(57)【要約】【課題】  インクジェットプリントヘッドの駆動装置を提供する。【解決手段】  ヒーターに電流を印加することによってインクチャンバにあるインクを加熱してバブルを発生かつ膨脹させ、そのバブルの膨張力によってインクチャンバからインクを吐出させるインクジェットプリントヘッドを駆動するものであって、ヒーターに電流の方向を交互に変えて印加するインクジェットプリントヘッドの駆動装置。これにより、ヒーターに方向を変えつつ電流が流れれば、ヒーターに電流が一方向に流れる場合と比較して電子移動性によるヒーターの破損可能性を半分に減らすことができる。したがって、ヒーターの破損時期を遅らせてヒーターの寿命を延長できる。また、ヒーターに流れる電流の方向はヒーターで発生する熱エネルギーの大きさとは全く関係がないので、本発明によるインクジェットプリントヘッドの駆動回路は従来と同じ性能を示す。したがって、ヒーター材質の改善なしに駆動回路の修正だけでインクジェットプリントヘッドの信頼性を向上させうる。【選択図】  図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヒーターに電流を印加することによってインクチャンバにあるインクを加熱してバブルを発生かつ膨脹させ、前記バブルの膨張力によって前記インクチャンバからインクを吐出させるインクジェットプリントヘッドを駆動する装置において、
前記ヒーターに電流の方向を交互に変えて印加することを特徴とするインクジェットプリントヘッドの駆動装置。
【請求項２】
正極性の供給電圧端子と前記ヒーターの一端とを連結する第１スイッチと、
負極性の供給電圧端子と前記ヒーターの一端とを連結する第２スイッチと、を備え、
前記第１および第２スイッチを交互にオンにすることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットプリントヘッドの駆動装置。
【請求項３】
前記第１スイッチはＮチャンネルＦＥＴであることを特徴とする請求項２に記載のインクジェットプリントヘッドの駆動装置。
【請求項４】
前記ＮチャンネルＦＥＴのソースが前記ヒーターの一端に連結されることを特徴とする請求項３に記載のインクジェットプリントヘッドの駆動装置。
【請求項５】
前記ＮチャンネルＦＥＴのドレインとゲートとが互いに連結されたことを特徴とする請求項４に記載のインクジェットプリントヘッドの駆動装置。
【請求項６】
前記第２スイッチはＰチャンネルＦＥＴであることを特徴とする請求項２に記載のインクジェットプリントヘッドの駆動装置。
【請求項７】
前記ＰチャンネルＦＥＴのソースが前記ヒーターの一端に連結されることを特徴とする請求項６に記載のインクジェットプリントヘッドの駆動装置。
【請求項８】
前記ＰチャンネルＦＥＴのドレインとゲートとが互いに連結されたことを特徴とする請求項７に記載のインクジェットプリントヘッドの駆動装置。
【請求項９】
前記ヒーターの他端と接地端子とを連結する第３スイッチをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットプリントヘッドの駆動装置。
【請求項１０】
前記第３スイッチは、ゲートに印加される駆動信号によって前記ヒーターの他端と前記接地端子との連結をオン／オフにするＦＥＴであることを特徴とする請求項９に記載のインクジェットプリントヘッドの駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はインクジェットプリントヘッドの駆動装置に係り、特にヒーターにパルス状の電流を両方向に交互に印加することによってヒーターの寿命を延長できる熱駆動方式インクジェットプリントヘッドの駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的にインクジェットプリントヘッドは、印刷用インクの微小な液滴を記録用紙上の所望の位置に吐出させて所定色相の画像に印刷する装置である。このようなインクジェットプリントヘッドはインク液滴の吐出メカニズムによって２つの方式に大別される。その一つは、熱源を利用してインクにバブルを発生かつ膨脹させ、そのバブルの膨張力によってインク液滴を吐出させる熱駆動方式のインクジェットプリンタヘッドであり、他の一つは、圧電体を使用してその圧電体の変形によりインクに加えられる圧力によりインク液滴を吐出させる圧電駆動方式のインクジェットプリントヘッドである。
【０００３】
前記熱駆動方式のインクジェットプリントヘッドにおけるインク液滴吐出メカニズムをさらに詳細に説明すれば次の通りである。発熱抵抗体よりなるヒーターにパルス状の電流が流れれば、ヒーターで熱が発生してヒーターに隣接したインクはほぼ３００℃に瞬間加熱される。それによりインクが沸騰しつつバブルを生成し、生成されたバブルは膨脹してインクチャンバ内部に充填されたインクに圧力を加える。これによって、ノズル付近にあるインクがノズルを通じて液滴の形でインクチャンバの外部に吐出される。
【０００４】
ここで、バブルの成長方向およびインク液滴の吐出方向によって前記熱駆動方式はさらにトップシューティング、サイドシューティング、バックシューティング方式に分類される。トップシューティング方式はバブルの成長方向とインク液滴の吐出方向とが同じ方式であり、サイドシューティング方式はバブルの成長方向とインク液滴の吐出方向とが直角をなす方式であり、そしてバックシューティング方式はバブルの成長方向とインク液滴の吐出方向とが相反するインク液滴吐出方式である。
【０００５】
このような熱駆動方式のインクジェットプリントヘッドは一般的に次のような要件を満たさねばならない。第１に、なるべくその製造が簡単であり製造コストが低く、かつ量産が可能でなければならない。第２に、高画質の画像を得るためには隣接したノズル間の干渉は抑制しつつも隣接したノズル間の間隔はなるべく狭くなければならない。すなわち、ＤＰＩ（ｄｏｔｓ ｐｅｒ ｉｎｃｈ）を高めるためには多数のノズルを高密度に配置する必要がある。第３に、高速印刷のためには、インクチャンバからインクが吐出された後にインクチャンバにインクがリフィルされる周期がなるべく短くなければならない。すなわち、加熱されたインクおよびヒーターが迅速に冷却されて駆動周波数を高める必要がある。
【０００６】
図１および図２は、熱駆動方式の一般的なインクジェットプリントヘッドの切開斜視図およびそのインク液滴の吐出過程を説明するための断面図である。
【０００７】
図１および図２を参照すれば、インクジェットプリントヘッドは、基板１０と、その基板１０上に設置されてインク２９が充填されるインクチャンバ２６を限定する隔壁１４と、インクチャンバ２６内に設置されるヒーター１２と、インク液滴２９′が吐出されるノズル１６が形成されたノズルプレート１８とを備えている。前記ヒーター１２にパルス状の電流が供給されてヒーター１２で熱が発生すればインクチャンバ２６内に充填されたインク２９が加熱されてバブル２８が生成される。生成されたバブル２８は膨脹しつづけ、それによりインクチャンバ２６内に充填されたインク２９に圧力が加えわれてノズル１６を通じてインク液滴２９′が外部に吐出される。その後、マニホールド２２からインクチャンネル２４を通じてインクチャンバ２６の内部にインク２９が吸入されてインクチャンバ２６は再びインク２９で充填される。
【０００８】
一方、図３および図４には前記のようなインクジェットプリントヘッドを駆動する従来の駆動回路およびパルスの波形が図示されている。
【０００９】
図３および図４を参照すれば、従来にはインクジェットプリントヘッドを駆動するために供給電圧ＶｃｃがＶ１で一定に印加される回路に、駆動信号ＳＤＲおよび電界効果トランジスタ（ＦＥＴ；Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を利用してヒーター１０にパルス状の電流ＩＨを加える方法が使われた。しかし、このような駆動方式では薄膜形態のヒーター１０に流れる電流の方向がいつも一定なために電子移動によりヒーターの破損が生じる恐れがある。そして、最近にはプリントヘッドに印加されるエネルギーをさらに減らして高密度のプリントヘッドを製作しようとする試みゆえにヒーター自体の厚さは薄くなりつづける趨勢にあり、それによりヒーターの電子移動性問題はさらに深刻になっている。
【００１０】
図５および図６には、特許文献１に開示されたインクジェットプリントヘッドの駆動回路およびパルスの波形が図示されている。
【００１１】
図５および図６を参照すれば、インクジェットプリントヘッドを駆動するためにパルス状の供給電圧Ｖｃｃが印加される回路に駆動信号ＳＤＲおよび駆動ＦＥＴを利用してヒーター２０にパルス状の電流ＩＨを加える方法が使われる。ここで、プルダウンレジスターおよび二つのＦＥＴによってヒーター２０に流れる電流波形を制御する。このような駆動回路によれば、オーバーシュートを引き起こす電流波形の歪曲現象が減り、それにより最大電流の大きさが減少するために電子移動性によるヒーター２０の破損を減らしうる。しかし、前記のような駆動回路を使用してもヒーター２０の厚さが薄くなるにつれて増加するヒーター２０の破損可能性はあまり減らない。
【特許文献１】米国特許第６，１９３，３４５号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は前記のような問題点を解決するためになされたものであり、ヒーターにパルス状の電流を両方向に交互に印加することによってヒーターの寿命を延長できる熱駆動方式インクジェットプリントヘッドの駆動装置を提供するところにその目的がある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記目的を達成するために、本発明によれば、ヒーターに電流を印加することによってインクチャンバにあるインクを加熱してバブルを発生かつ膨脹させ、前記バブルの膨張力によって前記インクチャンバからインクを吐出させるインクジェットプリントヘッドを駆動する装置において、前記ヒーターに電流の方向を交互に変えて印加することを特徴とするインクジェットプリントヘッドの駆動装置が開示される。
【００１４】
前記インクジェットプリントヘッドの駆動装置は、正極性の供給電圧端子と前記ヒーターの一端とを連結する第１スイッチと、負極性の供給電圧端子と前記ヒーターの一端とを連結する第２スイッチと、を備え、前記第１および第２スイッチを交互にオンにする。
【００１５】
前記第１スイッチはＮチャンネルＦＥＴであることが望ましい。この時、前記ＮチャンネルＦＥＴのソースが前記ヒーターの一端に連結される。
【００１６】
一方、前記ＮチャンネルＦＥＴのドレインとゲートとが互いに連結される。
【００１７】
前記第２スイッチはＰチャンネルＦＥＴであることが望ましい。この時、前記ＰチャンネルＦＥＴのソースが前記ヒーターの一端に連結される。
【００１８】
一方、前記ＰチャンネルＦＥＴのドレインとゲートとが互いに連結される。
【００１９】
前記インクジェットプリントヘッドの駆動装置は、前記ヒーターの他端と接地端子とを連結する第３スイッチをさらに備える。この時、前記第３スイッチは、ゲートに印加される駆動信号によって前記ヒーターの他端と前記接地端子との連結をオン／オフにするＦＥＴであることが望ましい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によるインクジェットプリントヘッドの駆動装置によれば次のような効果がある。
【００２１】
第１に、ヒーターに方向を変えつつ電流が流れれば、ヒーターに電流が一方向に流れる場合と比較して電子移動性によるヒーターの破損可能性を半分に減らすことができる。したがって、ヒーターの破損時期を遅らせてヒーターの寿命を延長できる。
【００２２】
第２に、ヒーターに流れる電流の方向はヒーターで発生する熱エネルギーの大きさとは全く関係がないので、本発明によるインクジェットプリントヘッドの駆動回路は従来と同じ性能を示す。したがって、ヒーター材質の改善なしに駆動回路の修正だけでインクジェットプリントヘッドの信頼性を向上させうる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、添付された図面を参照して本発明による望ましい実施例を詳細に説明する。
【００２４】
図７および図８は、本発明の実施例によるインクジェットプリントヘッドの駆動回路およびパルスの波形を図示したものである。
【００２５】
図７を参照すれば、インクジェットプリントヘッドを駆動するために、ヒーター３０の一端は正極性の供給電圧端子４０および負極性の供給電圧端子５０に連結される。ここで、前記正極性の供給電圧端子４０には基準電圧よりも大きい電圧である上位供給電圧が印加され、前記負極性の供給電圧端子には基準電圧よりも小さな電圧である下位供給電圧が印加される。一方、図７では便宜上接地電圧を基準電圧とし、これにより正極性電圧端子にはパルス状の正極性の供給電圧ＶＰＰが印加され、負極性の供給電圧端子５０にはパルス状の負極性の供給電圧ＶＮＰが印加される。
【００２６】
そして、前記ヒーター３０に電流の方向を交互に変えて印加するために、前記正極性の供給電圧端子４０と前記ヒーター３０の一端との間には第１スイッチＳ１が設けられ、前記負極性の供給電圧端子５０と前記ヒーター３０の一端との間には第２スイッチＳ２が設けられる。
【００２７】
前記第１スイッチＳ１はＮチャンネルＦＥＴよりなる。ここで、前記ＮチャンネルＦＥＴのソースＳがヒーターの一端に連結される。そして、前記ＮチャンネルＦＥＴのドレインＤとゲートＧとは互いに連結されている。したがって、正極性の供給電圧端子４０に所定の正極性電圧が印加されれば、それと同時に前記第１スイッチＳ１が正極性の供給電圧端子４０と前記ヒーター３０の一端との連結をオンにして前記ヒーター３０に電流が流れるようになっている。一方、前記ＮチャンネルＦＥＴは前記正極性の供給電圧ではない外部の他の駆動信号によって駆動されることもある。
【００２８】
前記第２スイッチＳ２はＰチャンネルＦＥＴよりなる。ここで、前記ＰチャンネルＦＥＴのソースＳがヒーター３０の一端に連結される。そして、前記ＰチャンネルＦＥＴのドレインＤとゲートＧとは互いに連結されている。したがって、負極性の供給電圧端子５０に所定の負極性電圧が印加されれば、それと同時に前記第２スイッチＳ２が負極性の供給電圧端子５０と前記ヒーター３０の一端との連結をオンにして前記ヒーター３０に電流が流れるようになっている。一方、前記ＰチャンネルＦＥＴは前記負極性の供給電圧ではない外部の他の駆動信号によって駆動されることもある。
【００２９】
一方、前記ヒーター３０の他端と接地端子ＧＮＤとの間にはそれらの連結をオン／オフにする第３スイッチＳ３が設けられる。
【００３０】
前記第３スイッチＳ３はＦＥＴよりなる。ここで、前記ＦＥＴはゲートに印加される駆動信号ＳＤＲによって前記ヒーター３０の他端と接地端子ＧＮＤとの間の連結をオン／オフにする。一方、図７では第３スイッチとしてＮチャンネルＦＥＴが図示されているが、本実施例では第３スイッチとしてＰチャンネルＦＥＴが使われることもある。
【００３１】
図８には、正極性の供給電圧端子４０および負極性の供給電圧端子５０にそれぞれ印加されるパルス状の正極性の供給電圧ＶＰＰおよび負極性の供給電圧ＶＮＰと、第３スイッチＳ３であるＦＥＴに印加される駆動信号ＳＤＲとが図示されている。
【００３２】
図８を参照すれば、前記正極性の供給電圧端子４０には所定の正極性電圧Ｖ１が一定の周期で印加され、前記負極性の供給電圧端子５０には所定の負極性電圧−Ｖ１が一定の周期で印加される。ここで、前記負極性電圧−Ｖ１は正極性電圧Ｖ１が印加される時点間に印加される。そして、第３スイッチＳ３であるＦＥＴには前記正極性電圧Ｖ１および負極性電圧−Ｖ１がそれぞれ印加される時点に正極性の駆動信号電圧Ｖ２が周期的に印加される。
【００３３】
以下では、本発明によるインクジェットプリントヘッドの駆動回路でヒーター３０に電流の方向が交互に変えて印加される原理を説明する。
【００３４】
まず、時点ｔ１で正極性の供給電圧端子４０に正極性電圧Ｖ１が印加されれば、第１スイッチＳ１であるＮチャンネルＦＥＴが正極性の供給電圧端子４０とヒーター３０の一端との連結をオンにする。この時、負極性の供給電圧端子５０には電圧が印加されないので、第２スイッチＳ２であるＰチャンネルＦＥＴは負極性の供給電圧端子５０と前記ヒーター３０の一端との連結をオフにする。そして、前記時点ｔ１で第３スイッチＳ３であるＦＥＴに正極性駆動信号電圧Ｖ２が印加されれば、前記ヒーター３０の他端と接地端子ＧＮＤとの間の連結をオンにする。それにより、時点ｔ１で電流は正極性の供給電圧端子４０からヒーター３０を経て接地端子ＧＮＤの方向に流れる。
【００３５】
したがって、時点ｔ１でヒーター３０には正方向、すなわち、図７において下方に電流が流れる。
【００３６】
次に、時点ｔ２で負極性の供給電圧端子５０に負極性電圧−Ｖ１が印加されれば、第２スイッチＳ２であるＰチャンネルＦＥＴが負極性の供給電圧端子５０とヒーター３０の一端との連結をオンにする。この時、正極性の供給電圧端子４０には電圧が印加されないので、第１スイッチＳ１であるＮチャンネルＦＥＴは正極性の供給電圧端子４０と前記ヒーター３０の一端との連結をオフにする。そして、前記時点ｔ２で第３スイッチＳ３であるＦＥＴに正極性駆動信号電圧Ｖ２が印加されれば、前記ヒーター３０の他端と接地端子ＧＮＤとの間の連結をオンにする。これにより、時点ｔ２で電流は接地端子ＧＮＤからヒーター３０を経て負極性の供給電圧端子５０の方向に流れる。したがって、時点ｔ２でヒーター３０には逆方向、すなわち図７において上方に電流が流れる。言い換えれば、時点ｔ２でヒーター３０に流れる電流の方向は時点ｔ１でヒーター３０に流れる方向とは逆となる。
【００３７】
次いで、時点ｔ３で正極性の供給電圧端子４０に正極性電圧Ｖ１が印加され、第３スイッチＳ３であるのＦＥＴに正極性の駆動信号電圧Ｖ２が印加されれば、ヒーター３０には時点ｔ１でのように正方向の電流が流れる。
【００３８】
前記のような過程が反復されれば、ヒーター３０には電流が方向を変えつつ周期的に流れる。
【００３９】
このようにインクジェットプリントヘッドのヒーター３０に電流が方向を変えつつ周期的に流れれば、電流の流れにより発生する電子風力が原子の構造に欠陥を引き起こす確率が減る。なぜなら、ヒーター３０に電流が両方向に交互に流れる場合に電子フローが始まる位置で発生する損傷は、電流が一方向にのみ流れる場合と比較して半分に減るからである。したがって、ヒーター３０に方向を変えつつ電流が周期的に流れれば、ヒーター３０に一方向にのみ電流が流れる時よりヒーター３０の破損可能性が減る。
【００４０】
以上、本発明によるインクジェットプリントヘッドの駆動装置に関する望ましい実施例が説明されたが、これは例示的なものに過ぎず、当該分野の当業者ならばこれより多様な変形および均等な他の実施例が可能であるという点を理解できる。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は特許請求の範囲により定められる。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明は印刷機器であるインクジェットプリンタに適用でき、特に印刷用インクの微小な液滴を記録用紙上の所望の位置に吐出させて所定色相の画像に印刷するインクジェットプリントヘッドに適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】一般的な熱駆動方式インクジェットプリントヘッドの切開斜視図である。
【図２】一般的な熱駆動方式インクジェットプリントヘッドのインク液滴の吐出過程を説明するための断面図である。
【図３】熱駆動方式インクジェットプリントヘッドを駆動する従来の駆動回路を図示した図面である。
【図４】熱駆動方式インクジェットプリントヘッドを駆動する従来のパルスの波形を図示した図面である。
【図５】熱駆動方式インクジェットプリントヘッドを駆動する従来の他の駆動回路を図示した図面である。
【図６】熱駆動方式インクジェットプリントヘッドを駆動する従来の他のパルスの波形を図示した図面である。
【図７】本発明の実施例による熱駆動方式インクジェットプリントヘッドの駆動回路を図示した図面である。
【図８】本発明の実施例による熱駆動方式インクジェットプリントヘッドのパルスの波形を図示した図面である。
【符号の説明】
【００４３】
３０  ヒーター
４０  正極性の供給電圧端子
５０  負極性の供給電圧端子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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