JP3569543B2 - 集積型印刷ヘッドのアドレス指定システム - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は感熱式インク吐出素子印刷に関し、特にヒータ抵抗に対応してノズルからインクを噴出するためにインク吐出素子印刷ヘッド内のヒータ抵抗を起動するための選択に関する。
【０００２】
本発明は本明細書では特定の用途を例示して説明されるが、本発明がそれに限定されるものではないことが理解されよう。通常の専門知識を有し、本発明の教示内容にアクセスする専門家は本発明の範囲、及び本発明が有効に活用される付加的な分野でその他の修正、応用及び実施が可能であることを認識するであろう。
【０００３】
【従来技術と解決しようとする課題】
インクジェット・プリンタの主要な目的はコストを最小限に抑えつつ、印書の品質と速度を最大限に高めることである。これを達成するため、必要な回路面積を最小限に抑えつつ、ペンにより多くのインク滴噴射ノズルを付加しなければならない。チップ面積の主要な要素はダイをペン・テープ自動ボンディング（ＴＡＢ）回路と接続する相互接続パッドの面積である。チップ上の相互接続パッドの量を縮減すると、ダイの面積とコストが減少するばかりではなく、テープ自動ボンディング（ＴＡＢ）回路の面積や、製品の駆動用電子素子も減少する。統合駆動ヘッド（ＩＤＨ）は集積回路の基板上に形成されたスイッチング・トランジスタを使用して印刷ヘッドの相互接続パッドを縮減する手段である。基本回路は抵抗を介して電流を制御する電界効果形トランジスタ（ＦＥＴ）と直列のヒータ抵抗から成っている。電流がこの抵抗を導通できるようにすることによって、電力が抵抗内で消費し、インクを加熱してこれをノズルから噴射する。ペン内にはこれらの回路が何百もある。
【０００４】
従来形の印刷ヘッドは２００個のノズルを有し、各々が電界効果形トランジスタ（ＦＥＴ）と直列のヒータ抵抗から成る８群の２５対のノズルを備えて設計されている。各インク吐出素子素子群は１つのプリミティブ選択と、１つのアース線と、全ての群の間で共用される２５のアドレス線とを有している。従って、８群の２５対のノズルの場合、総計で８＋８＋２５＝４１個の相互接続パッドが必要である。ノズルが３００個の印刷ヘッドを実施するためには、素子群の数を１２に増やす必要があり、その結果、印刷ヘッドには１２＋１２＋２５＝４９個の相互接続パッドが使用される。図１は１２のプリミティブ選択×２５のアドレス線選択を有する３００個のノズルの統合印刷ヘッド用の従来形の二次元アドレス制御の概略図である。アース線はアドレス指定用には使用されず、常に共通のアースと連結されている。特定のトランジスタをターンオンするためには、関連するプリミティブ選択とアドレス線選択とを高レベルに励振する。
【０００５】
印刷ヘッド用の従来形の二次元多重化機構には、印書品質とノズル数が増すと共に、印刷ヘッドに要する相互接続パッドの数も増大し、その結果印刷ヘッドのコストが高まり、ダイとテープ自動ボンディング（ＴＡＢ）面積の双方が増大するという欠点がある。それによって他方では、励振用の電子素子とプリンタのワイヤの数とコストが増大する。更に、相互接続パッドが多くなると、製品の信頼性が低下し、且つ静電放電（ＥＳＤ）防護用の付加的な回路に利用できる面積が縮減する。
【０００６】
従って、この分野では、印刷ヘッドのコストを最小限に抑え、その信頼性を高めるために、高密度統合印刷ヘッド用の相互接続パッドの数を縮減するシステム及び（又は）技術が必要である。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この分野における上記の必要性は、各々の群が独自の行と列とを有するインク吐出素子群のＭ個の行×Ｎ個の列の配列と、インク吐出素子群のＭ個の行×Ｎ個の列の配列のＭ個の行の一つを選択するための第１アドレス指定手段と、インク吐出素子群のＭ個の行×前記Ｎ個の列の配列のＮ個の列の一つを選択するための第２アドレス指定手段とを備えた本発明の集積ヘッドによって達成される。インク吐出素子の個々の一つの群は第１アドレス指定手段と第２アドレス指定手段の制御によってアドレス指定される。
【０００８】
実施例においては、各グループ毎にインク噴出素子へ接続された複数のアドレス線選択による三次元アドレス指定が提供される。
【０００９】
別の特定の実施例では、インク吐出素子群の相互間で消費するエネルギを平衡するために、各インク吐出素子群用の第１アドレス指定装置と第２アドレス指定装置との間の抵抗を調整することができる。
【００１０】
このユニークな三次元アドレス指定システムによって、相互接続パッドが大幅に少ない高密度統合印刷ヘッドが得られ、それによってコストが低減し、信頼性が高まる。
【００１１】
【実施例】
次に添付図面を参照しつつ、実施例と用例を説明する。本発明の統合印刷ヘッド１０用の三次元アドレス指定システムの有利な設計と動作は図２を参照して最も明解に説明される。図２は本発明に従って構成された三次元アドレス制御の概略図を例示したものである。図２では、インク吐出素子群１８のＭ×Ｎの配列がＭのプリミティブ選択（ｐｒｉｍｉｔｉｖｅ ｓｅｌｅｃｔ）１２と、Ｎのアース選択（ｇｏｕｎｄ ｓｅｌｅｃｔ）１４とによってアドレス指定される。各々のプリミティブ選択１２はインク吐出素子群１８のＭ個の行×Ｎ個の列の配列のＭ個の行の一つ内で素子群１８と接続されており、第１の次元のアドレス指定を行う。同様にして、各々のアース選択１４はインク吐出素子群１８のＭ個の行×Ｎ個の列の配列のＮ個の列の一つ内で素子群１８と接続されており、第２の次元のアドレス指定を行う。各々のインク吐出素子群１８は並列のヒータ抵抗・トランジスタ対３０を有しており、それらの各々が電界効果形トランジスタ２０を有し、そのドレンはヒータ抵抗２２と直列に接続されている。プリミティブ選択１２は、素子群内のヒータ抵抗・トランジスタ対３０のヒータ抵抗２２と接続され、アース選択１４は素子群内のヒータ抵抗・トランジスタ対３０の電界効果形トランジスタ２０のソースと接続されている。素子群１８内の各電界効果形トランジスタ２０のゲートはアドレス線選択１６によって制御され、これが第３次元のアドレス指定を行う。インク吐出素子群１８内のヒータ抵抗・トランジスタ対３０の数だけのアドレス線選択１６がある。
【００１２】
図２の特定のヒータ抵抗・トランジスタ対は３つの数字によってアドレス指定されることができ、第１の数字はプリミティブ選択１２であり、第２の数字はアース選択１４であり、一方、第３の数字はアドレス線選択１６である。従って（４，２，８）はプリミティブ選択が４であり、アース選択が２であり、アドレス線選択が８であることを意味する。標準名称（２，４，ｘ）はプリミティブ選択２及びアース選択４に関連する素子群１８を意味する。図２では、６つのプリミティブ選択１２ａないし１２ｆと、５つのアース選択１４ａないし１４ｅと、１０のアドレス線選択１６ａないし１６ｊがあり、これによって、３００個のノズルを有するペンの場合、６×５×１０＝３００のヒータ抵抗・トランジスタ対のアドレス制御を行うが、印刷ヘッドには総計で６＋５＋１０＝２１の相互接続パッドしか必要ない。
【００１３】
プリミティブ選択１２と、アース選択１４とアドレス線選択１６の数を互いに乗算した数がペンのノズル数と等しい限りは、プリミティブ選択と、アース選択とアドレス線選択の別の数の組合せが可能である。従って、３００個のノズルを有するペンの場合、プリミティブ選択と、アース選択とアドレス線選択の数に関して（３，１０，１０）、（１０，１０，３）、及び（１２，５，５）が全て動作可能な組合せである。
【００１４】
ヒータ抵抗・トランジスタ対３０から成る特定のインク吐出素子はそれぞれのアース選択１４を低レベルに、それぞれのプリミティブ選択１２を高レベルに、又、それぞれのアドレス線選択１６を高レベルに設定することによってターンオンされ、それによって電界効果形トランジスタ２０がターンオンされ、従って電流がヒータ抵抗２２を導通して、インクを加熱し、これをヒータ抵抗と連結されたノズルから噴射する。特定のヒータ抵抗・トランジスタ対３０は、それぞれのアドレス線選択１６を低レベルに、又はそれぞれのプリミティブ選択１２を低レベルに、又はそれぞれのアース選択１４を高レベル、又は浮動状態に設定することによってターンオフされる。
【００１５】
図１は統合印刷ヘッド用の従来形の二次元アドレス制御システムの概略図である。この従来のシステムでは、各々の素子群５４はそれぞれの相互接続パッドを有する独自のプリミティブ選択４２ａ−４２ｌと、独自のアース４４ａ−４４ｌ用の相互接続パッドを有している。アドレス線選択４６ａ−４６ｙは図２のアドレス線選択１６と同様の動作を行う。特定のトランジスタをターンオンするために、それぞれのプリミティブ選択とアドレス線選択を高レベルに励振する。アース４４ａ−４４ｌはアドレス指定には使用されず、統合印刷ヘッドから離れて共通のアースに連結されている。図１の１２×２５＝３００のヒータ抵抗・トランジスタ対の場合、１２＋１２＋２５＝４９の相互接続パッドが必要である。本発明によって、従来形の二次元アドレス制御システムにおける４９個の相互接続パッドを僅か２１個に徹底的に縮減することができる。
【００１６】
図３は本発明に従った調整抵抗２６及び２８を示した統合印刷ヘッド用の三次元アドレス制御システムの概略図である。素子群１８のＭ×Ｎの配列の位置に応じて、特定のヒータ抵抗・トランジスタ対３０がこれらとプリミティブ選択１２及びアース選択１４との間に有する全寄生抵抗は、別のヒータ抵抗・トランジスタ対が有するよりも多いか、少ない。寄生抵抗の差異を補償するために、回路に調整抵抗２６が付加され、それによって抵抗２２で生ずる力の消費（Ｖ２ ）／Ｒが保証される。ここにＶはヒータ抵抗にある電圧であり、Ｒは全ての素子群１８について本質的に同一に留まるヒータ抵抗の抵抗値である。図３に示すように、調整抵抗２６ａ，２６ｂ，２６ｃ及び２６ｄがプリミティブ選択１２とアース選択１４との間に位置している。各々の調整抵抗２６ａ，２６ｂ及び２６ｃ及び２６ｄの値は異なることがある。各調整抵抗の値は全ての素子群が適正な電力を消費することが保証されるように選択される。
【００１７】
幾つかのヒータ抵抗・トランジスタ対３０が同時にターンオンされ、共通して共用のプリミティブ選択１２又は共用のアース選択１４を有する場合は、そのプリミティブ選択又はアース選択では電流は増大する。従って２つのヒータ抵抗・トランジスタ対がターンオンされ、電流が単一のアース選択を導通すると、アース選択は２倍の電流を受ける。５つのヒータ抵抗・トランジスタ対がターンオンされると、アース選択は５倍の電流を受け、以下同様である。５倍の電流を有することは、それぞれの寄生抵抗で通常の５倍の電圧降下が生ずることを意味し、その結果、単一、又は複数のヒータ抵抗２２での電圧降下は減少する。前述のように、ヒータ抵抗での電力の消費は（Ｖ２ ）／Ｒであるので、電力の消費はより少なくなる。任意の時点でターンオンされるトランジスタの数は可変的である。しかし、インク滴の容積と速度はヒータ抵抗に供給される一定のしきい値エネルギ以上では多くは変化しない。図１の各素子群５４が独自のプリミティブ選択４２を有しているので、従来の構造はヒータ抵抗が常にこのエネルギ量を受けるように構成されている。本発明の三次元アドレス指定システムの場合は、電界効果形トランジスタ２０はより高い電圧で動作されるので、幾つかのトランジスタが同時にターンオンした場合、これらのトランジスタは全てしきい値エネルギを受け、一個のトランジスタだけがターンオンした場合はしきい値エネルギは容易に供給される。図４は共に集積回路基板６６の中心に配置されたプリミティブ選択６２ａ−６２ｆと、アース選択６４ａ−６４ｅの相互接続パッドと、本発明に従って相互接続パッドの周囲に配置された複数のヒータ抵抗・トランジスタ対を各々が有する素子群１８の配列とを示す、集積回路基板の概略配線図である。各素子群１８までの線の長さが短縮されており、それによって寄生抵抗が低下する。アドレス線選択を導通する電流は最小限であり、従ってアドレス線内の任意の寄生抵抗での電圧降下が最小限であるので、アドレス線選択１６は性能に影響を及ぼさずに集積回路基板の中心部に、又はエッジ沿いに配置することができる。
【００１８】
上述のとおり、本発明を特定の用途のための特定の実施例を参照して説明してきた。しかし、通常の専門知識を有し、本発明の教示内容にアクセスする専門家は本発明の範囲内のその他の修正、応用及び実施例を理解しよう。例えば、本発明の範囲を逸脱することなく、本発明の電界効果形トランジスタの代わりに別のスイッチ素子を使用してもよい。
【００１９】
従って添付の特許請求項は本発明の範囲内の上記のような全ての応用、修正及び実施を包含するものである。
【００２０】
以上、本発明の実施例について詳述したが、以下、本発明の各実施態様毎に列挙する。
【００２１】
（１） 集積型印刷ヘッドのアドレス指定システムにおいて、
複数のインク吐出素子の群をＭ行×Ｎ列に配列してなるＭ行×Ｎ列配列であって、前記各群が独自の行と列のアドレスを有するものと、
前記Ｍ行×Ｎ列配列に接続され、該Ｍ行×Ｎ列配列におけるＭ行の任意の行を選択する第１のアドレス指定手段と、
前記Ｍ行×Ｎ列配列に接続され、該Ｍ行×Ｎ列配列におけるＮ列の任意の列を選択する第２のアドレス指定手段とからなり、
前記第１のアドレス指定手段と前記第２のアドレス指定手段とによって、特定の前記インク吐出素子の群をアドレス指定することを特徴とする集積型印刷ヘッドのアドレス指定システム。
【００２２】
（２） 前記第１のアドレス指定手段に接続され、前記インク吐出素子群の少なくとも一つにおける前記第１のアドレス指定手段と前記第２のアドレス指定手段との間の抵抗値を調整するための抵抗調整手段を備えてなる前項（１）記載の集積型ヘッドのアドレス指定システム。
【００２３】
（３） 前記抵抗調整手段が、前記インク吐出素子群と前記第１のアドレス指定手段との間に直列接続された調整抵抗を備えてなる前項（２）記載の集積型ヘッドのアドレス指定システム。
【００２４】
（４） 前記第１のアドレス指定手段が、前記Ｍ行×Ｎ列配列における各行の前記インク吐出素子群に接続されたＭ個のプリミティブ選択を備えてなる前項（１）、（２）又は（３）記載の集積型ヘッドのアドレス指定システム。
【００２５】
（５） 前記第２のアドレス指定手段が、前記Ｍ行×Ｎ列配列における各列の前記インク吐出素子群に接続されたＮ個のアース選択を備えてなる前項（４）記載の集積型ヘッドのアドレス指定システム。
【００２６】
（６） 前記インク吐出素子が、トランジスタと直列に接続された発熱抵抗体を備えてなる前項（１）乃至（５）に記載の集積型ヘッドのアドレス指定システム。
【００２７】
（７） 前記プリミティブ選択が、Ｍ行×Ｎ列配列の各行における前記各インク吐出素子の前記発熱抵抗体に接続され、
前記アース選択が、Ｍ行×Ｎ列配列の各列における前記各インク吐出素子の前記トランジスタに接続され発熱抵抗体に接続されてなる前項（６）記載の集積型ヘッドのアドレス指定システム。
【００２８】
（８） 前記各インク吐出素子群の個々のインク吐出素子を選択する前記Ｍ行×Ｎ列配列に接続された第３のアドレス指定手段を備えてなる前項（１）乃至（７）記載の集積型ヘッドのアドレス指定システム。
【００２９】
（９） 前記第３のアドレス指定手段が、各インク吐出素子群の各トランジスタに接続された複数のアドレス線セレクトを備えてなる前項（８）記載の集積型ヘッドのアドレス指定システム。
【００３０】
（１０） 前記トランジスタが電界効果形トランジスタであることを特徴とする前項（９）記載の集積型ヘッドのアドレス指定システム。
【００３１】
（１１） 前記第１のアドレス指定手段が、集積回路基板の中央付近に設けられた接続パッドに接続され、
前記第２のアドレス指定手段が、集積回路基板の中央付近に設けられた接続パッドに接続され、
前記インク吐出素子群のＭ行×Ｎ列配列が、前記接続パッドの周辺に配されてなる前項（１）乃至（１０）記載の集積型ヘッドのアドレス指定システム。
【００３２】
（１２） 複数のインク吐出素子の群をＭ行×Ｎ列に配列してなるＭ行×Ｎ列配列であって、前記各群が独自の行と列のアドレスを有するものと、
前記Ｍ行×Ｎ列配列に接続され、該Ｍ行×Ｎ列配列におけるＭ行の任意の行を選択する第１のアドレス指定手段と、
前記Ｍ行×Ｎ列配列に接続され、該Ｍ行×Ｎ列配列におけるＮ列の任意の列を選択する第２のアドレス指定手段と、
前記各インク吐出素子群の個々のインク吐出素子を選択する前記Ｍ行×Ｎ列配列に接続された第３のアドレス指定手段と、
前記第１のアドレス指定手段に接続され、前記インク吐出素子群の少なくとも一つにおける前記第１のアドレス指定手段と前記第２のアドレス指定手段との間の抵抗値を調整するための抵抗調整手段と、
を備えてなる三次元アドレス指定システムを備えた集積印刷ヘッド。
【発明の効果】
以上の如く本発明によれば、三次元アドレス指定システムによって、高密度統合印刷ヘッドが得られ、コストの低減、信頼性の向上を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】統合印刷ヘッド用の従来形の二次元アドレス制御の概略図である。
【図２ａ】本発明に従って構成された統合印刷ヘッド用の三次元アドレス制御の概略図である。
【図２ｂ】本発明に従って構成された統合印刷ヘッド用の三次元アドレス制御の概略図である。
【図３】本発明に従った調整抵抗を示した統合印刷ヘッド用の三次元アドレス制御の概略図である。
【図４ａ】相互接続パッドの配置を考慮してプリミティブ選択とアース選択を配列した本発明の他の実施例を示す集積回路基板の概略配線図である。
【図４ｂ】相互接続パッドの配置を考慮してプリミティブ選択とアース選択を配列した本発明の他の実施例を示す集積回路基板の概略配線図である。
【符号の説明】
１２：プリミティブ選択
１４：アース選択
１６：アドレス線選択
１８：インク吐出素子群
２０：電解効果トランジスタ
２２：ヒータ抵抗
３０：ヒータ抵抗・トランジスタ対

Claims (9)

1. 複数のインクジェット・ノズルを有する集積型印刷ヘッドのインクジェット・アドレス指定装置であって、
   複数の個別のインク吐出素子を有する群の行および列配列を有し、
   前記各群は固有の行および列アドレスを有し、
   前記群配列に結合され、該群配列のうちの１つの行を選択する第１のアドレス指定手段と、
   前記群配列に結合され、該群配列のうちの１つの列を選択する第２のアドレス指定手段と、
   前記群配列に結合され、前記各群における各個別のインク吐出素子を選択する第３のアドレス指定手段と、
   を備えて成り、前記第１および第２のアドレス指定手段は、前記第１のアドレス指定手段によって選択された行と、前記第２のアドレス指定手段によって選択された列とからなる行および列アドレスを有する特定の群を協同して選択し、
   前記各群と前記第１のアドレス指定手段との間の寄生抵抗および前記各群と前記第２のアドレス指定手段との間の寄生抵抗による前記各群相互の電力消費のばらつきをなくすため、前記各群の内の特定の群に対して調整抵抗を設けたことを特徴とする、アドレス指定装置。
2. 前記調整抵抗が、前記特定の群とこの特定の群に接続された前記第１のアドレス指定手段との間に設けられることを特徴とする、請求項１に記載のアドレス指定装置。
3. 前記第１のアドレス指定手段が、前記群配列における各行に対応して設けられた複数の行指定アドレス線を有し、
   前記各行指定アドレス線は、それぞれ前記群配列の対応する行の各群に結合されていることを特徴とする、請求項１に記載のアドレス指定装置。
4. 前記第２のアドレス指定手段が、前記群配列における各列に対応して設けられた複数の列指定アドレス線を有し、
   前記各列指定アドレス線は、それぞれ前記群配列の対応する列の各群に結合されていることを特徴とする、請求項３に記載のアドレス指定装置。
5. 前記各個別のインク吐出素子は、それぞれ、直列結合されたヒータ抵抗とトランジスタを備えていることを特徴とする、請求項４に記載のアドレス指定装置。
6. 前記群配列の特定の行に対する前記行指定アドレス線が、その特定の行の全ての前記個別のインク吐出素子に結合されていることを特徴とする、請求項５に記載のアドレス指定装置。
7. 前記第３のアドレス指定手段が、前記群配列中のインク吐出素子を選択する複数の素子選択アドレス線を備えることを特徴とする、請求項６に記載のアドレス指定装置。
8. 前記第１のアドレス指定手段が、集積回路基板の中央に配置された相互接続パッドに結合され、前記第２のアドレス指定手段が、前記集積回路基板の中心部に配置された相互接続パッドに結合され、
   前記群配列はそれぞれ前記相互接続パッドの各側部に配置されている、ことを特徴とする、請求項１に記載のアドレス指定装置。
9. 個別のインク吐出素子が、各インクジェット・ノズルとそれぞれ関連付けされてそれを起動することを特徴とする、請求項１に記載のアドレス指定装置。

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