JP2004122757A - インクジェット記録ヘッド及びインクジェット記録ヘッドの駆動方法、並びにインクジェット記録ヘッド用基板 - Google Patents

Abstract

【課題】インクの吐出量が相対的に異なる複数種類の記録素子を有するインクジェット記録ヘッドを、簡単な構成で低価格とし、かつその制御を容易とする。
【解決手段】インクの吐出量が相対的に異なる第１及び第２の記録素子が所定方向に同列配列された記録素子列を有するインクジェット記録ヘッドを駆動する際に、第１及び第２のいずれかの記録素子に対する記録データ（３４）をシリアルで入力し、入力された記録データをシフトレジスタ（３８）に順次格納し、格納された記録データをラッチ（３９）に保持し、第１及び第２のどちらの記録素子を駆動するのかを示すセレクト信号（３８）、駆動期間を示すヒートイネーブル信号（３２）、及びラッチに保持された記録データをＡＮＤゲート（３１０）に入力し、その出力に従ってドライバ（３１１）で各記録素子を駆動する。
【選択図】　図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はインクジェット記録ヘッド及びインクジェット記録ヘッドの駆動方法に関し、特に、インクの吐出量が相対的に異なる第１及び第２の記録素子を有するインクジェット記録ヘッド及びそのような記録ヘッドの駆動方法に関するものである。
【０００２】
また、本発明は、発熱抵抗体が発生する熱エネルギーを利用してインクに気泡を生じさせ、この気泡の成長、収縮によりインクを吐出させて記録を行なうインクジェット記録ヘッド、及び該記録ヘッドに用いられる基板に関する。
【０００３】
【従来の技術】
インクジェット記録装置は、その大部分がプリンタ、複写機等におけるプリント装置として知られており、中でもインク吐出に利用されるエネルギーとして熱エネルギーを用い、これによって生じる気泡によってインクを吐出する方式のインクジェットプリント装置は最近普及が進んでいる。
【０００４】
上述のようなインクジェットプリント装置で用いられるインクジェット記録ヘッドは、熱エネルギーを発生するものとして電気熱変換素子（以下、ヒータともいう）を用いている。そして、多くの場合、１つの吐出口（ノズル）に対応して、１つのヒータを備える構成を採用している。
【０００５】
一方、特開平０８−１８３１７９号公報（特許文献１）のように、１つの吐出口に複数のヒータを備えたインクジェット記録ヘッドを用いて、各吐出口から吐出されるインク量を可変にすることで種々の記録モードでの記録を可能にする技術も開示されている。
【０００６】
例えば、高速モードにおいては、各吐出口から吐出されるインク滴の容量を多くして、１つのインク滴で記録されるドットを大きくしてより低い記録解像度で高速な記録を行う一方、高品位モードにおいては、各吐出口から吐出されるインク滴の容量を少なくして、１つのインク滴で記録されるドットを小さくしてより高い記録解像度での記録を行うことで、１つのインクジェット記録ヘッドで高速記録と高品位記録とを両立することが可能になる。
【０００７】
この両立により、ユーザーが最適な記録モードを選択することで所望する画像出力を得ることができるという大きな効果が得られる。
【０００８】
また、このような要求に応えるインクジェット記録ヘッドとして特開平０９−２８６１０８号公報（特許文献２）に開示されるものがある。特許文献２には、１つのノズル内に複数のヒータを設けて記録ドットサイズを変えることにより高い階調を得る技術が開示されている。
【０００９】
図２７は、特許文献２に開示されるヘッド基体に構成される電気回路の等価回路であり、１ノズルを形成するインク流路内の多値ヒータと、その多値ヒータを成す素子２０１（１），２０１（２），…，２０１（ｎ）を個別に駆動させる駆動トランジスタとしてのＮＭＯＳトランジスタ３０１の他、ＣＭＯＳトランジスタ構成される駆動信号処理のためのシフトレジスタ３０２と、データを保持するラッチ回路３０３と、各トランジスタ３０１のそれぞれに接続されるＡＮＤ回路３０７から構成されている。
【００１０】
ＡＮＤ回路３０７は、ノズルを形成するインク流路をブロック分割するためのブロック選択信号（Ｂｌｏｃｋ　ＥＮＢ）３０４，セレクト信号（Ｓｅｌｅｃｔ）３０５およびそれらのデータと駆動パルス信号（Ｈｅａｔ　ＥＮＢ）３０６を論理演算し、その演算結果に基づいて対応するトランジスタ３０１を駆動する。ここで、グループＳは、インク流路の形成数ｍに対応するようにＳ（１）〜Ｓ（ｍ）形成されている。
【００１１】
２０３は電極配線であり、１ノズル内に構成されるｎ個の多値ヒータとしての素子２０１（１），２０１（２），…２０１（ｎ）の一端に対して個別に電力を供給する。また多値ヒータのそれぞれの他端は、共通の電源３０９に接続されている。さらに、温度調整用サブヒータ３１１、温度センサー３１２、ヒータの抵抗値モニター用ヒータ３１３などが構成されている。
【００１２】
図２７において、ＶＤＤはロジック電源、Ｈ−ＧＮＤはヒータ駆動電源３０９（ＶＨ）用のＧＮＤ、Ｌ−ＧＮＤはロジック電源ＶＤＤ用のＧＮＤである。ヒータ駆動電源３０９は、グループＳ（１）〜Ｓ（ｍ）の全ての素子２０１（１）…２０１（ｎ）の端部に接続される。また、シフトレジスタ３０２は、グループＳ（１），Ｓ（２），…，Ｓ（ｍ）毎に対応するシリアルの画像データ入力信号（Ｉｄａｔａ）と、シフトレジスタ駆動用のクロック入力信号（Ｃｌｏｃｋ）を入力し、その画像データをパラレル信号としてラッチ回路３０３に出力する。ラッチ回路３０３には、リセット信号（Ｒｅｓｅｔ）とラッチ信号（ＬＴＣＬＫ）が入力され、シフトレジスタ３０２から入力した画像データを一時記憶してから、対応するグループＳ（１），Ｓ（２），…，Ｓ（ｍ）毎のＡＮＤ回路３０７に出力する。駆動パルス信号（Ｈｅａｔ　ＥＮＢ）３０６は、グループＳ（１）〜Ｓ（ｍ）のそれぞれのヒータ２０１（１），２０１（２），…，２０１（ｎ）に入力される。
【００１３】
図２７におけるセレクト信号３０５は、グループＳ（１）〜Ｓ（ｍ）に共通に対応する入力端子１〜ｎ（Ｓｅｌｅｃｔ１〜ｎ）から入力される。したがって、このセレクト信号３０５によって、各グループＳ（１）〜Ｓ（ｍ）における発熱対象のヒータが選択できることになる。
【００１４】
また、図２７において３１４はデコーダであり、その入力端子１，２，３に対して、ブロック選択信号３０４が入力される。その５つの出力端子は、グループＳ（１）〜Ｓ（ｍ）毎のＡＮＤ回路３０７のそれぞれに分けて接続されている。例えば、グループＳの数がＳ（１）〜Ｓ（１６０）の１６０である場合、つまりノズル数が１６０の場合に、５つの出力端子の内、第１の出力端子をノズル番号１〜２０に対応するグループＳ（１）〜Ｓ（２０）のＡＮＤ回路３０７のそれぞれに接続し、第２の出力端子をノズル番号２１〜４０に対応するグループＳ（２１）〜Ｓ（４０）のＡＮＤ回路３０７のそれぞれに接続し、第３の出力端子をノズル番号４１〜６０に対応するグループＳ（４１）〜Ｓ（６０）のＡＮＤ回路３０７のそれぞれに接続し、第４の出力端子をノズル番号６１〜８０に対応するグループＳ（６１）〜Ｓ（８０）のＡＮＤ回路３０７のそれぞれに接続し、第５の出力端子をノズル番号８１〜１００に対応するグループＳ（８１）〜Ｓ（１００）のＡＮＤ回路３０７のそれぞれに接続し、第６の出力端子をノズル番号１０１〜１２０に対応するグループＳ（１０１）〜Ｓ（１２０）のＡＮＤ回路３０７のそれぞれに接続し、第７の出力端子をノズル番号１２１〜１４０に対応するグループＳ（１２１）〜Ｓ（１４０）のＡＮＤ回路３０７のそれぞれに接続し、また、第８の出力端子をノズル番号１４１〜１６０に対応するグループＳ（１４１）〜Ｓ（１６０）のＡＮＤ回路３０７のそれぞれに接続する。
【００１５】
上記のようにデコーダ３１４を接続した場合には、ブロック選択信号３０４に応じて、デコーダ３１４の同一の出力端子に接続される８ブロックのノズル群がインクを吐出するヒートノズルとして選択され、それらの８ブロックのノズル群からのインクの吐出タイミングが制御できることになる。
【００１６】
次に、インクジェット記録ヘッドの具体的な構成について説明する。
【００１７】
図２８は、従来の構成による記録ヘッドの一部分を示す模式的な断面図である。
【００１８】
９０１は単結晶シリコンからなるｐ型の半導体基体である。９１２はｐ型のウェル領域、９０８はｎ型のドレイン領域、９１６はｎ型の電界緩和ドレイン領域、９０７はｎ型のソース領域、９１４はゲート電極であり、これらでＭＩＳ（Ｍｅｔａｌ　Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ　Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）型電界効果トランジスタを用いたスイッチ素子であるＭＩＳ型電界効果トランジスタ９３０を形成している。９１７は蓄熱層、および絶縁層としての酸化シリコン層、９１８は熱抵抗層としての窒化タンタル膜、９１９は配線としてのアルミニウム合金膜、および９２０は保護層としての窒化シリコン膜であり、以上で記録ヘッドの基体９４０を形成している。ここでは９５０が発熱部となり、インク吐出部９６０からインクが吐出される。また、天板９７０は基体９４０と協働して液路９８０を形成している。
【００１９】
ところで、前記構造の記録ヘッドおよびスイッチ素子に対して数多くの改良が加えられてきたが、近年製品に対して、高速駆動化、省エネルギー化、高集積化、低コスト化、および高性能化がより一層求められるようになった。このため、図２８に示すようなスイッチ素子として使用されるＭＩＳ型電界効果トランジスタ９３０を半導体基体９０１内に複数個作り込み、これらのＭＩＳ型電界効果トランジスタ９３０を単独、または複数個同時に動作させ、結線されている電気熱変換素子を駆動させる。
【００２０】
【特許文献１】特開平０８−１８３１７９号公報
【特許文献２】特開平０９−２８６１０８号公報
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、電気熱変換素子を駆動させるために必要となる大電流下においては、従来のＭＩＳ型電界効果トランジスタ９３０を機能させると、ドレイン−ウェル間のｐｎ逆バイアス接合部では高電界に耐えられずにリーク電流が発生し、スイッチ素子として要求される耐圧を満足することができなかった。更に、スイッチ素子として使用されるＭＩＳ型電界効果トランジスタのオン抵抗が大きいと、ここでの電流の無駄な消費によって、電気熱変換素子を躯動するために必要な電流が得られなくなるという解決すべき問題があった。
【００２２】
また、耐圧の問題を解決するためには、図２９に示すようなＭＩＳ型電界効果トランジスタ１０２０が考えられる。
【００２３】
図２９中の、半導体基体１００１、ｎ型のソース領域１００７、ｎ型のドレイン領域１００８、ゲート電極１００４、蓄熱層および絶縁層としての酸化シリコン層１０１７、熱抵抗層としての窒化タンタル膜１４１、配線としてのアルミニウム合金膜１５４、保護層としての窒化シリコン膜１０２０、記録ヘッドの基体１５２、発熱部１０５０、インク吐出部１５３、天板１５６、液路１５５のそれぞれは図２８に示した、半導体基体９０１、ｎ型のソース領域９０７、ｎ型のドレイン領域９０８、ゲート電極９１４、蓄熱層および絶縁層としての酸化シリコン層９１７、熱抵抗層としての窒化タンタル膜９１８、配線としてのアルミニウム合金膜９１９、保護層としての窒化シリコン膜９２０、記録ヘッドの基体９４０、発熱部９５０、インク吐出部９６０、天板９７０、液路９８０と同様のものである。
【００２４】
図２９に示すＭＩＳ型電界効果トランジスタの構造は通常の構造とは異なるもので、ｐ型の半導体基板１００１には、ｎ型のソース領域１００７の周囲をｐ型のベース領域１００５で囲む形状とすることにより、ｎ型のウェル領域１００２の一部をドレインとするものであり、ＤＭＯＳ（Ｄｏｕｂｌｅ　ｄｉｆｆｕｓｅｄ　ＭＯＳ　ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）と呼ばれる。このように、ｎ型のウェル領域１００２を利用してドレインの中にチャネルを作り込むことによって、耐圧を決定しているドレインの深さを深く、また、低濃度で作り込むことが可能となり、耐圧の問題を解決することができるものとなっている。
【００２５】
上述した特許文献２に開示されるような構成では高い階調性を得ることが出来るものとなっているが、その反面、駆動回路が複数段必要となり、また、複数のヒータを選択するための選択信号用の入力端子を設けることが必要となる。このため、基板が大型化するという解決すべき課題が生じる。
【００２６】
しかしながら、１つの吐出口に対応して１つのヒータを備える構成を採用しているインクジェット記録ヘッドを用いる場合、１つの吐出口当りのインクの吐出量を多段階に変えることは困難である。
【００２７】
また、吐出量を多段階にするために、１つの吐出口に対応して複数のヒータを備える構成とすると、吐出口数が増加するとヒータとその駆動回路の数は吐出口数の複数倍必要となると共に各吐出口に対応して複数のヒータ分の回路を集中配置しなければならないため、インクジェット記録ヘッドの基板上に形成する回路規模が複雑化し記録ヘッドの価格が増大してしまう。
【００２８】
このように、簡単な回路構成で吐出量が相対的に異なるインクを吐出できる記録ヘッドを提供することが望まれている。
【００２９】
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、その目的は、インクの吐出量が相対的に異なる複数種類の記録素子を有しており、簡単な構成で低価格で制御の容易なインクジェット記録ヘッドを提供することである。
【００３０】
本発明の別の目的は、インク吐出量が相対的に異なる複数種類の記録素子を有するインクジェット記録ヘッドの構成を簡略化し、かつその駆動制御が容易なインクジェット記録ヘッドの駆動方法を提供することである。
【００３１】
本発明の更に別の目的は、基板の大型化を招来することなく、高い階調性を得ることの出来るインクジェット記録ヘッド用基板を実現することである。
【００３２】
【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願の第１の発明に係るインクジェット記録ヘッドは、インクの吐出量が相対的に異なる第１及び第２の記録素子が所定方向に同列配列された記録素子列を有するインクジェット記録ヘッドであって、シリアルで入力された記録データを順次格納する格納手段と、格納手段に格納された記録データを保持する保持手段と、第１及び第２のどちらの記録素子を駆動するのかを示す選択信号、保持手段に保持された記録データ、及び駆動期間を示す駆動信号に応じて各記録素子を駆動する駆動制御回路と、を備えており、記録データが、第１及び第２のいずれかの記録素子に対して入力されるように構成されている。
【００３３】
また、上記別の目的を達成する本願の第１の発明に係るインクジェット記録ヘッドの駆動方法は、インクの吐出量が相対的に異なる第１及び第２の記録素子が所定方向に同列配列された記録素子列を有するインクジェット記録ヘッドの駆動方法であって、第１及び第２のいずれかの記録素子に対する記録データをシリアルで入力するデータ入力工程と、入力された記録データを順次格納する格納工程と、格納された記録データを保持する保持工程と、第１及び第２のどちらの記録素子を駆動するのかを示す選択信号を入力する選択工程と、駆動期間を示す駆動信号を入力する駆動指定工程と、保持された記録データ、選択信号、及び駆動信号に応じて各記録素子を駆動する駆動制御工程と、を備えている。
【００３４】
更に、上記目的は、インクの吐出量が相対的に異なる第１及び第２の記録素子を有するインクジェット記録ヘッドであって、シリアルで入力された記録データを順次格納する格納手段と、格納手段に格納された記録データを保持する保持手段と、第１及び第２のどちらの記録素子を駆動するのかを示す選択信号、保持手段に保持された記録データ、及び駆動期間を示す駆動信号に応じて各記録素子を駆動する駆動制御回路と、を備えており、記録データと選択信号がシリアル入力される信号線とを有する、本願の第２の発明に係るインクジェット記録ヘッドによっても達成される。
【００３５】
更にまた、上記目的は、インクの吐出量が相対的に異なる第１及び第２の記録素子を有するインクジェット記録ヘッドの駆動方法であって、シリアルで入力された記録データを順次格納する格納工程と、格納された記録データを保持する保持工程と、第１及び第２のどちらの記録素子を駆動するのかを示す選択信号を入力する工程と、保持された記録データ、及び駆動期間を示す駆動信号に応じて各記録素子を駆動する駆動制御工程と、を備えており、記録データと選択信号とがシリアルで同じ信号線から入力される、本願の第２の発明に係るインクジェット記録ヘッドの駆動方法によっても達成される。
【００３６】
すなわち、本願の第１の発明では、インクの吐出量が相対的に異なる第１及び第２の記録素子が所定方向に同列配列された記録素子列を有するインクジェット記録ヘッドを駆動する際に、第１及び第２のいずれかの記録素子に対する記録データをシリアルで入力し、入力された記録データを順次格納し、格納された記録データを保持し、第１及び第２のどちらの記録素子を駆動するのかを示す選択信号を入力し、駆動期間を示す駆動信号を入力し、保持された記録データ、選択信号、及び駆動信号に応じて各記録素子を駆動する。
【００３７】
このようにすると、インクの吐出量が相対的に異なる第１及び第２の記録素子が所定の方向に同列配列されたような構成であっても、例えば、第１の記録素子と第２の記録素子の数が同数の場合で考えると、１度に入力される記録データの数が全記録素子数に対して半分となるので、格納及び保持するデータ量が記録素子数に対して半分で済むと共に、簡単な駆動制御で第１及び第２のいずれかの記録素子による記録を行うことができる。
【００３８】
従って、インク吐出量が相対的に異なる複数種類の記録素子を有するインクジェット記録ヘッドの価格を低減し、かつその駆動制御を容易とすることができる。
【００３９】
第１及び第２の記録素子は、記録素子列において交互に同数配置されており、隣接した第１及び第２の記録素子で構成される対に対して１つの記録データが入力されるように構成されているのが好ましい。
【００４０】
また、第１及び第２の記録素子を同数ずつ複数のブロックに分割して駆動するように構成されており、記録データが各ブロックに対して入力され、駆動制御回路は、選択信号、保持された記録データ、駆動信号、及び駆動すべきブロックを指定するブロック信号に応じて各記録素子を駆動するようにすると好適である。
【００４１】
選択信号は、記録データに連続してシリアルで入力され、保持手段の出力から分離されているのがよい。
【００４２】
更に、複数の色を用いたカラー記録が可能なように、少なくとも２つの色に対して前記記録素子列を有するようにしてもよい。
この場合、複数の色が、シアン、マゼンタ、イエロー及びブラックを含むのが好適である。
【００４３】
また、選択信号は、少なくとも２つの記録素子列に別個に入力されてもよく、少なくとも２つの記録素子列に共通に入力されてもよい。
【００４４】
記録素子は、熱エネルギーを利用して記録を行うように構成されていてもよい。
【００４５】
また、本願の第２の発明では、インクの吐出量が相対的に異なる第１及び第２の記録素子を有するインクジェット記録ヘッドを駆動する際に、シリアルで入力された記録データを順次格納し、格納された記録データを保持し、前記第１及び第２のどちらの記録素子を駆動するのかを示す選択信号、保持された記録データ、及び駆動期間を示す駆動信号に応じて各記録素子を駆動する場合に、記録データと選択信号がシリアル入力される。
【００４６】
このようにすると、吐出量を切り換える選択信号（情報）を記録データと同様に送信することができるので、信号端子数の低減を図ることもできる。
【００４７】
従って、インク吐出量が相対的に異なる複数種類の記録素子を有するインクジェット記録ヘッドの価格を低減し、かつその駆動制御を容易とすることができる。
【００４８】
信号線には選択信号に続いて記録データがシリアルに入力されるのが好適であり、その場合、記録データは、１回の入力あたり前記第１及び第２のいずれかの記録素子に対してのデータが入力されるように構成されているのが好ましい。
【００４９】
上記更に別の目的を達成する本発明のインクジェット記録ヘッド用基板は、複数のヒータを備え、該ヒータは発生する熱エネルギーを利用してインクを吐出するインクジェット記録ヘッド用の基板であって、ヒータはｎ個毎のｍ個のグループに分けられており、各ヒータを駆動する各ヒータに対応して設けられたｍ×ｎ個の駆動回路と、入力されたデータについて、ヒータのｍ個を駆動するための画像データと、ｍ個のグループおよび各グループを構成するｎ個のヒータを選択する信号とに分ける選択データ転送回路と、選択データ転送回路からのヒータのｍ個を駆動するための画像データを入力し、ｍ個の各グループを構成するヒータに対して各グループ毎に画像データを供給する保持回路と、選択データ転送回路からのｍ個のグループおよび各グループを構成するｎ個のヒータを選択する信号を入力し、駆動回路を介して駆動するヒータを選択する選択データ保持回路と、ｎ個のヒータはインク供給口を挟んで千鳥状に対向配列されており、選択データ保持回路は各グループを構成するｎ個のヒータのうちのいずれか一つを選択する。
【００５０】
ｎ個のヒータは、大きさが同じであり、発生する熱エネルギーにより吐出されるインクの量が同じである、あるいは、大きさが異なり、発生する熱エネルギーにより吐出されるインクの量が異なる構成のいずれでもよい。
【００５１】
なお、駆動回路はＤＭＯＳトランジスタで構成されているのが好ましい。
【００５２】
【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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
はじめに、本発明に係る記録ヘッドを用いて記録を行うインクジェット記録装置について説明する。図１Ａはインクジェット記録装置のカバーを外した状態の模式的な斜視図である。
【００５７】
キャリッジ１１は、インクジェット記録ヘッド１２とカートリッジガイド１３を搭載し、不図示のモータにより２本のガイド軸１４及び１５に沿った走査方向に移動可能である。また、位置検出手段として、例えば、記録装置のガイド軸に沿った方向に所定間隔でスリットが設けられたスケールと、キャリッジの対向する位置に配置されてこのスケールからの反射信号を検出するセンサとから構成されるエンコーダ（不図示）が設けられており、キャリッジの走査方向の位置が検出される。
【００５８】
記録紙１６は、給紙ローラ１７、紙送りローラ１８と紙押さえ板１９によって挟持され、紙送りローラ１８の回転によりインクジェット記録ヘッド１２の前面の記録領域へと搬送されて記録が行われる。
【００５９】
インクカートリッジは、イエロー、マゼンタ、シアンの３色それぞれのインクを収納したカラーインクカートリッジ１１０と、黒のインクを収容する黒インクカートリッジ１１１との２種類のインクカートリッジがそれぞれ別々にカートリッジガイド１３に挿入され、各色毎に吐出口列を有するインクジェット記録ヘッド１２と接続される。
【００６０】
図１９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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
以下、本発明に係る記録ヘッドの実施形態について説明する。
【００６４】
まず、前提として、熱エネルギーを利用してインクを吐出する方式の記録ヘッドの一つとして、熱エネルギーを発生するヒータが形成された面の垂直上方側にインク滴を吐出する、いわゆるサイドシューター型のインクジェット記録ヘッドの例を説明する。このタイプのインクジェット記録ヘッドでは、一般に吐出に伴うインク供給は上記ヒータが設けられた基板の裏側から、基板を貫通するインク供給口を介して行なわれる。
【００６５】
図２６は、サイドシューター型のインクジェット記録ヘッド用基板（素子基板）の上面図であり、各構成要素のレイアウトを示している。
【００６６】
記録データの分配や各ヒータの駆動順を指定するためのロジック回路８０１と、複数のヒータ８０２および駆動回路８０４と、外部接続端子８０３と、インク供給口８０５とが設けられている。
【００６７】
複数の駆動回路８０４はそれぞれ複数のヒータ８０２に対応して設けられ、ヒータ８０２をロジック回路から出力される記録データに応じて選択的に駆動する。ロジック回路８０１は、各駆動回路８０４の駆動状態を、外部接続端子８０２を介して外部より与えられる信号に応じて制御する。
【００６８】
外部接続端子８０３は基板の端部に設けられている。ヒータ８０２はインク供給口８０５を挟んで左右独立に設けられている。
なお、以下においては、説明の簡略化のため、１種類のインクに対応して設けられている１つの吐出口列に関して説明する。
【００６９】
［第１の実施形態］
図１Ｂは、上記のような記録装置に用いるインクジェット記録ヘッドの第１の実施形態の構造を説明するための断面の模式図である。吐出口１２２に連通した流路には、それぞれに対応して発熱体１２４（ヒータ）が設けられており、ヘッド駆動回路によりヒータ１２４に所定のエネルギーが印加されることにより、インク中に膜沸騰による状態変化、すなわち発泡現象が生じ、吐出口１２２からインク液滴が吐出される。
【００７０】
なお、ヒータ１２４はシリコン基板１２１の上に半導体プロセスと同様の手法で形成される。１２６は各吐出口にインクを供給すべくインクを素子基板裏面から供給するためのインク供給口である。
【００７１】
図２は、本実施形態の記録ヘッドの吐出口配列を示している。本実施形態では大小２種類の異なる大きさのインク滴を吐出するべく、吐出量が大きなインク滴を吐出する吐出口（大吐出口）２０と、吐出量が小さなインク滴を吐出する吐出口（小吐出口）２１とが交互に１列に１２００ｄｐｉ間隔で並んでいる。全吐出口数は、３２であり、上から０ｓｅｇ、１ｓｅｇ、…、３１ｓｅｇとなっている。インク吐出量は、吐出口２０が約５ｐｌで吐出口２１が約２ｐｌとなっている。
【００７２】
このように、本実施形態では、各吐出口列が大きさの異なるインク滴を吐出する吐出口（ノズル）を備え、ユーザの設定する記録モードに応じて記録に使用する吐出口を選択する。例えば、高速記録モードでは大吐出口を用い、高品位記録モードでは小吐出口を使用して記録を行う。また、両方の吐出口を用いて、例えば、面積階調法等によって多階調の画像を記録することも可能である。
【００７３】
図３は、上記記録ヘッドの吐出口からインク滴を吐出するための駆動回路の構成を示すブロック図である。セレクト信号３０は、セレクタ３６に入力された後、デコードされて各ヒートドライバ３１１に接続されているＡＮＤゲート３１０に入力される。ブロックデータ３１は、２ＴＯ４Ｄｅｃｏｄｅｒ３７によって２ｂｉｔから４ｂｉｔにデコードされ、ＡＮＤゲート３１０に入力される。また、各ヒータにヒートパルスを印加するためのヒートイネーブル信号３２もＡＮＤゲート３１０に入力される。
【００７４】
さらに、データ信号３４により、記録データがクロック３５に同期してシリアルで１６ｂｉｔシフトレジスタ３８に入力され、ラッチトリガ３３の入力されるタイミングでラッチ３９に保持され、各ＡＮＤゲートに入力される。なお、０ｓｅｇ及び１ｓｅｇ、２ｓｅｇ及び３ｓｅｇ等の大小吐出口に対応したヒートドライバのセットには、同じラッチデータが入力されており、セレクタ３６からの信号によって大（偶数ｓｅｇ）もしくは小（奇数ｓｅｇ）のヒートドライバが選択される。
【００７５】
このように各ＡＮＤゲート３１０に入力される４つの信号によってヒータドライバ３１１が選択的に駆動され、ヒータにヒートパルスが印加されて、対応する吐出口からインク滴が吐出される。
【００７６】
図４に２ＴＯ４Ｄｅｃｏｄｅｒ３７の入出力特性を示す。図示されたように、２つの入力信号ＢＥ０及びＢＥ１の組合せに応じて、ＢＬＥ０からＢＬＥ３の４つの出力信号のいずれかが”Ｈｉｇｈ（Ｈ）”となるようにデコードされる。
【００７７】
図５にセレクタ３６の入出力特性を示す。図示されたように、入力されるセレクト信号３０の状態に応じて、ＳＥＬ０及びＳＥＬ１のいずれかが”Ｈｉｇｈ”（Ｈ）となって出力される。
【００７８】
図６は、各ｓｅｇの駆動条件を示す図である。図示されたように、各ｓｅｇは、２ＴＯ４Ｄｅｃｏｄｅｒ３７からの出力信号（ＢＬＥ）、及びセレクタ３６からの出力信号（ＳＥＬ）の状態に応じて駆動される。本実施形態の記録ヘッドは、４ブロックの分散駆動であり、ＳＥＬ信号によって偶数ｓｅｇもしくは奇数ｓｅｇが選択される構成となっている。
【００７９】
図７は、図３の各信号の状態を示すタイミングチャートである。クロック３５の立ち上がり及び立下り両エッジに同期して、データ信号３４で記録データ０〜１５がシフトレジスタ３８に入力されて格納される。ラッチトリガ３３の入力されるタイミング７０で、シフトレジスタ３８に格納されている１６ビットのデータが、ラッチ３９に保持（ラッチ）される。
【００８０】
データがラッチされた状態で、記録データ０〜１５に対するヒータの駆動が順次実施される。具体的には、まずＢＥ０＝ＢＥ１＝０となるのでＢＬＥ０がＨとなり、セレクト信号３０がＨであるから、ＢＬＥ０とＳＥＬ１とに接続された１、９、１７、２５の４つのｓｅｇ（奇数ｓｅｇ）にヒートイネーブル３２がタイミング７１で印加される。
【００８１】
次に、ＢＥ０とＢＥ１の組合わせによりＢＬＥ１、ＢＬＥ２、ＢＬＥ３が順次Ｈとなり、ＳＥＬ１に接続された４つの奇数ｓｅｇを単位として順次ヒートイネーブルが印加され、０から１５の１６個の記録データに従って駆動が実施される。
【００８２】
ここでは、１６個の奇数ｓｅｇが駆動される場合を説明したが、セレクト信号３０がＬであれば、上記と同様にして１６個の偶数ｓｅｇが記録データに従って駆動される。
【００８３】
記録データ０〜１５の吐出が実施されている間、クロック３５の立ち上がり及び立ち下がりに同期してデータ３４からＡ〜Ｐの１６個の記録データがシフトレジスタ３８に格納される。
【００８４】
以上説明したように本実施形態によれば、インク吐出量の大きな吐出口とインク吐出量の小さな吐出口が１列に配置されるような構造であっても、３２個のヒータに対してシフトレジスタ及びラッチのビット数を半分の１６ビットとすることができる。従って、ヒータ及び駆動回路が形成されるシリコン等の基板の面積を縮小することができ、記録ヘッドのコストを低減することが可能となる。
【００８５】
［第２の実施形態］
以下、本発明のインクジェット記録ヘッドの第２の実施形態について説明する。以下の説明では上記第１の実施形態と同様な部分については説明を省略し、本実施形態の特徴的な部分を中心に説明する。
【００８６】
図８は本実施形態の記録ヘッドの駆動回路の構成を示すブロック図であり、図９は図８の各信号の状態を示すタイミングチャートである。
【００８７】
本実施形態の記録ヘッドも第１の実施形態と同様な配列の３２個の吐出口を有し、図８の駆動回路の構成も図３の駆動回路と略同様であり、図８のセレクタ８６、２ＴＯ４Ｄｅｃｏｄｅｒ８７、ＡＮＤゲート８１０、ヒートドライバ８１１は、図３のセレクタ３６、２ＴＯ４Ｄｅｃｏｄｅｒ３７、ＡＮＤゲート３１０、ヒートドライバ３１１にそれぞれ対応する。２ＴＯ４Ｄｅｃｏｄｅｒの入出力特性、セレクタの入出力特性、及び各ｓｅｇの駆動条件は、第１の実施形態と同様である。
【００８８】
本実施形態が第１の実施形態と異なる点は、シフトレジスタ８８及びラッチ８９のビット数が、同じタイミングで駆動される４ビット（１６／４ブロック）に縮小されている点である。すなわち、本実施形態では、同時に駆動される４ビット単位で記録データが入力される。
【００８９】
図９のタイミングチャートを参照して説明すると、まず、１０〜１３の記録データがクロック８５の立ち上がり及び立ち下がりに同期してシフトレジスタ８８に入力され、ラッチトリガ９０によってラッチ８９にラッチされ、ラッチされた記録データに基づいてＢＬＥ０及びＳＥＬ１に接続されている、１、９、１７、２５の４つのｓｅｇにヒートイネーブル９１が印加されてヒータが駆動される。
【００９０】
また、その間に２０〜２３の記録データがシフトレジスタ８８に格納され、次のラッチトリガによってラッチ８９にラッチされ、ＢＬＥ１及びＳＥＬ１に接続されている、３、１１、１９、２７の４つのｓｅｇにヒートイネーブルが印加されてヒータが駆動される。上記動作を繰り返して、３０〜３３の記録データにより５、１３、２１、２９の４つのｓｅｇ、４０〜４３の記録データにより７、１５、２３、３１の４つのｓｅｇが駆動される。
【００９１】
以上説明したように本実施形態によれば、３２個のヒータに対してシフトレジスタ及びラッチのビット数を４ビットとすることができる。従って、ヒータ及び駆動回路が形成されるシリコン等の基板の面積をより一層縮小することができ、記録ヘッドのコストを低減することが可能となる。
【００９２】
［第３の実施形態］
以下、本発明のインクジェット記録ヘッドの第３の実施形態について説明する。以下の説明では上記第１及び第２の実施形態と同様な部分については説明を省略し、本実施形態の特徴的な部分を中心に説明する。
【００９３】
図１０は本実施形態の記録ヘッドの駆動回路の構成を示すブロック図であり、図１１は図１０の各信号の状態を示すタイミングチャートである。
【００９４】
本実施形態の記録ヘッドも第１及び第２の実施形態と同様な配列の３２個の吐出口を有し、図１０の駆動回路の構成は図８の第２の実施形態の駆動回路と略同様であり、図１０の２ＴＯ４Ｄｅｃｏｄｅｒ１０７、ＡＮＤゲート１０１０、ヒートドライバ１０１１は、図８の２ＴＯ４Ｄｅｃｏｄｅｒ８７、ＡＮＤゲート８１０、ヒートドライバ８１１にそれぞれ対応する。２ＴＯ４Ｄｅｃｏｄｅｒの入出力特性、セレクタの入出力特性、及び各ｓｅｇの駆動条件は、第１の実施形態と同様である。
【００９５】
本実施形態が第２の実施形態と異なる点は、セレクト（選択）信号（図１１のＳ１からＳ４）をデータ信号１０４の一部として記録ヘッドに転送されるように構成されている点である。このため、シフトレジスタ１０８及びラッチ１０９を５ビット構成とし、ラッチ１０９の出力のうちセレクト信号に対応する出力がセレクタ１０６に入力される。
【００９６】
図１１のタイミングチャートを参照して説明すると、セレクト信号Ｓ１と１０〜１３の記録データがクロック１０５の立ち上がり及び立ち下がりに同期して５ビットシフトレジスタ１０８に入力され、ラッチトリガ１１０によって５ビットラッチ１０９にセレクトデータと記録データとがラッチされる。セレクトデータＳ１はセレクタ１０６に入力され、ＳＥＬ０及びＳＥＬ１にデコードされる。
【００９７】
また、ブロックデータＢＥ０及びＢＥ１信号から２ＴＯ４Ｄｅｃｏｄｅｒ１０７によってＢＬＥ０〜３にデコードされる。そして、デコーダ出力ＢＬＥ０〜３のいずれかとセレクタ出力ＳＥＬ０又はＳＥＬ１とに接続された４つのｓｅｇにヒートイネーブル１１１が印加されてヒータが駆動される。
【００９８】
以上説明したように本実施形態によれば、３２個のヒータに対してシフトレジスタ及びラッチのビット数を５ビットとすると共に、セレクト信号をデータ信号と共通として信号線の数を減らすことができる。従って、第２の実施形態による効果に加えて、記録装置本体と記録ヘッドとの接続に用いられるコンタクト数を削減して、記録ヘッドのコストをより低減することが可能となる。
【００９９】
本実施形態では画像データに先立ってセレクト信号が入力される構成で説明したが、逆であってもよい。また、画像データとセレクト信号との連続転送は無信号期間をはさんでいても良い。
【０１００】
［第４の実施形態］
以下、本発明のインクジェット記録ヘッドの第４の実施形態について説明する。以下の説明では上記の実施形態と同様な部分については説明を省略し、本実施形態の特徴的な部分を中心に説明する。
【０１０１】
図１２は、本実施形態の記録ヘッドの吐出口配列を示している。本実施形態では、大中小３種類の大きさのインク滴を吐出するべく、容量が大きなインク滴を吐出する吐出口１２００と、容量が中間のインク滴を吐出する吐出口１２０１と、容量が小さなインク滴を吐出する吐出口１２０２とが順次１２００ｄｐｉ間隔で並んでいる。全吐出口数は、４８であり、上から０ｓｅｇ、１ｓｅｇ、…、４７ｓｅｇとなっている。インク吐出量は、吐出口１２００が約１０ｐｌ、吐出口１２０１が約５ｐｌ、吐出口１２０２が約２ｐｌである。
【０１０２】
上述のように本実施形態では、大中小３種類の大きさのインク滴を吐出する３種類の吐出口を有しているので、吐出口の種類を選択するセレクト信号として２ビットの信号を用いる。従って、セレクタは、図１３に示す入出力特性のように、２ビットのセレクト信号の状態に応じて、ＳＥＬ０〜２の３つの出力信号のいずれかを選択する構成となる。
【０１０３】
図１４は、本実施形態の各ｓｅｇの駆動条件を示す図である。図示されたように、各ｓｅｇは、２ＴＯ４Ｄｅｃｏｄｅｒからの出力信号（ＢＬＥ０〜３）、及びセレクタからの出力信号（ＳＥＬ０〜２）の状態に応じて駆動される。本実施形態の記録ヘッドは、４ブロックの分散駆動であり、ＳＥＬ信号によって吐出されるインク滴の大きさ（大、中、小）に対応したｓｅｇが選択される構成となっている。
【０１０４】
駆動回路の構成及び各信号のタイミングチャートは、セレクタに関する部分以外は、上記第１から第３の実施形態のいずれかと同様とすることができる。例えば、駆動回路の構成については、第１及び第２の実施形態の図３及び図８におけるセレクト信号３０及び８０は各々２本となり、セレクタ３６及び８６からの出力信号は３本となる。また、第３の実施形態の図１０においては、シフトレジスタ１０８及びラッチ１０９が各々６ビットとなり、セレクタ１０６への入力が２本、出力が３本となる。
【０１０５】
以上説明したように本実施形態によれば、第１から第３の実施形態による効果に加えて、容量の異なる３種類のインク滴の吐出を制御することが可能となる。
【０１０６】
［第５の実施形態］
以下、本発明のインクジェット記録ヘッドの第５の実施形態について説明する。以下の説明では上記の実施形態と同様な部分については説明を省略し、本実施形態の特徴的な部分を中心に説明する。
【０１０７】
図１５は、本実施形態の記録ヘッドを吐出口側から見た状態を示す図である。図中矢印が記録ヘッドの走査方向であり、走査方向に並んだ１５０１〜１５０４の４つの吐出口列からは、それぞれ、ブラック、シアン、マゼンタ、イエローのインク滴が吐出され、各吐出口列は、走査方向と交差する方向に配列された複数の吐出口を有している。
【０１０８】
４つの吐出口列のうち、シアン、マゼンタ及びイエローの吐出口列の配列は、第１の実施形態に関して説明した図２と同様な構成であり、１２００ｄｐｉピッチで大小２種類のインク滴を吐出する吐出口が交互に並んでいる。一方、ブラックの吐出口列の配列は、図１６に示すように３０ｐｌのインク滴を吐出する吐出口１６０１が６００ｄｐｉピッチで１６個並んでいる。
【０１０９】
ここで、シアン、マゼンタ、イエローの各吐出口列の駆動回路及びその信号のタイミングチャートは、第１及び第２の実施形態のいずれかと同様とすることができる。なお、ブラックの吐出口列の駆動回路及びその信号のタイミングチャートは、第１及び第２の実施形態において示したものからセレクト信号に関する部分を除いたものと同様である。
【０１１０】
図１７は、第１又は第２の実施形態に基づいて本実施形態の記録ヘッドを駆動する場合の各吐出口列に対する信号の種類を示す図である。図中「Ｎｏｎ」は、信号が不要であることを示しており、同じ記号は同じ信号が共通に使用されることを示している。すなわち、本実施形態では、ブロックデータ信号（ＢＥ０、ＢＥ１）、ラッチトリガ信号、及びクロックは全ての吐出口列に共通であり、セレクト信号、及び記録データは、各吐出口毎に別個の信号である。また、ヒートイネーブル信号は、ブラックの吐出口に対してのみ異なり、シアン、マゼンタ、及びイエローの吐出口には共通である。
【０１１１】
また、本実施形態の各吐出口列の駆動回路及びその信号のタイミングチャートを第３の実施形態と同様なものとすることも可能である。この場合は、図１７に示した信号のうち、セレクト信号が不要となり、各吐出口列に対するデータ信号の中にセレクト信号賭して利用されるデータが含まれることとなる。
【０１１２】
以上説明したように本実施形態によれば、各色毎に記録に使用するインク滴の大きさを個別に設定できるので、より最適な駆動が可能となる。
【０１１３】
［第６の実施形態］
以下、本発明のインクジェット記録ヘッドの第６の実施形態について説明する。以下の説明では上記の実施形態と同様な部分については説明を省略し、本実施形態の特徴的な部分を中心に説明する。
【０１１４】
本実施形態の記録ヘッドは、上記第５の実施形態とほぼ同様であるが、記録ヘッドを駆動する場合の各吐出口列に対する信号の種類が異なっている。すなわち、図１８に示すように、第１又は第２の実施形態に基づいて本実施形態の記録ヘッドを駆動する場合、セレクト信号を各吐出口列に共通としている。
このようにすると、第５の実施形態と比較して、記録に使用するインク滴の大きさを各色毎に個別に設定することはできなくなるが、記録装置本体と記録ヘッドとの間の信号線の本数を削減することができるので、記録装置本体と記録ヘッドとの接続に用いられるコンタクト数を削減して、記録ヘッドのコストをより低減することが可能となる。
【０１１５】
＜記録ヘッド用基板の実施形態１＞
次に、本発明に係る記録ヘッド用基板の実施形態について図面を参照して説明する。
【０１１６】
図２０は本発明によるインクジェット記録ヘッド用基板（素子基板）の一実施形態の構成を示す平面図である。
【０１１７】
図２０に示す実施形態は、ロジック回路３０１、ヒータ（発熱素子）３０２、３０３、外部接続端子３０４、駆動回路３０５およびインク供給口３０６より構成されている。
【０１１８】
インクジェット記録ヘッドの構成としては、前述したように各ヒータに対向した位置に吐出口が設けられており、この吐出口位置にインク流路を介してインクが供給される。
【０１１９】
ヒータ３０２，３０３はそれぞれ大きさが異なるもので、大きさが異なり、発熱量および発熱したときのインク吐出量の異なるものがインク供給口３０６を挟んで対向し、かつ、大きさの異なる発熱素子が交互に１列をなすようにインク供給口３０６の両側に配置されている。
【０１２０】
駆動回路３０５はヒータ３０２，３０３のそれぞれに個別に対応するように設けられている。各駆動回路３０５は外部接続端子３０４を介して外部より供給される信号に応じて動作を行なうロジック回路３０１の制御によりそれぞれに対応して設けられた駆動素子を駆動する。また、ロジック回路３０１は供給口を中心に左右独立に形成されているため、どちらのヒータを選択してもロジック回路は左右とも均一に使用することができる。そのため余分な配線の引き回しをする必要がなく小型化が可能となる。
【０１２１】
本実施形態では駆動回路３０５として、図２９に示したＤＭＯＳトランジスタが使用されている。これにより、従来の倍の配列密度で配置することができ、基板面積を増大させることなく大きさの異なるヒータ３０２，３０３を配置することが可能となっている。ロジック回路３０１は大きさの同じヒータが同時に駆動されるように制御を行う。このため、隣り合うヒータが同時に駆動されることはなく、安定した吐出が可能となっている。
【０１２２】
図２１は、本実施形態の基板上の具体的な配線を示す平面図である。
【０１２３】
基板１０１に設けられる各ヒータ１０３は、図２０に示した発熱抵抗体３０２，３０３とこれに電力を供給するための電極配線を有して構成されるものである。それぞれのヒータ１０３の一方の配線は、電源電位共通電極１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃ，１０４ｄのいずれかと電気的に接続する。選択電極となる他方の配線は、スイッチング素子としてのトランジスタなどからなる駆動素子１０８と接続し、駆動素子１０８は接地（ＧＮＤ）側の共通の電極１０５ａ，１０５ｂ，１０５ｃ，１０５ｄと接続する。
【０１２４】
電源電位共通電極１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃ，１０４ｄから上述した順序で接続される回路構成により、各ヒータ１０３を記録データに応じて選択的に駆動して対応する吐出口からインクを吐出することが可能となる。電源電位共通電極１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃ，１０４ｄおよび電極１０５ａ，１０５ｂ，１０５ｃ，１０５ｄのそれぞれは、電極パッド１０７と接続し、これによりそれぞれが装置電源および接地回路と接続することができる。なお、接地側の電極１０５ａ，１０５ｂ，１０５ｃ，１０５ｄはそれぞれの配線抵抗が各電源電位共通電極間で等しくなるように定められている。
【０１２５】
したがって、供給口１０２（図２０におけるインク供給口３０６）を挟んだ箇所に大きさの異なるヒータ１０３が配置されているが、いずれのヒータ１０３を選択しても、使用する配線は偏ることがないため、配線幅を広くしなくても同時にオンとなったときの電圧降下に対応することができ小型化が可能となる。
【０１２６】
図２２は図２０に示したロジック回路３０１、駆動回路およびヒータを含む回路構成を示す回路図である。
【０１２７】
図２２に示す回路は、ヒータ駆動信号入力端子４０１、クロック（ＣＬＫ）入力端子４０２、データ入力端子４０３、選択回路４０４、ラッチ信号入力端子４０５、ヒータ用電圧入力端子４０６、駆動回路４０７、選択データ転送回路４０８、選択データ保持回路４０９、デコーダ４１０、データ転送回路４１１、保持回路４１２およびヒータＡ，Ｂから構成されている。
【０１２８】
ヒータＡ，Ｂは図２０に示したヒータ３０２，３０３であり、２（ｎ）種類のヒータＡ，Ｂで１つのグループとされてｍ個のグループが設けられている。グループにヒータＡ，Ｂのそれぞれに対して駆動回路４０７およびＡＮＤ回路が設けられており、駆動回路４０７は該ＡＮＤ回路出力に応じてヒータを駆動する。
【０１２９】
本実施形態においては、データ入力端子４０３に入力されるデータにより、ヒータのグループと種類が選択されるとともに、画像の記録が行なわれる。データ入力端子４０３に入力されたデータについて、選択データ転送回路４０９は、ヒータのグループを選択するデータについてはデコーダ４１０へ出力し、ヒータの種類を選択するデータについては選択回路４０４０へ出力する。また、画像の記録を行なうためのデータについてはデータ転送回路４１１へ出力する。
【０１３０】
保持回路４１２とデータ転送回路４１１はヒータＡ，Ｂに共通とされ、ヒータＡ，Ｂの切換えは選択データ転送回路４０８にデータ入力端子４０３を介して入力されたデータによって決定され、選択回路４０４にて選択される。
【０１３１】
図２２において、ヒータ駆動電源はヒータ用電圧入力端子４０６へ供給される電源となる。ヒータ駆動電源は、共通配線を介して、グループＳ（１）〜Ｓ（ｍ）の全てのヒータＡ，Ｂの端部に接続される。また、データ転送回路４１１は、データ入力端子４０３より選択データ転送回路４０８を介して入力されるグループＳ（１），Ｓ（２），…，Ｓ（ｍ）毎に対応するシリアルの画像データ入力信号と、クロック入力端子４０２より選択データ転送回路４０８を介して入力されるデータ転送回路駆動用のクロック入力信号を入力し、その画像データをパラレル信号として保持回路４１２に出力する。
【０１３２】
保持回路４１２には、ラッチ信号入力端子４０５を介してラッチ信号が入力され、データ転送回路４１１から入力した画像データを一時記憶してから、対応するグループＳ（１），Ｓ（２），…，Ｓ（ｍ）毎のＡＮＤ回路に出力する。
【０１３３】
ヒータ駆動信号入力端子４０１に入力される駆動パルス信号は、グループＳ（１）〜Ｓ（ｍ）のそれぞれのヒータＡ，Ｂに入力される。
【０１３４】
上述したように、データ入力端子４０３より選択データ転送回路４０８へ入力されるデータは画像データ入力信号とともに駆動するヒータのグループおよび種類の選択を含むものであり、本実施形態においては５ビットの信号が選択データ保持回路４０９へ出力される。選択データ保持回路４０９は入力された５ビットの信号のうち、駆動するグループを示す４ビットの信号をデコーダ４１０へ出力し、駆動するヒータの種類を示す１ビットの信号を選択回路４０４へ出力する。
【０１３５】
デコーダ４１０の出力端子はグループＳ（１）〜Ｓ（ｍ）毎のＡＮＤ回路のそれぞれに分けて接続されており、入力された４ビットの信号に応じて、接続するグループを決定する。また、選択回路４０４は各グループを構成するヒータの種類、本実施形態の場合には、ヒータＡ，Ｂのいずれかを選択するものであり、一方の出力は、入力された１ビットの信号をそのままヒータＡに対して設けられたＡＮＤ回路に出力し、他方の出力は入力された１ビットの信号をインバータを介して反転させてヒータＢに対して設けられたＡＮＤ回路に出力する。このため、ヒータＡ，Ｂが同時に選択されることはなく、いずれか一方のみが選択される構成とされている。
【０１３６】
上記のように構成される本実施形態においては、データ入力端子４０３に入力されるデータにより、ヒータのグループと種類が選択されるとともに、画像の記録が行なわれる。これにより、入力端子を従来から増やすことなく高い階調性を得ることのできるインクジェット記録ヘッド用基板とすることができる。
【０１３７】
なお、本実施形態においては、各グループを構成するヒータはその大きさが異なる場合について説明したが、同じ大きさのヒータを使用することも可能である。その場合には、一方のヒータからインクが吐出できなくなった場合には他方を使用するといった不吐出の補完を行なうこともできる。
【０１３８】
＜記録ヘッド用基板の実施形態２＞
次に、本発明に係るインクジェット記録ヘッド用基板の第２の実施形態について説明する。
【０１３９】
本実施形態は図２０に示したロジック回路３０１の回路構成を上記の実施形態と異なるものとしたものであり、図２３はその回路構成を駆動回路およびヒータとともに示す回路図である。
【０１４０】
本実施形態は、図２２におけるヒータの種類を２以上のｎ種類として、より高い階調性を得ることのできるインクジェット記録ヘッド用基板としたものである。
【０１４１】
図２３に示す回路のうち、ヒータ駆動信号入力端子５０１、クロック（ＣＬＫ）入力端子５０２、データ入力端子５０３、ラッチ信号入力端子５０５、ヒータ用電圧入力端子５０６、駆動回路５０７、選択データ転送回路５０８、選択データ保持回路５０９、デコーダ５１０、データ転送回路５１１、保持回路５１２のそれぞれは、図２２に示したヒータ駆動信号入力端子４０１、クロック（ＣＬＫ）入力端子４０２、データ入力端子４０３、ラッチ信号入力端子４０５、ヒータ用電圧入力端子４０６、駆動回路４０７、選択データ転送回路４０８、選択データ保持回路４０９、デコーダ４１０、データ転送回路４１１、保持回路４１２と同様のものである。
【０１４２】
本実施形態においては、ヒータが２以上のｎ種類とされており、これに伴い、データ入力端子５０３に入力されるデータのうち、駆動するヒータのグループおよび種類の選択するための信号は４＋ｎビットとされている。選択データ転送回路５０８はこの４＋ｎビットの信号を選択データ保持回路５０９へ出力し、選択データ保持回路５０９は入力された４＋ｎビットの信号のうち、駆動するグループを示す４ビットの信号をデコーダ５１０へ出力し、駆動するヒータの種類を示すｎビットの信号により駆動する種類のヒータを認識し、その種類のヒータに対して設けられたＡＮＤ回路への出力をアクティブとする。
【０１４３】
上記のように構成される本実施形態においては、ヒータの種類が多くなったことから、より多くの吐出量を選択することが可能となり、より高い階調性のものとすることができた。
【０１４４】
また、ｎ種類のヒータの配置についていうと、同じ種類のヒータは、インク供給口を挟んで千鳥状に対向配列される、これにより、上述したように、いずれの種類のヒータが選択されても、使用する配線に偏りがないため、同時にオンとなったときの電圧降下に対応することができ小型化が可能となる。
【０１４５】
＜インクジェット記録ヘッドの構成＞
図２４は、図２０ないし図２３に示したインクジェット記録ヘッド用基板を用いて作製されたインクジェット記録ヘッドの構成を示す模式図である。
【０１４６】
図２０ないし図２３に示したインクジェット記録ヘッド用基板である素子基体５２上には、電流が流れることで熱を発生し、その熱によって発生する気泡によって吐出口５３からインクを吐出するための電気熱変換素子（ヒータ）４１が複数列状に配されている。この電気熱変換素子のそれぞれには、配線電極５４が設けられており、配線電極５４の一端側は前述したスイッチング素子４２に電気的に接続されている。電気熱変換体４１に対向する位置に設けられた吐出口５３へインクを供給するための流路５５がそれぞれの吐出□５３に対応して設けられている。これらの吐出口５３および流路５５を構成する壁が溝付き部材５６に設けられており、これらの溝付き部材５６を前述の素子基板５２に接続することで流路５５と複数の流路にインクを供給するための共通液室５７（インク供給口）が設けられている。
【０１４７】
図２５は図２０ないし図２３に示したインクジェット記録ヘッド用基板である素子基板５２を組み込んだインクジェットヘッドの構造を示すもので、枠体５８に素子基体５２が組み込まれている。この素子基体５２上には図２４に示した吐出口５３や流路５５を構成する部材５６が取り付けられている。そして、装置側からの電気信号を受け取るためのコンタクトトパッド５９が設けられており、フレキシブルプリント配線基板６０を介して素子基体５２に、装置本体の制御器から各種駆動信号となる電気信号が供給される。
【０１４８】
以上説明したインクジェット記録ヘッドは、上記で図１Ａ及び図１９に関して説明したインクジェットプリンタに好適に使用され得る。
【０１４９】
［その他の実施形態］
なお、以上の実施形態はインクジェット方式に従って記録を行うインクジェット記録ヘッド及び該記録ヘッドを用いる記録装置を例に挙げて説明したが、本発明はインクジェット方式以外の記録ヘッド及びその記録ヘッドを用いる記録装置にも適用できる。
【０１５０】
この場合、上記実施形態におけるインク滴の大きさは記録される記録要素（ドット）の大きさに対応し、吐出口（ノズル）あるいはｓｅｇはそれぞれの記録ヘッドにおける記録素子に対応し、ヒートや吐出という用語は駆動に対応することとなる。
【０１５１】
また、その記録方式も、上記実施形態に例示したシリアル方式に限定されるものではなく、記録ヘッドが記録領域の幅に相当する長さの記録素子列を有し、記録媒体を記録ヘッドに対して相対的に移動させることによって記録を行う、いわゆるフルライン型の記録方式を採用する記録装置に対しても本発明は適用できる。
【０１５２】
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。
【０１５３】
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。
【０１５４】
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。
【０１５５】
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。
【０１５６】
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。
【０１５７】
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。
【０１５８】
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。
【０１５９】
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。
【０１６０】
【発明の効果】
本願のインクジェット記録ヘッド及びインクジェット記録ヘッドの駆動方法によれば、インク吐出量が相対的に異なる複数種類の記録素子を有するインクジェット記録ヘッドの価格を低減し、かつその駆動制御を容易とすることができる。
【０１６１】
また、本願のインクジェット記録ヘッド用基板によれば、高い諧調性を得ることが出来るインクジェット記録ヘッド用基板を大型化することなく、実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】本発明の記録ヘッドを用いるインクジェット記録装置の斜視図である。
【図１Ｂ】本発明に係るインクジェット記録ヘッドの構造を示す模式図である。
【図２】第１の実施形態の記録ヘッドの吐出口の配列を示す図である。
【図３】第１の実施形態の記録ヘッドの駆動回路の構成を示すブロック図である。
【図４】図３のデコーダの入出力特性を示す図である。
【図５】図３のセレクタの入出力特性を示す図である。
【図６】第１の実施形態の記録ヘッドの各ｓｅｇの駆動条件を示す図である。
【図７】図３の回路の各信号の状態を示すタイミングチャートである。
【図８】第２の実施形態の記録ヘッドの駆動回路の構成を示すブロック図である。
【図９】図８の回路の各信号の状態を示すタイミングチャートである。
【図１０】第３の実施形態の記録ヘッドの駆動回路の構成を示すブロック図である。
【図１１】図１０の回路の各信号の状態を示すタイミングチャートである。
【図１２】第４の実施形態４の記録ヘッドの吐出口の配列を示す図である。
【図１３】第４の実施形態のセレクタの入出力特性を示す図である。
【図１４】第４の実施形態の記録ヘッドの各ｓｅｇの駆動条件を示す図である。
【図１５】第５の実施形態の記録ヘッドの吐出口列の配列を示す図である。
【図１６】第５の実施形態の記録ヘッドのブラックの吐出口の配列を示す図である。
【図１７】第５の実施形態の記録ヘッドの各吐出口列に対する信号の種類を示す図である。
【図１８】第６の実施形態の記録ヘッドの各吐出口列に対する信号の種類を示す図である。
【図１９】図１Ａの記録装置の制御構成を示すブロック図である。
【図２０】本発明によるインクジェット記録ヘッド用基板の一実施形態の構成を示す平面図である。
【図２１】図２０に示した実施形態の基板上の具体的な配線を示す平面図である。
【図２２】図２０に示したロジック回路３０１の回路構成について、駆動回路およびヒータとともに示す回路図である。
【図２３】本発明のインクジェット記録ヘッド用基板の他の実施形態の回路構成を駆動回路およびヒータとともに示す回路図である。
【図２４】図２０ないし図２３に示したインクジェット記録ヘッド用基板を用いて作製されたインクジェット記録ヘッドの模式図である。
【図２５】図２０ないし図２３に示したインクジェット記録ヘッド用基板である素子基板５２を組み込んだインクジェットヘッドの構造を示す図である。
【図２６】サイドシューター型のインクジェット記録ヘッドの上面図である。
【図２７】従来例の回路図である。
【図２８】従来の構成による記録ヘッドの一部分を示す模式的な断面図である。
【図２９】従来の構成による記録ヘッドの一部分を示す模式的な断面図である。

Claims (26)

1. インクの吐出量が相対的に異なる第１及び第２の記録素子が所定方向に同列配列された記録素子列を有するインクジェット記録ヘッドであって、
   シリアルで入力された記録データを順次格納する格納手段と、
   前記格納手段に格納された記録データを保持する保持手段と、
   前記第１及び第２のどちらの記録素子を駆動するのかを示す選択信号、前記保持手段に保持された記録データ、及び駆動期間を示す駆動信号に応じて各記録素子を駆動する駆動制御回路と、を備えており、
   前記記録データが、前記第１及び第２のいずれかの記録素子に対して入力されるように構成されていることを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
2. 前記第１及び第２の記録素子は、前記記録素子列において交互に同数配置されており、隣接した第１及び第２の記録素子で構成される対に対して１つの記録データが入力されるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のインクジェット記録ヘッド。
3. 前記第１及び第２の記録素子を同数ずつ複数のブロックに分割して駆動するように構成されており、前記記録データが各ブロックに対して入力され、前記駆動制御回路は、前記選択信号、前記保持された記録データ、前記駆動信号、及び駆動すべきブロックを指定するブロック信号に応じて各記録素子を駆動することを特徴とする請求項１又は２に記載のインクジェット記録ヘッド。
4. 前記選択信号が、前記記録データに連続してシリアルで入力され、前記保持手段の出力から分離されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のに記載のインクジェット記録ヘッド。
5. 複数の色を用いたカラー記録が可能なように、少なくとも２つの色に対して前記記録素子列を有することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッド。
6. 前記複数の色が、シアン、マゼンタ、イエロー及びブラックを含むことを特徴とする請求項５に記載のインクジェット記録ヘッド。
7. 前記選択信号が、前記少なくとも２つの記録素子列に別個に入力されることを特徴とする請求項５又は６に記載のインクジェット記録ヘッド。
8. 前記選択信号が、前記少なくとも２つの記録素子列に共通に入力されることを特徴とする請求項５又は６に記載のインクジェット記録ヘッド。
9. 前記記録素子が、熱エネルギーを利用して記録を行うことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッド。
10. インクの吐出量が相対的に異なる第１及び第２の記録素子が所定方向に同列配列された記録素子列を有するインクジェット記録ヘッドの駆動方法であって、
    前記第１及び第２のいずれかの記録素子に対する記録データをシリアルで入力するデータ入力工程と、
    入力された記録データを順次格納する格納工程と、
    前記格納された記録データを保持する保持工程と、
    前記第１及び第２のどちらの記録素子を駆動するのかを示す選択信号を入力する選択工程と、
    駆動期間を示す駆動信号を入力する駆動指定工程と、
    前記保持された記録データ、前記選択信号、及び前記駆動信号に応じて各記録素子を駆動する駆動制御工程と、を備えることを特徴とするインクジェット記録ヘッドの駆動方法。
11. 前記第１及び第２の記録素子は、前記記録素子列において交互に同数配置されており、前記データ入力工程において、隣接した第１及び第２の記録素子で構成される対に対して１つの記録データを入力することを特徴とする請求項１０に記載のインクジェット記録ヘッドの駆動方法。
12. 前記第１及び第２の記録素子を同数ずつ複数のブロックに分割する分割工程と、駆動すべきブロックを指定するブロック信号を入力するブロック指定工程とを更に備え、
    前記データ入力工程において、前記記録データを各ブロックに対して入力し、前記駆動制御工程において、前記選択信号、前記保持された記録データ、前記駆動信号、及び前記ブロック信号に応じて各記録素子を駆動することを特徴とする請求項１０又は１１に記載のインクジェット記録ヘッドの駆動方法。
13. 前記データ入力工程において、前記選択信号を前記記録データに連続してシリアルで入力し、前記保持された記録データから前記選択信号を分離する工程を更に含むことを特徴とする請求項１０から１２のいずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッドの駆動方法。
14. 前記記録ヘッドは、複数の色を用いたカラー記録が可能なように、少なくとも２つの色に対して前記記録素子列を有しており、前記選択工程において、前記選択信号を前記少なくとも２つの記録素子列に別個に入力することを特徴とする請求項１０から１３のいずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッドの駆動方法。
15. 前記記録ヘッドは、複数の色を用いたカラー記録が可能なように、少なくとも２つの色に対して前記記録素子列を有しており、前記選択工程において、前記選択信号を前記少なくとも２つの記録素子列に共通に入力することを特徴とする請求項１０から１３のいずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッドの駆動方法。
16. インクの吐出量が相対的に異なる第１及び第２の記録素子を有するインクジェット記録ヘッドであって、
    シリアルで入力された記録データを順次格納する格納手段と、
    前記格納手段に格納された記録データを保持する保持手段と、
    前記第１及び第２のどちらの記録素子を駆動するのかを示す選択信号、前記保持手段に保持された記録データ、及び駆動期間を示す駆動信号に応じて各記録素子を駆動する駆動制御回路と、を備えており、
    前記記録データと前記選択信号がシリアル入力される信号線とを有する、インクジェット記録ヘッド。
17. 前記信号線には前記選択信号に続いて記録データがシリアルに入力されることを特徴とする請求項１６に記載のインクジェット記録ヘッド。
18. 前記記録データは、１回の入力あたり前記第１及び第２のいずれかの記録素子に対してのデータが入力されるように構成されていることを特徴とする請求項１７に記載のインクジェット記録ヘッド。
19. インクの吐出量が相対的に異なる第１及び第２の記録素子を有するインクジェット記録ヘッドの駆動方法であって、
    シリアルで入力された記録データを順次格納する格納工程と、
    格納された記録データを保持する保持工程と、
    前記第１及び第２のどちらの記録素子を駆動するのかを示す選択信号を入力する工程と、
    保持された記録データ、及び駆動期間を示す駆動信号に応じて各記録素子を駆動する駆動制御工程と、を備えており、
    前記記録データと前記選択信号とがシリアルで同じ信号線から入力されることを特徴とするインクジェット記録ヘッドの駆動方法。
20. 前記信号線には前記選択信号に続いて記録データがシリアルで入力されることを特徴とする請求項１９に記載のインクジェット記録ヘッドの駆動方法。
21. 前記記録データは、１回の入力あたり前記第１及び第２のいずれかの記録素子に対してのデータが入力されることを特徴とする請求項１９に記載のインクジェット記録ヘッドの駆動方法。
22. 複数のヒータを備え、該ヒータは発生する熱エネルギーを利用してインクを吐出するインクジェット記録ヘッド用の基板であって、
    前記ヒータはｎ個毎のｍ個のグループに分けられており、
    各ヒータを駆動する各ヒータに対応して設けられたｍ×ｎ個の駆動回路と、
    入力されたデータについて、前記ヒータのｍ個を駆動するための画像データと、前記ｍ個のグループおよび各グループを構成するｎ個のヒータを選択する信号とに分ける選択データ転送回路と、
    前記選択データ転送回路からの前記ヒータのｍ個を駆動するための画像データを入力し、ｍ個の各グループを構成するヒータに対して各グループ毎に画像データを供給する保持回路と、
    前記選択データ転送回路からの前記ｍ個のグループおよび各グループを構成するｎ個のヒータを選択する信号を入力し、前記駆動回路を介して駆動する前記ヒータを選択する選択データ保持回路と、
    前記ｎ個のヒータはインク供給口を挟んで千鳥状に対向配列されており、前記選択データ保持回路は各グループを構成するｎ個のヒータのうちのいずれか一つを選択することを特徴とするインクジェット記録ヘッド用基板。
23. 前記ｎ個のヒータは、大きさが同じであり、発生する熱エネルギーにより吐出されるインクの量が同じであることを特徴とする請求項２２に記載のインクジェット記録ヘッド用基板。
24. 前記ｎ個のヒータは、大きさが異なり、発生する熱エネルギーにより吐出されるインクの量が異なることを特徴とする請求項２２に記載のインクジェット記録ヘッド用基板。
25. 前記駆動回路はＤＭＯＳトランジスタで構成されていることを特徴とする請求項２２から２４のいずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッド用基板。
26. 請求項２２から２５のいずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッド用基板を用いたインクジェット記録ヘッド。

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