに印加される電圧が一定でヒータの抵抗値が±20%のバラツキをもつと仮定すると、ヒータでの発熱量を一定とするためには、パルス幅を±20%変動させることが必要となる。
【0025】
高速記録を行うためには、全てのヒータを同時に駆動することが望ましいが、実際にヒータの駆動は、電源の能力や配線での電圧降下などにより流せる最大電流が制限され、全てのヒータを同時に駆動できないため、複数のヒータをいくつかのブロックに分割し、ブロック単位で時分割駆動することで一度に流れる電流を抑えている。
【0026】
このため高速記録を行なうためには、ヒータに印加するパルス幅を短くして単位時間内に駆動するブロック数を増加させる必要があるが、上記のようにパルス幅を変動させる制御を行なうと、パルスの変動幅を確保するために駆動周波数をあまり上げることができないという問題が生じる。
【0027】
本発明は以上のような状況に鑑みてなされたものであり、記録素子の抵抗値や電源配線の抵抗値等のバラツキに関らず、各記録素子に印加するパルス幅を変化させずに各記録素子で消費されるエネルギー量を等しくすることが可能な記録ヘッド及び該記録ヘッドを備えた記録装置を提供することを目的とする。
【0028】
上記目的を達成するために本発明の一態様としての記録ヘッドは、共通の電源に接続された複数の記録素子を有する記録ヘッドであって、
各記録素子に対応して設けられた、制御端子に印加される電圧で前記記録素子の駆動を制御するスイッチング素子と、
前記電源から基準電圧を生成する基準電圧発生回路と、
前記記録素子が駆動されたときに、該記録素子の端子間の電位差と前記基準電圧とが等しくなるように制御する電圧制御回路とを備え、
前記記録素子は、
熱エネルギーを利用してインクを吐出するべく、インクに与える熱エネルギーを発生するための熱エネルギー変換体であり、
前記基準電圧発生回路は、
前記記録素子と同じ特性を有する第1のダミー記録素子と、
前記第1のダミー記録素子の抵抗値を検知する抵抗値検知回路と、
検知された前記抵抗値の平方根を得る平方根回路と、
前記平方根の値を電圧に変換して基準電圧を出力する電圧変換回路とを含む回路であり、
前記電圧制御回路は、
前記記録素子と並列に接続され、前記記録素子と同じ特性を有する第2のダミー記録素子と、
前記第2のダミー記録素子に直列に接続され、前記スイッチング素子と同じ特性を有するダミースイッチング素子と、
前記第2のダミー記録素子の端子間の電位差と前記基準電圧発生回路から出力される基準電圧の電圧とが等しくなるように、検出出力を前記ダミースイッチング素子の制御端子にフィードバックする検出素子とを含む回路であり、
前記検出出力が前記スイッチング素子の前記制御端子に接続され、前記記録素子を駆動するか否かを示す選択信号が入力される、前記記録素子に対応して設けられた論理回路を備え、
前記基準電圧発生回路からの基準電圧の値が前記第1のダミー記録素子の抵抗値の平方根に比例し、かつ前記電圧制御回路からの前記検出出力が前記論理回路の電源として使用されることを特徴とする。
【0029】
すなわち、共通の電源に接続された複数の記録素子を有する記録ヘッドにおいて、各記録素子に対応して制御端子に印加される電圧で記録素子の駆動を制御するスイッチング素子を設け、電源から基準電圧を生成する基準電圧発生回路と、記録素子が駆動されたときに、該記録素子の端子間の電位差と基準電圧とが等しくなるように制御する電圧制御回路とを備え、基準電圧の値が、記録素子の抵抗値の平方根に比例するようにする。
【0030】
このようにすると、記録素子の抵抗値や電源配線の抵抗値等のバラツキに関らず、各記録素子に印加するパルス幅を変化させずに各記録素子で消費されるエネルギー量を等しくすることができる。
【0031】
従って、このような記録ヘッドを用いると、高精細かつ高画質な記録をより高速で行なうことが可能となる。
【0032】
【発明の実施の形態】
以下添付図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
【0033】
本明細書において、「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、有意無意を問わず、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。
【0034】
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。
【0035】
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、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。
【0036】
始めに、以下で説明する本発明の記録ヘッドを用いる記録装置の代表的な全体構成及び制御構成について説明する。
【0037】
<装置本体の概略説明>
図5は、本発明の代表的な実施の形態であるインクジェットプリンタIJRAの構成の概要を示す外観斜視図である。図5において、駆動モータ5013の正逆回転に連動して駆動力伝達ギア5009〜5011を介して回転するリードスクリュー5005の螺旋溝5004に対して係合するキャリッジHCはピン(不図示)を有し、ガイドレール5003に支持されて矢印a,b方向を往復移動する。キャリッジHCには、記録ヘッドIJHとインクタンクITとを内蔵した一体型インクジェットカートリッジIJCが搭載されている。
【0038】
5002は紙押え板であり、キャリッジHCの移動方向に亙って記録用紙Pをプラテン5000に対して押圧する。5007,5008はフォトカプラで、キャリッジのレバー5006のこの域での存在を確認して、モータ5013の回転方向切り換え等を行うためのホームポジション検知器である。
【0039】
5016は記録ヘッドIJH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、5015はこのキャップ内を吸引する吸引器で、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。ブレードは、この形態でなく周知のクリーニングブレードが本例に適用できることは言うまでもない。
【0040】
又、5021は、吸引回復の吸引を開始するためのレバーで、キャリッジと係合するカム5020の移動に伴って移動し、駆動モータからの駆動力がクラッチ切り換え等の公知の伝達機構で移動制御される。
【0041】
これらのキャッピング、クリーニング、吸引回復は、キャリッジがホームポジション側の領域に来た時にリードスクリュー5005の作用によってそれらの対応位置で所望の処理が行えるように構成されているが、周知のタイミングで所望の動作を行うようにすれば、本例にはいずれも適用できる。
【0042】
<制御構成の説明>
次に、上述した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。
【0043】
図6はインクジェットプリンタIJRAの制御回路の構成を示すブロック図である。制御回路を示す同図において、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、1703は各種データ(上記記録信号や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。1710は記録ヘッドIJHを搬送するためのキャリアモータ、1709は記録紙搬送のための搬送モータである。1705は記録ヘッドを駆動するヘッドドライバ、1706,1707はそれぞれ搬送モータ1709、キャリアモータ1710を駆動するためのモータドライバである。
【0044】
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、ヘッドドライバ1705に送られた記録データに従って記録ヘッドが駆動され、記録が行われる。
【0045】
ここでは、MPU1701が実行する制御プログラムをROM1702に格納するものとしたが、EEPROM等の消去/書き込みが可能な記憶媒体を更に追加して、インクジェットプリンタIJRAと接続されたホストコンピュータから制御プログラムを変更できるように構成することもできる。
【0046】
なお、上述のように、インクタンクITと記録ヘッドIJHとは一体的に形成されて交換可能なインクカートリッジIJCを構成しても良いが、これらインクタンクITと記録ヘッドIJHとを分離可能に構成して、インクがなくなったときにインクタンクITだけを交換できるようにしても良い。
【0047】
図7は、インクタンクとヘッドとが分離可能なインクカートリッジIJCの構成を示す外観斜視図である。インクカートリッジIJCは、図7に示すように、境界線Kの位置でインクタンクITと記録ヘッドIJHとが分離可能である。インクカートリッジIJCにはこれがキャリッジHCに搭載されたときには、キャリッジHC側から供給される電気信号を受け取るための電極(不図示)が設けられており、この電気信号によって、前述のように記録ヘッドIJHが駆動されてインクが吐出される。
【0048】
なお、図7において、500はインク吐出口列である。また、インクタンクITにはインクを保持するために繊維質状もしくは多孔質状のインク吸収体が設けられている。
【0049】
[記録ヘッドの実施形態]
以下、上記のインクジェットプリンタに搭載される、本発明の記録ヘッドの実施形態について説明する。
【0050】
図1は、本発明の記録ヘッドの実施形態の駆動制御回路の構成を示す回路図である。
【0051】
図示されたように、本実施形態の駆動制御回路は、インクを吐出させる熱エネルギーを発生するヒータ抵抗R1、及びヒータ抵抗R1に電流を印加するためのN型のMOSトランジスタ等のスイッチング素子Q1が各記録素子毎に設けられ、Q1のゲートに印加される電圧を制御するためのビット選択ロジック102と、ビット選択ロジック102に電源を供給する電圧制御回路101とを備えている。
【0052】
電圧制御回路101において、R2はR1と同一の材料で製造された抵抗であり、Q2はQ1と同種のMOSトランジスタである。すなわち、R2及びQ2はインク吐出用のヒータ抵抗及びMOSトランジスタであるR1及びQ1とそれぞれ同一の特性を持つように同じ製造工程で製造される。
【0053】
Vr1は基準電圧発生回路103の出力電圧であり、オペアンプOP1は抵抗R2の端子間の電位差とVr1の電圧を等しくなるように、Q2のゲートを調節する。これは結果的に、ヒータ抵抗R1の端子間の電位差とVr1の電圧が等しくなるように調節することとなる。ここで、R2,Q2,Vr1,OP1は定電圧フイードバック回路を構成し、この出力がビット制御ロジック102に電源として供給される。
【0054】
以下、図1の駆動制御回路の動作について説明する。
【0055】
プリンタ本体より、記録すべき情報に応じてビット制御ロジック102の入力に「0」又は「1」を示す信号が入力される。図1の回路の場合、入力に「0」が入力された場合にMOSトランジスタQ1がオンとなり、ヒータ抵抗R1に電流が流れてノズルからインクが吐出される。
【0056】
この時にQ1のゲートに印加される電圧は、ビット選択ロジック102の電源電圧に等しく、この電源電圧は電圧制御回路101により供給される。上記で述べたように、R2及びQ2はR1及びQ1とそれぞれ同じ特性を持つので、R1の抵抗値とQ1のオン抵抗値の比と、R2の抵抗値とQ2のオン抵抗値の比は等しいとみなされる。R2の一端とQ2のソースには、オペアンプOP1の反転入力が接続されており、オペアンプOP1の非反転入力には、基準電圧Vr1が接続されている。そして、OP1の出力にはQ2のゲートが接続されているので、OP1によりR2の端子間の電位差が常にVr1となるようにQ2のゲート電圧にフイードバックがかけられる。
【0057】
OP1の出力は、ビット制御ロジック102の電源となっているため、ヒータR1の駆動時にQ1のゲートにはOP1の出力電圧、つまり、Q2のゲート電圧と同じ電圧が印加される。Q1及びQ2のゲート電圧が等しくなることから、R1とQ1のオン抵抗値の比と、R2とQ2のオン抵抗値の比が等しくなり、R1の端子間の電位差がVr1と等しくなる。
【0058】
図1における基準電圧Vr1を発生する基準電圧発生回路103のブロック図を図2に示す。
【0059】
RrはR1と同一の材料で製造された抵抗であり、この抵抗値を検知する抵抗値検知回路201、その抵抗値の平方根を得る平方根回路202、その出力を電圧に変換する電圧変換回路203で構成される。201から203の各回路の構成については詳述しないが、上記の各機能を満たし、他の回路と同じ基板(基体)上に形成可能であれば既知の構成のいずれを用いてもよい。
【0060】
基準電圧発生回路103の出力電圧Vr1は、抵抗Rrの抵抗値の平方根に比例した電圧である。RrはR1と同一の材料で製造された抵抗でありその抵抗値は比例関係にあるため、基準電圧発生回路103の出力電圧Vr1は、
Vr1=√(kR1) (3)
となる。ここでkは定数である。
【0061】
ヒータR1での発熱量Pは、ヒータに印加するパルス幅をtとすると、
P=(Vr12/R1)t (4)
であり、この式に式(3)を代入すると、
P=[√(kR1)2/R1]t
となる。よって、
P=kt (5)
となる。
【0062】
式(5)よりkは定数であるため、ヒータの抵抗値に関らず、パルス幅tを固定することで、ヒータでの発熱量を一定とすることができる。
【0063】
以上説明したように本実施形態によれば、各ヒータの抵抗値や電源配線の抵抗値等のバラツキに関らず、各ヒータに印加するパルス幅を一定として駆動することにより、各ヒータでの発熱量を等しくすることができる。
【0064】
[他の実施形態]
以上説明した実施形態は、発熱体(ヒータ)によりインクを急激に加熱、気化させ、発生した気泡の圧力によりインク液滴をオリフィスから吐出させる、いわゆるバブルジェット(登録商標)方式のインクジェット記録ヘッドを例に挙げて説明したが、電源電圧の変動や接続に関する寄生抵抗の影響を抑えるという本発明の作用・効果に鑑みれば、これ以外の方式によって記録を行う記録ヘッドに対しても本発明が適用できることは明らかであろう。
【0065】
この場合、上記各実施形態におけるヒータ抵抗の代わりに、各方式で使用する素子がそれぞれ設けられることとなる。
【0066】
更に、本発明に係る記録ヘッドを搭載した記録装置も本発明に含まれることはいうまでもない。
【0067】
なお、以上の実施形態において、記録ヘッドから吐出される液滴はインクであるとして説明し、さらにインクタンクに収容される液体はインクであるとして説明したが、その収容物はインクに限定されるものではない。例えば、記録画像の定着性や耐水性を高めたり、その画像品質を高めたりするために記録媒体に対して吐出される処理液のようなものがインクタンクに収容されていても良い。
【0068】
以上の実施形態は、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ーとして熱エネルギーを発生する手段(例えば電気熱変換体やレーザ光等)を備え、前記熱エネルギーによりインクの状態変化を生起させる方式を用いることにより記録の高密度化、高精細化が達成できる。
【0069】
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4740796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。この方式はいわゆるオンデマンド型、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膜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ーを発生せしめ、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1対1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をすると、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。
【0070】
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。
【0071】
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、電気熱変換体の組み合わせ構成(直線状液流路または直角液流路)の他に熱作用面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4459600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、共通するスロ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ーの圧力波を吸収する開口を吐出部に対応させる構成を開示する特開昭59−138461号公報に基づいた構成としても良い。
【0072】
さらに、記録装置が記録できる最大記録媒体の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としては、上述した明細書に開示されているような複数記録ヘッドの組み合わ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。
【0073】
加えて、上記の実施形態で説明した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のみならず、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を用いてもよい。
【0074】
また、以上説明した記録装置の構成に、記録ヘッドに対する回復手段、予備的な手段等を付加することは記録動作を一層安定に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、加圧あるいは吸引手段、電気熱変換体あるいはこれとは別の加熱素子あるいはこれらの組み合わせによる予備加熱手段などがある。また、記録とは別の吐出を行う予備吐出モードを備えることも安定した記録を行うために有効である。
【0075】
さらに、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ってでも良いが、異なる色の複色カラー、または混色によるフルカラーの少なくとも1つを備えた装置とすることもできる。
【0076】
<実施態様>
本発明の実施態様としては以下のようなものが挙げられる。
【0077】
(実施態様1)
共通の電源に接続された複数の記録素子を有する記録ヘッドであって、
各記録素子に対応して設けられた、制御端子に印加される電圧で前記記録素子の駆動を制御するスイッチング素子と、
前記電源から基準電圧を生成する基準電圧発生回路と、
前記記録素子が駆動されたときに、該記録素子の端子間の電位差と前記基準電圧とが等しくなるように制御する電圧制御回路とを備え、
前記基準電圧の値が、前記記録素子の抵抗値の平方根に比例することを特徴とする記録ヘッド。
【0078】
(実施態様2)
前記基準電圧発生回路は、
前記記録素子と同じ特性を有する第1のダミー記録素子と、
前記第1のダミー記録素子の抵抗値を検知する抵抗値検知回路と、
検知された前記抵抗値の平方根を得る平方根回路と、
前記平方根の値を電圧に変換して出力する電圧変換回路とを含むことを特徴とする実施態様1の記録ヘッド。
【0079】
(実施態様3)
前記電圧制御回路は、
前記記録素子と並列に接続され、前記記録素子と同じ特性を有する第2のダミー記録素子と、
前記第2のダミー記録素子に直列に接続され、前記スイッチング素子と同じ特性を有するダミースイッチング素子と、
前記第2のダミー記録素子の端子間の電位差と前記基準電圧の電圧とが等しくなるように、検出出力を前記ダミースイッチング素子の制御端子にフィードバックする検出素子とを含むことを特徴とする実施態様2の記録ヘッド。
【0080】
(実施態様4)
前記検出出力が、前記スイッチング素子の前記制御端子に接続され、前記記録素子を駆動するか否かを示す選択信号が入力される論理回路の電源として使用されることを特徴とする実施態様3の記録ヘッド。
【0081】
(実施態様5)
前記スイッチング素子は、MOSトランジスタであることを特徴とする実施態様1から4のいずれか1つの記録ヘッド。
【0082】
(実施態様6)
各記録素子からインクを吐出して記録を行うことを特徴とする実施態様1から5のいずれか1つの記録ヘッド。
【0083】
(実施態様7)
熱エネルギーを利用してインクを吐出するべく、インクに与える熱エネルギーを発生するための熱エネルギー変換体を各記録素子に備えていることを特徴とする実施態様6の記録ヘッド。
【0084】
(実施態様8)
実施態様1から7のいずれか1つの記録ヘッドによって記録を行うことを特徴とする記録装置。
【0085】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、記録素子の抵抗値や電源配線の抵抗値等のバラツキに関らず、各記録素子に印加するパルス幅を変化させずに各記録素子で消費されるエネルギー量を等しくすることができる。
【0086】
従って、このような記録ヘッドを用いると、高精細かつ高画質な記録をより高速で行なうことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態の記録ヘッドの駆動制御回路の構成を示す回路図である。
【図2】図1の基準電圧発生回路のブロック図である。
【図3】従来の記録ヘッドの駆動制御回路の回路図である。
【図4】従来の記録ヘッドの駆動制御回路の回路図である。
【図5】本発明の代表的な実施形態であるインクジェットプリンタの構成の槻要を示す外観斜視図である。
【図6】図5のインクジェットプリンタの制御回路の構成を示すブロック図である。
【図7】インクタンクとヘッドとが分離可能なインクカートリッジの構成を示す外観斜視図である。
【符号の説明】
101 電圧制御回路
102 ビット選択ロジック
103 基準電圧発生回路
OP1 オペアンプ
Q1,Q2 MOSトランジスタ
R1,R2,Rr ヒータ抵抗
Vr1 基準電圧
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a recording head, and more particularly to a recording head that can equalize the amount of energy consumed by a plurality of recording elements connected to a common power source.
[0002]
[Prior art]
For example, as an information output device in a word processor, personal computer, facsimile, or the like, there is a printer that records information such as desired characters and images on a sheet-like recording medium such as paper or film.
[0003]
Various types of recording methods are known for printers, but inkjet methods have recently been used for reasons such as non-contact recording on recording media such as paper, easy colorization, and high quietness. In particular, the configuration is a serial in which a recording head for ejecting ink according to desired recording information is mounted and recording is performed while reciprocating scanning in a direction crossing the feeding direction of a recording medium such as paper. In general, the recording method is widely used because it is inexpensive and easy to downsize.
[0004]
Among the inkjet methods, the bubble jet (registered trademark) recording method (BJ method) is a method in which ink is rapidly heated and vaporized by a heating element (heater), and ink droplets are ejected from the orifice by the pressure of the generated bubbles. is there.
[0005]
FIG. 4 is a circuit diagram showing an example of a heater drive circuit inside a recording head of an ink jet printer that performs recording by the bubble jet (registered trademark) recording method.
[0006]
A heater element R1 formed on the element substrate of the recording head and a switching element Q1 for switching current to the heater element are connected in series between the power source VH and the ground, and according to recording information from the printer main body. In response to the control signal, an arbitrary switching element is turned on or off, and ink is ejected from the nozzle corresponding to the driven heater element to form an image.
[0007]
In a printer having a recording head that ejects ink using the heat energy generated from such a heater element, in order to obtain a high-quality image, the volume of ejected ink droplets must always be constant and stable. is necessary. For this purpose, it is desirable to keep the heating value of the heater constant.
[0008]
Here, the calorific value P at the heater that converts electrical energy into thermal energy is:
V: potential difference at the heater R: resistance value of the heater t: voltage application time
P = (V 2 / R) t (1)
It is represented by
[0009]
As can be seen from equation (1), the amount of heat generated by the heater varies greatly depending on the resistance value of the heater and the voltage applied to the heater. Of these, the heater resistance varies by about 20% due to the heater manufacturing process. As a method for suppressing the influence of the variation on the heat generation amount, methods described in JP-A-7-76077 (Patent Document 1) and JP-A-10-95116 (Patent Document 2) are known.
[0010]
The present invention has been made in view of the above situation, and an analog circuit excluding a voltage for driving a digital circuit and a power supply voltage applied to a recording element (an analog circuit for obtaining information such as temperature). in the case where the voltage for driving the like) are different, use an ink jet recording head and said ink jet recording head capable of possible to simplify the overall structure by supplying only the voltage for driving the digital circuit from the outside It is an object of the present invention to provide a recording apparatus.
[0011]
In the method described in Patent Document 2, the on-resistance of a switching element such as a MOS transistor directly connected to the heater also has manufacturing variations. Since the on-resistance of the MOS transistor is inserted in series with the resistance of the heater between the power supply and the ground, the voltage applied to the heater is divided by the ratio of the resistance of the heater and the on-resistance of the MOS transistor. It becomes a pressed voltage.
[0012]
For this reason, the variation in the on-resistance of the MOS transistor is equivalent to the change of the V term in the equation (1), and affects the amount of heat generated by the heater. In order to suppress this effect, a dummy MOS transistor is formed in the recording head, the on-resistance of the MOS transistor is measured, and the voltage V applied to the heater is calculated, as in the method of the patent document. Is used to adjust the pulse width of the pulse signal applied to the heater so that the amount of heat generated by the heater is constant.
[0013]
In addition to the above factors that affect the amount of heat generated by the heater, there are the following factors.
[0014]
Variation or voltage fluctuation in the initial state of the power supply voltage for supplying power to the heater directly leads to fluctuation in voltage applied to the heater. In addition, since the resistance component existing in the wiring connected to the heater and the connector that connects the recording head to the printer main body is connected in series between the heater resistance and the power source, a voltage drop occurs due to this resistance, and as a result, the heater The voltage applied to is changed.
[0015]
Further, the on-resistance of the MOS transistor calculated by the above method and the on-resistance of the actually driven MOS transistor are not always equal, and change depending on a temperature change or a gate drive voltage.
[0016]
As means for solving these fluctuation factors, a method described in Japanese Patent Laid-Open No. 2001-277516 (Patent Document 3) will be described with reference to FIG.
[0017]
As shown in the figure, each recording element is applied to a heater R1 that generates thermal energy for ejecting ink, a switching element Q1 such as a MOS transistor for applying a current to the heater R1, and a gate of Q1. A bit selection logic 102 for controlling the voltage and a voltage control circuit 101 for supplying power to the bit selection logic 102 are provided.
[0018]
In the voltage control circuit 101, R2 is a resistor manufactured from the same material as R1, and Q2 is a MOS transistor of the same type as Q1. That is, R2 and Q2 are manufactured in the same manufacturing process so as to have the same characteristics as R1 and Q1, which are the heater and MOS for discharging ink, respectively. VR1 is a constant voltage source based on VH, and the operational amplifier OP1 adjusts the gate of Q2 so that the potential difference between the terminals of the heater resistor R2 is equal to the voltage of VR1 . As a result, the potential difference between the terminals of the heater resistor R1 and the voltage of VR1 are adjusted to be equal. Here, R2, Q2, VR1 , and OP1 constitute a constant voltage feedback circuit, and this output is supplied to the bit control logic 102 as a power source.
[0019]
The operation will be described. When “0” is inputted to the input, the MOS transistor Q1 is turned on, a current flows through the heater R1, and ink is ejected from the nozzle. The voltage applied to the gate of Q1 at this time is substantially equal to the power supply voltage of the bit control logic 102, and this power supply voltage is supplied by the voltage control circuit 101. As described above, since R2 and Q2 have the same characteristics as R1 and Q1, respectively, the ratio between the resistance value of R1 and the on-resistance value of Q1 and the ratio of the resistance value of R2 and the on-resistance value of Q2 are equal. Is considered. The inverting input of the operational amplifier OP1 is connected to one end of R2 and the source of Q2, and the constant voltage source VR1 based on VH is connected to the non-inverting input of the operational amplifier OP1. Since the gate of Q2 is connected to the output of OP1, feedback is applied to the gate voltage of Q2 so that the potential difference between the R2 terminals is always VR1 by OP1.
[0020]
Since the output of OP1 is a power source for the bit control logic 102, the output voltage of OP1, that is, the same voltage as the gate voltage of Q2 is applied to the gate of Q1 when the heater resistor R1 is driven. Since the gate voltages of Q1 and Q2 are equal, the ratio of the on-resistance values of R1 and Q1 is equal to the ratio of the on-resistance values of R2 and Q2, and the potential difference between the terminals of R1 is equal to VR1 .
[0021]
If the potential difference between the terminals of the heater resistor R1 is constant at VR1 , and the resistance value of the heater resistor R1 can be measured in advance using a dummy resistor or the like, the heat generation amount P at the heater resistor R1 is
P = ( VR1 2 / R1) t (2)
Therefore, the amount of heat generated by the heater resistor R1 can be made constant by controlling the pulse width t according to the resistance value of the heater resistor R1.
[0022]
[Patent Document 1]
JP 7-76077 A [Patent Document 2]
JP-A-10-95116 [Patent Document 3]
Japanese Patent Laid-Open No. 2001-277516 [0023]
[Problems to be solved by the invention]
In the above-described conventional example, the heater resistance value varies by ± several tens of percent between the individual heads, so that the pulse width is controlled to keep the amount of heat generated by the heater constant.
[0024]
That is, assuming that the voltage applied to the heater is constant and the resistance value of the heater has a variation of ± 20%, the pulse width can be varied by ± 20% in order to keep the amount of heat generated in the heater constant. Necessary.
[0025]
In order to perform high-speed recording, it is desirable to drive all the heaters at the same time, but in actuality, the maximum current that can be flown is limited due to the power supply capacity and voltage drop in the wiring. Since it cannot be driven, a plurality of heaters are divided into several blocks, and the current flowing at a time is suppressed by time-division driving in units of blocks.
[0026]
For this reason, in order to perform high-speed recording, it is necessary to shorten the pulse width applied to the heater and increase the number of blocks to be driven within a unit time, but when performing control to vary the pulse width as described above, There arises a problem that the drive frequency cannot be increased so much in order to secure the fluctuation range of the pulse.
[0027]
The present invention has been made in view of the situation as described above. Regardless of variations in the resistance value of the recording element, the resistance value of the power supply wiring, etc., each pulse width applied to each recording element is not changed. It is an object of the present invention to provide a recording head capable of equalizing the amount of energy consumed by a recording element and a recording apparatus including the recording head.
[0028]
In order to achieve the above object, a recording head as one aspect of the present invention is a recording head having a plurality of recording elements connected to a common power source,
A switching element that is provided corresponding to each recording element and that controls driving of the recording element by a voltage applied to a control terminal;
A reference voltage generating circuit for generating a reference voltage from the power source;
A voltage control circuit that controls the potential difference between the terminals of the recording element to be equal to the reference voltage when the recording element is driven;
The recording element is:
A thermal energy converter for generating thermal energy to be applied to ink in order to eject ink using thermal energy,
The reference voltage generation circuit includes:
A first dummy recording element having the same characteristics as the recording element;
A resistance value detection circuit for detecting a resistance value of the first dummy recording element;
A square root circuit for obtaining a square root of the detected resistance value;
A voltage conversion circuit that converts the value of the square root into a voltage and outputs a reference voltage,
The voltage control circuit includes:
A second dummy recording element connected in parallel with the recording element and having the same characteristics as the recording element;
A dummy switching element connected in series to the second dummy recording element and having the same characteristics as the switching element;
A detection element that feeds back a detection output to a control terminal of the dummy switching element so that a potential difference between the terminals of the second dummy recording element is equal to a voltage of the reference voltage output from the reference voltage generation circuit; Including the circuit,
The detection output is connected to the control terminal of the switching element, and includes a logic circuit provided corresponding to the recording element to which a selection signal indicating whether to drive the recording element is input,
The value of the reference voltage from the reference voltage generation circuit is proportional to the square root of the resistance value of the first dummy recording element, and the detection output from the voltage control circuit is used as a power source for the logic circuit. Features.
[0029]
That is, in a recording head having a plurality of recording elements connected to a common power source, a switching element for controlling the driving of the recording element with a voltage applied to the control terminal corresponding to each recording element is provided, and the reference voltage is supplied from the power source. And a voltage control circuit for controlling the potential difference between the terminals of the recording element to be equal to the reference voltage when the recording element is driven, and the value of the reference voltage is It is set to be proportional to the square root of the resistance value of the recording element.
[0030]
In this way, the amount of energy consumed by each recording element is made equal without changing the pulse width applied to each recording element, regardless of variations in the resistance value of the recording element and the resistance value of the power supply wiring. Can do.
[0031]
Therefore, when such a recording head is used, high-definition and high-quality recording can be performed at a higher speed.
[0032]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Preferred embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.
[0033]
In this specification, “recording” (sometimes referred to as “printing”) is not only for forming significant information such as characters and graphics, but also for human beings, regardless of whether it is significant or not. Regardless of whether or not it has been manifested, it also represents a case where an image, a pattern, a pattern or the like is widely formed on a recording medium or the medium is processed.
[0034]
“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.
[0035]
Furthermore, “ink” (sometimes referred to as “liquid”) is to be interpreted broadly in the same way as the definition of “recording (printing)” above. It represents a liquid that can be used for forming a pattern or the like, processing a recording medium, or processing an ink (for example, solidification or insolubilization of a colorant in ink applied to the recording medium).
[0036]
First, a typical overall configuration and control configuration of a recording apparatus using the recording head of the present invention described below will be described.
[0037]
<Outline of the main unit>
FIG. 5 is an external perspective view showing an outline of the configuration of an inkjet printer IJRA which is a typical embodiment of the present invention. In FIG. 5, the carriage HC engaged with the spiral groove 5004 of the lead screw 5005 that rotates via the driving force transmission gears 5009 to 5011 in conjunction with the forward / reverse rotation of the drive motor 5013 has a pin (not shown). It is supported by the guide rail 5003 and reciprocates in the directions of arrows a and b. On the carriage HC, an integrated ink jet cartridge IJC incorporating a recording head IJH and an ink tank IT is mounted.
[0038]
Reference numeral 5002 denotes a paper pressing plate that presses the recording paper P against the platen 5000 in the moving direction of the carriage HC. Reference numerals 5007 and 5008 denote photo-couplers which are home position detectors for confirming the presence of the carriage lever 5006 in this region and switching the rotation direction of the motor 5013.
[0039]
Reference numeral 5016 denotes a member that supports a cap member 5022 that caps the front surface of the recording head IJH. Reference numeral 5015 denotes a suction unit that sucks the inside of the cap, and performs suction recovery of the recording head through the cap opening 5023. Reference numeral 5017 denotes a cleaning blade, and reference numeral 5019 denotes a member that enables the blade to move in the front-rear direction, and these are supported by a main body support plate 5018. Needless to say, the blade is not in this form, and a known cleaning blade can be applied to this example.
[0040]
Reference numeral 5021 denotes a lever for starting suction for suction recovery, which moves in accordance with the movement of the cam 5020 engaged with the carriage, and the driving force from the driving motor is controlled by a known transmission mechanism such as clutch switching. Is done.
[0041]
These capping, cleaning, and suction recovery are configured so that desired processing can be performed at their corresponding positions by the action of the lead screw 5005 when the carriage comes to the home position side region. As long as the above operation is performed, any of these can be applied to this example.
[0042]
<Description of control configuration>
Next, a control configuration for executing the recording control of the above-described apparatus will be described.
[0043]
FIG. 6 is a block diagram showing the configuration of the control circuit of the inkjet printer IJRA. In the figure showing a control circuit, 1700 is an interface for inputting a recording signal, 1701 is an MPU, 1702 is a ROM for storing a control program executed by the MPU 1701, 1703 is various data (the recording signal and recording data supplied to the head). Etc.). Reference numeral 1704 denotes a gate array (GA) that controls supply of print data to the print head IJH, and also controls data transfer among the interface 1700, MPU 1701, and RAM 1703. Reference numeral 1710 denotes a carrier motor for conveying the recording head IJH, and 1709 denotes a conveyance motor for conveying the recording paper. Reference numeral 1705 denotes a head driver for driving the recording head, and reference numerals 1706 and 1707 denote motor drivers for driving the transport motor 1709 and the carrier motor 1710, respectively.
[0044]
The operation of the control configuration will be described. When a recording signal enters the interface 1700, the recording signal is converted into recording data for printing between the gate array 1704 and the MPU 1701. The motor drivers 1706 and 1707 are driven, and the recording head is driven according to the recording data sent to the head driver 1705 to perform recording.
[0045]
Here, the control program executed by the MPU 1701 is stored in the ROM 1702. However, an additional erasable / writeable storage medium such as an EEPROM is added, and the control program is changed from the host computer connected to the inkjet printer IJRA. It can also be configured to be able to.
[0046]
As described above, the ink tank IT and the recording head IJH may be integrally formed to constitute a replaceable ink cartridge IJC. However, the ink tank IT and the recording head IJH can be separated from each other. Then, only the ink tank IT may be exchanged when the ink runs out.
[0047]
FIG. 7 is an external perspective view showing the configuration of the ink cartridge IJC in which the ink tank and the head can be separated. As shown in FIG. 7, the ink cartridge IJC can separate the ink tank IT and the recording head IJH at the position of the boundary line K. When the ink cartridge IJC is mounted on the carriage HC, an electrode (not shown) for receiving an electric signal supplied from the carriage HC side is provided. By this electric signal, the recording head IJH as described above is provided. Is driven to eject ink.
[0048]
In FIG. 7, reference numeral 500 denotes an ink discharge port array. The ink tank IT is provided with a fibrous or porous ink absorber to hold ink.
[0049]
[Embodiment of recording head]
Hereinafter, an embodiment of a recording head of the present invention mounted on the above-described ink jet printer will be described.
[0050]
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a drive control circuit of an embodiment of a recording head of the present invention.
[0051]
As shown in the figure, the drive control circuit of this embodiment includes a heater resistor R1 that generates thermal energy for ejecting ink and a switching element Q1 such as an N-type MOS transistor for applying a current to the heater resistor R1. A bit selection logic 102 for controlling the voltage applied to the gate of Q1 and a voltage control circuit 101 for supplying power to the bit selection logic 102 are provided for each printing element.
[0052]
In the voltage control circuit 101, R2 is a resistor manufactured from the same material as R1, and Q2 is a MOS transistor of the same type as Q1. That is, R2 and Q2 are manufactured in the same manufacturing process so as to have the same characteristics as R1 and Q1 which are heater resistors and MOS transistors for discharging ink.
[0053]
Vr1 is the output voltage of the reference voltage generation circuit 103, and the operational amplifier OP1 adjusts the gate of Q2 so that the potential difference between the terminals of the resistor R2 is equal to the voltage of Vr1. As a result, the potential difference between the terminals of the heater resistor R1 and the voltage of Vr1 are adjusted to be equal. Here, R2, Q2, Vr1, and OP1 constitute a constant voltage feedback circuit, and this output is supplied to the bit control logic 102 as a power source.
[0054]
Hereinafter, the operation of the drive control circuit of FIG. 1 will be described.
[0055]
A signal indicating “0” or “1” is input to the input of the bit control logic 102 from the printer body according to the information to be recorded. In the case of the circuit of FIG. 1, when “0” is input to the input, the MOS transistor Q1 is turned on, a current flows through the heater resistor R1, and ink is ejected from the nozzle.
[0056]
At this time, the voltage applied to the gate of Q1 is equal to the power supply voltage of the bit selection logic 102, and this power supply voltage is supplied by the voltage control circuit 101. As described above, since R2 and Q2 have the same characteristics as R1 and Q1, respectively, the ratio between the resistance value of R1 and the on-resistance value of Q1 and the ratio of the resistance value of R2 and the on-resistance value of Q2 are equal. Is considered. The inverting input of the operational amplifier OP1 is connected to one end of R2 and the source of Q2, and the reference voltage Vr1 is connected to the non-inverting input of the operational amplifier OP1. Since the gate of Q2 is connected to the output of OP1, the gate voltage of Q2 is fed back by OP1 so that the potential difference between the terminals of R2 is always Vr1.
[0057]
Since the output of OP1 serves as a power source for the bit control logic 102, the output voltage of OP1, that is, the same voltage as the gate voltage of Q2 is applied to the gate of Q1 when the heater R1 is driven. Since the gate voltages of Q1 and Q2 are equal, the ratio of the on-resistance value of R1 and Q1 is equal to the ratio of the on-resistance value of R2 and Q2, and the potential difference between the terminals of R1 is equal to Vr1.
[0058]
FIG. 2 is a block diagram of the reference voltage generation circuit 103 that generates the reference voltage Vr1 in FIG.
[0059]
Rr is a resistor made of the same material as R1, a resistance value detection circuit 201 for detecting the resistance value, a square root circuit 202 for obtaining the square root of the resistance value, and a voltage conversion circuit 203 for converting the output into a voltage. Composed. The configuration of each circuit 201 to 203 is not described in detail, but any known configuration may be used as long as it satisfies the above functions and can be formed on the same substrate (base) as other circuits.
[0060]
The output voltage Vr1 of the reference voltage generation circuit 103 is a voltage proportional to the square root of the resistance value of the resistor Rr. Since Rr is a resistor made of the same material as R1, and its resistance value is proportional, the output voltage Vr1 of the reference voltage generation circuit 103 is
Vr1 = √ (kR1) (3)
It becomes. Here, k is a constant.
[0061]
The amount of heat P generated by the heater R1 is t, where the pulse width applied to the heater is t.
P = (Vr1 2 / R1) t (4)
And substituting equation (3) into this equation,
P = [√ (kR1) 2 / R1] t
It becomes. Therefore,
P = kt (5)
It becomes.
[0062]
Since k is a constant from equation (5), the amount of heat generated by the heater can be made constant by fixing the pulse width t regardless of the resistance value of the heater.
[0063]
As described above, according to the present embodiment, the pulse width applied to each heater is driven to be constant regardless of variations in the resistance value of each heater and the resistance value of the power supply wiring. The calorific value can be made equal.
[0064]
[Other Embodiments]
In the embodiment described above, an ink jet recording head of a so-called bubble jet (registered trademark) system in which ink is rapidly heated and vaporized by a heating element (heater) and ink droplets are ejected from an orifice by the pressure of the generated bubbles. Although described as an example, in view of the operation and effect of the present invention that suppresses the influence of power supply voltage fluctuation and parasitic resistance related to connection, the present invention is also applied to a recording head that performs recording by other methods. Obviously we can do it.
[0065]
In this case, instead of the heater resistance in each of the above embodiments, elements used in each method are provided.
[0066]
Furthermore, it goes without saying that a recording apparatus equipped with the recording head according to the present invention is also included in the present invention.
[0067]
In the above embodiment, the liquid droplets ejected from the recording head have been described as ink, and the liquid stored in the ink tank has been described as ink. However, the storage is limited to ink. It is not a thing. For example, a treatment liquid discharged to the recording medium may be accommodated in the ink tank in order to improve the fixability and water resistance of the recorded image or to improve the image quality.
[0068]
The above embodiment includes means (for example, an electrothermal converter, a laser beam, etc.) that generates thermal energy as energy used for performing ink discharge, particularly in the ink jet recording system, and the ink is generated by the thermal energy. By using a system that causes a change in the state of recording, it is possible to achieve higher recording density and higher definition.
[0069]
As its typical configuration and principle, for example, those performed using the basic principle disclosed in US Pat. Nos. 4,723,129 and 4,740,796 are preferable. This method can be applied to both the so-called on-demand type and continuous type. In particular, in the case of the on-demand type, it is arranged corresponding to the sheet or liquid path holding the liquid (ink). By applying at least one drive signal corresponding to the recording information and applying a rapid temperature rise exceeding the film boiling to the electrothermal transducer, the thermal energy is generated in the electrothermal transducer, and the recording head This is effective because film boiling occurs on the heat acting surface of the liquid, and as a result, bubbles in the liquid (ink) corresponding to the drive signal on a one-to-one basis can be formed. By the growth and contraction of the bubbles, liquid (ink) is ejected through the ejection opening to form at least one droplet. When the drive signal is pulse-shaped, the bubble growth and contraction is performed immediately and appropriately, and thus it is possible to achieve the discharge of liquid (ink) with particularly excellent responsiveness.
[0070]
As this pulse-shaped drive signal, those described in US Pat. Nos. 4,463,359 and 4,345,262 are suitable. Further excellent recording can be performed by employing the conditions described in US Pat. No. 4,313,124 of the invention relating to the temperature rise rate of the heat acting surface.
[0071]
As the configuration of the recording head, in addition to the combination configuration (straight liquid flow path or right-angle liquid flow path) of the discharge port, the liquid path, and the electrothermal transducer as disclosed in each of the above-mentioned specifications, the heat acting surface The configurations using US Pat. No. 4,558,333 and US Pat. No. 4,459,600, which disclose a configuration in which is disposed in a bending region, are also included in the present invention. In addition, Japanese Patent Application Laid-Open No. 59-123670, which discloses a configuration in which a common slot is used as a discharge portion of an electrothermal transducer, or an opening that absorbs a pressure wave of thermal energy is discharged to a plurality of electrothermal transducers. A configuration based on Japanese Patent Laid-Open No. 59-138461 disclosing a configuration corresponding to each part may be adopted.
[0072]
Furthermore, as a full-line type recording head having a length corresponding to the width of the maximum recording medium that can be recorded by the recording apparatus, the length is satisfied by a combination of a plurality of recording heads as disclosed in the above specification. Either a configuration or a configuration as a single recording head formed integrally may be used.
[0073]
In addition to the cartridge-type recording head in which the ink tank is integrally provided in the recording head itself described in the above embodiment, it can be electrically connected to the apparatus body by being attached to the apparatus body. A replaceable chip type recording head that can supply ink from the apparatus main body may be used.
[0074]
In addition, it is preferable to add recovery means, preliminary means, and the like for the recording head to the configuration of the recording apparatus described above because the recording operation can be further stabilized. Specific examples thereof include a capping unit for the recording head, a cleaning unit, a pressurizing or sucking unit, an electrothermal converter, a heating element different from this, or a preheating unit using a combination thereof. In addition, it is effective to provide a preliminary ejection mode for performing ejection different from recording in order to perform stable recording.
[0075]
Further, the recording mode of the recording apparatus is not limited to the recording mode of only the mainstream color such as black, but the recording head may be integrated or may be a combination of a plurality of colors. An apparatus having at least one of full colors can also be provided.
[0076]
<Embodiment>
Examples of the embodiment of the present invention include the following.
[0077]
(Embodiment 1)
A recording head having a plurality of recording elements connected to a common power source,
A switching element that is provided corresponding to each recording element and that controls driving of the recording element by a voltage applied to a control terminal;
A reference voltage generating circuit for generating a reference voltage from the power source;
A voltage control circuit that controls the potential difference between the terminals of the recording element to be equal to the reference voltage when the recording element is driven;
The recording head, wherein the value of the reference voltage is proportional to the square root of the resistance value of the recording element.
[0078]
(Embodiment 2)
The reference voltage generation circuit includes:
A first dummy recording element having the same characteristics as the recording element;
A resistance value detection circuit for detecting a resistance value of the first dummy recording element;
A square root circuit for obtaining a square root of the detected resistance value;
A recording head according to claim 1, further comprising a voltage conversion circuit that converts the square root value into a voltage and outputs the voltage.
[0079]
(Embodiment 3)
The voltage control circuit includes:
A second dummy recording element connected in parallel with the recording element and having the same characteristics as the recording element;
A dummy switching element connected in series to the second dummy recording element and having the same characteristics as the switching element;
And a detection element that feeds back a detection output to a control terminal of the dummy switching element so that a potential difference between the terminals of the second dummy recording element is equal to a voltage of the reference voltage. 2 recording heads.
[0080]
(Embodiment 4)
The detection output is connected to the control terminal of the switching element and used as a power source of a logic circuit to which a selection signal indicating whether or not to drive the recording element is input. Recording head.
[0081]
(Embodiment 5)
5. The recording head according to any one of embodiments 1 to 4, wherein the switching element is a MOS transistor.
[0082]
(Embodiment 6)
The recording head according to any one of Embodiments 1 to 5, wherein recording is performed by discharging ink from each recording element.
[0083]
(Embodiment 7)
The recording head according to Embodiment 6, wherein each recording element is provided with a thermal energy converter for generating thermal energy applied to the ink so as to eject the ink using thermal energy.
[0084]
(Embodiment 8)
A recording apparatus that performs recording by any one of the recording heads according to any one of Embodiments 1 to 7.
[0085]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the recording element is consumed by each recording element without changing the pulse width applied to each recording element, regardless of variations in the resistance value of the recording element and the resistance value of the power supply wiring. The amount of energy can be made equal.
[0086]
Therefore, when such a recording head is used, high-definition and high-quality recording can be performed at a higher speed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a drive control circuit for a printhead according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram of the reference voltage generation circuit of FIG.
FIG. 3 is a circuit diagram of a conventional drive control circuit for a recording head.
FIG. 4 is a circuit diagram of a conventional drive control circuit for a recording head.
FIG. 5 is an external perspective view showing an outline of the configuration of an ink jet printer that is a typical embodiment of the present invention.
6 is a block diagram showing a configuration of a control circuit of the ink jet printer of FIG. 5. FIG.
FIG. 7 is an external perspective view illustrating a configuration of an ink cartridge in which an ink tank and a head can be separated.
[Explanation of symbols]
101 voltage control circuit 102 bit selection logic 103 reference voltage generation circuit OP1 operational amplifier Q1, Q2 MOS transistors R1, R2, Rr heater resistance Vr1 reference voltage

Claims (4)

共通の電源に接続された複数の記録素子を有する記録ヘッドであって、
各記録素子に対応して設けられた、制御端子に印加される電圧で前記記録素子の駆動を制御するスイッチング素子と、
前記電源から基準電圧を生成する基準電圧発生回路と、
前記記録素子が駆動されたときに、該記録素子の端子間の電位差と前記基準電圧とが等しくなるように制御する電圧制御回路とを備え、
前記記録素子は、
熱エネルギーを利用してインクを吐出するべく、インクに与える熱エネルギーを発生するための熱エネルギー変換体であり、
前記基準電圧発生回路は、
前記記録素子と同じ特性を有する第1のダミー記録素子と、
前記第1のダミー記録素子の抵抗値を検知する抵抗値検知回路と、
検知された前記抵抗値の平方根を得る平方根回路と、
前記平方根の値を電圧に変換して基準電圧を出力する電圧変換回路とを含む回路であり、
前記電圧制御回路は、
前記記録素子と並列に接続され、前記記録素子と同じ特性を有する第2のダミー記録素子と、
前記第2のダミー記録素子に直列に接続され、前記スイッチング素子と同じ特性を有するダミースイッチング素子と、
前記第2のダミー記録素子の端子間の電位差と前記基準電圧発生回路から出力される基準電圧の電圧とが等しくなるように、検出出力を前記ダミースイッチング素子の制御端子にフィードバックする検出素子とを含む回路であり、
前記検出出力が前記スイッチング素子の前記制御端子に接続され、前記記録素子を駆動するか否かを示す選択信号が入力される、前記記録素子に対応して設けられた論理回路を備え、
前記基準電圧発生回路からの基準電圧の値が前記第1のダミー記録素子の抵抗値の平方根に比例し、かつ前記電圧制御回路からの前記検出出力が前記論理回路の電源として使用される
ことを特徴とする記録ヘッド。
A recording head having a plurality of recording elements connected to a common power source,
A switching element that is provided corresponding to each recording element and that controls driving of the recording element by a voltage applied to a control terminal;
A reference voltage generating circuit for generating a reference voltage from the power source;
A voltage control circuit that controls the potential difference between the terminals of the recording element to be equal to the reference voltage when the recording element is driven;
The recording element is:
A thermal energy converter for generating thermal energy to be applied to ink in order to eject ink using thermal energy,
The reference voltage generation circuit includes:
A first dummy recording element having the same characteristics as the recording element;
A resistance value detection circuit for detecting a resistance value of the first dummy recording element;
A square root circuit for obtaining a square root of the detected resistance value;
A voltage conversion circuit that converts the value of the square root into a voltage and outputs a reference voltage,
The voltage control circuit includes:
A second dummy recording element connected in parallel with the recording element and having the same characteristics as the recording element;
A dummy switching element connected in series to the second dummy recording element and having the same characteristics as the switching element;
A detection element that feeds back a detection output to a control terminal of the dummy switching element so that a potential difference between the terminals of the second dummy recording element is equal to a voltage of the reference voltage output from the reference voltage generation circuit; Including the circuit,
The detection output is connected to the control terminal of the switching element, and includes a logic circuit provided corresponding to the recording element to which a selection signal indicating whether to drive the recording element is input,
The value of the reference voltage from the reference voltage generation circuit is proportional to the square root of the resistance value of the first dummy recording element, and the detection output from the voltage control circuit is used as a power source for the logic circuit. Characteristic recording head.
前記スイッチング素子は、MOSトランジスタであることを特徴とする請求項1に記載の記録ヘッド。The recording head according to claim 1, wherein the switching element is a MOS transistor. 前記各記録素子からインクを吐出して記録を行うことを特徴とする請求項1又は2に記載の記録ヘッド。Recording head according to claim 1 or 2, characterized in that for recording by discharging ink from the respective recording elements. 請求項1からのいずれか1つに記載の記録ヘッドによって記録を行うことを特徴とする記録装置。Recording device and performing recording by the recording head according to claim 1, any one of 3.
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