JP3223808B2 - インクジェット式プリントヘッドの駆動装置及び駆動方法 - Google Patents
インクジェット式プリントヘッドの駆動装置及び駆動方法Info
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- Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
Description
異なる大きさのインク滴を吐出することができるインク
ジェット式プリントヘッドの駆動装置及び駆動方法に関
し、特に、一印刷周期中に複数のインク滴を吐出可能な
インクジェット式プリントヘッドの駆動装置及び駆動方
法に関する。
方向(垂直方向)に多数のノズルを備えたプリントヘッ
ドを有しており、このプリントヘッドをキャリッジ機構
によって主走査方向(水平方向)に移動させ、所定の紙
送りを行うことで所望の印刷結果を得るものである。ホ
ストコンピュータから入力された印刷データを展開して
なるドットパターンデータに基づいて、プリントヘッド
の各ノズルからインク滴がそれぞれ所定のタイミングで
吐出され、これらの各インク滴が記録紙等の印刷記憶媒
体に着弾し付着することにより、印刷が行われる。この
ようにインクジェット式のプリンタは、インク滴を吐出
するかしないか、つまりドットのオンオフ制御を行うも
のであるため、このままでは灰色等の中間階調を印刷出
力することができない。
4×4、8×8等の複数のドットで表現することによっ
て中間階調を実現する方法が採用されている。4×4の
ドットマトリクスで1つの画素を表現すれば、16階調
(全白を含めると17階調)で濃淡を表すことができ
る。画素の分解能を上げれば、より細やかに階調表現を
行うことができる。しかし、記録ドット径を変えずに階
調を上げると実質的な解像度は低下する。また、記録紙
上の記録ドット径が大きいと、低濃度領域の粒状性が目
立つようになる。従って、インク滴の重量を少なくして
記録ドット径を小さくする必要がある。
に記載されているように、インクを収容した圧力室を膨
張させてから収縮させるという、いわゆる「引き打ち」
を行うことによって、吐出するインク滴の重量を少なく
し、記録ドット径を小さくすることが可能である。
での粒状性が目立たず印刷品質を高めることができる
が、印刷速度が大幅に低下する。例えば、通常の記録ド
ット径の半分にした小径のドットを用いる場合は、通常
の記録ドット径を用いた場合の4倍の印刷時間を要す
る。印刷速度の低下を防止するためには、インク滴を吐
出する駆動周波数を4倍に高めるか、あるいはノズル数
を4倍に増やせばよいが、いずれも容易ではない。
ンク滴を吐出させ階調記憶を可能とする技術も提案され
ている(例えば、特公平4−15735号公報、米国特
許第5,285,215号明細書)。かかる技術では、
複数のパルス信号を加えることによって微少なインク滴
を複数発生させ、記録紙上に着弾する前に、これら複数
の微少インク滴を合体させて大きなインク滴を生成する
ようになっている。
術によれば、微少なインク滴と大きなインク滴とを吐出
可能であるが、記録紙着弾前にインク滴を合体させるの
は難しい。また、記録紙に着弾する前に微少なインク滴
を合体させる必要があるため、記録ドット径の可変範囲
も狭いという問題がある。
なされたものであり、その目的は、印刷速度を低下させ
ることなく同一ノズルからインク重量の異なる複数のイ
ンク滴を吐出できるようにしたインクジェット式プリン
トヘッドの駆動装置及び駆動方法を提供することにあ
る。
発明に係るインクジェット式プリントヘッドの駆動装置
では、一印刷周期毎に出力される駆動信号を複数の駆動
パルスから構成し、さらに、前記各駆動パルスの波形要
素を適宜組み合わせることにより、元の駆動信号には明
示的に含まれない新たな駆動パルスを生成できるように
してある。そして、前記駆動信号中の各駆動パルス及び
前記新たな駆動パルスにそれぞれ対応したパルス選択信
号を含んでなる印字データによって、これら各駆動パル
スのうちいずれか一つまたは複数の駆動パルスを圧力発
生素子に印加し、異なる重量のインク滴を吐出できるよ
うにしている。
で構成された駆動信号を発生させる駆動信号発生手段を
設け、前記各駆動パルス及び該各駆動パルスを構成する
信号波形の構成要素である複数の波形要素から選択され
た各波形要素同士を互いに等しい電位の連結点において
連結することにより得られる新たな駆動パルスのうちい
ずれか一つの駆動パルスまたは複数の駆動パルスを、一
印刷周期内で前記圧力発生素子に対して入力させること
を特徴としている。
選択されると、この駆動パルスはスイッチ手段を介して
圧力発生素子に入力される。そして、圧力発生素子は駆
動パルスに応じた圧力変化を引き起こすため、この圧力
変化に応じたインク量のインク滴が吐出される。従っ
て、一の駆動パルスを選択すれば一印刷周期で一のイン
ク滴が吐出され、複数の駆動パルスを選択すれば一印刷
周期で複数のインク滴が吐出される。これにより、記録
紙等の印刷記憶媒体上に着弾するインク量を調整して、
記録ドット径を可変に制御することができる。また、駆
動信号中に最初から含まれる各駆動パルスのほかに、該
各駆動パルス中の波形要素を連結することによって、元
の駆動信号には明示的に含まれない新たな駆動パルスを
生成することができる。従って、種々の形状を有する駆
動パルスを圧力発生素子に印加することにより、吐出さ
れるインク滴の重量を違えることができ、階調表現を行
うことができる。
で構成された駆動信号を発生させる駆動信号発生手段
と、前記各駆動パルス及び該各駆動パルスを構成する信
号波形の構成要素である複数の波形要素から選択された
各波形要素同士を互いに等しい電位の連結点において連
結することにより得られる新たな駆動パルスのそれぞれ
に対応して設けられたパルス選択信号により、一印刷周
期内で前記各駆動パルスのうちいずれか一つの駆動パル
スまたは複数の駆動パルスを選択するための印字データ
を生成する印字データ生成手段と、前記印字データに基
づいて、前記駆動信号を前記圧力発生素子に対して入力
させるスイッチ手段とを備えて構成することができる。
選択信号によって印字データを生成し、この印字データ
によってスイッチ手段を作動させれば、一印刷周期内で
一つまたは複数の駆動パルスを圧力発生素子に入力させ
ることができる。
は、前記駆動信号中の各駆動パルスをパルス幅方向に分
割してなる前記複数の波形要素から選択された各波形要
素同士を互いに等しい電位の連結点において連結するこ
とにより形成される。
により、一方の駆動パルスの波形要素と他方の駆動パル
スの波形要素とを連結して新たな駆動パルスを生成する
ことができる。
電圧値をそれぞれ等しくすることにより、各波形要素を
滑らかに連結することができ、スイッチ手段を構成する
トランジスタ等に突入電流が流れて破損等が生じるのを
防止することができる。
中の各駆動パルスのうち前記新たな駆動パルスの形成に
関与する各駆動パルスは、共通の最大電圧を維持する平
坦なパルス頂部をそれぞれ有し、前記各駆動パルスのパ
ルス頂部をパルス幅方向に分割してなる前記複数の波形
要素から選択された各波形要素同士を前記共通の最大電
圧にある連結点において連結することにより、前記新た
な駆動パルスを形成することができる。
駆動パルスがそれぞれ有すれば、各駆動パルスのパルス
頂部をパルス幅方向で分割して得られる各波形要素の連
結点(切断点)の電位は、最大電位となる。また、平坦
なパルス頂部をパルス幅方向に分割するため、タイミン
グの変動等による駆動パルスの分割位置ずれに対応する
ことができる。
な駆動パルスのうちいずれか一つの駆動パルスは、イン
ク滴が吐出しない程度に圧力発生素子を作動させる無印
刷パルスであることが好ましい。
に作動させることにより、メニスカスを微振動させてイ
ンクの粘度増加を防止することができる。
施の形態について詳細に説明する。
インクジェット式プリンタの機能ブロック図である。
とプリントエンジン2とから構成されている。プリンタ
コントローラ1は、図外のホストコンピュータ等からの
印刷データ等を受信するインターフェース(以下「I/
F」という)3と、各種データの記憶等を行うRAM4
と、各種データ処理のためのルーチン等を記憶したRO
M5と、CPU等からなる制御部6と、発振回路7と、
後述のプリントヘッド10への駆動信号を発生させる
「駆動信号発生手段」としての駆動信号発生回路8と、
ドットパターンデータ(ビットマップデータ)に展開さ
れた印字データ及び駆動信号等をプリントエンジン2に
送信するためのI/F9とを備えている。
ラフィック関数、イメージデータのいずれか1つのデー
タまたは複数のデータからなる印刷データをホストコン
ピュータ等から受信する。また、I/F3は、ホストコ
ンピュータに対してビジー信号(BUSY)やアクノレ
ッジ信号(ACK)等を出力することができる。
ファ4B、出力バッファ4C及びワークメモリ(図示せ
ず)等として利用されるものである。受信バッファ4A
には、I/F3が受信したホストコンピュータからの印
刷データが一時的に記憶される。中間バッファ4Bに
は、制御部6によって中間コードに変換された中間コー
ドデータが記憶される。出力バッファ4Cには、後述の
ように階調データをデコードした後のドットパターンデ
ータが展開される。ROM5は、制御部6によって実行
される各種制御ルーチンとフォントデータ及びグラフィ
ック関数、各種手続き等を記憶している。
ータを読み出して中間コードに変換し、この中間コード
データを中間バッファ4Bに記憶する。次に、制御部6
は、中間バッファ4Bから読み出した中間コードデータ
を解析し、ROM5内のフォントデータ及びグラフィッ
ク関数等を参照して中間コードデータをドットパターン
データに展開する。この展開されたドットパターンデー
タは、必要な装飾処理が行われた後、出力バッファ4C
に記憶される。
ットパターンデータが得られると、この1行分のドット
パターンデータは、I/F9を介してプリントヘッド1
0にシリアル伝送される。出力バッファ4Cから1行分
のドットパターンデータが出力されると、中間バッファ
4Bの内容が消去されて、次の中間コード変換が行われ
る。ここで、ドットパターンデータに展開された印字デ
ータは、後述するように、翻訳後の各ノズル毎の階調デ
ータとして例えば6ビット(あるいは他の実施の形態で
は5ビットまたは4ビット)で構成されている。
0と、紙送り機構(図中「紙送り」と略記)11と、キ
ャリッジ機構(図中「キャリッジ」と略記)12とを備
えている。紙送り機構11は、紙送りモータ及び紙送り
ローラ等からなり、記録紙等の印刷記憶媒体を順次送り
だして副走査を行うものである。キャリッジ機構12
は、プリントヘッド10を搭載するキャリッジと、該キ
ャリッジをタイミングベルト等を介して走行させるキャ
リッジモータ等からなり、プリントヘッド10を主走査
させるものである。
ば64個等の多数のノズルを有し、所定のタイミングで
各ノズルからインク滴を吐出させるものである。ドット
パターンデータに展開された印字データは、発振回路7
からのクロック信号(CK)に同期して、I/F9から
シフトレジスタ13にシリアル伝送される。このシリア
ル転送された印字データ(SI)は、一旦、ラッチ回路
14によってラッチされる。ラッチされた印字データ
は、電圧増幅器であるレベルシフタ15によって、スイ
ッチ回路16を駆動できる電圧、例えば数十ボルト程度
の所定の電圧値まで昇圧される。所定の電圧値まで昇圧
された印字データは、「スイッチ手段」としてのスイッ
チ回路16に与えられる。スイッチ回路16の入力側に
は、駆動信号発生回路8からの駆動信号(COM)が印
加されており、スイッチ回路16の出力側には、「圧力
発生素子」としての圧電振動子17が接続されている。
制御する。例えば、スイッチ回路16に加わる印字デー
タが「1」である期間中は、駆動信号が圧電振動子17
に印加され、この駆動信号に応じて圧電振動子17は伸
縮を行う。一方、スイッチ回路16に加わる印字データ
が「0」の期間中は、圧電振動子17への駆動信号の供
給が遮断される。
回路図である。図1中のシフトレジスタ回路13、ラッ
チ回路14、レベルシフタ15、スイッチ回路16及び
圧電振動子17は、それぞれプリントヘッド10の各ノ
ズルに対応した素子13A〜13N、14A〜14N、
15A〜15N、16A〜16N、17A〜17Nから
構成されている。印字データは、図4と共に後述するよ
うに、例えば(100100)、(001001)等の
如く、各ノズル毎に、最上位のビット5から最下位のビ
ット0までの合計6ビットデータで構成されている。そ
して、後述する図7に示すように、全てのノズルについ
ての各桁のビットデータが一印刷周期内にシフトレジス
タ13A〜13Nに入力される。
ータがシフトレジスタ13A〜13Nにシリアル転送さ
れた後、この全ノズル分のビット5のデータはラッチ素
子14A〜14Nによってラッチされる。このラッチに
より、次に、全ノズル分のビット4のデータがシフトレ
ジスタ13A〜13Nに転送される。同様に、次いで全
ノズル分のビット3のデータ、ビット2のデータ、ビッ
ト1のデータ、ビット0のデータが順次シリアル転送さ
れる。
成される各スイッチ素子16A〜16Nに加わるビット
データが「1」の場合は、駆動信号(COM)が圧電振
動子17A〜17Nに直接印加され、各圧電振動子17
A〜17Nは駆動信号の信号波形に応じて変位する。逆
に、各スイッチ素子16A〜16Nに加わるビットデー
タが「0」の場合は、各圧電振動子17A〜17Nへの
駆動信号が遮断され、各圧電振動子17A〜17Nは直
前の電荷を保持する。
例 図3は、プリントヘッド10の機械的構造の一例を示し
ている。基板ユニット21は、ノズル穴22Aが形成さ
れたノズルプレート22とアイランド部23Aが形成さ
れた振動板23とによって流路形成板24を挟持するこ
とにより、構成されている。流路形成板24には、イン
ク室25、インク供給口26及び圧力発生室27が形成
されている。
り、収容室29内には圧電振動子17(正確には圧電振
動子17A〜17Nのいずれか)が取り付けられてい
る。圧電振動子17は、その先端が振動板23のアイラ
ンド部23Aに当接するように、固定基板30を介して
固定されている。ここで、圧電振動子17には、例えば
縦振動横効果のPZTが用いられ、充電されると収縮
し、放電すると伸長するようになっている。圧電振動子
17への充放電はリード線31を介して行われる。
PZTに限らず、たわみ振動型のPZTでもよい。ま
た、圧力発生素子としては、圧電振動子に限らず、例え
ば磁歪素子等の他の素子を用いてもよい。また、ヒータ
等の熱源によってインクを加熱させ、加熱により生じた
気泡によって圧力を変化させる構成でもよい。要する
に、外部から与えられる信号に応じて、圧力発生室27
内に圧力変動を生じさせる素子であれば用いることがで
きる。
17が収縮して圧力発生室27が膨張し、圧力発生室2
7内の圧力が低下してインク室25から圧力発生室27
内にインクが流入する。圧電振動子17を放電させる
と、圧電振動子17が伸長して圧力発生室27が縮小
し、圧力発生室27内の圧力が上昇して圧力発生室27
内のインクがノズル穴22Aを介して外部に吐出され
る。
について図4を参照しつつ説明する。図4には、駆動信
号の波形と該駆動信号を用いた階調表現の方法が示され
ている。駆動信号発生回路8が発生させる駆動信号は、
第1パルスと、第2パルスと、第3パルスとの合計3つ
の駆動パルスから構成されている。駆動信号は、例えば
14.4kHzの印刷周期で生成される。
滴を複数種類吐出することができるため、説明の便宜
上、「極小」、「小」、「中」の基本的な段階表現を用
いて、インク滴の大小関係を説明することにする。な
お、この段階表現は、同一の実施の形態におけるインク
滴の相対的な大小関係を示すものである。
を吐出するためのものである。第2パルスは、例えば約
2ngのインク滴を吐出するためのものである。第3パ
ルスは、例えば約10ngのインク滴を吐出するための
ものである。これにより、第1パルスによって小径の記
録ドット(小ドット)を、第2パルスによって極小径の
記録ドット(極小ドット)を、第3パルスによって中程
度の径の記録ドット(中ドット)を、それぞれ得ること
ができる。
合わせて圧電振動子17に印加することにより、記録紙
上の記録ドット径を可変に制御して細やかな階調表現を
行うことができる。
示す如く、各パルスの各部分に付したP11、P21等
の符号を参照しつつ説明する。
電圧値が中間電位Vmからスタートし(P11)、中間
電位Vmから所定の電圧勾配θC1で「共通の最大電
位」としての最大電位VPまで上昇し(P12)、最大
電位VPを所定時間だけ維持する(P13)。次に、第
1パルスの電圧値は、最大電位VPから所定の電圧勾配
θD1をもって中間電位Vmまで下降し(P14)、中
間電位Vmを維持する(P15)。
放電時の電圧勾配θD1の方が大きくなるように設定さ
れている。
に中間電位Vmからスタートし、所定の電圧勾配θC2
で最大電位VPまで上昇する(P21)。そして、第2
パルスの電圧値は、最大電位VPを所定時間だけ維持し
た後(P22)、所定の電圧勾配θD2をもって中間電
位Vmまで下降し(P23)、この中間電位Vmを保持
する(P24)。なお、第2パルスでは、充電時の電圧
勾配θC2の方が放電時の電圧勾配θD2よりも大きく
なるように設定されている。
タートして、所定の電圧勾配θC3をもって最大電位V
Pまで上昇し(P31)、この最大電位VPを所定時間
だけ維持する(P32)。次に、第3パルスの電圧値
は、最大電位VPから所定の電圧勾配θD3をもって最
低電位VLまで下降する(P33)。
電時の電圧勾配θD3の方が大きくなるように設定され
ている。また、第3パルスの電圧値が最大電位VPから
最低電位VLまで低下するのに要する時間は、圧電振動
子17の固有振動周期TAと略同一に設定されている。
なお、最低電位VLは、圧電振動子17の分極反転を防
止するために、グランドレベル(0V)と同じか、ある
いはプラス電位であることが好ましい。
VLを所定時間だけ保持した後(P34)、再び中間電
位Vmまで上昇する(P35)。ここで、最大電位VP
からの電圧下降の開始から最低電位VLの維持終了まで
の時間は、インクの固有周期(ヘルムホルツ周期)と略
同一に設定されている。
ルス幅方向で左右に2分割されている。即ち、各駆動パ
ルスは、左右一対の波形要素から構成されていると考え
ることができる。具体的には、第1パルスは、期間T1
の波形要素と期間T2の波形要素とからなり、パルス頂
部であるP13の部分で分割されている。第2パルス
は、期間T3の波形要素と期間T4の波形要素とからな
り、パルス頂部であるP22の部分で分割されている。
第3パルスは、期間T5の波形要素と期間T6の波形要
素とからなり、パルス頂部であるP32の部分で分割さ
れている。
選択的に連結することにより、元の駆動信号中には明示
的に含まれていない新たな駆動パルスを幾つか得ること
ができる。従って、パルスの選択パターンが広がり、こ
の選択パターンの増大に応じて豊かな階調表現を行うこ
とができる。なお、元の駆動信号に明示的に含まれてい
る第1〜第3の駆動パルスを「原駆動パルス」として表
現することができ、これに対して、新たに形成された駆
動パルスを「合成駆動パルス」として表現することがで
きる。
択可能なパターンが、インク滴重量が少ない順序で示さ
れている。ここで、図中に示す電圧変化のパターンは、
圧電振動子17に加わる駆動信号(圧電振動子17の両
端電圧)の変化パターンである。
には、駆動パルスを「DP」として表示してある。従っ
て、例えば、「DP1」と表示されたパターンは、第1
パルスを選択する場合であることを示している。また、
図6中の「DP23」、「DP13」、「DP12」
は、DP2とDP3とを連結してなる新たな駆動パル
ス、DP1とDP3とを連結してなる新たな駆動パル
ス、DP1とDP2とを連結してなる新たな駆動パル
ス、をそれぞれ示している。なお、以上の表記法は、後
述する他の実施の形態でも使用される。
g、DP3=10ng程度の場合、DP13=20n
g、DP23=14ng程度となる。その場合、それぞ
れの選択パターンによるインク滴の大小関係は、次の通
りである。
<DP2+DP3<DP23<DP1+DP3<DP1
+DP2+DP3<DP13 また、図6中の最下段に示す第1パルスと第2パルスと
を連結してなる新たな駆動パルスDP12は、インク滴
を吐出しない「無印刷パルス」としての微振動パルスで
ある。この微振動パルスDP12は、浅い充放電を行う
ため、圧力発生室27内の圧力変化が少なく、ノズル穴
22Aからインク滴を吐出させずにメニスカス40を微
振動させることができる。これにより、インク表面の粘
度増大等を防止することができる。なお、微振動パルス
は必ずしも必要ではなく、省略することも可能である。
データの転送タイミング等 次に、原駆動パルスである第1〜第3パルス中の波形要
素を連結して新たな駆動パルスを生成する方法と、これ
ら各駆動パルスを一または複数選択して多階調表現する
方法とについて説明する。
ラッチ回路14等を経てスイッチ回路16に加わる印字
データのビットが「1」の期間中には、駆動信号が圧電
振動子17に印加され、圧電振動子17は駆動信号の波
形に応じて伸縮する。一方、印字データのビットが
「0」の期間中には、圧電振動子17への駆動信号の供
給が遮断され、圧電振動子17は直前の状態を保持す
る。
スの発生タイミングに同期させれば、図5及び図6に示
すように、所望の駆動パルスを選択することができる。
本実施の形態では、合計10個のパルスパターンを得る
ことができるため、最大10階調の表現を行うことが可
能である。10階調の場合、図4中の下側左欄に示すよ
うに、各階調値を4ビットデータで圧縮して表現するこ
とができる。従って、各圧電振動子17を駆動して実際
に所望の階調を得るには、図4中の下側右欄に示すよう
に、4ビットの階調値を、印刷周期の各期間T1〜T6
のそれぞれに対応した合計6ビットのデータに翻訳(デ
コード)しなければならない。本実施の形態では、6ビ
ットの印字データへの翻訳は、制御部6により実行され
る。
例えば、図5中の最上段に示すように、第2パルスのみ
を選択する場合、この第2パルスを選択する階調値は
「0001」として圧縮表現されている。実際に第2パ
ルスのみを圧電振動子17に印加する場合は、第2パル
ス発生期間である期間T3及び期間T4の間だけ、印字
データを「1」に設定して、スイッチ回路16を作動さ
せる必要がある。従って、階調値「0001」の4ビッ
トデータを、「001100」の6ビットの印字データ
に翻訳することにより、第2パルスのみを圧電振動子1
7に印加することができる。同様にして、第1パルスの
みを選択する場合は、期間T1及び期間T2の間だけ印
字データを「1」にすればよく、第3パルスのみを選択
する場合は、期間T5及び期間T6の間だけ印字データ
を「1」にすればよい。
ようにして実現される。例えば、図6中の最上段に示す
如く、第2パルスの波形要素と第3パルスの波形要素と
によって新たな駆動パルスDP23を得る場合を説明す
る。期間T3が開始されたときに印字データを「1」に
設定すれば、期間T3中の波形要素の形状に応じて圧電
振動子17に電圧が印加される。次に、期間T4の開始
に同期して印字データを「0」に設定し、後続の期間T
5が終了するまで「0」を維持する。
は、駆動信号の電圧変化が圧電振動子17に伝達されな
い。従って、圧電振動子17は電荷を保持し、圧電振動
子17の両端電圧は直前の電圧値VPに維持される。な
お、厳密に考えれば、印字データが「0」の期間中に、
圧電振動子17が若干の放電、即ち、電荷の喪失が生じ
うるが、時間が短いため、実際には問題とならない。
ータを「1」に設定すれば、再び駆動信号が圧電振動子
17に印加されるため、圧電振動子17は急速に放電し
て伸長する。
要素とを連結するには、一方の波形要素の発生期間中及
び他方の波形要素の発生期間中に印字データを「1」に
設定し、該各波形要素間の期間中は印字データを「0」
に設定すればよい。この各波形要素にそれぞれ割り当て
られた1ビットのデータが、「駆動パルスにそれぞれ対
応して設けられたパルス選択信号」に該当する。なお、
スイッチ回路16を構成するトランジスタに突入電流が
流れて破損するのを防止すべく、波形要素の連結点の電
位は等しいことが望まれる。
路16等に与える具体的構成について、図7の波形図を
参照しつつ説明する。
値(b3,b2,b1,b0)は、上述した6ビットの
印字データ(D1,D2,D3,D4,D5,D6)に
翻訳された状態で出力バッファ4Cに記憶されている。
ここで、D1は第1の期間T1の波形要素を、D2は第
2の期間T2の波形要素を、D3は第3の期間T3の波
形要素を、D4は第4の期間T4の波形要素を、D5は
第5の期間T5の波形要素を、D6は第6の期間T6の
波形要素を、それぞれ選択するための選択信号である。
そして、これら6ビットの印字データは、一印刷周期内
にプリントヘッド10の各ノズルに対応したスイッチ回
路16に与えられる。
n個とし、副走査方向のある位置における1番目のノズ
ルの印字データを(D11,D21,D31,D41,
D51,D61)、2番目のノズルの印字データを(D
12,D22,D32,D42,D52,D62)のよ
うに表した場合、シフトレジスタ13には、全ノズルに
ついての第1の選択信号D1のデータ(D11,D1
2,D13,...D1n)がクロック信号に同期して
シリアル入力される。同様にして、第2の選択信号D2
のデータ(D21,D22,D23,...D2n)、
第3の選択信号D3のデータ(D31,D32,D3
3,...D3n)、第4の選択信号D4のデータ(D
41,D42,D43,...D4n)、第5の選択信
号D5のデータ(D51,D52,D53,...D5
n)、第6の選択信号D6のデータ(D61,D62,
D63,...D6n)が、一印刷周期内でシフトレジ
スタ13に転送される。
生する前に、当該波形要素を選択する印字データがシフ
トレジスタ13に転送される。そして、目的とするパル
スの発生に同期させて、シフトレジスタ13が記憶した
印字データをラッチ回路14に転送して記憶させる。ラ
ッチ回路14に移された印字データは、レベルシフタ1
5により所定電圧に昇圧されてからスイッチ回路16に
入力される。
の波形要素を選択するD1のデータは、直前の第6の期
間T6内にシフトレジスタ13に転送されている。そし
て、第1の期間T1の開始に合わせてラッチ信号が出力
され、このラッチ信号により、シフトレジスタ13が記
憶したD1の印字データは、パラレル信号に変換されて
ラッチ回路14に転送される。このラッチ回路14に転
送されたD1の印字データは、レベルシフタ15によっ
て所定の電圧値に昇圧された後、スイッチ回路16に供
給される。これにより、ノズルに与えられたD1の値が
「1」の場合は、第1の期間T1中の波形要素に従って
圧電振動子17が伸縮し、与えられたD1の値が「0」
であるノズルは、圧電振動子17に駆動信号が印加され
ない。同様にして、D2のデータ、D3のデータ、D4
のデータは、それぞれ目的とする波形要素が発生する直
前の期間内にシフトレジスタ13に転送される。
によって基本波形たる駆動信号を形成し、各駆動パルス
(または各波形要素)に対応したビットデータからなる
印字データをスイッチ回路16に与える構成のため、一
印刷周期内で、各ノズルから一つまたは複数のインク滴
をそれぞれ吐出させることができる。従って、記録紙上
における各記録ドット毎に多階調の表現を行うことがで
き、印刷速度を低下させることなく高品位の印刷を実現
することができる。
向に分割して波形要素を形成し、これらの各波形要素を
適宜組み合わせることにより、元の駆動信号には一見し
て含まれない新たな駆動パルス(DP23,DP13,
DP12)を合成することができる。従って、原駆動パ
ルスの選択可能なパターン数が7個であるのに対し、合
成駆動パルスを含めるとパターン数が合計10個に増加
するため、より豊かな階調表現を行うことが可能であ
る。
Pを維持する平坦なパルス頂部をそれぞれ有し、これら
のパルス頂部をパルス幅方向に分割して波形要素を形成
する構成のため、所望の波形要素を等しい電位(最大電
位VP)で接続することができる。また、タイミング変
動等によってパルス分割位置が多少ずれた場合でも、こ
の位置ずれをパルス頂部の幅分だけ吸収することができ
る。
実施の形態を以下のように表現することも可能である。
「複数のノズルのそれぞれに対応して設けられた圧力発
生素子を作動させることにより、前記各ノズルからイン
ク滴を吐出させるインクジェット式プリントヘッドの駆
動装置において、複数の駆動パルスを含んで構成された
駆動信号を発生させる駆動信号発生手段と、前記各駆動
パルスのうち少なくとも二つの駆動パルスがパルス幅方
向で分割された波形要素からそれぞれ形成されるよう
に、前記駆動信号の発生期間を複数の期間(T1〜T
6)に分け、該各期間のそれぞれに対応して設けられた
選択信号(D1〜D6)からなる印字データを生成する
印字データ生成手段と、前記印字データに基づいて作動
することにより、前記各駆動パルス及び前記各波形要素
を連結することにより得られる新たな駆動パルスのうち
いずれか一つの駆動パルスまたは複数の駆動パルスを圧
力発生素子に対して入力させるスイッチ手段とを備えた
ことを特徴とするインクジェット式プリントヘッドの駆
動装置」。
態を説明する。なお、以下の各実施の形態では、上述し
た第1の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付
し、その説明を省略するものとする。また、以下の各実
施の形態でも、選択可能なパターンの説明図中に印字デ
ータを付記してある。
は、例えば約5ngのインク滴を吐出させるための第1
パルス(小ドット用)と、例えば約10ngのインク滴
を吐出させるための第2パルス(中ドット用)と、例え
ば約2ngのインク滴を吐出させるための第3パルス
(極小ドット用)とから構成されている。
時間維持するパルス頂部をそれぞれ備えている。各駆動
パルスの詳細は、第1の実施の形態の説明が援用され
る。即ち、本実施の形態の第1パルスは第1の実施の形
態の第1パルスと、本実施の形態の第2パルスは第1の
実施の形態の第3パルスと、本実施の形態の第3パルス
は第1の実施の形態の第2パルスと、それぞれ同一形状
である。各充電時の電圧勾配θC及び各放電時の電圧勾
配θDは、それぞれパルス発生番号を添え字として付し
てあるため、第1の実施の形態と符号上は一致しない場
合がある。
ように、合計9個の信号パターンを選択することができ
る。例えば、DP1=5ng、DP2=10ng、DP
3=2ng程度の場合、DP12=20ng程度とな
る。その場合、それぞれの選択パターンによるインク滴
の大小関係は、次の通りである。
<DP2+DP3<DP1+DP2<DP1+DP2+
DP3<DP12 また、図10中の最下段に示す第1パルスと第3パルス
とを連結してなる新たな駆動パルスDP13は、微振動
パルスである。
第1の実施の形態と同様に、印刷速度の低下を招くこと
なく高品位の多階調印刷を実現することができる。
形態を説明する。
態による駆動信号は、例えば約3ngのインク滴を吐出
させるための第1パルス(極小ドット用)と、例えば約
8ngのインク滴をそれぞれ吐出させるための第2パル
ス及び第3パルス(いずれも中ドット用)とから構成さ
れている。
の説明が援用される。本実施の形態の第1パルスは第1
の実施の形態の第1パルスと、本実施の形態の第2パル
ス及び第3パルスは第1の実施の形態の第3パルスと、
それぞれ実質的に同一形状である。
すように、合計9個の信号パターンを選択することがで
きる。例えば、DP1=3ng、DP2=DP3=8n
g、DP12=12ng程度の場合、DP23=15n
g、DP13=22ng程度となる。その場合、それぞ
れの選択パターンによるインク滴の大小関係は、次の通
りである。なお、本実施の形態では、微振動パルスを省
略している。
+DP2(またはDP3)<DP12<DP23<DP
1+DP23<DP1+DP2+DP3<DP12+D
P3<DP13 このように構成される本実施の形態でも、上述した各実
施の形態と同様の効果を得ることができる。
の形態を説明する。
による駆動信号は、少量のインク滴を吐出させるための
第1パルス(極小ドット用)と、中程度のインク滴を吐
出させるための第2パルス(中ドット用)と、インク滴
を吐出しない第3パルス(微振動パルス)とから構成さ
れている。第1パルス及び第2パルスは共通の最大電位
VPを有し、第3パルスは最大電位VPより小さい最大
電位VNを有する。また、第3パルスは単独で用いられ
るため、波形要素に分割されていない。従って、本実施
の形態では一印刷周期は期間T1〜T5の5期間に分割
されており、印字データは5ビットで構成される。ま
た、後述のように、本実施の形態で選択可能なパターン
は4個であるから、プリンタコントローラ1では階調デ
ータを2ビットに圧縮しておくことができる。
実施の形態の第2パルスと類似するが、充電時の電圧勾
配θC1は、第1の実施の形態よりも急峻である点に注
目すべきである。この急峻な充電時の電圧勾配により、
メニスカスが発振し、最大電位VPに達したときに微少
なインク滴が吐出される。また、本実施の形態の第2パ
ルスは第1の実施の形態の第3パルスとほぼ同様の形状
である。
合計4個のパターンを選択することができる。それぞれ
の選択パターンによるインク滴の大小関係は、DP1<
DP2<DP12である。
パルスDP12によるインク滴吐出のメカニズムついて
説明する。まず、期間T1の波形要素によって圧電振動
子17が急速に充電されると、圧電振動子17は急速に
縮小する。これにより、メニスカスが急速に引き込まれ
て発振するため、微少なインク滴が吐出される。即ち、
期間T1では、発振現象を利用して微少なインク滴が吐
出され、この微少なインク滴は記録紙に着弾して付着す
る。微少なインク滴吐出後、期間T2及び期間T3での
ホールド期間中にインクが充填されて、メニスカスはイ
ンク滴吐出前の元の位置に復帰する。そして、期間T4
に至ると、圧電振動子17は最大電位VPから最低電位
VLまで急速に放電し、該圧電振動子17は急速に伸長
する。これにより、ホールド期間(T2,T3)中に復
帰したメニスカスは、急激に外部に押し出されるため、
第2パルス単独によるインク滴よりも大きいインク滴が
吐出される。従って、合成パルスDP12を圧電振動子
17に印加すると、最初に微少なインク滴が吐出され、
次いで大きなインク滴が吐出される。
上述した各実施の形態と同様の効果を得ることができ
る。
の形態を説明する。
態による駆動信号は、微少なインク滴を吐出させるため
の第1パルスと、中程度のインク滴を吐出させるための
第2パルスとから構成されている。そして、各駆動パル
スはパルス幅方向で2個の波形要素に分割されるため、
本実施の形態の印字データは4ビットとなる。また、後
述の如く、本実施の形態の選択可能パターンは4個であ
るから、プリンタコントローラ1では階調値を2ビット
に圧縮しておくことができる。
スは、グランドレベル程度のベース電圧VBからスター
トし(P11)、所定の電圧勾配θC1をもって中間電
位Vmまで上昇する(P12)。そして、中間電位Vm
を短時間だけ維持した後(P13)、所定の電圧勾配θ
D1でベース電位VBまで低下する。ここで、充電時の
電圧勾配θC1の方が放電時の電圧勾配θD1よりも大
きい。
電圧勾配θC2で中間電位Vmまで上昇し(P21)、
一旦中間電位Vmを短時間だけ維持してから(P2
2)、最大電位VPまで上昇する(P23)。そして、
最大電位VPを維持した後(P24)、ベース電位VB
まで低下する。そして、期間T3と期間T4との分断位
置は、中間電位Vmを維持するP22の部分に設定され
ている。ここで、P22において中間電位Vmをとるの
は、スイッチングトランジスタのタイミングをとるため
である。
合計4個のパターンを選択することができる。第1パル
スのみを選択すれば(DP1)、極小のドット径を得る
ことができ、第2パルスのみを選択すれば(DP2)、
中程度のドット径を得ることができ、第1パルスと第2
パルスとの合成駆動パルスを選択すれば(DP12)、
大きいドット径を得ることができる。
形態を説明する。
態による駆動信号は、例えば約5ngの小さいインク滴
を吐出させるための第1パルス(小ドット用)と、例え
ば約10ngのインク滴をそれぞれ吐出させるための第
2パルス及び第4パルス(いずれも中ドット用)と、例
えば約2ngの極小なインク滴を吐出させるための第3
パルス(極小ドット用)との4個の駆動パルスから構成
されている。
ス及び第3パルスは共通の第1の最大電位VP1を有
し、第2パルス及び第4パルスは共通の第2の最大電位
VP2を有する。ここで、第2の最大電位VP2の方が
第1の最大電位VP1よりも大きい。
方が充電時の電圧勾配θC1よりも大きい。これとは逆
に、第3パルスは、充電時の電圧勾配θC3の方が放電
時の電圧勾配θD3よりも大きい。従って、第1パルス
と第3パルスとは、共通の最大電位VP1を有するが、
第1パルスによるインク滴の方が第3パルスによるイン
ク滴よりも大きくなる。即ち、第1パルスではメニスカ
スを比較的緩やかに引き込んでおいてから急速に押し出
すのに対し、第3パルスではメニスカスを急速に引き込
んで発振させ、この発振の勢いでインク滴を吐出するた
めである。これら第1パルス及び第3パルスは、第1の
最大電位VP1を維持するパルス頂部でパルス幅方向に
分割された2個の波形要素からなる。
り、第1の実施の形態で述べた第3パルスと実質的に同
一である。また、第2パルス及び第4パルスは、それぞ
れ単独で使用されるため、第1パルス及び第3パルスの
ように、期間は分割されていない。
すように、合計10個の信号パターンを選択することが
できる。例えば、DP1=5ng、DP2=DP4=1
0ng、DP3=2ngとした場合、それぞれの選択パ
ターンによるインク滴の大小関係は、次の通りである。
なお、本実施の形態では、インク滴吐出のためには新た
な駆動パルスを生成せず、微振動パルスのみを合成して
いる。
(またはDP4)<DP3+DP4(またはDP2)<
DP1+DP4(またはDP2)<DP1+DP3+D
P4(またはDP2)<DP2+DP4<DP1+DP
2+DP3+DP4 なお、図20中の最下段に示す第1パルスと第3パルス
の合成駆動パルスDP13は、微振動パルスである。
上述した各実施の形態と同様の効果を得ることができ
る。
れている。本実施の形態による駆動信号は、第1パルス
〜第3パルスの合計3個の駆動パルスから構成されてお
り、第1パルス及び第3パルスは2個の波形要素からな
っている。
し(P11)、所定の電圧勾配θC1で最大電位VPま
で上昇する(P12)。そして、最大電位VPを維持し
た後(P13)、所定の電圧勾配θD1で中間電位Vm
まで低下し(P14)、中間電位Vmを短時間だけ保持
する(P15)。ここで、放電時の電圧勾配θD1の方
が充電時の電圧勾配θC1よりも急峻である。
圧勾配θD2で最低電位VLまで低下し(P21)、最
低電位VLを維持した後(P22)、所定の電圧勾配θ
C2で中間電位Vmに復帰する。また、P15で中間電
位Vmを短時間保持した後に第2パルスを発生させてい
るのは、スイッチングトランジスタのタイミングをとる
ためである。このP15における待ち時間は可及的に短
い方が好ましい。
し(P31)、所定の電圧勾配θC3をもって共通の最
大電位VPまで上昇する(P32)。そして、この最大
電位VPを保持した後(P33)、所定の電圧勾配θD
3で中間電位Vmまで低下する(P34)。ここで、充
電時の電圧勾配θC3は放電時の電圧勾配θD3よりも
急峻である。前記同様に、第3パルスは、メニスカスを
急速に引き込むことにより得られる発振現象を利用する
ため、吐出されるインク滴は微少である。
ーンが6個示されている。例えば、DP1=5ng、D
P3=2ng、DP12=15ngとすると、各信号パ
ターンによるインク滴の大小関係は、DP3<DP1<
DP1+DP3<DP12<DP12+DP3となる。
なお、図22中の合成駆動パルスDP13は、微振動パ
ルスである。
前記各実施の形態と同様の効果を得ることができる。
載された本発明の要旨の範囲内で種々の追加、変更等が
可能である。例えば、階調データから印字データへの変
換をデコード回路によって行ってもよい。また、デコー
ド回路をプリントヘッド内に設けてもよい。例えば、3
ビットの階調データを6ビットの印字データに翻訳する
場合、プリンタコントローラからは圧縮された3ビット
の階調データをプリントヘッドに出力し、プリントヘッ
ド内で6ビットの印字データに翻訳すると、データ転送
量を半減することができ、比較的遅い転送クロックでデ
ータを送ることができる。
として示された全てのパターンを必ずしも用いる必要は
ない。例えば、一例を挙げれば、第3の実施の形態で
は、DP1、DP2、DP12、DP23、DP13の
5パターンで十分な階調表現を行うことができる。特
に、合成された駆動パルスを多用することにより、一印
刷周期内で圧電振動子に印加するパルスの数を1個のみ
とし、充電及び放電を1回にできるため(中間電位復帰
の充電を除く)、消費電力を低減して素子からの発熱を
抑えることができるという特有の効果を得ることができ
る。
限られるわけではない。使用する圧力発生素子の特性等
によっては、例えば、共通の最低電位で波形要素を連結
することも考えられる。
ジェット式プリントヘッドの駆動装置及び駆動方法によ
れば、駆動信号を複数の駆動パルスで構成し、印字デー
タによって、前記各駆動パルス及び該各駆動パルス中に
含まれる波形要素を連結してなる新たな駆動パルスを選
択可能な構成としたため、同一のノズルから重量の異な
るインク滴を吐出できると共に、一印刷周期内で複数の
インク滴を吐出することができる。従って、記録紙上の
記録ドット径を可変に調整して高品位の多階調画像を高
速に印刷することができる。
ト式プリンタの全体構成を示す構成説明図。
図。
号と階調値等との関係を示す説明図。
ト。
ト。
イミング等との関係を示すタイムチャート。
号の各駆動パルスと印字データ等との関係を示すタイム
チャート。
ト。
ート。
信号の各駆動パルスと印字データ等との関係を示すタイ
ムチャート。
ート。
ート。
信号の各駆動パルスと印字データ等との関係を示すタイ
ムチャート。
ート。
信号の各駆動パルスと印字データ等との関係を示すタイ
ムチャート。
ート。
信号の各駆動パルスと印字データ等との関係を示すタイ
ムチャート。
ート。
ート。
信号の各駆動パルスと印字データ等との関係を示すタイ
ムチャート。
ート。
Claims (7)
- 【請求項1】複数のノズルのそれぞれに対応して設けら
れた圧力発生素子を作動させることにより、前記各ノズ
ルからインク滴を吐出させるインクジェット式プリント
ヘッドの駆動装置において、 複数の駆動パルスを含んで構成された駆動信号を発生さ
せる駆動信号発生手段を設け、 前記各駆動パルス及び該各駆動パルスを構成する信号波
形の構成要素である複数の波形要素から選択された各波
形要素同士を互いに等しい電位の連結点において連結す
ることにより得られる新たな駆動パルスのうちいずれか
一つの駆動パルスまたは複数の駆動パルスを、一印刷周
期内で前記圧力発生素子に対して入力させることを特徴
とするインクジェット式プリントヘッドの駆動装置。 - 【請求項2】複数のノズルのそれぞれに対応して設けら
れた圧力発生素子を作動させることにより、前記各ノズ
ルからインク滴を吐出させるインクジェット式プリント
ヘッドの駆動装置において、 複数の駆動パルスを含んで構成された駆動信号を発生さ
せる駆動信号発生手段と、 前記各駆動パルス及び該各駆動パルスを構成する信号波
形の構成要素である複数の波形要素から選択された各波
形要素同士を互いに等しい電位の連結点において連結す
ることにより得られる新たな駆動パルスのそれぞれに対
応して設けられたパルス選択信号により、一印刷周期内
で前記各駆動パルスのうちいずれか一つの駆動パルスま
たは複数の駆動パルスを選択するための印字データを生
成する印字データ生成手段と、 前記印字データに基づいて、前記駆動信号を前記圧力発
生素子に対して入力させるスイッチ手段とを備えたこと
を特徴とするインクジェット式プリントヘッドの駆動装
置。 - 【請求項3】前記新たな駆動パルスは、前記駆動信号中
の各駆動パルスをパルス幅方向に分割してなる前記複数
の波形要素から選択された各波形要素同士を互いに等し
い電位の連結点において連結することにより形成される
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
ト式プリントヘッドの駆動装置。 - 【請求項4】前記駆動信号中の各駆動パルスのうち前記
新たな駆動パルスの形成に関与する各駆動パルスは、共
通の最大電圧を維持する平坦なパルス頂部をそれぞれ有
し、前記各駆動パルスのパルス頂部をパルス幅方向に分
割してなる前記複数の波形要素から選択された各波形要
素同士を前記共通の最大電圧にある連結点において連結
することにより、前記新たな駆動パルスを形成すること
を特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載のイ
ンクジェット式プリントヘッドの駆動装置。 - 【請求項5】前記駆動信号中の駆動パルスまたは前記新
たな駆動パルスのうちいずれか一つの駆動パルスは、イ
ンク滴が吐出されない程度に前記圧力発生素子を作動さ
せる無印刷パルスであることを特徴とする請求項1乃至
4のいずれか一項に記載のインクジェット式プリントヘ
ッドの駆動装置。 - 【請求項6】前記圧力発生素子は、圧電振動子であるこ
とを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載の
インクジェット式プリントヘッドの駆動装置。 - 【請求項7】複数のノズルのそれぞれに対応して設けら
れた圧電振動子を作動させることにより、圧力発生室を
膨縮させて前記各ノズルからインク滴を吐出させるイン
クジェット式プリントヘッドの駆動方法において、 複数の駆動パルスを含んで構成された駆動信号を駆動信
号発生手段によって発生させ、 前記駆動パルスを構成する信号波形の構成要素であって
前記駆動信号中の駆動パルスをパルス幅方向に分割して
なる複数の波形要素から選択された各波形要素同士を互
いに等しい電位の連結点において連結することにより前
記駆動信号中に明示的に含まれない新たな駆動パルスを
生成し、 前記各駆動パルス及び前記新たな駆動パルスのそれぞれ
に対応して設けられたパルス選択信号によって、一印刷
周期内で前記各駆動パルスのうちいずれか一つの駆動パ
ルスまたは複数の駆動パルスを選択するために生成され
た印字データをスイッチ手段に入力し、 前記印字データに基づいて前記スイッチ手段を駆動する
ことにより前記駆動信号を前記圧電振動子に対して入力
させることを特徴とするインクジェット式プリントヘッ
ドの駆動方法。
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