JP2007008072A - 記録装置 - Google Patents

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明彦 野尻
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Abstract

【課題】スペクトラム拡散(SSCG)したクロックに同期した記録ヘッドの駆動パルスによりインク吐出をおこなうインクジェット記録方法であっても、良好な画像を提供する。
【解決手段】 周波数拡散された拡散クロック信号に同期した駆動パルス信号によりインクを吐出する記録ヘッド駆動パルス信号のパルス幅調整分解能(時間幅)をスペクトラム拡散クロック手段の変調周期の整数倍と一致させるようにした。 さらにプレヒートパルスとメインヒートパルス各々をスペクトラム拡散クロック手段の変調周期の整数倍とし、且つ変調周期未満のパルス幅補正も可能とする。
【選択図】図4

Description

本発明は記録ヘッドを用いて記録媒体に画像を記録する記録装置に関するものである。
プリンタ、複写機、ファクシミリ等に用いられる記録装置は、画像情報に基づいて、紙やプラスチック薄板等の記録媒体上にドットパターンからなる画像を記録する。このような記録装置は、その記録方式により、インクジェット方式、ワイヤドット方式、サーマル方式、電子写真方式等に分けることができる。そのうちインクジェット方式は、記録ヘッドの吐出口からインク液滴を吐出飛翔させ、これを記録媒体に付着させて画像を記録する。
このようなインクジェット式の記録ヘッドでは、ノズルからインクを吐出させるためにエネルギが必要となる。このエネルギ量は、記録されるデータの濃度が濃いとき、即ち、単位面積当り多量のインク吐出が必要な場合と、そうでなく濃度が薄い場合とでは異なる。
このようなエネルギ供給例として、記録ヘッドのノズル内に設けられた発熱素子(ヒータ)に通電して発熱させ、ノズル内のインクの瞬間的な膜沸騰による発泡エネルギによりインク吐出を行うものがある。
記録ヘッドへのエネルギの供給、即ちノズル内のヒータへの電力供給は、記録装置本体と記録ヘッドとを接続するケーブルを介して行われる。このようなケーブルにはいくらかの配線抵抗が存在するため、このケーブルを介して供給される電気エネルギにはこの抵抗分によるロスが生じる。このロス分はエネルギの供給量(電流)に比例して増加し、記録ヘッドの駆動条件に影響を与える結果となる。尚、ケーブルの配線抵抗以外にも、直流電源を供給する電源回路、その他の回路素子においても、エネルギの供給量によって動作条件が変化する。
通常の記録動作においては、前述のように記録データの濃度によって、記録ヘッドに供給されるエネルギ量が変化するため、それに伴い駆動条件が変化する結果となる。
駆動条件の変化は、良好な記録結果を得るための障害となる。従来は、このような障害を軽減化するために、必要なエネルギ量を求めて、投入するエネルギ量を最適値に補正するという方法が採用されている。この最適エネルギ量を求める方法としては、実際に電圧変動などの物理量を測定して求めることも考えられるが、手軽な実現方法として、これから記録をおこなうデータから、同時にインク吐出が行われるノズル数をカウントし、そのカウント値から最適エネルギ量を予測算出することが行われている。
また投入エネルギ量の補正方法として駆動電圧を可変する方法がある。
(例えば特許文献1)
又、エネルギ補正の別な方法としてヒート時間を補正する提案も為されている。
(例えば特許文献2)
上記特許文献1の方法によって駆動電圧自身を変更する場合、構成が大がかりになりやすい。
その点、特許文献2によれば、ヒート(駆動)時間を変更してエネルギ補正するのでハードウェアの変更は比較的軽微である。
近年、インクジェット記録装置は、高速化及び高精彩化が求められている。その背景として、高分解能化に加えてカラー画像の取り扱いにより画像データ量が増大していること等があげられる。
インクジェット記録装置は、ホストコンピュータからの画像データを元にインクジェット記録ヘッドの駆動をクロック信号に同期して行なう。
このクロック信号を高速化することにより画像形成能力を向上させているが、そのクロック信号の高調波に起因する放射電磁界干渉(EMI:Electro-Magnetic Interference)も悪化する傾向がある。
EMIノイズにおける代表的な規制は、VCCI(日本 自主規制)、FCC(米国)等があげられる。
これらのEMIノイズ規定値以内に放射ノイズレベルを抑えるために、プリント基板の多層化、接続束線にフェライトコアを入れたりと多様な対策がとられてきた。
しかし、フェライトコアや基板の多層化においては、コストが高くなってしまうことや,物理的なサイズが大きくなってしまうことなどが課題となっていた。
そこで、上記問題を解決する為に、他の方法として、スペクトラム拡散によるクロック発生回路を使用する方法が提案されている。
(例えば特許文献3)
以上のことから、良好で高精彩化の画像記録結果を得て、
かつ、放射電磁界干渉を効果的に抑制する為に、スペクトラム拡散によるクロック発生回路のクロックを使用し、ヘッド駆動ヒート時間を変更してエネルギ供給量を調整することが行われている。
特開平5-116342
特開2002-240254 特開平9-98152
しかしながら、スペクトラム拡散によるクロック発生回路のクロックを使用した場合、厳密にヒートパルス幅を制御できないといった問題があった。
クロック周波数拡散手段における周波数変動のためである。
図2にクロック信号周波数拡散とヘッド駆動ヒート時間の様子を示す。
クロック信号は、図3に示すように周波数拡散周期t0にてスペクトラム拡散されている。
ヘッドの駆動パルス幅は、スペクトラム拡散されたクロック信号に同期して生成される。このため図2のA部分に示すように駆動パルス幅はT1〜T2の間で振れてしまい一定のパルス幅を得る事ができない。
つまり、駆動パルス幅の制御がスペクトラム拡散の影響をうけてしまい、その結果としてインク吐出量が一定にならず良好な画像が得られないといった課題がある。
インクの吐出量がスペクトラム拡散周期に同期して変動するので、画像上に“モアレ”等の現象が現れることもある。
以上の点に鑑み、本発明は為されたものである。
即ち、本発明による記録装置は、
スペクトラム拡散方式により変調されたクロックを供給するクロック供給手段と、前記クロックに同期して動作する同期制御手段と、
複数の記録素子をもつ記録ヘッドと、前記記録素子への駆動パルスの幅を設定する駆動パルス幅設定手段とを具え、
前記駆動パルス幅はスペクトラム拡散周期に関連する時間に設定されることを特徴とする。
又、本発明による記録装置は、
スペクトラム拡散方式により変調されたクロックを供給するクロック供給手段と、前記クロックに同期して動作する同期制御手段と、
複数の記録素子をもつ記録ヘッドと、前記記録素子への第1の駆動パルスの幅を設定する第1駆動パルス幅設定手段と、
前記記録素子への第2の駆動パルスの幅を設定する第2駆動パルス幅設定手段とを具え、前記第1の駆動パルス幅と前記第2の駆動パルス幅はスペクトラム拡散周期に関連する時間に設定されることを特徴とする。
以下、図3と図4を参照し、説明する。
図3において、スペクトラム拡散周期t0は常に一定であり、1周期分の積算クロック数をc0とすると、同様にc0も常に一定である。
図4にt0、c0とスペクトラム拡散の位相との相関関係を示す。
積算カウントは周波数拡散のどの位相からカウント開始しても積算クロック数がc0の時点で常にスペクトラム拡散周期t0となりスペクトラム拡散手段の影響を受けない一定時間幅(時間分解能)を得ることが出来る。
つまり、ヘッドの駆動パルス幅をカウントc0の整数倍に設定、或いは補正制御することにより、スペクトラム拡散手段の影響を受けずに所望の値が得られるので、結果良好な画像が得られる。
本発明を実施する最良の形態について、以下に図を用いて詳細に説明する。
図5は、本発明の代表的な実施形態であるカラーインクジェット記録装置(以下、記録装置という)の構成を示す概略斜視図である。
図5において、記録装置100のキャリッジ106上にはインクタンク202と結合された記録ヘッド201が搭載されている。
4色のインク(ブラック、シアン、マゼンタ、イエロ)がそれぞれ入れられた4つのインクタンク202を有し、記録ヘッド201は夫々のインクタンクからインクの供給をうけ、4色のインクを吐出してカラー記録を行う(近年、4色だけでなくさらに多数の色及びタンクで構成されているものもある)。103は紙送りローラで、紙送りモータ405で駆動され、不図示の補助ローラとともに記録紙107を抑えながら図中の矢印方向に用紙を搬送する。
用紙107の正確な位置を検出するため、紙送りモータ405の回転軸にエンコーダディスク115を結合し、用紙の搬送位置管理することが望ましい。
406はキャリッジモータで、キャリッジベルト105を介してキャリッジ106を図の矢印(左右)方向に往復させる。キャリッジ106の移動速度、及び現在位置を検知するためのリニアスケール110を備えるのが高画質化のためにはより好ましい。
キャリッジ106は、記録装置が記録を行っていないとき、あるいは記録ヘッド201の回復動作を行うときには記録ヘッド201を図の左側のキャップ機構114へ移動させる。119は記録ヘッド201の記録面に付着、成長したインク滴等を払拭するワイパブレードである。
記録装置100が記録開始命令をホスト(記載無)から受信すると、それまでキャップ機構114にて密閉キャップされていた記録ヘッド201は、キャリッジモータ406によって図右方向に移動しながら記録ヘッド201に設けられた記録素子を駆動して用紙107上に記録ヘッドの記録幅に対応した領域の記録を行う。
キャリッジ106の走査方向に沿って、用紙端部まで記録が終了すると、キャリッジ106は一旦左方向に戻り、再び右方向への記録を行う。前回の記録走査が終了してから、続く記録走査が始まる前に紙送りモータ405によって用紙107を図の矢印前方向に搬送する。
このように記録のためのキャリッジ往復走査と紙送りとを繰り返すことにより、用紙107上への記録が完成する。記録ヘッド201からインクを吐出する記録動作は、制御回路からの制御に基づいて行われる。
また、記録速度を高めるため、キャリッジ106が図の右方向へ移動中にのみ記録を行うのではなく、キャリッジ106を図の左側へ戻す際の復路においても記録を行う構成であってもよい。
また、記録装置100はキャリッジの往復動作を伴なわないラインヘッドを使用したものであっても良い。
<記録ヘッドの説明>
図6は、図5に示した記録ヘッド201の要部斜視図である。
記録ヘッド201には、所定のピッチで複数の吐出口300が形成されており、共通液室301と各吐出口300とを連結する各液路302の壁面に沿ってインク吐出用のエネルギを発生するための加熱素子303が配設されている。加熱素子303とその駆動回路はシリコン基板308上に半導体製造技術を利用して作られている。
これらの電気配線が作られたシリコン基板308を放熱用のアルミベースプレート307に接着している。また、シリコン基板308上の回路接続部311とプリント基板309とは超極細ワイヤ310により接続され記録装置本体からの信号は信号回路312を通して受け取られる。
液路302および共通液室301は射出成形により作られたプラスチックカバー306で形成されている。共通液室301は、前述したインクタンク(図5参照)とジョイントパイプ304とインクフィルタ305を介して連結しており、共通液室301にはインクタンクからインクが供給される構成となっている。インクタンクから共通液室301に供給されて一時的に貯えられたインクは、毛管現象により液路302に侵入し、吐出口300でメニスカスを形成して液路302を満たした状態を保つ。
このとき、電極(記載無)を介して加熱素子303に通電され、加熱素子303上のインクが急激に加熱されて液路302内に気泡が発生し、この気泡の膨張により吐出口300からインク滴313が吐出される。
<制御部の説明>
図7は、記録装置の各部を制御するため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、400はホストから記録信号を入力するインタフェ−ス、401はMPU、402はMPU401が実行する制御プログラムを格納するROM、403は各種データ(上記記録信号や記録ヘッド201に供給される記録データ等)を保存しておくDRAMである。
MPU401内部に具える不図示のEEPROMには累積的な記録ドット数や記録ヘッドの交換回数等も記憶できる。404は記録ヘッド201に対する記録データの供給制御を行うゲートアレイであり、インタフェース400、MPU401、DRAM403間のデータの転送制御も行う。
406は記録ヘッド201を搭載したキャリッジ106を左右に移動するためのキャリッジモータ、405は用紙107を搬送するための紙送りモータである。407、408は夫々キャリッジモータ406、紙送りモータ405を駆動するモータドライバである。409は記録ヘッド201を駆動するヘッドドライバである。
また、記録ヘッド201には記録ヘッド自身の特性情報を格納したEEPROM205と記録ヘッドの内部温度を測定する温度センサ206とが備えられており、記録ヘッド201がキャリッジ106に搭載されたとき、EEPROM205に格納された情報や温度センサ206からの出力がMPU401に対して転送可能である。
また、400Aは、水晶発振子(X'tal)であるが発振器であっても良い。発振子からのクロックを400BのSSCG(Spread Spectrum Clock Generator)にスペクトラム拡散されたクロック400Cが記録制御部400D内の各素子に供給される。
したがって、記録制御部はスペクトラム拡散されたクロック400Cに同期して動作をする。
通常、水晶発振子400A、SSCG400Bは、記録制御部400D内に構成さるが、今回説明するにあたり記録制御部400Dの外側に配置している。
しかし,実施例の構成を限定するものでは無い。
以下、記録ヘッドの駆動制御について説明する。
<概要>
記録ヘッドに電力を供給する電源配線等における電圧降下を判定し、電圧降下量に見合った適切な駆動パルス幅で記録ヘッドを駆動する。
駆動パルス幅は、スペクトラム拡散されたクロック400Cのスペクトラム拡散周期の整数倍で制御又は補正される。
<記録ヘッド制御の概要>
インクを吐出させるため、記録データとヒートパルスとの論理積の演算結果がノズルの加熱素子303に供給される。
記録データは、記録の有無を決定し、ヒートパルスは吐出エネルギの制御に関与する。また、吐出可能ノズルを全数同時に駆動することは、電力、発生熱量、また、インク供給面からみて過大となるため、通常は加熱素子303をいくつかのグループに分割し、時分割駆動する。
図8はこの実施形態に従う記録ヘッドの駆動回路を示す図であり、図9は図8に示す記録ヘッドの駆動タイミングを示すタイミングチャートである。
図8に示すように、この記録ヘッドは、8ビットのシフトレジスタ802と3つのブロック分割信号(BE0、BE1、BE2)がデコーダ800に入力されることにより8ノズルずつに8分割された64個のノズルを有している。加熱素子303はトランジスタにより駆動され、加熱されるとインクに膜沸騰が生じ、インクを吐出させることができる。
図9に示すように、記録データ(Si)は記録データ取り込みのためのクロック信号(HCLK)と共に、記録制御部からシフトレジスタ802にシリアル転送され、ラッチ信号(BG)でラッチ801にラッチされる。ブロック分割信号(BE0、BE1、BE2)はデコーダ800で8つの信号にデコードされ、8分割された加熱素子群のそれぞれのイネーブル信号(ブロック指定信号)となる。
そして、記録データと選択されたブロック指定信号とヒートパルス信号(HE)の論理積の出力結果に従って吐出する、しないが決定される。
つぎに、記録時の駆動電圧の電圧降下について図10を用いて説明する。
記録ヘッド201のインク吐出ノズル毎に具えた加熱素子303の駆動電流は記録装置本体の電源204から記録ヘッド201に対して供給されるが、ヘッド駆動時に配線抵抗等により電圧降下が生じることが知られている。
この電圧降下を抑制する為、電解コンデンサ203がヘッド近傍に装着されることが一般的である。しかし、電解コンデンサ203のみでは、電圧を一定に保つことが困難である。同時駆動ノズル数が増すに従って、電流が集中する記録ヘッド201内部の配線パターン202aや202bによる電圧降下が比較的大きくなるためである。
電圧降下が大きくなると、加熱素子303に対して同時駆動ノズル数が小さい時と同等なエネルギを供給するためにはこの電圧降下分をパルス幅にて補正する方法がある。
以下、各ノズルに具えた加熱素子303への駆動パルスの波形を図1に示す。
本実施例では、プレヒートパルスとメインヒートパルスからなるダブルパルス構成とする。なお、記録ヘッドのノズル構造やインクの物性によっては、メインパルスのみからなるシングルパルス構成であっても良い。
図1において、時間間隔PT00は、ラッチを正常に行うためのブロックトリガ信号(Trig)から約0.1μs程度のパルスマージンである。t=PT00〜PT01(PTW)の区間はプレヒートパルスが加熱素子303に印加される。続いて、t=PT01〜PT02までが休止時間(パルスインターバル)である。
その後、時間間隔PTM00のメインヒートパルスが印加されることでインクの吐出が行われる。ただし、加熱素子303の抵抗、トランジスタのON抵抗等の条件に応じて、メインヒートパルスのパルス幅は補正され、最適化することが望ましい。
さらに、PTK00は、例えば同時駆動ノズル数の増加に伴う、電圧降下を補償するためのパルス幅補正分である。
電圧降下は、AD変換器によりリアルタイムに検出しても良いし、
同時吐出ノズル数から予め推測した値を表形式で持ってもよい。
また、パルス幅補正分PTK00は、電圧降下に関する補償に限定するものでなく、記録ヘッドの温度に応じたパルス幅補正もする。
また、プレヒートのパルス幅(PTW)及びメインヒートパルス幅(PTM00)とそのパルス幅補正分(PTK00)は、スペクトラム拡散周期t0の整数倍にて設定される。
PTW =n×t0
PTM00=m×t0
PTK00 =h×t0
(n,m,h共に整数)
これにより、メインヒート及びプレヒートともにスペクトラム拡散クロックを使用しながらも正確にそのパルス幅の設定、或いは補正を実現できる。
以下、記録制御部400D内での駆動パルスの生成について説明する。
駆動パルスの生成は、図7中のゲートアレイ404により生成される。ゲートアレイ404中にカウンタが設けられそのカウンタの閾値によりプレヒート及びメインヒートパルスが出力される。カウンタとヒートパルス幅の関係は図1に示すとおりである。それぞれの閾値c00〜c6は、MPU401によりROM402内のプログラムにより設定される。
それぞれ、
プレヒートパルス幅PTW: c2−c1
メインヒートパルス幅PTM00: c4−c3
パルス幅補正分PTK00: c5−c4
の間で駆動信号が出力される。
タイマがカウント値c6に達すると値がクリアされカウント値c00にて次回の駆動開始まで待機をしている。
それぞれのパルス幅は、本発明の特徴であるスペクトラム拡散周期t0の整数倍にて設定される。
それぞれのカウント値は、スペクトラム拡散周期t0に対応するc0の整数倍に設定される。
c1=a×c0
c2=b×n0
c3=c×n0
c4=d×n0
c5=e×n0
(a〜eは、整数である。)
パルス幅を決定するそれぞれのカウント値c1〜c5がスペクトラム拡散周期t0(カウント値c0)の整数倍に設定されることで、
それぞれのプレヒートパルス幅PTW、メインヒートパルス幅PTM00、パルス幅補正分PTK00は、
スペクトラム拡散(SSCG)手段の影響を受けずに、正確なパルス幅を生成できるようになる。
<第2の実施例>
スペクトラム拡散(SSCG)手段を用いた加熱素子303の駆動パルス幅制御に関する第2の実施例を図11に示す。
第1の実施例を図1により説明したが、本図11では図1と異なる部分を説明し、同じ部分の説明は省略する。
本実施例では、プレヒートパルスとメインヒートパルスのパルス幅の補正分を任意に設定できる。
図11において、時間間隔PT00は、(図1と同じく)ラッチを正常に行うためのブロックトリガ信号(Trig)から約0.1μs程度のパルスマージンである。PTW min.(1101)はプレヒートパルスの最小幅であり始点、終点共にスペクトラム拡散周期t0の整数倍地点でそのパルス幅はゲートアレイ404内部カウンタのカウント値換算で、
プレヒートパルス最小幅PTW min.:c2−c1
となり、この値は振れることは無い。
次にプレヒートパルスのパルス幅の補正分1103は4段階の選択的な延長が可能である。これらの延長分はスペクトラム拡散周期t0より小さく、段階も任意に設定可能であるが、SSCG(400B)でスペクトラム拡散されたクロック400Cの倍数であるので、延長分に関しては±1%程度の誤差は発生するが基本幅PTW min.が一定であり、実用上何ら問題ないと考えられるが、この誤差も避けようとする場合はSSCG(400B)でスペクトラム拡散される以前のクロックの分周出力を用いれば良いが、放射電磁界干渉(EMI:Electro-Magnetic Interference)を改善するという本来の目標からすると、多少不利となる傾向となるであろう。
次にPTM min.(1102)はメインヒートパルスの最小幅であり始点、終点共にスペクトラム拡散周期t0の整数倍地点でそのパルス幅はゲートアレイ404内部カウンタのカウント値換算で、
プレヒートパルス最小幅PTW min.:c4−c3
となり、この値は振れることは無い。
次にメインヒートパルスのパルス幅の補正分1104は8段階の選択的な延長が可能である。これらの延長分はスペクトラム拡散周期t0より小さく、段階も任意に設定可能であるが、SSCG(400B)でスペクトラム拡散されたクロック400Cの倍数であるので、プレヒートパルスの場合と同様、延長分に関しては±1%程度の誤差は発生するが基本幅PTM min.が一定であり、実用上何ら問題ないと考えられるが、この誤差も避けようとする場合はSSCG(400B)でスペクトラム拡散される以前のクロックの分周出力を用いれば良いが、放射電磁界干渉(EMI:Electro-Magnetic Interference)を改善するという本来の目標からすると、やはり多少不利と言わざるを得ない。
本発明は、吐出口からインクを吐出する記録ヘッドを用いて記録媒体に画像を記録するインクジェット記録装置へ利用可能である。
本発明によるヘッドの駆動パルス波形を示す図である。 駆動パルスとクロック周波数拡散の関係を示す図である。 周波数拡散されたクロックのプロファイルと周波数変動を示す図である。 周波数拡散されたクロックのプロファイルと周波数拡散周期及びそのときのカウント値c0の関係を示した図である。 記録装置の構成を示す概略斜視図である。 記録ヘッドの要部斜視図である。 制御回路の構成を示すブロック図である。 記録ヘッドの駆動回路を示す図である。 記録ヘッドの駆動タイミングを示すタイミングチャートである。 記録ヘッドへの電源供給経路を示す図である。 第2の実施例による駆動パルス波形を示す図である。
符号の説明
100 記録装置
106 キャリッジ
107 記録紙

201 記録ヘッド

300 吐出口
301 共通液室
302 液路
303 加熱素子

400 インタフェ−ス
401 MPU
402 ROM
404 ゲートアレイ
405 紙送りモータ
406 キャリッジモータ
400A 水晶発振子
400B スペクトラム拡散手段(SSCG)
400C 拡散クロック
400D 記録制御部

800 デコーダ
801 ラッチ
802 シフトレジスタ

Claims (6)

  1. スペクトラム拡散方式により変調されたクロックを供給するクロック供給手段と、前記クロックに同期して動作する同期制御手段と、
    複数の記録素子をもつ記録ヘッドと、前記記録素子への駆動パルスの幅を設定する駆動パルス幅設定手段と、を具える記録装置において、
    前記駆動パルス幅はスペクトラム拡散周期に関連する時間に設定されることを特徴とする記録装置。
  2. 前記駆動パルス幅は前記スペクトラム拡散周期の整数倍に設定されることを特徴とする請求項1記載の記録装置。
  3. スペクトラム拡散方式により変調されたクロックを供給するクロック供給手段と、前記クロックに同期して動作する同期制御手段と、
    複数の記録素子をもつ記録ヘッドと、前記記録素子への第1の駆動パルスの幅を設定する第1駆動パルス幅設定手段と、
    前記記録素子への第2の駆動パルスの幅を設定する第2駆動パルス幅設定手段と、を具える記録装置において、
    前記第1の駆動パルス幅と前記第2の駆動パルス幅はスペクトラム拡散周期の整数倍に設定されることを特徴とする記録装置。
  4. 前記第1の駆動パルスのパルス幅を補正する第1補正手段と、前記第2の駆動パルスのパルス幅を補正する第2補正手段をさらに具えることを特徴とする請求項3記載の記録装置。
  5. 前記第1補正手段で補正するパルス幅は前記スペクトラム拡散周期より小さいことを特徴とする請求項4記載の記録装置。
  6. 前記第2補正手段で補正するパルス幅は前記スペクトラム拡散周期より小さいことを特徴とする請求項4記載の記録装置。

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JP2010259062A (ja) * 2009-03-30 2010-11-11 Brother Ind Ltd 通信装置及びその信号処理方法
JP2011131580A (ja) * 2009-11-26 2011-07-07 Canon Inc 記録ヘッド用基板、記録ヘッド及び記録装置

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