喷墨打印头基板、驱动控制方法、喷墨打印头和喷墨打印装置

摘要

本发明公开了一种喷墨打印头基板、驱动控制方法、喷墨打印头和喷墨打印装置。包含用于产生用于排出墨水的热能的加热器和用于驱动它们的驱动器电路的加热器/驱动器阵列被安装在基板上。这些加热器被形成为多个组，并在每组的基础上被块驱动驱动。在输入电路、移位寄存器电路和译码器电路的任一个中，基于以逻辑信号电压电平(VDD)被输入的打印数据信号，产生驱动信号电压电平(VHT)的块选择信号和与选择的块对应的加热器驱动信号。加热器/驱动器阵列根据驱动信号电压电平的块选择信号和加热器驱动信号驱动各加热器。

说明书

本申请是申请号为200480016166.7、申请日为2004年6月1日、发明名称为“喷墨打印头基板、驱动控制方法、喷墨打印头和喷墨打印装置”的专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及喷墨打印头基板、喷墨打印头和使用该打印头的打印装置。更具体而言，本发明涉及在同一基板上形成用于产生排出墨水所需要的热能的电热换能器和用于驱动换能器的驱动电路的喷墨打印头，并涉及使用该打印头的打印装置。

背景技术

一般地，通过使用例如USP 6290334中说明的半导体加工技术，在同一基板上形成根据喷墨方案安装在打印装置上的打印头的电热换能器(加热器)和换能器的驱动电路。在建议的打印头结构中，除了驱动电路外，在同一基板上形成用于检测诸如基板温度的半导体基板的状态的数字电路等，供墨口位于基板的中心，且加热器被设置在与端口相对的位置。

图5示意性说明用于这种类型的喷墨打印头的半导体基板，即，用于包含用于输出指示检测的温度的数字信号的电路的喷墨打印头的半导体基板。

在图5中，附图标记500表示通过用半导体加工技术一体化地形成加热器和驱动电路得到的基板，501表示具有其中排列多个加热器和驱动器电路的结构的加热器/驱动器阵列，502表示用于从基板的相反侧供给墨水的供墨口。

并且，附图标记503表示用于暂时保持待打印的打印数据的移位寄存器。附图标记507表示输出加热器块选择信号的译码器电路，该加热器块选择信号用于在每加热器块(per-heater-block)的基础上驱动加热器/驱动器阵列501中的加热器。附图标记504表示包含用于将数字信号输入移位寄存器503和译码器507的缓冲电路的输入电路。附图标记510表示包含用于供给逻辑元件电压VDD的端子、用于输入时钟的端子CLK和用于输入打印数据的端子等的输入端子。

图7是用于说明一直到向移位寄存器503发送打印信息并向加热器供给电流以驱动该加热器的一系列操作的时序图。

打印数据与施加到CLK端子上的时钟脉冲同步被供给到DATA_A和DATA_B端子。移位寄存器503暂时存储供给的打印数据，且锁存电路响应施加到BG端子上的锁存信号锁存打印数据。随后，以矩阵的形式对用于选择已分为希望的块的一组加热器的块信号和已被锁存电路锁存的打印数据进行AND(“与”)操作，并且加热器电流与直接决定电流驱动时间的HE信号同步流动。逐块地重复该系列操作，以执行打印。

图6A是用于驱动电流进入用于排出墨水的加热器的一个段(segment)的等效电路。并且，图6B是对应用于暂时存储待打印的图像数据的一比特移位寄存器和锁存电路的等效电路。

输入AND门601的块选择信号是从译码器507发送的用于选择被分为多个块的加热器组的信号。并且，进入AND门601的位信号(bit signal)是被传输到移位寄存器503并然后被锁存信号锁存的信号。为了通过打印数据选择性地接通各段，AND门601在块选择信号和位信号之间以矩阵的形式得到AND。

附图标记605表示用作加热器驱动的电源的VH电源线，606表示加热器，607表示用于使电流进入加热器606的驱动晶体管。附图标记602表示用于接收和缓冲AND门601的输出的反向器电路。附图标记603表示用作反向器电路602的电源的VDD电源线。附图标记608表示用作用于接收反向器电路602的被缓冲的输出的缓冲器的反向器电路。附图标记604表示用作电源的VHT电源线，该电源被供给缓冲器608，用于供给驱动晶体管的栅极电压。

一般地，反向器602和移位寄存器503等是数字电路，并且它们基本上根据低/高脉冲而操作。并且，用于连系打印头本身的打印信息和用于驱动加热器的施加的脉冲也是数字信号，并且信号与外部的交换全部通过低/高逻辑脉冲被执行。这些逻辑脉冲的幅值一般为0V/5V或0V/3.3V，并且，用具有这些电压之一的信号供给数字电路的电源VDD。因此，具有VDD电压的幅值的脉冲被输入AND门601，并通过由两级反向器电路602构成的缓冲器被输入下一级的反向器电路608。

另一方面，驱动晶体管607的处于ON(接通)状态时的阻抗值越小，或所谓的ON阻抗越小，则越好。通过使由加热器以外的部件消耗的电力尽可能地小，可以防止基板温度升高，并可以稳定地驱动打印头。如果驱动晶体管607的ON阻抗较大，那么由流过该部分的加热器电流产生的电压降会增加，从而必须向加热器施加过高的电压。结果是浪费了功耗。

为了降低驱动晶体管607的ON电压，需要将供给该晶体管的栅极的电压设置为高。因此，在图6A中所示的电路中，必须设置用于使脉冲变换为具有比电压VDD高的电压幅值的电路。在图6A中所示的电路中，设置比电压VDD高的电压VHT的电源线604，并且，响应具有电压VDD的幅值的脉冲进入的段选择信号通过包含反向器电路608的缓冲器电路被变换为具有电压VHT的幅值的脉冲。在由此完成向具有电压VHT的幅值的脉冲的变换后，脉冲被施加到驱动晶体管607的栅极。换句话说，采用这样一种配置，即，在该配置中，与外部的信号交换和由内部数字电路进行的信号处理全部通过具有VDD的电压幅值(用于驱动逻辑电路的电压)的脉冲执行，并且，各个段具有用于紧接在驱动晶体管607的栅极被驱动之前实现到VHT电压幅值(用于元件驱动的电压)的脉冲的变换的电路(脉冲幅值变换电路)。

一般地，打印头采用以高密度排列多个段的形式，因此在例如以600dpi的密度排列各个段的情况下，沿阵列方向的段宽被限制到约42.3μm。如果要尝试这种间距装配图6A中所示种类的电路的全部以驱动各元件，那么在垂直于阵列方向的方向上各段的长度将增加。

图10是在图6A中所示的脉冲幅值变换电路被详细示出的情况下的等效电路的电路图。通过观察该图可以理解，脉冲幅值变换电路，特别是由虚线表示的电平变换器，由多个晶体管构成，因此必需更大的芯片面积。

但是，当考虑具有上述结构的打印头基板的布局结构时，为各段提供的脉冲幅值变换电路导致各段的长度增加，并导致芯片尺寸增加以及成本增加。特别地，使用上述布局，芯片沿垂直于段阵列的方向变得更大，且芯片尺寸显著增加。并且，在为每个段提供脉冲幅值变换电路的情况下，例如，在考虑具有例如256个段的打印头的情况下，所需要的缓冲电路的数量需要至少256个反向器。这导致产量下降、电路结构复杂化、成本增加。

发明内容

本发明是鉴于上述问题而被设计的，其目的是提供这样一种电路配置，即，在该电路配置中，用于驱动逻辑的电压被变换为用于驱动元件的电压，而不增加沿垂直于各段的阵列方向的方向的各段的长度。

本发明的另一目的是，减少脉冲幅值变换电路，并减少在基板上形成的元件的数量，由此提高产量并简化电路结构。

为达到上述目的，根据本发明的用于喷墨打印头的基板具有下述结构。

即，根据本发明，提供一种喷墨打印头基板，在该喷墨打印头基板上安装用于产生用于排出墨水的热能的电热换能器和用于驱动所述电热换能器的驱动器电路，所述喷墨打印头基板包括：逻辑电路，用于基于第一电压幅值电平的输入信号，以第二电压幅值电平输出块选择信号和用于选择的块中的各电热换能器的元件驱动信号，和驱动器电路，用于基于来自所述逻辑电路的所述块选择信号和元件驱动信号驱动各块单元中的所述电热换能器。

并且，根据达到上述目的的本发明，提供一种适于用于喷墨打印头的基板的驱动方法。

即，根据本发明的一个方面，提供一种控制基板上的电热换能器的驱动的方法，在该基板上安装用于产生用于排出墨水的热能的电热换能器和用于驱动所述电热换能器的驱动器电路，所述方法包括以下步骤：输入第一电压幅值电平的输入信号；基于已被输入的所述信号，以第二电压幅值电平输出块选择信号和用于选择的块中的各电热换能器的元件驱动信号；基于来自所述逻辑电路的所述块选择信号和元件驱动信号驱动各块单元中的所述电热换能器。

并且，根据本发明，提供一种使用上述用于喷墨打印头的基板的喷墨打印头、和使用该喷墨打印头的喷墨打印装置。

从结合附图的以下说明中可容易发现本发明的其它特征和优点，在各附图中，相同的附图标记表示相同或类似的部分。

附图说明

被加入并构成说明书的一部分的附图示出本发明的实施例，并与文字说明一起用于解释本发明的原理。

图1是有助于说明第一实施例的喷墨打印头的结构的示图；

图2是第一实施例中的用于向用于排出墨水的加热器供给电流并驱动该加热器的一个段(segment)的等效电路图。

图3是示出本实施例的移位寄存器103的结构的示图；

图4是有助于说明用于第二实施例的喷墨打印头的基板的示图；

图5示意性说明用于喷墨打印头的半导体基板，即用于包含用于输出指示检测的温度的数字信号的电路的喷墨打印头的半导体基板；

图6A是用于驱动电流进入用于排出墨水的加热器的等效电路的一个段。

图6B是对应一比特的用于暂时存储待打印的图像数据的移位寄存器和锁存电路的等效电路。

图7是用于说明一直到向移位寄存器503发送打印信息并向加热器供给电流以驱动该加热器的一系列操作的时间图；

图8是可应用本发明的喷墨打印装置的外部示图；

图9是说明用于控制由图8中所示的喷墨打印装置进行的打印的控制配置的示图；

图10是说明脉冲幅值变换电路的等效电路的示图；

图11是表示喷墨墨盒IJC的详细外观的透视图；以及

图12是表示排出三种颜色的墨水的打印头IJHC的三维结构的透视图。

具体实施方式

现在参照附图详细说明本发明的优选实施例。

本发明中使用的术语“打印”表示不仅将具有文字或图形的意思的图像给予打印介质，而且给予不具有图案等的意思的图像。

下面使用的术语“基板”不仅指简单的包含硅半导体的基板，而且指具有各种元件、电路和布线的基板。

应注意，制成的基板具有板或芯片的形状。

表达方式“在基板上”不仅简单地指基板的顶部，而且指基板的表面和表面附近的基板的内部。并且，本发明中使用的“内置”不仅指简单地将独立元件放置在基板上，而且指通过半导体电路制造方法等作为其组成部分在基板上形成和制造各元件。

使用下述实施例的用于喷墨打印头的基板，在每段(per-segment)的基础上在译码器输出(块选择)和移位寄存器输出(BIT)之间进行AND之前，进行紧接在驱动晶体管607的栅极端子的输入之前执行的脉冲幅值的电压变换。并且，比逻辑电压高的电压被施加到在每段的基础上进行AND的电路的部分。因此，在本实施例中，使该部分的元件为耐压(withstand voltage)比其它逻辑电路高的晶体管，即译码器和移位寄存器(S/R)。通过这种配置，响应具有VDD电压的幅值的脉冲被输入的段选择信号可被变换为具有VHT电压的幅值的脉冲，而不增加沿垂直于各段的阵列方向的方向的各段的长度。特别地，使用本实施例的配置，在在来自译码器侧的输出信号和来自移位寄存器侧的信号之间进行AND之前，脉冲宽度的变换被执行，因此不再需要为每个段设置的脉冲幅值变换电路。脉冲幅值变换电路本身的数量可被减至时分驱动块的数量(来自译码器的信号输出的数量)和与各块对应的数据项的数量(来自移位寄存器的输出的数量)的和，产量增加，电路配置被简化。

(第一实施例)

首先，说明喷墨打印装置的概观。

图8是可应用本发明的喷墨打印装置的外部视图。在图8中，导杆(lead screw)5005通过与驱动电机5013的向前和向后旋转在操作上相关的驱动力传动齿轮5011、5009旋转。滑架HC具有与导杆5004的螺旋槽5005相配并且当导杆5004旋转时沿箭头a和b的方向来回移动的引脚(pin)(未示出)。喷墨墨盒IJC被安装在滑架HC上。

附图标记5002表示沿滑架的移动方向的压盘(platen)5000压紧纸的纸保持板。附图标记5007、5008表示构成用于验证在光传感器的附近的滑架杆5006的存在并改变电机5013的旋转方向的原始位置(home position)传感装置的光传感器。附图标记5016表示支撑盖构件5022的构件，该盖构件5022用于罩住打印头的前侧。附图标记5015表示用于向盖构件施加吸力的吸引(suction)装置。吸取装置通过盖构件内的开口5023使盖构件吸引恢复。附图标记表示清洗刮刀，附图标记5019表示使得可以来回移动刮刀的构件。它们被主体的支撑板5018支撑。当然，刮刀不必为这种形式，可以将公知的清洗刮刀应用于本例子。附图标记5021表示用于开始吸力恢复操作的吸取的杆。杆随与滑架啮合的凸轮5020的移动而移动。移动由公知的传动装置控制，由此来自驱动电机的驱动力被变换成如由离合器(clutch)施加的那样。

配置的方式使得，当滑架到达原始位置侧的区域中时，通过导杆5004的操作，在相应的位置通过希望的处理实施压盖、清洗和吸力恢复。但是，如果配置的方式使得在公知的定时实施希望的操作，那么可将任何配置方式应用于本例子中。

现在参照图9的框图，以说明用于执行上述喷墨打印装置的打印控制的控制配置。在示出控制电路的该图中，附图标记1700表示接口，1701表示MPU，1702表示用于存储由MPU1701执行的控制程序的程序ROM，1703表示用于事先存储各种数据(诸如上述打印信号以及供给打印头的打印数据)的动态型RAM(以下称为DRAM)。附图标记1704表示用于控制向打印头1708供给打印数据的门阵列(gatearray)。经由该门阵列供给用于驱动打印头的信号。并且，门阵列控制在接口1700、MPU1701和RAM1703之间的数据的传输。

附图标记1710表示用于输送打印头1708的托架(carrier)电机，1709表示用于输送打印纸的输送电机1709。附图标记1704表示被安装在打印头1708上并包含排墨加热器及其驱动电路的喷墨打印头基板。附图标记1706、1707分别表示用于驱动输送电机1709和托架电机1710的电机驱动器。

现在说明上述控制配置的操作。当打印信号进入接口1700时，打印信号在门阵列1704和MPU1701之间被变换为用于打印的打印数据。电机驱动器1706、1707被驱动且排墨加热器被驱动，以根据被发送到打印头1708内的打印头基板的打印数据执行打印。

图11是表示喷墨墨盒IJC的构造的详细外观的透视图。

如图11所示，喷墨墨盒IJC包含排出黑色墨水的墨盒IJCK和排出青(C)、品红(M)和黄(Y)三种颜色的墨水的墨盒IJCC。这两个墨盒可相互分开，每一个独立地、可拆卸地被安装在滑架HC上。

墨盒IJCK包含被组合为整体结构的容纳黑色墨水的墨水容器(ink tank)ITK和通过排出黑色墨水进行打印的打印头IJHK。类似地，墨盒IJCC包含被组合为整体结构的容纳青(C)、品红(M)和黄(Y)三种颜色的墨水的墨水容器ITC和通过排出这些颜色的墨水进行打印的打印头IJHC。

并且，从图11可以理解，沿滑架的移动方向排列排出黑色墨水的喷嘴的阵列、排出青色墨水的喷嘴的阵列、排出品红色墨水的喷嘴的阵列、排出黄色墨水的喷嘴的阵列，喷嘴的排列方向被配置为与滑架移动方向垂直。

图12是表示排出三种颜色的墨水的打印头IJHC的三维结构的透视图。

图12示出从墨水容器ITK供给的墨水的流动。打印头IJHC具有供给青色(C)墨水的墨水通道2C、供给品红色(M)墨水的墨水通道2M和供给黄色(Y)墨水的墨水通道2Y，并具有供给路径(未示出)，该供给路径经由基板的后表面从墨水容器ITK向各墨水通道供给各种墨水。

分别通过墨水通道墨水流动路径301C、301M和301Y的青色、品红色和黄色墨水被分别引到设置在基板上的电热换能器(即，加热器)401上。然后，当电热换能器(加热器)401经由下述的电路被激活时，电热换能器(加热器)401上的墨水被加热，墨水沸腾，结果，墨滴900C、900M和900Y通过出现的汽泡被从孔口302C、302M和302Y排出。

应当注意，在图12中，附图标记1表示其上形成电热换能器、下面说明的驱动电热换能器的各种电路、存储器、与滑架HC形成电接点的各种焊盘和各种信号导线的打印头基板(以下称为“基板”)。

并且，一个电热换能器(加热器)、驱动它的MOS-FET和电热换能器(加热器)一起被称为打印元件，多个打印元件被称为打印元件。

注意，虽然图12是表示排出三种颜色的墨水的打印头IJHC的三维结构的示图，但该结构与排出黑色墨水但包含图12中所示的构造的三分之一的打印头IJHK的结构相同。换句话说，有一个墨水通道，且打印头的尺度约为图12中所示的结构的三分之一。

图1是用于说明根据第一实施例的喷墨打印头的结构的示图。附图标记100表示其中已通过半导体加工技术内置加热器和驱动电路的基板。该基板对应于上述用于喷墨打印头的基板1705。附图标记102表示用于从基板的相反侧供给墨水的供墨口(即，供给路径)，101表示其中排列多个加热器和驱动器电路的加热器/驱动器阵列，其中加热器是用于排出墨水的电热换能器，驱动器用于选择地驱动加热器。附图标记103表示用于暂时保持待打印的打印数据的、拥有与时分驱动的一块对应的数据的移位寄存器，107表示用于在每加热器块(per-heater-block)的基础上选择和驱动加热器/驱动器阵列中的加热器的译码器电路，104是包含用于将数字信号输入移位寄存器103和译码器107的缓冲器电路的输入电路，110是输入端子。

并且，附图标记130表示基于加热器驱动电源电压(VH)用于产生VHT电压的VHT电压产生电路，该VHT电压被供给脉冲幅值变换电路，140表示用于将具有VDD电压幅值的数字信号变换为具有VHT电压幅值的驱动晶体管的栅极驱动脉冲。从图1可以理解，本实施例的脉冲幅值变换电路140被设置在译码器电路107的输出级和移位寄存器103的输出级。

附图标记121表示构成为包含用于检测半导体基板100的温度的元件的温度检测块。虽然用于检测基板的温度的温度检测块121被示例为用于监视基板的状态的元件，但它可配备用于检测电热换能器的阻抗值的元件、或用于在其操作时检测电流驱动晶体管的阻抗值的元件。当然，可以设置多种类型的传感元件。

图2是第一实施例中的用于向用于排出墨水的加热器供给电流并驱动该加热器的一个段(segment)的等效电路图。并且，图3是对应用于暂时存储待打印的图像数据的一比特的移位寄存器和锁存电路的等效电路。

如图1所示，参照图5和图6A说明的常规电路中的为各段(各个用于排出墨水的加热电阻体)设置的脉冲幅值变换电路被设置在本实施例的用于喷墨打印头的基板100上的移位寄存器103和译码器107的输出部分中。即，这里采用在在译码器电路107的输出信号(块选择信号)和移位寄存器103的输出信号(位信号)之间进行AND之前升高脉冲幅值电压的结构。结果，如图2所示，幅值被升高到VHT电压的脉冲被供给各段，且不再需要变换电路。因此不需要由电路的元件占据的基板上的区域。

由于这种配置使得逐段地向进行AND的AND门201施加高电压，因此，对于构成该电路的晶体管，需要高耐压的元件。在现有技术中，只向该部分施加与逻辑电压对应的较低的电压，因此晶体管由低耐压的元件构成。但在本实施例中，通过使该部分具有比构成其它逻辑电路的晶体管的耐压高的耐压，或更具体地，通过采用具有较高的耐压的元件作为构成AND门的晶体管，达到目的。

在使用具有高耐压的晶体管(MOS晶体管)的情况下，各晶体管比低电压晶体管大。但是，如上所述，脉冲幅值变换电路(升压电路)的数量可被减少，并且，关于布局位置，可以将它们设置在远离各元件的附近的位置上。结果，用于喷墨打印头的基板100的整体尺寸可被减小。

图3是表示根据本实施例的移位寄存器103和脉冲幅值变换电路140的结构的示图。脉冲幅值变换电路被设置在图6B中所示的移位寄存器电路配置中的输出级。这里，脉冲幅值被从VDD电压变换为VHT电压。

当以分时的方式驱动所有各段时，移位寄存器103和译码器电路107的输出级的数量由分组数(number of division)决定，但分组(division)的量级大致为8～32。例如，如果256分为16组(每个块将具有16个段)，那么所需的脉冲幅值变换电路的数量将是16×2(移位寄存器侧和译码器侧)＝32。与当所有的段都具有脉冲幅值变换电路时所需要的256个电路相比，数量大大减少。结果，沿垂直于段阵列方向的方向的芯片长度可被减小。并且，虽然沿阵列方向的芯片的长度由于添加到移位寄存器103和译码器电路107上的脉冲幅值变换电路而增加，但与沿垂直方向的长度的减小相比，增加的量很小，并且总体芯片面积是减小的。

(第二实施例)

图4是有助于说明根据第二实施例的用于喷墨打印头的基板的示图。图4中与图1相同的部件由相同的附图标记表示，并忽略其详述。

在第二实施例中，采用的结构是脉冲幅值变换电路140紧随输入电路104被插入的结构。通过这种结构，仅需要其数量等于输入端子(CLK、DATA_A、DATA_B、BG、HE_A、HE_B)的数量的脉冲幅值变换电路。这使得可以实现芯片尺寸的进一步减小。

如上所述，根据上述各实施例，在译码器输出和移位寄存器输出之间进行AND之前，实施现有技术中的紧接在驱动晶体管的栅极端子输入之前执行的脉冲幅值的电压变换。结果，实现了这样一种电路结构，即，在该电路结构中，响应具有VDD电压的幅值的脉冲被输入的段选择信号被变换为具有VHT电压的幅值的脉冲，而不增加沿垂直于各段的阵列方向的方向的各段的长度。并且，实现了脉冲幅值变换电路的数量被大大减少的电路结构。因此，通过减少元件的数量，芯片尺寸减小，产量提高，并且由于电路结构的简化，成本可望降低。

(本发明的效果)

如上所述，根据本发明，可以提供这样一种电路配置，即，在该电路配置中，用于驱动逻辑的电压被变换为用于驱动各元件的电压，而不增加沿垂直于各段的阵列方向的方向的各段的长度。并且，根据本发明，脉冲幅值变换电路减少，在基板上形成的元件的数量减小，由此使得可以提高产量并简化电路结构。

由于在可以不背离本发明的精神的范围的情况下得到其许多明显地、大大地不同的实施例，因此应理解，除了如所附的权利要求限定的那样，本发明不限于其特定实施例。