JP2002370362A - 記録ヘッド、その記録ヘッドを有するヘッドカートリッジ、その記録ヘッドを用いた記録装置、及び、記録ヘッド素子基板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電源電圧を低電圧化した場合においてもデー
タ転送の高速化に対応する。 【解決手段】 所定方向に配列された複数の記録素子と
該記録素子を駆動するための駆動回路とが同一の素子基
体上に設けられた記録ヘッドにおいて、クロック発生回
路１０６で、入力されたクロック信号ＣＬＫの２倍の周
波数のＣＬＫ２と、該ＣＬＫ２を遅延させたＣＬＫ１と
を生成し、セレクタ１０８で、シリアルで入力されるデ
ータ信号ＤＡＴＡの状態に応じて、第１及び第２の信号
のいずれかを選択し、選択された信号に従って、データ
信号ＤＡＴＡで入力されるデータをシフトレジスタ１０
３に順次格納する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、記録ヘッド、その
記録ヘッドを有するヘッドカートリッジ、その記録ヘッ
ドを用いた記録装置、及び、記録ヘッド素子基板に関
し、特に、複数の記録素子と該記録素子を駆動するため
の駆動回路とが同一の素子基体上に設けられた記録ヘッ
ド、その記録ヘッドを有するヘッドカートリッジ、その
記録ヘッドを用いた記録装置、及び、記録ヘッド素子基
板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記録装置において、用
紙等の記録媒体の送り方向と直角な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。

【０００３】このような記録装置で使用される記録ヘッ
ドの構成について、熱エネルギーを利用して記録を行う
インクジェット方式に従う記録ヘッドを例に挙げて説明
する。このようなインクジェット記録ヘッドは記録素子
としてインク液滴を吐出する吐出口（ノズル）に連通す
る部位に発熱素子（ヒータ）を設け、発熱素子に電流を
印加して発熱させ、インクの発泡によりインク液滴を吐
出させて記録を行う。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記録画像を得ることがで
きる。

【０００４】さて、このような記録ヘッドでは、全ての
吐出口からインク滴を吐出させるべく、全ての発熱素子
を同時に駆動すると、瞬時に流れる電流が大きくなって
しまうので、通常は、数１０ないし数１００の発熱素子
を複数のブロックに分け、ブロック毎に時分割駆動する
ことにより、瞬時に流れる電流を低く押えるようにして
いる。

【０００５】また、多数の発熱素子を駆動するにあた
り、記録ヘッドに発熱素子の駆動回路を内蔵し、記録ヘ
ッドと記録装置との間の配線数が多くならないようにし
ている。この場合駆動回路は、発熱素子と同じＳｉ（シ
リコン）ウエハ等の基板（素子基体、以下、ヒータボー
ドとも称する）上に、半導体製造工程により形成され
る。

【０００６】この駆動回路の構成には、様々なものがあ
るが、その代表的な構成を以下に説明する。

【０００７】各発熱素子は、各発熱素子のブロック番号
を示すブロック制御信号とブロック制御信号に対応した
記録信号により制御される。ブロック制御信号は、ブロ
ック番号を二値データにエンコードされている。全発熱
素子数を総ブロック数で除算した値が、同時に駆動でき
る発熱素子数であり、記録信号のビット数である。

【０００８】駆動回路は発熱素子の数と等しいビット数
のゲートと駆動用トランジスタを有し、記録信号とブロ
ック制御信号のビット数分のシフトレジスタとラッチ回
路を設け、記録信号とブロック制御信号から構成される
１本のシリアルデータを、記録装置よりそのシフトレジ
スタにシリアル転送し、これをラッチし、ラッチされた
ブロック制御信号のデコード結果、ラッチされた記録信
号、及び、ブロック毎に与えられる駆動信号によって指
定される駆動用トランジスタをゲートを介して駆動す
る。なお、駆動用トランジスタの構造としては、バイポ
ーラトランジスタ、ＭＯＳ等のＦＥＴの何れでも良い。

【０００９】このような駆動回路に入力されるシリアル
信号をシフトレジスタに転送する部分の構成としては、
シリアルデータを高速転送すべく、クロックの立ち上が
りと立ち下がりとでデータを取り込むように、ヒステリ
シス特性を有するシュミットトリガ回路と、それぞれに
対応した２つの４ビットのシフトレジスタを備えたもの
が用いられている。

【００１０】図１０は、特開平０８−０３９８０９号公
報等により知られている、記録ヘッド回路基板の各入力
ＰＡＤから内部へのロジック回路までの間に設けられて
いるロジック入力に対するヒステリシス特性を有するシ
ュミット回路の構成及び動作特性を説明するための図で
ある。この回路の構成は、図１０（Ａ）に示すように、
閾値が電源電圧ＶＤＤの０．７倍であるＭＯＳインバー
タ１０００と、閾値がＶＤＤの０．３倍であるＭＯＳイ
ンバータ１００１と、閾値がＶＤＤの０．５倍である通
常のインバータ１００２回路と、フリップフロップとし
て動作する２つのＮＡＮＤ回路１００３及び１００４か
らなる。

【００１１】この回路の入出力特性は、図１０（Ｂ）に
示すように、１０１０で示す信号が入力されると、ＮＡ
ＮＤ回路１００３及び１１０４で構成されるフリップフ
ロップは最初リセットされ、出力信号１０１１はロウレ
ベルになる。そして、入力信号１０１０が０．７×ＶＤ
Ｄとなる電圧を越えた時点で、インバータ１０００の出
力がロウレベルになり、ＮＡＮＤ回路１１０３の出力が
ハイレベルとなって出力信号１０１１がハイレベルとな
る。次に、この入力信号１０１０の電位が降下するとき
は、その電位が０．３×ＶＤＤとなる電圧以下になった
時点でインバータ１００１の出力が反転してハイレベル
になり、ＮＡＮＤ回路１００４の出力がハイレベルに反
転し、これにより出力信号１０１１がロウレベルにな
る。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来プリン
ターのインターフェースとしてパラレルインターフェー
スが一般的に用いられてきた。その場合、プリンター本
体のロジック用の電源として５Ｖを用いており、ヘッド
内のインクジェット記録ヘッド用基板においてもロジッ
ク電源としてその５Ｖを用いていた。またプリンター内
部回路のＩＣにおいて一部のＩＣが５Ｖの電源を必要と
していたこともロジック電圧を５Ｖとして発展してきた
インクジェット記録ヘッド用基板の特長の背景である。

【００１３】しかしながら、近年においてＩＣの設計ル
ールの微細化技術の向上と新しいインターフェースの採
用等も加わり、プリンター本体のロジック電源として５
Ｖを用意することは、コスト面、サイズ面において不利
な状況となってきた。そこでプリンター本体のロジック
電源電圧の主流として最近は３．３Ｖを採用しようとす
る動きがある。しかしながら、これまで実績のあるヘッ
ド用基板のロジック電源電圧を５Ｖから３．３Ｖに低下
させた場合にいくつかの課題が発生することが確認され
た。この課題について以下に図を用いて説明する。

【００１４】その課題のひとつであるインクジェット記
録ヘッド内基板の画像データ転送能力の低下について説
明する。

【００１５】図１２は、インクジェット記録ヘッド用基
板内の構成例である。図中１００３は、外部から信号を
受け取るパッドであり、このパッド１００３は、ロジッ
ク電源電圧を受け取るＶＤＤ端子１００６、ヒーター駆
動電源電圧を受け取るＶＨ端子１００８、グランドにつ
ながるＧＷＤＨ端子１００５、ＣＳＳ端子１００７等を
有している。また、画像データをシリアルで受け取りパ
ラレル出力するシフトレジスタ等のロジック回路１００
２、ヒーターを駆動するためのドライバ１００１、ヒー
ター１００４等がひとつのシリコン基板上に構成されて
いる。

【００１６】６２０ビットのヒーターが形成されている
場合について図１３にさらに詳しく記載した。ここで
は、６２０ビットのヒーターを最大同時に４０ビット駆
動し、これを１６回繰り返すことで６２０ビット全ての
ヒーターを駆動する（１周期分）構成となっている。図
１４にそのタイミングを記述した。ここで一定の高速記
録を行う場合に必要な駆動周波数１５ｋＨｚ（既存の製
品でも使用）で６２０ビットを全て駆動する時にどの程
度のスピードで画像データを送ることが必要かを説明す
る。

【００１７】１５ｋＨｚは６６．６７μＳの周期とな
る。この時間内に４０ビットの画像データ転送を１６時
分割（ブロック）分行わなくてはならない。これを計算
すると画像データの転送速度は少なくとも１２ＭＨｚ以
上は必要となる。この速度は、一般的なＣＰＵ等から考
えると大きな値ではないが、インクジェット記録ヘッド
の場合、稼動するキャリッジと本体を長いフレキシブル
基板等でつないでいると友に、プリンターの小型化から
キャリッジを小型化しなくてはならないニーズもあり、
１２ＭＨｚという数字は決して小さい値ではなかった。

【００１８】このような状況のもと、ロジック電源電圧
を５Ｖから３．３Ｖに低下させた場合の転送能力の低下
について図１５を用いて説明する。図１５の（ａ）に
は、ロジック信号（電源）の電圧と画像データ転送可能
である最大のＣＬＫ周波数について記述した。

【００１９】図にあるようにロジック信号（電源）電圧
の低下に伴い、ＣＬＫ周波数が落ちていく傾向がある。
これは、画像データ転送を行うためのＣＬＫ等の入力回
路部、シフトレジスター部に用いているＭＯＳトランジ
スタの駆動能力がＣＭＯＳのゲート電圧としてそのまま
利用されるロジック電源電圧の低下により同時に下がり
ことにより低下することによる。図によればゲート電圧
の低下により駆動能力（ドレイン電流Ｉｄ）が低下する
ことがわかる。

【００２０】さらにインクジェット記録ヘッド基板にお
いては、基板上においてヒーターを駆動することによ
り、温度面でもスピードを満足することが必要である。
これはインクをヒーターによって吐出するインクジェッ
ト記録ヘッド用基板に特徴的に求められる能力である。
図１５の（ｂ）に基板の温度とＣＬＫ最大周波数の関係
を示した。ここでは３．３Ｖ化した場合の能力の低下と
それだけでなく、温度が高くなるにつれてさらに能力が
低下する傾向があることを示している。

【００２１】以上より、これまで５Ｖでは１２ＭＨｚの
ＣＬＫ周波数において問題がなかったが、３．３Ｖ化に
よって能力をアップしなければならないことがわかる。

【００２２】特に前述したような駆動回路構成で、単純
に低電圧化を進めると、以下のような問題が生じる。

【００２３】ロジック回路を低電圧で動作させると、ゲ
ート素子の遅延量が増加するため、プリンタから記録ヘ
ッドにシリアル転送されるクロックとデータとを高速で
正しく取り込むことが困難となる。このため、データの
転送速度を高める事が出来なくなるので、必然的にシリ
アルデータの転送に要する時間が長くなり、この転送時
間がネックになり記録時間全体を短縮するのが困難とな
る。

【００２４】また、入力信号がヒステリシス特性を有す
るシュミットトリガ回路を通過するように構成すると、
入力信号がローレベルからハイレベルへ変化した事を検
出するパス（インバータ１０００）と、ハイレベルから
ローレベルへ変化した事を検出するパス（インバータ１
００１及び１００２）とのインバータ回路の段数が異な
っているため、低電圧化によるゲート遅延に段数の差に
よる遅延が加わってしまう。このとき、プリンタ本体か
ら記録ヘッドにシリアル転送されるクロックとデータに
おいて、記録ヘッドに入力されるまでは正しく保たれて
いた、クロックエッジに対するセットアップとホールド
時間の関係が、記録ヘッド内で崩れてしまい、正しくデ
ータを取り込めない場合が生じる。

【００２５】更に、クロックの立ち上がりと立ち下がり
との互いに逆相関係にあるエッジでデータを取り込む構
成では、実質的に２系統のクロックが駆動回路内に配置
されることとなるため、クロックとデータのセットアッ
プとホールド時間の関係をこれら２系統のクロックそれ
ぞれに対して調整しなければならず、同期設計が困難と
なる。この場合も、データの転送速度を高める事が出来
なくなくるので、必然的にシリアルデータの転送に要す
る時間が長くなり、この転送時間がネックになり記録時
間全体での短縮が困難となる。

【００２６】なお、駆動回路等が形成されるヒータボー
ドは、消耗品である記録ヘッドの一部であるので、多く
のプリンタで共通に使用されており、現在のレイアウト
や回路構成はコスト及び製造工程の面から検討されたも
のである。従って、電源電圧を低電圧化したことにより
新たな部品を追加する場合には、製造工程を増やさない
ようにすると共に、全体のバランスを崩さぬように慎重
に検討する必要がある。

【００２７】近年、プリンタに対する記録速度の向上と
記録解像度の向上との要求は益々増大しており、電源電
圧を低電圧化した場合においても、データ転送を更に高
速化することが望まれている。

【００２８】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、電源電圧を低電圧化した場合においても
データ転送の高速化に対応することが可能な、記録ヘッ
ド、その記録ヘッドを有するヘッドカートリッジ、その
記録ヘッドを用いた記録装置、及び、記録ヘッド素子基
板を提供することを目的とする。

【００２９】

【課題を解決するための手段】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、所定方向に配
列された複数の記録素子と該記録素子を駆動するための
駆動回路とが同一の素子基体上に設けられた記録ヘッド
であって、入力されたクロック信号の２倍の周波数の第
１の信号と、該第１の信号を遅延させた第２の信号とを
生成するクロック生成回路と、シリアルで入力されるデ
ータ信号の状態に応じて、前記第１及び第２の信号のい
ずれかを選択する選択回路と、前記選択回路によって選
択された信号に従って、前記データ信号で入力されるデ
ータを順次格納するシフトレジスタとを備えている。

【００３０】すなわち、本発明では、所定方向に配列さ
れた複数の記録素子と該記録素子を駆動するための駆動
回路とが同一の素子基体上に設けられた記録ヘッドにお
いて、入力されたクロック信号の２倍の周波数の第１の
信号と、該第１の信号を遅延させた第２の信号とを生成
し、シリアルで入力されるデータ信号の状態に応じて、
第１及び第２の信号のいずれかを選択し、選択された信
号に従って、データ信号で入力されるデータをシフトレ
ジスタに順次格納する。

【００３１】このようにすると、電源電圧の低電圧化に
よりセットアップとホールド時間の関係が崩れた場合で
も、データ信号の状態、例えば、現在ハイレベルである
かローレベルであるか、に応じて内部で生成された第１
及び第２の信号のいずれかを選択して、選択されたクロ
ック信号によってデータをシフトレジスタに正しく取り
込むことができる。

【００３２】従って、電源電圧を低電圧化した場合にお
いてもデータ転送の高速化に対応することが可能とな
る。

【００３３】

【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。

【００３４】なお、以下に説明する実施形態では、イン
クジェット記録方式を用いた記録装置としてプリンタを
例に挙げ説明する。

【００３５】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。

【００３６】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。

【００３７】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。

【００３８】また、以下に用いる「素子基体」という語
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、各素子や配線などが設けられた基体を示すも
のである。

【００３９】さらに、以下の説明で用いる「素子基体
上」という表現は、単に素子基体の上を指し示すだけで
なく、素子基体の表面、表面近傍の素子基体内部側をも
示すものである。また、本発明でいう「作りこみ（ビル
トイン(built-in)）」とは、別体の各素子を単に基体上
に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などによって素子基体上に一体
的に形成、製造することを示すものである。

【００４０】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および制御構成
について説明する。

【００４１】＜装置本体の概略説明＞図１は、本発明の
記録ヘッドを用いる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１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ＩＪ
Ｈ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。

【００４２】５００２は紙押え板であり、キャリッジＨ
Ｃ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。

【００４３】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、５０
１５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。５
０１７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。

【００４４】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。

【００４５】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。

【００４６】＜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。

【００４７】図２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
ーフェース、１７０１はＭＰＵ、１７０２はＭＰＵ１７
０１が実行する制御プログラムを格納するＲＯＭ、１７
０３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。１７０
４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、インターフェー
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。

【００４８】上記制御構成の動作を説明すると、インタ
ーフェース１７００に記録信号が入るとゲートアレイ１
７０４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１
７０６、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。

【００４９】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。

【００５０】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。

【００５１】＜インクカートリッジ＞図１１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ＩＪ
Ｃ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１１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。

【００５２】なお、図１１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。

【００５３】＜記録ヘッド＞以下、上記の構成のインク
ジェットプリンタの記録ヘッドの実施形態について、基
板上（ヒータボード上）に作りこまれる駆動回路の構成
を中心に説明する。なお、以下に説明する各実施形態に
おいては、６４個の記録素子を有し、これらの記録素子
が４個づつ１６のブロック（分割数Ｎ：１６）に分割さ
れ、各ブロックより１つずつの記録素子（４個の記録素
子）が同時に駆動される（同時駆動記録素子数Ｍ：４）
構成の記録ヘッドを例に挙げて説明する。

【００５４】なお、基板の上には各記録素子に対応して
インク吐出口やこのインク吐出口に連通した流路を形成
する部材（不図示）が設けられており、これにより記録
ヘッドを構成している。

【００５５】そして、この記録素子上に供給されるイン
クを記録素子の駆動によって加熱することで膜沸騰によ
る気泡を発生させインクを吐出口から吐出する構成とな
っている。

【００５６】図３は本発明の記録ヘッドの実施形態の駆
動回路の構成を示すブロック図である。本実施形態の駆
動回路は、記録ヘッドに供給される記録信号Ｄ１〜Ｄ４
及びブロック制御信号Ｂ１〜Ｂ４を、シフトレジスタを
介して出力する入力部（ａ）と、各記録素子を駆動する
駆動部（ｂ）とを有している。

【００５７】図３の（ａ）に示した入力部は、シュミッ
トトリガ入力回路１０２及び１０５、クロック発生回路
１０６、セレクタ１０８、８ビットシフトレジスタ１０
３により構成され、記録信号Ｄ１〜Ｄ４とブロック制御
信号Ｂ１〜Ｂ４によって構成されるプリンタから供給さ
れる記録データＤＡＴＡとクロックＣＬＫとを受信す
る。記録データＤＡＴＡは、シュミットトリガ入力回路
１０２に入力され、ＤＡＴＡＩとして出力される。クロ
ック信号ＣＬＫは、シュミットトリガ入力回路１０５に
入力され、ＣＬＫＩとして出力される。

【００５８】クロック発生回路１０６は、ＤＡＴＡＩの
ＨＩＧＨレベル状態を取り込むためのクロックＣＬＫ１
とＬＯＷレベル状態を取り込むためのクロックＣＬＫ２
をＣＬＫＩから生成する。セレクタ１０８は、ＤＡＴＡ
ＩのＨＩＧＨ／ＬＯＷレベル状態によりＣＬＫ１とＣＬ
Ｋ２を切り替えてＣＬＫＯとして出力する。８ビットシ
フトレジスタ１０３は、セレクタ１０８から出力された
ＣＬＫＯに従ってＤＡＴＡＩをシリアルに格納する。

【００５９】図３の（ｂ）に示した駆動部は、４ビット
ラッチ回路１０４及び１０９、ＡＮＤ回路１０７、４−
１６デコーダ１１０、ＡＮＤ回路Ａ１〜Ａ６４、パワー
トランジスタＴ１〜Ｔ６４、及び発熱素子Ｈ１〜Ｈ６４
から構成される。

【００６０】４ビットラッチ回路１０４は、プリンタか
ら供給されるラッチ信号ＬＡＴＣＨに従って８ビットシ
フトレジスタ１０３に格納された４ビット分の記録信号
ＤＢ０〜ＤＢ３をラッチし、４ビットラッチ回路１０９
は、プリンタから供給されるラッチ信号ＬＡＴＣＨに従
って８ビットシフトレジスタ１０３に格納された４ビッ
ト分のブロック制御データＤＢ４〜ＤＢ７をラッチす
る。ＡＮＤ回路１０７１０７は、イネーブル信号ＥＮＢ
と、４ビットラッチ回路１０４にラッチされた４ビット
のデータ各ビットとの論理積を演算する。４−１６デコ
ーダ１１０は、プリンタから供給されるブロック制御信
号Ｂ１〜Ｂ４をデコードしてブロック選択信号Ｎ１〜Ｎ
１６を発生する。

【００６１】また、ＡＮＤ回路Ａ１〜Ａ６４は、プリン
タから入力されるイネーブル信号ＥＮＢと、４ビットラ
ッチ回路出力ＤＢ０〜３の論理積出力ＤＥ０〜４と、４
−１６デコーダー１１０から出力されるブロック択信号
Ｎ１〜Ｎ１６との論理積を演算する。このＡＮＤ回路１
０７からの出力によって、発熱素子の駆動のタイミング
及びパルス幅が定められる。イネーブル信号ＥＮＢは、
負論理で動作するようになっている。即ち、イネーブル
信号ＥＮＢが"ロー"のときに発熱素子を駆動する事が出
来る。

【００６２】図３に示した構成によれば、電源電圧（Ｖ
Ｈ）の供給線と接地電圧（ＧＮＤＨ）の信号線とを含め
て、６本の信号線（記録データＤＡＴＡ、クロックＣＬ
Ｋ、イネーブル信号ＥＮＢ、ラッチ信号ＬＡＴＣＨ、電
源電圧（ＶＨ）、接地電圧（ＧＮＤＨ）の信号線が各１
本ずつ）がプリンタとの間に存在する。

【００６３】この内、記録データＤＡＴＡ、クロックＣ
ＬＫ、イネーブル信号ＥＮＢ、ラッチ信号ＬＡＴＣＨの
各信号の状態を、図４のタイミングチャートに示す。こ
のタイミングチャートによれば、記録データＤＡＴＡを
８ビットシフトレジスタ１０３にシリアル転送するタイ
ミングと発熱素子を駆動するタイミングとが重複しても
動作するようになっている。転送タイミングと駆動タイ
ミングの時間的重複が可能になる事により、転送タイミ
ング間隔と駆動タイミング間隔の短縮が出来、プリンタ
の記録速度を向上する事が出来る。

【００６４】図５は、プリンタから入力されるＣＬＫ及
びＤＡＴＡ信号と、図３（ａ）に示された８ビットラッ
チ回路１０３に入力されるまでに生成される各信号の状
態を示すタイミングチャートである。

【００６５】本実施形態のシュミットトリガ回路１０２
及び１０５の入出力特性は、入力信号がＬＯＷからＨＩ
ＧＨに遷移した時の出力応答時間が、ＨＩＧＨからＬＯ
Ｗに遷移した時の出力応答時間より短くなっている。よ
って、ＣＬＫとＣＬＫＩ、ＤＡＴＡとＤＡＴＡＩのＨＩ
ＧＨ区間を比べると、ＣＬＫＩ及びＤＡＴＡＩの方が時
間的に長くなりＬＯＷ区間は短くなる。

【００６６】ＣＬＫ２はＣＬＫＩの微分波形であり、周
波数はＣＬＫＩの２倍である。ＣＬＫ１はＣＬＫ２を遅
延させて生成される。セレクタ１０８は、ＤＡＴＡＩの
状態に従っていずれかの信号を選択してＣＬＫＯとして
出力する。具体的には、ＤＡＴＡＩがＬＯＷの時は次に
ＨＩＧＨに遷移するのでＣＬＫ２を選択し、ＨＩＧＨの
時は次にＬＯＷに遷移するのでＣＬＫ１を選択する。そ
して、ＣＬＫＯの立ち上がりエッジによって、ＤＡＴＡ
Ｉを８ビットシフトレジスタ１０３に取り込む。このよ
うにして、ＤＡＴＡＩの状態変化が遅い時は、遅いクロ
ックＣＬＫ１で取り込む事により、セットアップとホー
ルドタイムを確保し、逆にＤＡＴＡＩの状態変化が早い
時は、早いクロックＣＬＫ２で取り込む事によりセット
アップとホールドタイムを確保する。

【００６７】図６は、図３（ａ）に示す回路の具体的な
構成例を示している。図３（ａ）に於けるクロック発生
回路１０６は、ＸＯＲ６０２とインバーター６０１と遅
延回路６０３により構成される。セレクタ１０８は、Ａ
ＮＤ−ＯＲ回路６０４で構成される。

【００６８】図７は、プリンタから入力されるＣＬＫ及
びＤＡＴＡ信号と、図６に示された８ビットラッチ回路
１０３に入力されるまでに生成される各信号の状態を示
すタイミングチャートである。図７のＣＬＫＩ'は、Ｃ
ＬＫＩがインバータ６０１を通過した後の信号である。
それ以外の信号の機能とタイミングは図５に示したタイ
ミングチャートと同一である。

【００６９】図８は、図３のクロック発生回路１０６の
その他の実施例を、図９にそのタイミングチャートを示
す。ＣＬＫＩ８０５をＰＬＬ８０１に入力し、ＣＬＫ２
−８０６が出力され、ＣＬＫ２−８０６をＤＦＦ８０２
にて２分周し、そのＤＦＦ８０２出力のＣＬＫ３―８０
４をＰＬＬ８０１にフィードバック入力し、ＣＬＫ８０
５と位相を合わせ、ＣＬＫ２−８０６に、ＣＬＫＩが２
逓倍されたクロックが出力される。ＣＬＫ２に対し、遅
延させたクロックであるＣＬＫ１は、遅延素子８０３を
使用し生成する。

【００７０】以上説明したように本実施形態によれば、
シリアルに入力されるデータを供給されるクロックの立
ち上がりと立ち下がりの両方のタイミングで取り込む構
成の記録ヘッドにおいて、電源電圧の低電圧化によりセ
ットアップとホールド時間の関係が崩れた場合でも、デ
ータ信号の状態（次に立ち上がるか立ち下がるか）に応
じて内部で生成されたクロック信号のいずれかを選択し
て、選択されたクロック信号によってデータを正しく取
り込むことができる。

【００７１】従って、電源電圧が低電圧化された場合に
おいても、クロックの立ち上がりと立ち下がりの両方の
エッジに対応してデータを正確に取り込むことが可能と
なり、更なるデータ転送速度の向上も可能となる。

【００７２】［その他の実施形態］なお、上記の実施形
態に於いては、入力信号がＬＯＷからＨＩＧＨに遷移し
た時の出力応答時間が、ＨＩＧＨからＬＯＷに遷移した
時の出力応答時間より短くなっている場合を示したが、
これとは逆に入力信号がＬＯＷからＨＩＧＨに遷移した
時の応答時間が長い場合には、セレクタ１０８から出力
されるＣＬＫＯとして、ＤＡＴＡＩがＬＯＷの時はＣＬ
ＫＩ、ＨＩＧＨの時はＣＬＫ２を選択するように構成さ
れることは言うまでもない。

【００７３】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。

【００７４】その代表的な構成や原理については、例え
ば、米国特許第４７２３１２９号明細書、同第４７４０
７９６号明細書に開示されている基本的な原理を用いて
行うものが好ましい。この方式は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核沸騰を越
える急速な温度上昇を与える少なくとも１つの駆動信号
を印加することによって、電気熱変換体に熱エネルギー
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。

【００７５】この気泡の成長、収縮により吐出用開口を
介して液体（インク）を吐出させて、少なくとも１つの
滴を形成する。この駆動信号をパルス形状とすると、即
時適切に気泡の成長収縮が行われるので、特に応答性に
優れた液体（インク）の吐出が達成でき、より好まし
い。

【００７６】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。

【００７７】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号明細書に記載され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。

【００７８】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。

【００７９】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。

【００８０】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。

【００８１】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。

【００８２】以上説明した実施の形態においては、イン
クが液体であることを前提として説明しているが、室温
やそれ以下で固化するインクであっても、室温で軟化も
しくは液化するものを用いても良く、あるいはインクジ
ェット方式ではインク自体を３０°Ｃ以上７０°Ｃ以下
の範囲内で温度調整を行ってインクの粘性を安定吐出範
囲にあるように温度制御するものが一般的であるから、
使用記録信号付与時にインクが液状をなすものであれば
よい。

【００８３】加えて、積極的に熱エネルギーによる昇温
をインクの固形状態から液体状態への状態変化のエネル
ギーとして使用せしめることで積極的に防止するため、
またはインクの蒸発を防止するため、放置状態で固化し
加熱によって液化するインクを用いても良い。いずれに
しても熱エネルギーの記録信号に応じた付与によってイ
ンクが液化し、液状インクが吐出されるものや、記録媒
体に到達する時点では既に固化し始めるもの等のよう
な、熱エネルギーの付与によって初めて液化する性質の
インクを使用する場合も本発明は適用可能である。

【００８４】さらに加えて、本発明に係る記録装置の形
態としては、コンピュータ等の情報処理機器の画像出力
端末として一体または別体に設けられるものの他、リー
ダ等と組み合わせた複写装置、さらには送受信機能を有
するファクシミリ装置の形態を取るものであっても良
い。

【００８５】なお、本発明は、複数の機器（例えばホス
トコンピュータ，インターフェース機器，リーダ，プリ
ンタなど）から構成されるシステムに適用しても、一つ
の機器からなる装置（例えば、複写機，ファクシミリ装
置など）に適用してもよい。

【００８６】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、電
源電圧の低電圧化によりセットアップとホールド時間の
関係が崩れた場合でも、データ信号の状態、例えば、現
在ハイレベルであるかローレベルであるか、に応じて内
部で生成された第１及び第２の信号のいずれかを選択し
て、選択されたクロック信号によってデータをシフトレ
ジスタに正しく取り込むことができる。

【００８７】従って、電源電圧を低電圧化した場合にお
いてもデータ転送の高速化に対応することが可能とな
る。

【００８８】さらに、２種類のクロックを用いる事によ
り、クロック周波数が画一的にならず輻射エネルギーが
分散され、不要輻射の低減効果も可能になった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の好適な実施形態であるプリンタの外観
を示す図である。

【図２】図１のプリンタの制御構成を示すブロック図で
ある。

【図３】記録ヘッドの実施形態に従う駆動回路の構成を
示す回路図である。

【図４】図３に示す構成の記録ヘッドに供給される信号
の状態を示すタイミングチャートである。

【図５】図３（ａ）に示す各信号の状態を示すタイミン
グチャートである。

【図６】図３（ａ）に示す回路の具体的構成を示す回路
図である。

【図７】図６に示す各信号の状態を示すタイミングチャ
ートである。

【図８】図３に示す構成のクロック発生回路１０６の構
成を示すブロック図である。

【図９】図３に示す構成のクロック発生回路１０６の構
成のタイミングチャートである。

【図１０】従来例のロジック入力のヒステリシス回路で
ある。

【図１１】図１のプリンタのインクジェットカートリッ
ジを示す図である。

【図１２】従来のインクジェット記録ヘッド用基板のレ
イアウトを示す図である。

【図１３】インクジェット記録ヘッド用基板のブロック
図である。

【図１４】インクジェット記録ヘッド用基板の駆動タイ
ミング例である。

【図１５】ロジック電源電圧に対する画像転送可能最大
ＣＬＫ周波数を示す図である。

【符号の説明】

１０２、１０５ シュミットトリガ回路 １０３ シフトレジスタ １０６ クロック発生回路 １０８ セレクタ １７００ インタフェース １７０１ ＭＰＵ １７０２ ＲＯＭ １７０３ ＲＡＭ １７０４ ゲートアレイ（Ｇ．Ａ．） １７０５ ヘッドドライバ ＩＪＨ 記録ヘッド

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 平山 信之 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 Ｆターム(参考） 2C057 AF99 AG46 AG70 AG83 AK10 AR03 BA13 5K047 AA11 GG02 MM24 MM28 MM46 MM53

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の記録素子と該記録素子を駆動する
   ための駆動回路とが同一の素子基体上に設けられた記録
   ヘッドであって、 入力されたクロック信号の２倍の周波数の第１の信号
   と、該第１の信号を遅延させた第２の信号とを生成する
   クロック生成回路と、 シリアルで入力されるデータ信号の状態に応じて、前記
   第１及び第２の信号のいずれかを選択する選択回路と、 前記選択回路によって選択された信号に従って、前記デ
   ータ信号で入力されるデータを順次格納するシフトレジ
   スタとを備えていることを特徴とする記録ヘッド。
2. 【請求項２】 前記クロック信号及びデータ信号の入力
   部に、立ち上がりの閾値及び立ち下がりの閾値を異なら
   せるヒステリシス特性を与えるシュミット回路をそれぞ
   れ備えることを特徴とする請求項１に記載の記録ヘッ
   ド。
3. 【請求項３】 前記クロック生成回路は、前記入力され
   たクロックの立ち上がり及び立ち下がりを検出して前記
   第１の信号を生成することを特徴とする請求項１又は２
   に記載の記録ヘッド。
4. 【請求項４】 前記選択回路は、前記データ信号がハイ
   レベルであるかローレベルであるかに応じて前記第１及
   び第２の信号のいずれかを選択することを特徴とする請
   求項１から３のいずれか１項に記載の記録ヘッド。
5. 【請求項５】 前記選択回路は、前記データ信号がハイ
   レベルであるときに前記第２の信号を選択し、前記デー
   タ信号がローレベルであるときに前記第１の信号を選択
   することを特徴とする請求項４に記載の記録ヘッド。
6. 【請求項６】 前記選択回路は、前記データ信号がハイ
   レベルであるときに前記第１の信号を選択し、前記デー
   タ信号がローレベルであるときに前記第２の信号を選択
   することを特徴とする請求項４に記載の記録ヘッド。
7. 【請求項７】 前記クロック生成回路が、排他的論理和
   を演算する論理回路とインバータと遅延回路とを含み、
   前記選択回路が、ＡＮＤ素子とＯＲ素子を含むことを特
   徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の記録ヘ
   ッド。
8. 【請求項８】 前記記録素子を用いてインクを吐出して
   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１から７のいずれか１項に記載の記録ヘッ
   ド。
9. 【請求項９】 前記記録素子は、インクを吐出するため
   に必要な熱エネルギーを発生する電気熱変換素子である
   ことを特徴とする請求項８に記載の記録ヘッド。
10. 【請求項１０】 請求項１から９のいずれか１項に記載
    の記録ヘッドと、 前記記録ヘッドに供給するインクを貯留するインクタン
    クとを有することを特徴とするヘッドカートリッジ。
11. 【請求項１１】 請求項１から９のいずれか１項に記載
    の記録ヘッドを用いて記録を行なう記録装置であって、 前記記録ヘッドにシリアルデータを転送するタイミング
    と、前記記録ヘッドを駆動するタイミングとが少なくと
    も部分的に重複するように前記記録ヘッドに対する制御
    信号を送信することを特徴とする記録装置。
12. 【請求項１２】 複数の記録素子と該記録素子を駆動す
    るための駆動回路とが同一の素子基体上に設けられた記
    録ヘッド素子基板であって、 入力されたクロック信号の２倍の周波数の第１の信号
    と、該第１の信号を遅延させた第２の信号とを生成する
    クロック生成回路と、 シリアルで入力されるデータ信号の状態に応じて、前記
    第１及び第２の信号のいずれかを選択する選択回路と、 前記選択回路によって選択された信号に従って、前記デ
    ータ信号で入力されるデータを順次格納するシフトレジ
    スタと、が前記素子基体上に設けられていることを特徴
    とする記録ヘッド素子基板。
13. 【請求項１３】 複数の記録素子と該記録素子を駆動す
    るための駆動回路とが同一の素子基体上に設けられた記
    録ヘッドにおけるシリアルデータ取り込み方法であっ
    て、 入力されたクロック信号の２倍の周波数の第１の信号
    と、該第１の信号を遅延させた第２の信号とを生成し、 シリアルで入力されるデータ信号の状態に応じて、前記
    第１及び第２の信号のいずれかを選択し、 選択された信号に従って、前記データ信号で入力される
    データをシフトレジスタに順次格納することを特徴とす
    る記録ヘッドにおけるシリアルデータ取り込み方法。