JP3122759U - インクジェット記録装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】常にインク液面がヘッド部と略水平状態に保たれるので、インク吐出安定性の低下や印字ギャップの不均一性を未然に防止するとともに、常時安定した印字を行なうことができるインクジェット記録装置を提供する。
【解決手段】インクを保持するインク保持室13と、圧電素子11a有する超音波発生手段11をアレイ状に複数配列したヘッド部10を備え、記録データに基づいてヘッド部10を駆動制御し被記録体に所望の印字を行なうインクジェット記録装置1において、超音波発生手段11のうち少なくとも異なる2箇所以上の超音波発生手段11を補正用超音波発生手段12として使用し、非印刷時にそれぞれの補正用超音波発生手段12からインク液面までの距離を計測し、該距離が略同距離になるようにヘッド部10の位置を移動制御する機能を有することを特徴とする。
【選択図】図1

Description

本考案は、圧電素子を駆動し、この駆動により発生した超音波の放射圧を利用してインク液面からインク液を液滴化して被記録体上に飛翔させることにより所望の記録データを印字するインクジェット記録装置に係り、簡易的な構成でヘッド位置を常に略水平な状態に保ち安定した印字が可能なインクジェット記録装置に関するものである。
従来より、インク液を記録媒体上に飛翔させるインクジェット方式では、インク室内を加圧し、その圧力によってより微小な吐出孔(ノズル)より液滴を吐出する方法が一般的に用いられている。しかしながら、この種のインクジェット記録装置において、液滴サイズの微小化にはノズル孔径も同時に小さくしなければならず、目詰まりなどによる動作障害を回避するためインクの種類を限定したり高度なメンテナンス方法が必要であった。また、吐出する方向が下方向のみに限定されてしまうため、装置の構造や形状が限定されてしまっていた。
これに対し、下記特許文献1に開示されるようなインクジェット記録装置は、圧電素子に交流電圧を印加し、この印加によって振動した圧電素子から発生する超音波を音響レンズ等で気液界面に集束照射してインクを被記録体上に飛翔させる方式が提案されている。この方式を採用すると、インクの目詰まりや高度なメンテナンス方法を必要とせず、またインクを上下どちらからでも飛翔させることができるため装置の構造や形状に自由度が増すという利点がある。
特許文献1に開示されたインクジェット記録装置は、インク液を保持するインク保持室と、それぞれ複数の圧電素子をアレイ状に配列した複数の圧電素子アレイユニットを相隣る圧電素子アレイユニットの端面が対向するように圧電素子の配列方向に配置してなるアレイ構体を含み、インク液と音響的に接続された超音波発生手段と、超音波発生手段から発生された超音波をインク液の液面近傍に集束させるように圧電素子アレイ構体の圧電素子の一部または全部を同時駆動グループとして順次選択して同時駆動する駆動信号を圧電素子に供給する駆動手段とを備え、複数の圧電素子アレイユニットは、同時駆動グループに属する圧電素子の数より1少ない数以上の圧電素子がアレイ方向に対して互いに重なるようにそれぞれの端部がその側面を対向させて一次元的に配置されている。また、駆動手段は、圧電素子アレイユニットの境界部直近の圧電素子が同時駆動グループに含まれたとき圧電素子を非駆動状態に設定するとともに、同時駆動グループの領域のアレイ方向の中心に対して圧電素子とアレイ方向において対称位置にある圧電素子をも同時に非駆動状態に設定している。
特開平11−91094号公報
ところで、上述したインクジェット記録装置に限らず一般的なインクジェット記録装置では、インクがインク保持室内に均等に充填されている状態でなければ安定した印字を行うことはできない。そのため、インクジェット記録装置の設置場所や装置自体の傾きなどによりインク保持室が傾いているとインクがインク保持室内に均等に充填されていない状態となるため、インク供給の誤作動や印字ギャップに不均一が生じてしまい、安定した印字が行えないという問題があった。
そして、上記問題を解決するため、例えば特開2001−147145号公報に記載されているように、圧電素子からなる複数の液量センサを別途設けた構成のインクジェット記録装置が公知になっているが、本インクジェット記録装置では、インク液量を検出するためにインク吐出用の圧電素子とは別構成のインク液量検出専用の圧電素子を複数箇所に配置しなければならないため、装置全体の製造コストや装置単価が嵩み経済的ではない。
そこで、本考案は上述した課題に鑑みてなされたものであり、簡易的な構成でヘッドの傾きによるインク吐出安定性の低下や印字ギャップの不均一性を未然に防止することのできるインクジェット記録装置を提供することを目的としている。
請求項1に記載されたインクジェット記録装置は、インクを保持するインク保持室と、圧電素子を有する超音波発生手段をアレイ状に複数配列したヘッド部を備え、記録データに基づいて前記ヘッド部を駆動制御し被記録体に所望の印字を行なうインクジェット記録装置において、
前記超音波発生手段のうち少なくとも異なる2箇所以上の超音波発生手段を補正用超音波発生手段として使用し、
非印刷時に前記それぞれの補正用超音波発生手段から前記インク液面までの距離を計測し、該距離が略同距離になるように前記ヘッド部の位置を移動制御する機能を有することを特徴としている。
請求項2記載のインクジェット記録装置は、請求項1記載のインクジェット記録装置において、非印刷時に前記各補正用超音波発生手段から前記インク液面までの距離を計測するための距離計測用の超音波を出力制御するとともに、前記出力した超音波に基づく距離計測用信号を出力する超音波制御手段と、
該超音波制御手段から出力された距離計測用信号から前記補正用超音波発生手段と前記インク液面との間の距離を算出し、この算出結果に基づく距離データを出力する距離算出手段と、
該距離算出手段から出力された前記各補正用超音波発生手段ごとの距離データにおける2つの距離データを比較して距離差分を算出し、この算出した差分に基づく位置補正信号を出力するヘッド位置制御手段と、
からなる制御部と、
前記ヘッド位置制御手段から出力された前記位置補正信号に基づいて前記ヘッド部の位置を補正するヘッド位置補正部と、
を備えたことを特徴としている。
請求項3に記載されたインクジェット記録装置は、請求項1又は2記載のインクジェット記録装置において、前記補正用超音波発生手段は、前記ヘッド部の四隅に配置された超音波発生手段であることを特徴としている。
本考案のインクジェット記録装置は、超音波発生手段から放射した距離計測用の超音波によって超音波発生手段とインク液面との間の距離を計測し、この距離に基づいてヘッド部の位置を水平に制御することができるので、常時安定した印字を行なうことができるとともに、ヘッドの傾きによる吐出安定性の低下、印字ギャップの不均一性を未然に防止する効果を奏する。
また、インク吐出用の超音波発生手段を利用してインク液面と超音波発生手段との間の距離を計測しているため、別途インク液面検出用のセンサや傾き検出用のセンサを設ける必要がなく簡易的で安価な構成となる。さらに、印字中であっても印字に使用していない超音波発生手段を使ってインク液面との距離計測・補整/ インクの補充が常時できるため、印字画質の安定性に優れた高性能なインクジェット装置を提供することができる。また、超音波発生手段とインク液面との間の距離計測に超音波を用いているため、インクが液状であればインク保持室内のインク残量検出が可能であるので、使用するインクの自由度も高い。
以下、本考案を実施するための最良の実施形態について、図1〜図8を参照しながら詳細に説明する。図1は本考案に係るインクジェット記録装置の構成を説明するための概略ブロック図であり、図2(a)は同装置のヘッド部に配置された超音波発生手段の配置例を示した説明図であり、図2(b)は同装置のヘッド部の構造を説明するための概略斜視図であり、図3は同装置の超音波発生手段の概略構成を説明するための説明図であり、図4(a)は同装置の構造を説明するための概略斜視図であり、図4(b)は同装置におけるヘッド部と各補正用超音波発生手段との配置関係を説明するための説明図であり、図5は同装置のヘッド部が軸方向に移動した例を示す概略斜視図であり、図6は同装置のヘッド部が象限方向に移動した例を示す概略斜視図であり、図7は同装置の下降機構について説明するための説明図であり、図8は同装置の処理動作を説明するためのフローチャート図である。
本考案のインクジェット記録装置は、アレイ状に複数配列した超音波発生手段を備えたヘッド部の少なくとも異なる2箇所以上の超音波発生手段からインクが吐出しない程度の距離計測用の超音波をインク液面に向けて放射して各超音波発生手段とインク液面との間の距離を計測し、この計測した各距離データの比較結果に基づいて傾き方向や補正位置を判断してヘッド部の傾きを補正しインク液面を略水平にするものである。
なお、本例のインクジェット記録装置は、従来より知られている圧電素子からインクに向けて超音波を放射し、被記録体にインクを飛翔させて印字する方式のインクジェット記録装置と構成要素等(例えば給紙部や用紙搬送部など)が同様であるためそれらの説明を省略し、本考案の主要となる構成部分についてのみ説明する。
まず、図1を参照しながら、本例のインクジェット記録装置の構成について説明する。図1に示すように、インクジェット記録装置1は、ヘッド部10と、記憶部20と、制御部30と、ヘッド位置補正部40とを備えて構成されている。
ヘッド部10は、図2(a)に示すように例えばチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)などの圧電セラミック素子材料で形成された圧電素子11a(12a)を有する超音波発生手段11が主走査方向、副走査方向に一定のピッチでアレイ状に配列され、後述する制御部30により駆動制御により、被記録体に所望の記録データを印字する。ヘッド部10は、図2(b)に示すように、ヘッド部10には例えばアクリル樹脂などの超音波の反射を阻害せずインクを効率よく吐出させるための材料で形成されたインク保持室13が設けられており、不図示のインク供給部から供給されたインクを保持する。また、ヘッド部10の傾きを補正する際にインク液面と超音波発生手段11との間の距離を測定するため、ヘッド部10の四隅に配置された超音波発生手段11を補正用超音波発生手段12として使用している。
さらに詳しく説明すると、図3に示すように、圧電素子11a(12a)の両面側には電極11b(12b),11c(12c)が形成され、さらにインク吐出側の電極11c(12c)の上面には、圧電素子11a(12a)の厚み振動によって発生した超音波をインク液中に放射するための凹面を有する音響レンズ11d(12d)が形成されている。また、図4(a)示すように、ヘッド部10は後述するヘッド位置補正部40の上部に四隅を移動用螺子によって螺着された状態で上下移動自在に設置されている。ヘッド部10は、ヘッド位置補正部40の駆動制御によりヘッド部10の四隅がそれぞれ上下移動することで、ヘッド部10を三次元的に移動させて傾きを補正する。
記憶部20は、例えば磁気的,光学的記録媒体若しくはROM、RAMなどの半導体メモリとで構成され、制御部30が実行する各種処理に関するプログラム、被記録体に印字する記録データ、インク補充時の基準となるインク適正位置データなど、インクジェット記録装置1を駆動する際に必要な各種データを記憶している。
制御部30は、例えばCPU、ROM、RAM等を含むマイクロコンピュータからなり、超音波制御手段31と、距離算出手段32と、ヘッド位置制御手段33とを備えて構成される。
超音波制御手段31は、被記録体に印字する記録データに基づいて、各超音波発生手段11、各補正用超音波発生手段12ごとに印加する電圧のタイミング制御やインク液面に放射する超音波の種類に応じた電圧値制御など超音波発生手段11と補正用超音波発生手段12に係る各種制御を行う。超音波制御手段31は、補正用超音波発生手段12が非印字の場合、補正用超音波発生手段12に印加する電圧値を距離計測用の電圧値に制御して、距離計測用の超音波をインク液面に向けて放射する。そして、超音波制御手段31は、このインク液面に向けて放射した超音波がインク液面に反射して跳ね返って反射波となり、この反射波となった距離計測用の超音波を同じ補正用超音波発生手段12が受けるまでの間の時間をデジタル的なタイミング信号として計測し、このタイミング信号を距離計測用信号として距離算出手段32に出力する。
距離算出手段32は、デジタル信号をアナログ信号に変換するためのD/A変換機能を備え、超音波制御手段31から出力された距離計測用信号をD/A変換し、この変換したアナログ信号に基づいて各補正用超音波発生手段12とインク液面との間の距離をそれぞれ算出する。この際、以下に示した式を用いて補正用超音波発生手段12とインク液面との間の距離を算出し、この算出結果に基づいた距離データをヘッド位置制御手段33に出力する。
(式) L=V×s/2
(L:音響レンズとインク液面との距離、V:放射した超音波の音速(規定値)、s:超音波が反射して戻ってくるまでの時間)
ヘッド位置制御手段33は、距離算出手段32から出力された各補正用超音波発生手段12の距離データにおける2つの距離データについての比較を行って各補正用超音波発生手段12の間の距離差分を算出し、この算出した差分に基づく位置補正信号をヘッド位置補正部40に出力する。
ここで、各補正用超音波発生手段12から得られた距離データによる比較方法について説明する。図4(a)に示すように、本例ではヘッド部の四隅に補正用超音波発生手段12を配置しているため、例えば補正用超音波発生手段12を12(A)〜(D)としている。また、図4(b)に示すように、ヘッド部10のインク吐出面を第1象限〜第4象限の4つのエリアに分類し、第1象限には補正用超音波発生手段12(B)が、第2象限には補正用超音波発生手段12(C)が、第3象限には補正用超音波発生手段12(D)が、第4象限には補正用超音波発生手段12(A)が対応するように配置されている。そして、各補正用超音波発生手段12(A)〜(D)の距離データにおける2つの距離データについての比較を行って各補正用超音波発生手段12の間の距離差分からヘッド部10を駆動制御して、図中各矢印方向に対して傾きを補正する。
ヘッド部10の移動方向として、12(A)⇔12(D)、12(B)⇔12(C)との間で比較して差分が生じた場合はX軸方向に対する補正を行い、12(A)⇔12(B)、12(C)⇔12(D)との間で比較して差分が生じた場合はY軸方向に対する補正を行う。また、12(A)⇔12(C)との間で比較して差分が生じた場合は第2または第4象限方向に傾き補正し、12(B)⇔12(D)との間で比較して差分が生じた場合は、第1または第3象限方向に傾きを補正する。
ヘッド位置補正部40は、アクチュエータとしてのステッピングモータと、例えばギヤや螺子などで構成されモータの回転運動を上下運動に変換する動力伝達機構とで構成される直動機構41を備えている。ヘッド位置補正部40は、ヘッド部10の四隅付近と直動機構41を介してヘッド部10を上下移動可能に接続されており、制御部30から出力された位置補正信号に基づいて直動機構41を駆動制御し、例えば図5に示すようなX(Y)軸方向への移動や、図6に示すような第1〜4象限方向への移動など、ヘッド部10の位置を三次元的に移動してヘッド部10を傾き補正する。
なお、本例では、図4(a)に示すように、直動機構41がヘッド部10の四隅に配置された各補正用超音波発生手段12(A)〜(D)のそれぞれと対応するように直動機構41(A)〜(D)として設置されている。
また、図7に示すように、ヘッド位置補正部40の中心部分には、例えばコイルバネなどのバネを用いてヘッド部10を下降させるための下降機構42が設けられている。この下降機構42は、ヘッド部10の位置の調整を行なう際にヘッド位置を下降させるとき、直動機構41が下降運動するの同時にヘッド部10の自重+バネの復元力を利用してヘッド部10を下降している。
なお、直動機構41はアクチュエータとしてステッピングモータを使用したが、ヘッド部10の傾きを調整する際にヘッド部10を上下移動させる機能を有し、且つ、インクジェット記録装置1の駆動や装置構成において問題がなければ、アクチュエータの種類は特に限定されない。
次に、本考案に係るインクジェット記録装置1の処理動作について、図8を参照しながら具体的に説明する。ここでは、補正用超音波発生素子12(A)〜(D)とインク液面までの距離をそれぞれ算出し、その算出した4つ距離データにおけるそれぞれ2つの距離データを比較してヘッド部の傾き補正を行う場合を例に説明する。
記録データに基づいて印字する際に、まず各補正用超音波発生手段12(A)を用いて被記録体に記録データを印字処理するか否かを判別する(ST1)。補正用超音波発生手段12(A)を用いて印字処理を行う場合は(ST1−Yes)、記録データに基づいて補正用超音波発生手段12から印字用の超音波を放射して被記録体に印字し(ST6)、印字後は再度ST1に戻って印字するか否かを選択する。一方、印字処理を行わない場合は(ST1−No)、補正用超音波発生手段12(A)に距離計測用の電圧値を印加して距離測定用の超音波をインク液面に放射する(ST2)。
補正用超音波発生手段12(A)は、インク液面に距離計測用の超音波を放射してインク液面から反射波を受け、この間の超音波の波形に係る距離計測信号に基づいて補正用超音波発生手段12(A)とインク液面との間の距離を算出する(ST3)。これと同様に、補正用超音波発生手段12(B)〜(D)についてもそれぞれ前記ST1〜ST3の処理を行なって各補正用超音波発生手段12(B)〜(D)とインク液面との間の距離データを算出する。これにより、補正用超音波発生手段12(A)〜(D)とインク液面との間の4つ距離データが得られる。そして、これら4つの距離データにおけるそれぞれ2つの距離データを比較し、補正用超音波発生手段12(A)〜(D)の位置補正が必要であるか否かを判別する(ST4)。
このとき、ヘッド部10の位置補正が必要である場合は(ST4−Yes)、ヘッド位置補正部40に位置補正信号を出力し、この位置補正信号に基づいてヘッド位置補正部40がヘッド部10の位置を移動させ、ヘッド部10の傾き補正し(ST5)、再度ST1に戻って印字するか否かを選択する。一方、補正用超音波発生手段12(A)〜(D)の位置補正が必要でないと判断した場合は(ST4−No)、ヘッド部10の位置補正は行わず、このままの位置で再度ST1に戻って印字するか否かの選択を行う。
なお、上述したインクジェット記録装置1において、補正用超音波発生手段12(A)〜(D)のうち少なくとも任意の3素子以上の距離データが記憶部に記憶されたインク適正位置データよりも短いと判断された場合は、現在のインク量が少なく適量でないと判断し、ヘッド位置制御手段33から不図示のインク供給部にインク供給信号を出力し、インク供給部からインク保持室13にインクを補充することができる。これにより、インク量が常に適量を満たした状態を保つよう制御することができ、より安定した印字を行うことが可能となる。
このように、上述したインクジェット記録装置1は、ヘッド部10に複数配列された超音波発生手段11のうち少なくとも異なる2箇所以上の超音波発生手段11を補正用超音波発生手段12として使用し、非印字時の補正用超音波発生手段12から距離計測用の超音波をインク液面に向けて放射する。そして、補正用超音波発生手段12からインク液面に向けて放射した超音波がインク液面に反射して跳ね返って反射波となり、この反射波となった距離計測用の超音波を補正用超音波発生手段12が受けるまでの間の時間から補正用超音波発生手段12とインク液面との間の距離データを算出する。そして、各補正用超音波発生手段12の距離データにおける2つの距離データについての比較して各補正用超音波発生手段12の間の距離差分を算出し、この差分に基づいた位置補正信号に基づいてヘッド部10の位置を移動して傾き補正する。これにより、常にインク液面がヘッド部と略水平状態に保たれるので、インク吐出安定性の低下や印字ギャップを未然に防止するとともに、常時安定した印字を行なうことができる。
また、インク液面の位置やヘッド部の傾きを検出するためのセンサを新たに設けず、既存の超音波発生手段11を補正用超音波発生手段12として用いてインク液面との間の距離を算出するため、装置構成が簡易的となり、且つ、コスト面が抑えられるので、安価で高性能なインクジェット記録装置1を提供することができる。
ところで、上述したインクジェット記録装置1では、最良の形態としてヘッド部10の四隅に配置された超音波発生手段11を補正用超音波発生手段12として使用したが、補正用超音波発生手段12から得られた距離データを比較するため、少なくとも異なる2箇所以上に配置した超音波発生手段11を補正用超音波発生手段12として使用すれば、特に配置場所などは限定されない。
また、上述したインクジェット記録装置1では、各補正用超音波発生手段12から得られた距離データを相互に比較し、この比較結果に基づいてヘッド部10の位置を移動させてヘッド部10の傾き補正を行う構成で説明したが、例えばヘッド部10に配置された補正用超音波発生手段12とインク液面との間の距離を距離算出手段32にて算出し、算出した補正用超音波発生手段12の距離データと予め記憶部20に記憶した補正用超音波発生手段12の適正位置データとをヘッド位置制御手段33で比較する。そして、この比較結果に基づいて補正用超音波発生手段12の補正距離を算出し、この算出結果に基づく位置補正信号に従ってヘッド部10の位置を移動させ傾きを補正するという構成でもよい。 この場合も、上述した最良の形態と同様、補正用超音波発生手段12とインク液面との距離データを正確に比較して位置補正を行うため、少なくとも補正用超音波発生手段12を異なる場所に2箇所以上備えた構成であることが好ましい。
以上、本考案における最良の形態について説明したが、この形態による記述及び図面により本考案が限定されることはない。すなわち、この形態に基づいて当業者等によりなされる他の形態、実施例及び運用技術等はすべて本考案の範疇に含まれることは勿論である。
本考案に係るインクジェット記録装置の構成を説明するための概略ブロック図である。 (a) 同装置のヘッド部に配置された超音波発生手段の配置例を示した説明図である。 (b) 同装置のヘッド部の構造を説明するための概略斜視図である。 同装置の超音波発生手段の概略構成を説明するための説明図である。 (a) 同装置の構造を説明するための概略斜視図である。 (b) 同装置におけるヘッド部と各補正用超音波発生手段との配置関係を説明するための説明図である。 同装置のヘッド部が軸方向に移動した例を示す概略斜視図である。 同装置のヘッド部が象限方向に移動した例を示す概略斜視図である。 同装置の下降機構について説明するための説明図である。 同装置の処理動作を説明するためのフローチャート図である。
符号の説明
1…インクジェット記録装置
10…ヘッド部
11…超音波発生手段
12(A)〜(D)…補正用超音波発生手段
13…インク保持室
20…記憶部
30…制御部
31…超音波制御手段
32…距離算出手段
33…ヘッド位置制御手段
40…ヘッド位置補正部
41…直動機構
42…下降機構

Claims (3)

  1. インクを保持するインク保持室と、圧電素子を有する超音波発生手段をアレイ状に複数配列したヘッド部を備え、記録データに基づいて前記ヘッド部を駆動制御し被記録体に所望の印字を行なうインクジェット記録装置において、
    前記超音波発生手段のうち少なくとも異なる2箇所以上の超音波発生手段を補正用超音波発生手段として使用し、
    非印刷時に前記それぞれの補正用超音波発生手段から前記インク液面までの距離を計測し、該距離が略同距離になるように前記ヘッド部の位置を移動制御する機能を有することを特徴とするインクジェット記録装置。
  2. 非印刷時に前記各補正用超音波発生手段から前記インク液面までの距離を計測するための距離計測用の超音波を出力制御するとともに、前記出力した超音波に基づく距離計測用信号を出力する超音波制御手段と、
    該超音波制御手段から出力された距離計測用信号から前記補正用超音波発生手段と前記インク液面との間の距離を算出し、この算出結果に基づく距離データを出力する距離算出手段と、
    該距離算出手段から出力された前記各補正用超音波発生手段ごとの距離データにおける2つの距離データを比較して距離差分を算出し、この算出した差分に基づく位置補正信号を出力するヘッド位置制御手段と、
    からなる制御部と、
    前記ヘッド位置制御手段から出力された前記位置補正信号に基づいて前記ヘッド部の位置を補正するヘッド位置補正部と、
    を備えたことを特徴とする請求項1記載のインクジェット記録装置。
  3. 前記補正用超音波発生手段は、前記ヘッド部の四隅に配置された超音波発生手段であることを特徴とする請求項1又は2記載のインクジェット記録装置。
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JP2010110700A (ja) * 2008-11-06 2010-05-20 Ulvac Japan Ltd インクジェット塗布装置、平行度調整装置

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