JP3276791B2 - インクジェットヘッド駆動電源回路 - Google Patents

インクジェットヘッド駆動電源回路

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JP3276791B2 JP29971294A JP29971294A JP3276791B2 JP 3276791 B2 JP3276791 B2 JP 3276791B2 JP 29971294 A JP29971294 A JP 29971294A JP 29971294 A JP29971294 A JP 29971294A JP 3276791 B2 JP3276791 B2 JP 3276791B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、交換可能な印字ヘッド
ユニットを備えたインクジェットヘッド駆動電源回路に
関するものである。
【0002】
【従来の技術】インクジェット記録装置は、複数のイン
ク吐出口とその吐出口からインクを吐出させるエネルギ
ーを発生するエネルギー発生体とを有する印字ヘッドを
備え、その印字ヘッドへインクを供給すると共に、デー
タ信号に基づいてエネルギー発生体を駆動することによ
り、対応するインク吐出口からインク液滴を飛翔させ用
紙に付着させることで記録をおこなうものである。
【0003】そして、従来、このようなインクジェット
記録装置には、印字ヘッド及びインクタンク等のインク
供給系を含む印字ヘッド部をユニット化し、ユニットご
と交換可能に構成されたものが提案されている。
【0004】このようなインクジェット記録装置では、
各ユニット間において、印字ヘッドのインク吐出口径や
形状の加工精度のバラツキ、あるいは、前記エネルギー
発生体、即ち発熱素子等の電気−熱エネルギー変換体や
圧電素子等の電気−機械エネルギー変換体の特性のバラ
ツキなどが存在する。このバラツキにより、ヘッドの最
適駆動電圧、即ち最適なインクの吐出状態を得るヘッド
駆動電圧が印字ヘッドユニット毎に相異する場合があっ
た。例えば、標準とするヘッド駆動電圧が24Vであっ
た場合に、ある印字ヘッドユニットでは23Vで最適吐
出状態を示し、他の印字ヘッドユニットでは25Vが最
適吐出状態を示すというようなバラツキが生じていた。
【0005】よって、このヘッドの最適駆動電圧のバラ
ツキを解消するために、印字ヘッドユニットを交換した
際には、その度に最適吐出状態になるように、印字ヘッ
ドの駆動電圧をその印字ヘッドユニットに対応した適正
電圧に合わせる必要があった。しかし、印字ヘッドユニ
ット交換毎に、そのユニットが最適吐出を行っているか
否かを測定し、それに基づいて最適駆動電圧の調整を行
うのでは、非常な手間がかかるうえ正確な調整が困難で
あった。
【0006】そして、このような問題を解決するものと
して、図4に示すような駆動電源回路を備えたインクジ
ェット記録装置が提案されている。尚、図4に示す回路
は、一般的に昇圧型チョッパ・レギュレータと呼ばれ、
入力電圧Vinよりも出力電圧Vout が高いものであ
る。
【0007】図4の概略構成と動作を説明する。印字ヘ
ッドユニットには最適駆動電圧を設定する抵抗値Rbを
有した抵抗40により構成された電圧設定回路41が設
けられ、インターフェース回路(図示せず)を通して前
記駆動電源回路に接続されている。トランジスタ42が
ONすると、電圧Vinの電源(図示せず)に接続された
入力43からコイル44を通して電流45が流れる。こ
の時、トランジスタ42のコレクタ−エミッタ間電圧V
cesat は、トランジスタ42が飽和状態であるため出
力46に現れる電圧Vout と比較すると、Vout >V
cesat となる。よって、ダイオード47を通して出力
へ電流が流れない。
【0008】また、コイル44は、トランジスタ42の
ON期間Tonにエネルギを蓄え、そして、トランジスタ
42がOFFするとコイル44に逆起電力が発生し、ダ
イオード47を通してコンデンサ48を充電しながら電
流49が流れる。
【0009】出力電圧Vout を制御するには、ON期
間Tonの長さを調整すれば良く、制御回路50により行
われる。制御回路50には、基準電圧源51が発生する
電圧Vref が一方の入力端に入力され、抵抗52,4
0,53から構成された出力電圧分圧回路により分圧さ
れた電圧が他方の入力端に入力されている。この制御回
路50は、入力された両者の電圧が等しくなるように、
その出力を可変し、トランジスタ42のベースへ流れ込
む電流の時間を調整することで、トランジスタのON期
間Tonを調整する。このようにして、入力電圧Vinより
電圧が高い出力電圧Vout を出力46に得ることがで
きる。
【0010】尚、出力46に発生する電圧Vout は、
次のような式で表せる。
【0011】
【数1】
【0012】上式において、抵抗値Rbを適正に選定す
れば、電圧Vout を最適なヘッド駆動電圧に設定可能
であった。よって、特別な調整作業をすることなく、各
印字ヘッドユニット毎にヘッド駆動電圧を固有の最適値
に自動的に制御することが出来た。
【0013】また一方で、ユニット中のインクにおい
て、その粘度や表面張力等の物性値は温度依存性が高
く、その物性値の変化がインクの噴射状態に大きな影響
を与える。一般に、インクは低温時には粘度が高くな
り、正常に噴射しずらくなる。そのため、使用場所の環
境温度によってもヘッドの最適駆動電圧は異なってく
る。例えば、25℃でのヘッド最適駆動電圧が24Vで
ある印字ヘッドユニットが、10℃では30Vで最適吐
出状態を示し、35℃では18Vで最適吐出状態を示す
というような最適駆動電圧の変化が生じていた。よっ
て、このヘッドの最適駆動電圧の温度変化に追従して、
常にインクが最適吐出状態になるように、印字ヘッドあ
るいは近傍の温度を検出して、印字ヘッドの駆動電圧を
その検出した温度に対応した適正電圧に変化させる必要
があった。
【0014】そこで、従来は、図4に示すような駆動電
源回路に対し、電圧設定回路41中の抵抗40を温度特
性を持った感温素子、例えば、負特性温度係数サーミス
タや正特性温度係数サーミスタや感温抵抗等に変更した
ものが提案されている。これにより、ヘッドの温度変化
に対応し、その時インクの物性に適した駆動電圧を供給
することが可能となっていた。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような従来例のインクジェットヘッドの駆動電源回路
では、印字ヘッドユニットが装置本体に未装着、あるい
は不完全な装着状態であるにも拘らず、装置本体の電源
がONされることがあった。即ち、電圧指示器41の抵
抗40が駆動電源回路に未接続の状態で駆動電源回路が
動作することがあった。そのような状態では、前記式1
中の抵抗値Rbが無限大と等価であるため、駆動電源回
路の出力電圧は、駆動電源回路の出力上限電圧値を呈
し、ヘッド駆動回路やヘッド自身の最大定格電圧を越す
過電圧によりヘッド駆動回路やヘッドを破壊するという
問題点がある。
【0016】そこで、駆動電源回路に電圧設定回路41
の抵抗40と並列に抵抗を設けることにより、抵抗40
が未接続でもヘッド駆動回路やヘッドの最大定格電圧以
下になるようにして駆動電源回路の出力上限電圧に達し
ないように制限することは可能である。しかし、ヘッド
駆動回路やヘッドの最大定格電圧近傍で使用しようとす
ると、抵抗40の抵抗値Rbを高抵抗値に設定せねばな
らず、回路構成が非常に困難になるという問題点があ
る。
【0017】また、インクジェット記録装置に、印字ヘ
ッドユニットが装置本体への装着の有無を検出する機構
を設けたとしても、電圧設定回路41のインターフェー
ス回路が不具、即ち抵抗40が未接続な場合等には、駆
動電源回路の出力電圧は、駆動電源回路の出力上限電圧
値になり、ヘッド駆動回路やヘッド自身の最大定格電圧
を越し過電圧によりヘッド駆動回路やヘッドを破壊する
という問題点を避けることができなかった。
【0018】
【0019】
【0020】本発明は、上述した従来の方法の問題点を
解決するためになされたものであり、その目的とすると
ころは、印字ヘッドユニットの状態が如何なる状態でも
駆動電源回路の出力電圧が、ヘッド駆動回路やヘッドの
最大定格電圧を越さないインクジェットヘッド駆動電源
回路を提供することにある。
【0021】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明に記載のインクジェットヘッド駆動電源回路
は、複数のインク吐出口からインクを吐出させるエネル
ギー発生体を有する印字ヘッドを含む印字ヘッドユニッ
トを交換可能に装着可能なインクジェット記録装置に備
えられ、前記印字ヘッドユニットのエネルギー発生体
駆動電圧を供給するインクジェットヘッド駆動電源回路
において、前記印字ヘッドユニット側においてそのイン
ターフェース部に設けられ、その印字ヘッドユニットの
エネルギー発生体の駆動電圧を設定するため、あらかじ
め印字ヘッドに応じて設定した所定の回路定数を有した
回路素子を有する電圧設定部と、前記インターフェース
部と電気的に接続されることで、前記電圧設定部と共に
電圧発生回路を形成し、前記電圧設定部に設定された回
路定数に基づき、入力電圧よりも高い前記印字ヘッドユ
ニットのエネルギー発生体のための駆動電圧を発生する
昇圧型の駆動電源部と、前記電圧発生回路が出力するヘ
ッド駆動電圧の上限を制限する電圧制限部とを備えてい
る。
【0022】尚、前記電圧制限部は、電圧発生素子にて
構成されており、前記電圧発生回路において少なくとも
前記電圧設定部と並列に設けられていてもよい。
【0023】尚、前記電圧設定部は、少なくとも一個の
抵抗素子からなる回路で前記ヘッド駆動電圧を設定して
もよい。
【0024】
【0025】
【作用】上記の構成を有する本発明の請求項1に係るイ
ンクジェットヘッド駆動電源回路においては、印字ヘッ
ドユニットをインクジェット記録装置に装着することに
より、インターフェイス部と駆動電源部とが電気的に接
続される。すると、前記インターフェース部に設けらた
電圧設定部と前記駆動電源部により電圧発生回路が形成
され、前記電圧設定部にあらかじめ印字ヘッドに応じて
設定された回路定数に基づき、前記印字ヘッドユニット
のエネルギー発生体に適正なヘッド駆動電圧を発生させ
る。また、電圧制限部により、前記電圧発生回路が過電
圧を発生しないようにする。
【0026】請求項2に係るインクジェット記録装置に
おいては、電圧発生素子を前記電圧設定部と並列に設
、電圧値の上限を設定する。
【0027】請求項3に係るインクジェット記録装置に
おいては、電圧設定部に組まれた回路の抵抗値にて、ヘ
ッド駆動電圧が設定される。
【0028】
【0029】
【実施例】本発明の一実施例として、圧電素子を用いた
ドット・オン・デマンド型のインクジェット記録装置に
適用した例をあげる。
【0030】本実施例においては、複数のインク吐出口
とエネルギー発生体である圧電素子を前記吐出口に対応
させて配設した印字ヘッドと、後述する電圧設定回路2
やコネクタ等からなるインターフェイス回路と、インク
タンク等からなるインク供給系とをユニット化した印字
ヘッドユニットが構成されている。そして、印字ヘッド
ユニットは、インクジェット記録装置へ脱着自在に装着
できるようになっている。
【0031】前記印字ヘッドユニットをインクジェット
記録装置本体に装着すると、インターフェイス回路はコ
ネクタにより装置側に設けられた主電源と電気的に接続
されて後述する駆動電源回路を形成すると同時に、装置
側に設けられたドライバ回路の出力とも電気的に接続さ
れる。尚、ドライバ回路側はインク吐出口と同数の端子
を有し、その端子は各圧電素子と一対一に対応して接続
される。そして、ドライバ回路は、駆動電源回路から供
給されるヘッド最適駆動電圧を使用して、インクジェッ
ト記録装置に送り込まれる記録データに基づきヘッドを
駆動し、インク吐出口からインクを用紙に飛翔させ印字
を行わせる。
【0032】以下、図面を参照して本発明の一実施例を
具体的に説明する。
【0033】図1は、本発明に係わるインクジェットヘ
ッド駆動電源回路の一実施例を示す。図1に示す回路
は、一般的に昇圧型チョッパ・レギュレータと呼ばれ、
入力電圧よりも出力電圧が高いものである。
【0034】先ず、図1の回路の概略構成を説明する。
【0035】図示しない印字ヘッドユニットには、図1
乃至図3に示すような電圧設定部としての電圧設定回路
2が設けられており、この各々の印字ヘッドユニットに
設けられた電圧設定回路2は、回路内の素子の特性値に
より固有の回路定数が設定されている。そして、その回
路定数が、この印字ヘッドユニットが最適に印字できる
駆動電圧値(=最適駆動電圧)を決定している。印字ヘ
ッドユニットは、インクジェット記録装置本体に対し、
インターフェース回路(図示せず)を通して接続され、
図1に示すような駆動電源回路を構成している。
【0036】駆動電源回路は、コイル5と、エミッタ接
地されたトランジスタ3と、整流用のダイオード8と、
制御回路11と、コンデンサ9と、抵抗13,14及び
電圧設定回路2からなる出力電圧分圧回路と、抵抗13
及び電圧設定回路2と並列に設けられたツェナーダイオ
ード15と、基準電圧源12とからなる。制御回路11
は、二つの入力端子と一つの出力端子を有し、一方の入
力端子には前記出力電圧分圧回路により分圧された電圧
が入力され、もう片方の入力端子には基準電圧源12よ
り発せられる電圧Vref が入力される。また、出力端
子にはトランジスタ3のベースが接続される。駆動電源
回路は、入力4に図示しない主電源からの所定電圧Vin
が供給され、電圧設定回路2の回路定数に基づき電圧を
変換し、出力7より最適駆動電圧Vout を出力する。
【0037】次に、この回路の動作を説明する。尚、電
圧設定回路2は図1に示す一つの抵抗1からなるものと
する。
【0038】トランジスタ3がONすると、電圧Vinの
電源に接続された入力4からコイル5を通して電流6が
流れる。この時、トランジスタ3のコレクタ−エミッタ
間電圧Vcesat は、トランジスタ3が飽和状態である
ため出力7に現れる電圧Voutと比較すると、Vout >
Vcesat となる。そのため、ダイオード8を通して出
力7へ電流が流れない。その後、トランジスタ3のON
期間Tonに、コイル5はエネルギーを蓄える。
【0039】そして、トランジスタ3が、OFFすると
コイル5に逆起電力が発生し、ダイオード8を通してコ
ンデンサ9を充電しながら電流10が流れる。
【0040】出力電圧Vout を制御するにはON期間
Tonの長さを調整すれば良く、前記制御回路11により
行われる。制御回路11は、上述したように、電圧Vre
fを発生する基準電圧源12と抵抗13,1,14によ
り構成された出力電圧分圧回路が接続され、2つの入力
端子に印加される電圧がそれぞれ等しくなるように出力
端子の出力を調整し、ON期間Tonを調整する。
【0041】出力7に発生する電圧は、次のような式で
表せられる。
【0042】
【数2】
【0043】以上の説明は、電圧設定回路2が正常に接
続されている場合についてのものである。
【0044】一方、電圧設定回路2が正常に接続されて
いない時、または、抵抗1が断線している時には、出力
電圧Vout が、上昇して行きツェナーダイオード15
がONする電圧に達する。ツェナーダイオード15がO
Nすると出力電圧Vout は、ONした時点の電圧以上
にはならない。その時の出力電圧は、
【0045】
【数3】
【0046】となる。即ち、駆動電源回路の出力電圧
は、最高で式3の電圧までとなる。
【0047】ツェナー電圧Vzと基準電圧源電圧Vref
との和をヘッド駆動回路やヘッドの最大定格電圧以下
に合わせておけば、駆動電源回路は、ヘッド駆動回路や
ヘッドの最大定格電圧を越した過電圧を出力することが
なく、ヘッド駆動回路やヘッドを破壊することがない。
【0048】図1中の電圧設定回路2は、ヘッドの特性
のバラツキにより最適駆動電圧が異なる場合には、図2
に示すように複数の抵抗20、21、22とカットポイ
ント23、24の組み合わせにより最適駆動電圧を指示
することも可能である。しかし、この方式においても電
圧設定回路2が正常に接続されていない時、または、抵
抗20、21、22の内選択されている抵抗が断線して
いる時には、ツェナーダイオード15がなければ、駆動
電源回路の出力上限電圧になり、ヘッド駆動回路やヘッ
ド自身の最大定格電圧を越し過電圧によりヘッド駆動回
路やヘッドを破壊する。しかしながら、ツェナーダイオ
ード15が在るがために出力電圧Voutは、式3の電圧
までとなり、駆動電源回路は、ヘッド駆動回路やヘッド
の最大定格電圧を越した過電圧を出力することがなく、
ヘッド駆動回路やヘッドを破壊することがない。
【0049】また、インクジェット記録装置では、温度
によりインクの粘度や表面張力等の物性値が変化がある
ため、温度によりヘッドの最適駆動電圧即ち最適なイン
ク吐出状態を得るヘッド駆動電圧が異なる。例えば、2
5℃でのヘッド最適駆動電圧が24Vの場合、10℃で
は30Vで最適吐出状態を示し、35℃では18Vが最
適吐出状態を示すような最適駆動電圧の変化が生じる。
【0050】ヘッドの最適駆動電圧の温度変化に追従す
るために、最適吐出状態になるように印字ヘッド、ある
いは近傍の温度を検出して、印字ヘッド駆動電圧を適正
電圧を変化させる必要がある。
【0051】そのため、図1に示すような駆動電源回路
に対し、前記図1の電圧設定回路2の抵抗1を図3に示
すように温度特性を持った感温素子30、例えば、負特
性温度係数サーミスタや正特性温度係数サーミスタや感
温抵抗に変更した構成にされた電圧設定回路2を設けイ
ンターフェース回路を通し接続する。
【0052】駆動電源回路は、電圧設定回路2により出
力電圧が設定され、ヘッドの特性バラツキやヘッド温度
変化に対し、ヘッド最適駆動電圧を供給する事が可能と
なっている。
【0053】しかし、負特性温度係数サーミスタを用い
た場合には、想定使用温度範囲以下の温度領域では、負
特性温度係数サーミスタの抵抗値は、極めて大きくな
る。即ち、式2のRbが極めて大きい場合と同等にな
り、駆動電源回路の出力Voutは、ヘッド駆動回路やヘ
ッドの最大定格電圧を越してしまい、ヘッド駆動回路や
ヘッドに過電圧破壊を招く。しかしながら、ツェナーダ
イオード15が在るがために、出力電圧Vout は、式
3の電圧にまでとなり駆動電源回路は、ヘッド駆動回路
やヘッドの最大定格電圧を越した過電圧を出力すること
がなく、ヘッド駆動回路やヘッドを破壊することがな
い。
【0054】また、抵抗1の代わりに正特性温度係数サ
ーミスタを用いた場合には、インクジェット記録装置の
想定使用温度範囲以上で装置の電源がONにされると、
正特性温度係数サーミスタの抵抗値は、極めて大きな値
になっている。その時、駆動電源回路は、ヘッド駆動回
路やヘッドの最大定格電圧を越した過電圧を出力し、ヘ
ッド駆動回路やヘッドの破壊を招く。しかしながら、ツ
ェナーダイオード15が在るがために、出力電圧Vout
は、式3の電圧にまでとなり駆動電源回路は、ヘッド
駆動回路やヘッドの最大定格電圧を越した過電圧を出力
することがなく、ヘッド駆動回路やヘッドを破壊するこ
とがない。
【0055】以上説明したように、印字ヘッドユニット
の状態が如何なる状態でも即ち、電圧設定回路が、如何
なる状態でも駆動電源回路の出力電圧が、ヘッド駆動回
路やヘッドの最大定格電圧以下であり、過電圧によるヘ
ッド駆動回路やヘッドの破壊しないインクジェットヘッ
ド駆動電源回路を実現することにより信頼性の高いイン
クジェット記録装置の提供が可能となる。
【0056】なお、本実施例では、昇圧型チョッパ・レ
ギュレータを用いているが、降圧型チョッパ・レギュレ
ータや極性反転型チョッパ・レギュレータやシリーズ・
レギュレータやこれらを組み合わせたレギュレータに関
しても同等の効果を得ることができる。
【0057】印字ヘッドユニットは、上記実施例のもの
だけでなく、印字ヘッド部とインクタンク部とが別体も
しくは分離可能に構成され、各々単独で交換可能に接続
できるようなものであってもよい。また、印字ヘッドユ
ニットの交換が、装置のユーザに限定されるものではな
い。
【0058】また、上記実施例においては圧電素子を用
いたドット・オン・デマンド型のインクジェット記録装
置に適用した例をあげたが、エネルギー発生体として熱
発生素子を用いたいわゆるバブルジェット方式のインク
ジェット記録装置にも同様に適応でき、更に、コンティ
ニュアス・ジェット型のものにも適応可能である。
【0059】上記実施例では、印字ヘッドユニット側に
は電圧設定部である抵抗1のみ設けられていたが、更な
る変形例として、ヘッドユニット側に抵抗Ra,Rcや
コンデンサ9、ツェナーダイオード15も共に印字ヘッ
ドユニット側に設けられていてもよい。
【0060】また、上記実施例では、電圧制限部として
1つのツェナーダイオード15からなるものをあげた
が、変形例として、制限するヘッド駆動電圧の条件が許
せばLED等の他のダイオードや半導体素子を用いても
よい。さらに、電圧制限部は複数の回路素子やICなど
からなる二端子定電圧発生回路,三端子定電圧発生回路
等の回路で構成されてもよい。
【0061】
【発明の効果】以上説明したことから明かなように、本
発明のインクジェットヘッド駆動電源回路によれば、電
圧設定部は、前記印字ヘッドユニットのインターフェー
ス部に設けられて印字ヘッドに応じてそのエネルギー発
生体の駆動電圧を設定し、電圧制限部は、出力電圧の上
限を制限する。このため、印字ヘッドユニットを任意に
交換しても、煩雑な電圧調整作業を行うことなく、ま
た、印字ヘッドユニットのインターフェース部に設けら
れた電圧設定部が正常に接続されていないとき、あるい
は、その電圧設定部が断線しているとき、インクジェッ
ト記録装置を破壊するような過電圧を出力することを防
止し、常に、最適駆動電圧で印字ヘッドを駆動すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例のインクジェット記録装置の
インクジェットヘッド駆動電源回路の構成を示すブロッ
ク図である。
【図2】第一の実施例の電圧設定回路の構成を示す図で
ある。
【図3】第二の実施例の電圧設定回路の構成を示す図で
ある。る。
【図4】従来例のインクジェット記録装置のインクジェ
ットヘッド駆動電源回路の構成を示すブロック図であ
る。
【符号の説明】
1 抵抗 2 電圧設定回路 13,14 抵抗 15 ツェナーダイオード 20,21,22 抵抗 23,24 カットポイント 30 サーミスタ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B41J 2/01 B41J 2/05

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数のインク吐出口からインクを吐出さ
    せるエネルギー発生体を有する印字ヘッドを含む印字ヘ
    ッドユニットを交換可能に装着可能なインクジェット記
    録装置に備えられ、前記印字ヘッドユニットのエネルギ
    ー発生体に駆動電圧を供給するインクジェットヘッド駆
    動電源回路において、 前記印字ヘッドユニット側においてそのインターフェー
    ス部に設けられ、その印字ヘッドユニットのエネルギー
    発生体の駆動電圧を設定するため、あらかじめ印字ヘッ
    ドに応じて設定した所定の回路定数を有した回路素子を
    有する電圧設定部と、 前記インターフェース部と電気的に接続されることで、
    前記電圧設定部と共に電圧発生回路を形成し、前記電圧
    設定部に設定された回路定数に基づき、入力電圧よりも
    高い前記印字ヘッドユニットのエネルギー発生体のため
    の駆動電圧を発生する昇圧型の駆動電源部と、 前記電圧発生回路が出力するヘッド駆動電圧の上限を制
    限する電圧制限部とを備えたことを特徴とするインクジ
    ェットヘッド駆動電源回路。
  2. 【請求項2】 前記電圧制限部は、電圧発生素子にて構
    成されており、前記電圧発生回路において少なくとも前
    記電圧設定部と並列に設けられることを特徴とする請求
    項1に記載のインクジェットヘッド駆動電源回路。
  3. 【請求項3】 前記電圧設定部は、少なくとも一個の抵
    抗素子からなる回路で前記ヘッド駆動電圧を設定するこ
    とを特徴とする請求項1に記載のインクジェットヘッド
    駆動電源回路。
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