JP2885714B2 - 静電式インクジェット記録装置 - Google Patents

静電式インクジェット記録装置

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  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はインクジェット記録
装置に関し、特に顔料系インク中の色材粒子を電気泳動
現象により制御する静電式インクジェット記録装置に関
する。
【0002】
【従来の技術】電気泳動現象を利用した静電式インクジ
ェット記録装置におけるヘッド駆動制御方式の一例を、
図3〜図6を用いて説明する。図3は従来のヘッド駆動
制御方式を説明するための静電式インクジェット記録装
置の構成の概略を示す模式図、図4は吐出電極(A)と
吐出電極(B)と吐出電極(C)へのそれぞれの印加電
圧を示す波形図、図5は複数の吐出電極を1回の印字周
期内で時分割で制御するヘッド駆動方式のインクジェッ
ト記録装置の構成を示す斜視図、図6は複数の吐出電極
への印加電圧を示す波形図である。
【0003】図3に示す電気泳動電極103に、図4に
示す一定電圧Vepを印加し、図5に示す顔料系インク
210が満たされているインク室101に電界を加える
と、顔料系インク210中の色材粒子317がインク吐
出口へ電気泳動現象で移動し、インク吐出口102に色
材粒子が移動すると、メニスカス316が生じる。一
方、図3に示す制御部114は、コンピュータ等から入
力インタフェース113を経由して入力される印字デー
タおよび印字制御信号に応じて、色材粒子317の吐出
を行う吐出電極(A)105と、その両隣に位置する吐
出を行わない吐出電極(B)116およびその外側の吐
出電極(C)117に印加すべき電圧信号を決定し、吐
出電極電圧制御部115にこの電圧信号を送出する。
【0004】吐出電極電圧制御部115は、制御部11
4からの電圧信号を検出すると、図4に示すように、吐
出電極(A)には先ず吐出に先立ち電圧Vb,時間Tb
のバイアス電圧を印加する。この吐出を行う前に印加す
るバイアス電圧Vbは、吐出が起こらない程度の高さの
電圧とし、吐出を行うための電圧Vpとは、Vp>Vb
となる。そして吐出電極(C)117には、電圧Vc,
時間Tの電圧を印加し、吐出電極(B)116は電圧は
印加せず、非接地浮遊状態とする。その後、印字データ
に基づいて吐出電極(A)から色材粒子317の吐出を
行う際には、吐出電極電圧制御部115は吐出電極
(A)105に、電圧Vp,時間Tpの吐出電圧を印加
する。
【0005】色材粒子317の吐出を行う吐出電極
(A)105は、電圧Vpが印加されている間、その先
端部に色材粒子317が移動して集中し、さらに静電気
力によって顔料系インク210の表面張力や粘性力等に
打ち勝って、電圧Vp,時間Tの電圧に同期したタイミ
ングで、飛翔粒子群111となって吐出電極(A)10
5の先端部から飛翔し、記録媒体104上に付着する。
なお記録ヘッドへは、色材粒子317の補給が適宜行わ
れ、このような動作が繰り返されて記録媒体104上に
記録が行われる。また、バイアス電圧Vbを印加してお
くのは、上述の電圧Vpで生じる対向電極(正確には不
吐出時に吐出電極先端に形成されるメニスカス(図3の
316参照))との電位差により吐出電極が破壊される
のを防止するためであり、両隣の吐出電極を非接地浮遊
状態とするのは、吐出時の各電極の電位差により電界が
発生して色材粒子が両隣へ移動する現象を防止するため
である。
【0006】次に上述のようなヘッド駆動制御を行いな
がら、且つ1回の印字周期T内で複数の吐出電極の全て
から色材粒子の吐出を行えるようにした静電式インクジ
ェット記録装置のヘッド駆動制御方式について説明す
る。図5に示すように複数の吐出電極を持った静電式イ
ンクジェット記録装置は、顔料系インク210が満たさ
れているインク室101と、この顔料系インク210中
の色材粒子317を電気泳動現象によりインク吐出口1
02へ集中させるための電気泳動電極103と、インク
吐出口102へ集中した色材粒子317を吐出させ記録
媒体104上に飛翔させるための複数の吐出電極220
〜227と、これらの吐出電極に対向し記録媒体104
の背面に配設した対向電極109とで構成される。
【0007】またインク吐出口102は、各吐出電極の
先端で凸状の顔料系インク210のメニスカス316が
できるように、流路壁208により各吐出電極220〜
227毎に仕切られている。インク室101は、インク
供給口206とインク吐出口207とへ、インクタンク
がチューブで接続されており(図示せず)、インク室1
01内のインクへ背圧を与えると共に、インク室101
内の顔料系インク210を強制的に循環させる構成とな
っている。
【0008】そして印字周期Tを8分割に時分割し、そ
れぞれの吐出電極毎に1/8づつの吐出時間を割り当て
る。すなわち1/8Tは吐出電極1、2/8Tは吐出電
極2、と言うように吐出電極8の吐出時間8/8Tまで
に割り当てる。ここで8分割した各吐出時間1/8T〜
8/8Tは、それぞれ色材粒子の吐出が十分に行えるだ
けの時間を設定する。そして記録装置の電源投入時から
吐出開始直前までの図5のαに示す時間には、全ての吐
出電極へ上述のバイアス電圧Vbを印加する。
【0009】そして図5のA1部においては、吐出電極
電圧制御部115は、吐出電極1にバイアス電圧Vbを
Tb時間印加すると共に、吐出電極2を非接地浮遊状態
とし(従って上述のように電圧Vzが誘起される:図中
A2部)、吐出電極3には色材粒子317が吐出しない
程度の電圧Vcを1/8T時間印加し(図中A3部)、
その他の電極はバイアス電圧Vbの印加をそのまま継続
する。また吐出を行う吐出電極1には、上述のTb時間
経過後に吐出電圧Vpを(1/8T−Tb)時間印加す
る。
【0010】そして次のタイミング2/8Tにおいて
は、図中B2で吐出電極2にバイアス電圧VbをTb時
間印加すると共に、吐出電極1(図中B1部)および吐
出電極3(図中B3部)を非接地浮遊状態とし、吐出電
極4には吐出しない程度の電圧Vcを2/8T時間印加
し(図中B4部)、その他の電極にはバイアス電極Vb
を印加する。また 吐出を行う吐出電極2には、上述の
Tb時間経過後に吐出電圧Vpを(2/8T−Tb)時
間印加する。同様にして次のタイミング3/8Tにおい
ては、図中C3で吐出電極3にバイアス電圧VbをTb
時間印加すると共に、吐出電極2(図中C2部)および
吐出電極3(図中C4部)を非接地浮遊状態とし、吐出
電極1(図中C1部)および吐出電極5(図中C5部)
には吐出しない程度の電圧Vcを3/8T時間印加し、
その他の電極にはバイアス電極Vbを印加する。また
吐出を行う吐出電極3には、上述のTb時間経過後に吐
出電圧Vpを(3/8T−Tb)時間印加する。
【0011】このように印字周期Tを8分割で時分割
し、それぞれのタイミングで吐出させたい吐出電極をシ
フトさせる構成としたので、5本の吐出電極を1組とし
て駆動させるヘッド駆動制御方式を採用する場合におい
ても、印字周期Tの中で全ての吐出電極から色材粒子を
吐出させることができる構成とすることができる。なお
図5,図6の例では、ヘッドが8本の吐出電極で構成さ
れているので、8分割としているが、一般的にはN本の
ヘッドに対してN分割されることは言うまでもない。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】然しながら上述の静電
式インクジェット記録装置では、図3に示す吐出電極電
圧制御部115で必要な吐出電極用電圧Vp,Vc,V
bをそれぞれ記録装置に搭載される電源ユニット(図示
せず)から個別に供給しており、複数の電源ユニットを
用意する必要性から、記録装置が大型化しコスト高とな
る。また、吐出電極電圧制御部115で吐出電極を非接
地浮遊状態にするために、吐出電極電圧制御部115に
リレー及びソレノイド等を設け、機械的に電源とグラン
ド接地との両方を切り離す動作を行っているが、機械的
動作の応答時間を早くすることには限界があり、従って
印字速度を早くできない。特に上述の時分割制御を行う
方式では、この問題が顕著になる。本発明はかかる問題
点を解決することを目的としている。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明に係わる静電式イ
ンクジェット記録装置は、電気泳動電極へ所定電圧を印
加し、電気泳動現象によりインク吐出口へインク中の色
材粒子を集中させ、複数の吐出電極の何れかに吐出電圧
を印加することで前記色材粒子を飛翔させて記録を行う
静電式インクジェット記録装置において、ヘッド駆動時
に予め全ての吐出電極にバイアス電圧を印加し、前記色
材粒子を飛翔させる際に、色材粒子の吐出を行う任意の
吐出電極の両隣の吐出電極を非接地浮遊状態とし、前記
両隣の吐出電極の外側の吐出電極に色材粒子の吐出が起
こらない程度の電圧を印加し、前記色材粒子の吐出を行
う任意の吐出電極に前記吐出電圧を印加する制御を行
う、スイッチング動作を行う電子デバイスで構成された
吐出電極電圧制御部を備え、1つの電源でこれらの制御
を行わせることを特徴とする。
【0014】また、ヘッド駆動時に予め全ての吐出電極
にバイアス電圧を印加し、前記色材粒子を飛翔させる際
に、色材粒子の吐出を行う任意の吐出電極の両隣の吐出
電極を非接地浮遊状態とし、前記両隣の吐出電極の外側
の吐出電極に色材粒子の吐出が起こらない程度の電圧を
印加し、前記色材粒子の吐出を行う任意の吐出電極に前
記吐出電圧を印加する制御を、吐出電極がN本で構成さ
れる記録ヘッドで、1回の印字周期TでN本すべての吐
出電極で色材粒子の吐出が可能なようにT/Nに時分割
して行わせる、スイッチング動作を行う電子デバイスで
構成された吐出電極電圧制御部を備え、1つの電源でこ
れらの制御を行わせることを特徴とする。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図1,
図2を参照して説明する。図1は本発明の静電式インク
ジェット記録装置の吐出電極電圧制御部115に用いら
れる電圧供給回路の回路構成を示す接続図、図2は図1
に示す電圧供給回路の制御態様を示す図である。上述の
ように吐出電極電圧制御部115は、印字データに応
じ、それぞれのタイミングで吐出電極にVp,Vc,V
bを印加し、あるいは吐出電極を非接地浮遊状態にする
ことによって色材粒子の吐出を行う。図1において、T
R1(401),TR3(403),TR4(40
4),TR6(406),TR7(407)およびTR
9(409)はそれぞれnpn型のトランジスタ、TR
2(402),TR5(405)およびTR8(40
8)はpnp型トランジスタを示し、R1(410)〜
R12(421)は抵抗である。
【0016】なお図1に示す回路において、トランジス
タがONすることによって発生するサチレーション電圧
損失Vceについては、吐出電極用電源(駆動電源)V
hdの電圧が高く、その値は無視できるものとする。ま
た、点線で囲まれる425はVb電圧を発生させるVb
電圧発生部、426はVc電圧を発生させるVc電圧発
生部、427はVp電圧を発生させるVp電圧発生部で
あり、それぞれの出力はワイヤード接続されて吐出電極
へ電圧を供給するように構成されている。
【0017】次に動作について図2を参照して説明す
る。先ず、吐出電極へのバイアス電圧Vbの出力は、T
R1(401)およびTR3(403)をONし、その
他のトランジスタTR4(404),TR6(40
6),TR7(407)およびTR9(409)をOF
Fすることにより行う。すなわちトランジスタTR1
(401)がON状態となると抵抗R1(410)とR
2(411)で定まる電圧がトランジスタTR2(40
2)のベースに印加され、TR2(402)がONす
る。
【0018】ここでR1(410)とR2(411)の
抵抗値は、トランジスタTR2(402)のベース部最
大印加電圧値を超えないように、以下の関係式(1)を
基に設定する必要がある。 TR2(402)のVBE= −(Vhd−(Vhd×(R2/(R1+R2)))・・・(1) そして、TR2(402)がONし、TR3(403)
がONすることにより、抵抗R3(412)とR4(4
13)とによって、以下の関係式(2)で定まるバイア
ス電圧Vbが発生する。 Vb=(Vhd×(R4/(R3+R4))・・・(2)
【0019】また、その他のトランジスタTR4(40
4),TR6(406),TR7(407)およびTR
9(409)はOFF状態であるので、矢印で示すVc
部およびVp部が非接地浮遊状態となり、従って矢印で
示すVb部のみに電圧が発生し、この電圧Vbが吐出電
極へ供給される。なお、Vb部,Vc部およびVp部に
設けられているダイオードD1(422),D2(42
3)およびD3(424)は、逆電流(逆電圧)によっ
て回路素子が破壊されるのを防止する動作を行う。
【0020】次に上述の吐出を行う吐出電極の両隣のさ
らに外側の吐出電極に印加する電圧Vcの出力は、トラ
ンジスタTR4(404)およびTR6(406)をO
N状態とし、その他のトランジスタTR1(401),
TR3(403),TR7(407)およびTR9(4
09)をOFFすることにより行う。なお抵抗R5(4
14)とR6(415)の抵抗値は、トランジスタTR
5(405)のベース部最大印加電圧値を超えないよう
に、以下の関係式(3)を基に設定する必要がある。 TR5(405)のVBE= −(Vhd−(Vhd×(R6/(R5+R6)))・・・(3)
【0021】そしてTR4(404)がONするとTR
5(405)がONし、TR6(406)がONするこ
とによって抵抗R7(416)と抵抗R8(417)と
によって、以下の関係式(4)で定まる電圧Vcが発生
する。 Vc=(Vhd×(R8/(R7+R8))・・・(4) そしてその他のトランジスタTR1(401),TR3
(403),TR7(407)およびTR9(409)
はOFF状態であるので、矢印で示すVb部とVp部と
は非接地浮遊状態となり、矢印で示すVc部のみにVc
電圧が発生し、この電圧Vcが吐出電極へ供給される。
【0022】次に色材粒子の吐出を行う吐出電極に印加
する吐出電圧Vpの出力は、同様にトランジスタTR7
(407)およびTR9(409)をONし、その他の
トタンジスタTR1(401),TR3(403),T
R4(404)およびTR6(406)をOFFするこ
とにより行う。なお抵抗R9(418)とR10(41
9)の抵抗値は、トランジスタTR8(408)のベー
ス部最大印加電圧値を超えないように、以下の関係式
(5)を基に設定する必要がある。 TR8(405)のVBE= −(Vhd−(Vhd×(R10/(R9+R10)))・・・(5)
【0023】そしてTR7(407)がONするとTR
8(408)がONし、TR9(409)がONするこ
とによって抵抗R11(420)と抵抗R12(42
1)とによって、以下の関係式(6)で定まる電圧Vc
が発生する。 Vp=(Vhd×(R12/(R11+R12))・・・(6) そしてその他のトランジスタTR1(401),TR3
(403),TR4(404)およびTR6(406)
がOFF状態であるので、矢印で示すVb部とVc部と
は非接地浮遊状態となり、矢印で示すVp部のみにVp
電圧が発生し、この電圧Vpが吐出電極へ供給される。
【0024】また、上述の吐出を行う吐出電極の両隣の
吐出電極を非接地浮遊状態とする場合には、全てのトラ
ンジスタTR1(401)〜TR9(409)をOFF
することにより、矢印で示すVb部,Vc部,Vp部を
グランドから遮断し、非接地浮遊状態とすることにより
行う。このように本実施形態の静電式インクジェット記
録装置の吐出電極電圧制御部115では、1つの吐出電
極用電源(駆動電源)Vhdを用いて、それぞれの吐出
電極に印加する電圧Vb,Vc,Vpを出力し、あるい
は吐出電極を非接地浮遊状態とすることが、この電子デ
バイス回路でできるようになる。なお図5,図6を用い
て説明した、1回の印字周期T内で複数の吐出電極の全
てから色材粒子の吐出を行えるように、吐出電極がN本
で構成される記録ヘッドを有する静電式インクジェット
記録装置で、ヘッド駆動制御をT/Nに時分割して行う
静電式インクジェット記録装置においても同様に実施で
きることは言うまでもない。また本実施形態では、図1
に示す回路をトランジスタを用いた回路としているが、
FET等のスイッチング動作が可能な他の電子デバイス
を用いた回路でも同様に実施できることは言うまでもな
い。
【0025】
【発明の効果】以上説明したように本発明の静電式イン
クジェット記録装置は、吐出電極にバイアス電圧Vbを
印加し、吐出電極から1回の吐出を行う際に、吐出を行
う吐出電極に吐出電圧Vpを印加し、その両隣の吐出電
極を非接地浮遊状態とし、さらにその外側の吐出電極に
吐出が生じない程度の電圧Vcを印加するヘッド駆動制
御を行う吐出電極電圧制御部の吐出電極用電源(駆動電
源)を1つの電源ユニットで構成することができ、装置
の小型軽量化および低コスト化が図れる。また吐出電極
を非接地浮遊状態を、機械的動作を伴わない電子デバイ
スで行えるので、切換スイッチの動作速度を早くでき、
高速印字が可能となる。特に1回の印字周期T内で複数
の吐出電極の全てから色材粒子の吐出を行えるように、
吐出電極がN本で構成される記録ヘッドを有する静電式
インクジェット記録装置で、ヘッド駆動制御をT/Nに
時分割して行う静電式インクジェット記録装置において
顕著な効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の静電式インクジェット記録装置の吐出
電極電圧制御部に用いられる電圧供給回路の一実施形態
を示す回路図。
【図2】図1に示す電圧供給回路の制御態様を示す図。
【図3】従来のヘッド駆動制御方式を説明するための装
置構成の概略を示す模式図。
【図4】吐出電極(A)と吐出電極(B)と吐出電極
(C)へのそれぞれの印加電圧を示す波形図。
【図5】複数の吐出電極を1回の印字周期内で時分割で
制御するヘッド駆動方式の装置構成を示す斜視図。
【図6】複数の吐出電極への印加電圧を示す波形図。
【符号の説明】 101 インク室 102 インク吐出口 103 電気泳動電極 104 記録媒体 105 吐出電極(A) 109 対向電極 111 飛翔粒子群 113 入力インタフェース 114 制御部 115 吐出電極電圧制御部 116 吐出電極(B) 117 吐出電極(C) 206 インク供給口 207 インク排出口 208 流路壁 210 顔料系インク 220 吐出電極1 221 吐出電極2 222 吐出電極3 223 吐出電極4 224 吐出電極5 225 吐出電極6 226 吐出電極7 227 吐出電極8 316 メニスカス 401〜409 トランジスタ 410〜412 抵抗 422〜424 ダイオード 425 Vb電圧発生部 426 Vc電圧発生部 427 Vp電圧発生部
フロントページの続き (72)発明者 末次 淳一 新潟県柏崎市大字安田7546番地 新潟日 本電気株式会社内 (72)発明者 峯本 仁史 新潟県柏崎市大字安田7546番地 新潟日 本電気株式会社内 (72)発明者 島 和男 新潟県柏崎市大字安田7546番地 新潟日 本電気株式会社内 (72)発明者 萩原 良広 新潟県柏崎市大字安田7546番地 新潟日 本電気株式会社内 (72)発明者 薬師寺 徹 新潟県柏崎市大字安田7546番地 新潟日 本電気株式会社内 (56)参考文献 特開 平10−44426(JP,A) 特開 平10−44433(JP,A) 特開 平8−258270(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B41J 2/06

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電気泳動電極へ所定電圧を印加し、電気
    泳動現象によりインク吐出口へインク中の色材粒子を集
    中させ、複数の吐出電極の何れかに吐出電圧を印加する
    ことで前記色材粒子を飛翔させて記録を行う静電式イン
    クジェット記録装置において、 ヘッド駆動時に予め全ての吐出電極にバイアス電圧を印
    加し、前記色材粒子を飛翔させる際に、色材粒子の吐出
    を行う任意の吐出電極の両隣の吐出電極を非接地浮遊状
    態とし、前記両隣の吐出電極の外側の吐出電極に色材粒
    子の吐出が起こらない程度の電圧を印加し、前記色材粒
    子の吐出を行う任意の吐出電極に前記吐出電圧を印加す
    る制御を行う、スイッチング動作を行う電子デバイスで
    構成された吐出電極電圧制御部を備え、 1つの電源でこれらの制御を行わせることを特徴とする
    静電式インクジェット記録装置。
  2. 【請求項2】 ヘッド駆動時に予め全ての吐出電極にバ
    イアス電圧を印加し、前記色材粒子を飛翔させる際に、
    色材粒子の吐出を行う任意の吐出電極の両隣の吐出電極
    を非接地浮遊状態とし、前記両隣の吐出電極の外側の吐
    出電極に色材粒子の吐出が起こらない程度の電圧を印加
    し、前記色材粒子の吐出を行う任意の吐出電極に前記吐
    出電圧を印加する制御を、吐出電極がN本で構成される
    記録ヘッドで、1回の印字周期TでN本すべての吐出電
    極で色材粒子の吐出が可能なようにT/Nに時分割して
    行わせる、スイッチング動作を行う電子デバイスで構成
    された吐出電極電圧制御部を備え、 1つの電源でこれらの制御を行わせることを特徴とする
    請求項第1項記載の静電式インクジェット記録装置。
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