JP3346075B2 - インクジェットヘッドの駆動方法 - Google Patents
インクジェットヘッドの駆動方法Info
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Description
紙等の媒体上にインク像を形成するプリンタ等の装置に
用いられるインクジェットヘッドの駆動方法に関する。
媒体に高解像度の記録をするためには、記録媒体上に記
されるドット径を小さくする必要がある。そのためには
ノズル開口より吐出されるインク滴の大きさを小さくし
なければならない。記録解像度に応じてノズル開口から
吐出するインク滴量を変化させるインクジェットプリン
タは特公平3−23349号公報に開示されており、電
気パルスの電圧を変化させてインク滴量を変えている。
ド駆動電圧の高低に対し駆動波形の立ち上がり時間を変
化させてインク滴量の大小にかかわらず、インク滴の飛
翔速度を均一化させる方法が提案されている。
ズル開口より放出するインク滴を形成する主パルス電圧
を加える以前に、インク吐出オリフィス内のメニスカス
先端位置を付加パルス電圧で制御することで、インク滴
の大きさをコントロールする方法が提案されている。
いながら、インク滴量を可変にする技術は従来より提案
されているが、より小さなドット径を得る、即ちより小
さなインク滴を実現するには、特公平3−30506号
公報のようにインク吐出オリフィス内のメニスカス先端
位置を後退させる方法が効果的であるとされている。
滴を絞るためにインク吐出オリフィス内のメニスカスの
先端位置を後退させる駆動方法だけでは、ヘッドを高応
答周波数化していった際にメニスカスの残留振動のイン
ク吐出特性に及ぼす影響を無視できなくなってくる。大
きなインク滴を吐出させる状態に比べて、小さなインク
滴を吐出させる場合にはメニスカスの先端位置が大きく
後退した状態で吐出のためのエネルギを印加するため、
インク滴量に対するメニスカス残留振動が大きくなりノ
ズル開口周囲で不均一な濡れが発生し易くなる結果、特
に高温環境下等でインク滴の飛行曲がりを起こし易くな
り、記録媒体上でのドットのアライメント不良が発生し
てしまって、折角記録解像度を高めたにもかかわらず高
記録品質が得られないという問題点を有していた。
くなされたもので、その目的とするところは、同一ノズ
ル開口径のヘッドを用いながら、記録解像度に応じてイ
ンク滴量を可変とする際、高解像度化のためのより小さ
なドット径を実現しながら、インク吐出直前のオリフィ
ス内のメニスカス先端位置を制御することで、ヘッド応
答周波数が高くても安定したメニスカス状態を実現し
て、印字乱れのない高解像度で高記録品質が得られるイ
ンクジェットヘッドの駆動方法を提供することにある。
ヘッドの駆動方法は、インク滴を吐出するノズル開口
と、このノズル開口と連通するインク圧力室と、このイ
ンク圧力室の容積を膨張、収縮させる圧電振動子とを備
え、前記ノズル開口から吐出するインク滴量を変化させ
るインクジェットヘッドの駆動方法であって、インク圧
力室を膨張させてインク供給源からのインクをインク圧
力室に補充すると共に、ノズル内に形成されるインクメ
ニスカスをインク圧力室に引き込む第1段階と、膨張状
態にあるインク圧力室を保持する第2段階と、インク圧
力室を収縮させて、ノズル開口からインクを吐出させる
第3段階と、を有し、小さなインク滴を吐出する場合、
大きなインク滴を吐出する場合よりも前記第1段階の時
間および駆動電圧変化が小さく、且つ、第2段階が長い
ことを特徴とする。また好ましくは、小さなインク滴を
吐出する場合の前記第2段階の時間は、前記インクメニ
スカスの固有振動周期以上であることを特徴とする。さ
らに好ましくは、小さなインク滴を吐出する場合の前記
第2段階のヘッド駆動工程に、前記第1段階より緩やか
な速度でインク圧力室を膨張させる工程を含むことを特
徴とする。さらに好ましくは、小さなインク滴を吐出す
る場合の前記第3段階が前記第1段階よりも短く設定さ
れていることを特徴とする。
る第2段階のヘッド駆動工程によって、吐出インク滴の
小さいいわゆる微小インク滴を吐出する際にも、ノズル
開口からインク滴を吐出させる直前において、ノズル開
口より後退しているインクメニスカスは安定化し、イン
ク滴を吐出した後のメニスカスの残留振動が小さく抑え
られる。この結果、微小ドット吐出状態でヘッドを高応
答周波数化していった際にもメニスカス残留振動の影響
の少ない安定した吐出が得られる。
に基づいて説明する。
の駆動方法が適用されたインクジェットヘッドの一実施
例を示すものであって、図中符号21は、インク圧力室
で、共通のインク室22、これらを接続するインク供給
口23を備え、一方の面がノズル開口24とインク吐出
オリフィス20を備えたノズルプレート25により、ま
た他方の面が振動板26により封止されている。
する領域に弾性変形可能なダイヤフラム部26aと、口
述する圧電振動子27の先端に当接するアイランド部2
6bが形成されていて、圧電振動子27の伸縮によりイ
ンク圧力室21を収縮、膨張させるようになっている。
では駆動信号が印加されて充電が行われると、長手方向
に収縮し、また充電により蓄積された電荷の放電が行わ
れると長手方向に伸長するもので、図中下端がアイラン
ド部26bに当接するように、上端を図示しない基台に
固定されている。なお図中符号28は、図示しないイン
ク供給源のインクを共通のインク室22に供給するイン
ク供給管を示す。
動する駆動信号発生回路の一実施例を示すものである。
る場合には、図中符号のIN1の入力端子に、圧電振動
子27を収縮させる図4(a)に示した波形の入力印刷
予備信号が入力し、またIN2の入力端子に、圧電振動
子27を伸長させる図4(b)に示した波形の入力印刷
信号が入力する。入力端子IN1にはレベルシフト用の
トランジスタQ1を介して第1の定電流回路30が接続
されている。定電流回路30は、トランジスタQ2、Q
3と抵抗R1からなり、コンデンサCを一定電流値で充
電するように構成されている。
が接続されている。第2の定電流回路31は、トランジ
スタQ4、Q5、及び抵抗R2からなり、コンデンサC
の電荷を一定の電流値で放電させるように構成されてい
る。
1、Q12、及びトランジスタQ13、Q14をダーリ
ントン接続してなる電流増幅回路を介して出力端子OU
Tに接続されている。
なるトランジスタT、T、T‥‥を介してインクジェッ
トヘッドを構成している全ての圧電振動子27、27、
27‥‥が接続されている。
状態では、コンデンサCが一定の電流で充電されるの
で、この状態でドットを形成すべきノズルの圧電振動子
に接続するトランジスタT、T、T‥‥をドット形成信
号等で選択してオンにすると、トランジスタT、T、T
‥‥を介して圧電振動子27が充電される。そして印刷
信号が入力すると、コンデンサCが放電されるので、圧
電振動子27、27、27‥‥の電荷がダイオードD、
D、D‥‥を介して放電されることになる。
出する場合の駆動回路の動作を図4に示した波形図を用
いて更に詳細に説明する。端子IN1に図4に示した印
刷予備信号(a)が入力すると、その立ち上がりエッジ
によりトランジスタQ1がオンとなり、これにより第1
の定電流回路30を構成しているトランジスタQ2がオ
ンとなり、これに接続されているコンデンサCに抵抗R
1を介して電流が流れ込む。
Q3のベース−エミッタ間電圧となっており、かつトラ
ンジスタQ3がオンの状態では、これのベース−エミッ
タ間電圧が一定であるから、コンデンサCに流れ込む電
流値は、一定値に維持されることになる。
(c)に示したように0ボルトから一定の勾配で直線的
に上昇する。すなわち、立ち上がり勾配τc(V/se
c)、抵抗R1の抵抗値r1(Ω)、コンデンサCの静
電容量c1(F)、及びトランジスタQ3のベース−エ
ミッタ間電圧VBE3とすると、τc=VBE3/(r1×c
1)となる。このため、コンデンサCの静電容量、また
は抵抗R1の抵抗値r1を調整することにより充電電圧
の立ち上がり速度、つまり圧電振動子27、27、27
‥‥の収縮速度を任意の値に調整することができる。
Q11、Q12で増幅されて出力端子OUTから各圧電
振動子27に印加され、ドット形成信号等で選択的にオ
ンとなっているトランジスタT、T、T‥‥だけが勾配
τcで充電されることになる。これにより立ち上がり勾
配τcでもって圧電振動子27が収縮するから、インク
圧力室21が膨張して共通のインク室22からインク圧
力室21にインクが流れ込む。
される時間が経過すると、トランジスタQ1がオフとな
るから、コンデンサCの充電が停止する。この結果、圧
電振動子27は、電圧V1=τc×Tc1に保持され、
収縮状態を維持する。
力端子IN2に印刷信号が入力する(図4(b))。こ
れにより第2の定電流回路31を構成しているトランジ
スタQ4がオンとなり、コンデンサCの電荷を抵抗R2
を介して放電させる。この抵抗R2の端子電圧は、トラ
ンジスタQ5のベース−エミッタ間電圧VBE5となって
いるので、前述の第1の定電流回路30と同様に作用し
て抵抗R2を流れる電流を一定値に維持する。
ち下がり勾配τdで直線的に降下する。すなわち、抵抗
R2の抵抗値をr2、トランジスタQ5のベース−エミ
ッタ間電圧をVBE5とすると、τd=VBE5/(r2×c
1)となる。
3、Q14を介して出力端子OUTに出力され、各圧電
振動子27、27、27‥‥に印加されるが、ドットを
形成すべき圧電振動子27だけが充電されているので、
これらの圧電振動子27、27、27‥‥だけがダイオ
ードD、D、D‥‥を介して立ち下がり勾配τdにより
放電し、これにより定まる速度で伸長する。この圧電振
動子27の伸長によりインク圧力室21は放電電流の勾
配τdで定まる速度で収縮してインク圧力室内に正圧を
発生させるため、ノズル開口からインク滴として飛翔可
能な運動エネルギを持ったインク柱が形成されていくこ
とになる。
場合には、図3におけるIN3の入力端子に、圧電振動
子27を収縮させる図5(a)に示した波形の入力印刷
予備信号が入力し、またIN4の入力端子に、圧電振動
子27を伸長させる図5(b)に示した波形の入力印刷
信号が入力する。入力端子IN3にはレベルシフト用の
トランジスタQ6を介して第3の定電流回路32が接続
されている。定電流回路32は、コンデンサCを一定電
流値で充電するように構成されている。
が接続されている。第4の定電流回路33は、コンデン
サCの電荷を一定の電流値で放電させるように構成され
ている。微小インク滴吐出する際と同様に、コンデンサ
Cの端子はトランジスタQ11、Q12、及びトランジ
スタQ13、Q14をダーリントン接続してなる電流増
幅回路を介して出力端子OUTに接続されている。
場合の駆動回路の動作は、微小インク滴を吐出する場合
の駆動回路の動作と同一であり、図5に示した波形図の
ように、端子IN3に印刷予備信号(a)、端子IN4
に印刷信号(b)が入力すると、端子OUTには図5
(c)に示したような圧電振動子27の駆動波形が出力
される。
電圧波形によって、インク吐出オリフィス20内に形成
されるインクメニスカスがどの様に変位するのか説明す
る。
気回路に置き換えると、図6に示すとおりになる。同図
において、m〔kg/m4〕はイナータンス、c〔m5/N〕は
音響容量、r〔Ns/m5〕は音響抵抗、U〔m3/s〕は体積
速度を示し、これらに関する添字0は圧電振動子27と
それがが接続するインク圧力室21の振動板26を含む
振動子系、添字1は圧電振動子27が接続していない部
分のインク圧力室系、添字2はインク供給流路系、添字
3はノズル流路系をそれぞれ意味している。振動子系の
P〔Pa〕は、外部より加えられる圧力で、圧電振動子2
7へ印加する駆動電圧パルスを等価圧力に変換したもの
である。また、〔〕内はそれぞれの単位である。図6の
等価電気回路をインクジェットヘッドで重要となる回路
に分解すると、図7に示す3つの電気回路となる。まず
これらの回路の意味を以下に説明する。
つ。
系とインク供給路系からなる回路で、インク圧力室から
みるとノズル流路系とインク供給路系が並列に接続され
ており、
されるインク流路系の固有周期を持つ。
給路系の直列回路で、
されるインクメニスカスの表面張力による音響容量に支
配されるインク流路系の固有周期を持つ。
せた全体系の等価電気回路が、図7に示す各部分の電気
回路に分解できるには、それぞれの固有周期が互いに離
れている必要がある。
クメニスカスの変位を説明できる。
(i)に示す通常解像度に対応したインク滴を吐出させ
るための電圧パルスを印加したときの、インク吐出オリ
フィスに形成されるインクメニスカスの応答(即ち等価
電気回路の応答)を図8(ii)に示す。
うに、時刻0あるいは時刻t4、t5で不連続に電圧
(等価電気回路では圧力)が変化すると、振動系に不連
続の大きさに比例した、それぞれの固有周期の運動が励
起される。電圧パルスの立ち上がり時間Tc2が固有周
期Tcavより大きく、固有周期Tmenとは同程度の
時間であるため、時刻0での不連続性によって、インク
メニスカスの変位には、固有周期Tmenの振動に固有
周期Tcavの振動が重畳する。立ち上がり時間Tc2
が固有周期Tcavの数倍とかなり長いために、固有周
期Tmenの振動に重畳する固有周期Tcavの振動は
比較的小さい。
印刷時に比べ大きなインク滴を吐出させる必要があり、
このためには、印刷信号が入力する時刻t5では可及的
にインクメニスカスがノズル開口近傍に復帰するよう
に、Tc2とTh2が設定される。通常解像度に対応す
る電圧パルスとして本実施例では、V2=20〔V〕、
Tc2=85〔μs〕、Th2=5〔μs〕、Td2=
6.6〔μs〕である。
ク滴を吐出させるため、図9(i)に示す電圧パルスを
印加したときの、インク吐出オリフィス20に形成され
るインクメニスカスの応答を図9(ii)に示す。イン
ク滴重量を通常解像度の際のインク滴量の約半分とする
ため、印加電圧はV1=15〔V〕と小さく、立ち上が
り勾配τdを大きくしてインクメニスカスの先端位置を
後退させるように、Tc3=30〔μs〕としている。
また、Th3=Th2=5〔μs〕、Td3=4〔μs〕
である。
してもインク滴速度が通常インク滴吐出時とあまり変わ
らない微小インク滴の吐出特性を得るのに有効である
が、図9(ii)に示すとおり、時刻t7において急激
にインク吐出オリフィス内に引き込まれたままの状態
で、時刻t8においてインク圧力室21を急激に収縮さ
せる印刷信号が入力されるために、微小インク滴吐出直
後のインクメニスカスの変位はq4のごとく大きくイン
ク吐出オリフィス内に引き込まれた値となる。この結
果、インクメニスカス残留振動が大きくなり、インク滴
吐出後にノズル開口24の外側にインクメニスカスが盛
り上がる、いわゆるインク後盛り量q3も大きくなる。
このインクの後盛りはノズル開口周囲での不均一な濡れ
の原因となり、インク滴の飛行曲がりを発生させ、記録
媒体上でのドットアライメント不良を招く。特に、イン
クメニスカスの残留振動のインク吐出特性に及ぼす影響
を無視できなくなる、ヘッドの高応答周波数領域で顕著
となる。また、微小インク滴を吐出するために、立ち上
がり時間Tc3が固有周期Tcavに近づいている(但
しTc3>Tcav)ために、図8(ii)に比べて固
有周期Tcavの振動が大きくなってしまうことも、イ
ンクの後盛り量q3を大きくする一因となっている。
図1(i)に示す本発明のインクジェットヘッドの駆動
方法である電圧パルスを印加したときの、インク吐出オ
リフィス20に形成されるインクメニスカスの応答を図
1(ii)に示す。印加電圧V1=15〔V〕、Tc1
=Tc2=30〔μs〕、Th1=20〔μs〕>Th
2、Td1=Td3=4〔μs〕である。 このよ
うに所定時間待機する第2段階であるTh1を吐出イン
ク滴の大きな通常解像度の場合のTh2より長くする
と、時刻t1でインクメニスカスは急激にインク吐出オ
リフィス内に引き込まれても、時刻t2において一旦イ
ンクメニスカス先端の動きが抑えられた状態となるた
め、圧力室21を急激に収縮させる印刷信号が入力され
ても、微小インク滴吐出直後のインク吐出オリフィス内
に引き込まれた値はq2のごとくになり、図9(ii)
のq4に比べ引き込み量が小さな値となる。この結果、
インクメニスカス残留振動は比較的小さくなり、インク
滴吐出後のインク後盛り量q4も比較的小さくなる。本
実施例のように、待機時間Th1は固有周期Tcav以
上とすれば、不連続点t1で励起される固有周期Tca
vを周期として持つインクメニスカスの振動が、Th1
<Tcavとした場合に比べ小さくなるため、インク滴
吐出後のインク後盛り量を小さくする上で効果的であ
る。
駆動方法の第2の実施例を示す図である。図10
(a)、図10(b)ともに、第2段階のヘッド駆動工
程であるTh4、Th5に、第1段階であるヘッド駆動
工程Tc4、Tc5より緩やかな立ち上がり勾配でイン
ク圧力室21を膨張させる工程を含んでいる点が第1の
実施例とは異なる。圧力室21を急激に収縮させる印刷
信号が入力される時点でインクメニスカス先端の動きは
第1の実施例と同様に抑えられた状態であるため、圧力
室21を急激に収縮させる印刷信号が入力されても、微
小インク滴吐出直後のインク吐出オリフィス内に引き込
まれた値は小さな値となる。尚、本実施例では、圧力室
21を急激に収縮させる印刷信号が入力される時点での
インクメニスカスは安定した状態のままで、第1の実施
例よりはインク吐出オリフィス内により大きく引き込ま
れるため、微小インク滴を更に絞ることができるという
効果を有する。
待機する第2段階のヘッド駆動工程によって、吐出イン
ク滴の小さいいわゆる微小インク滴を吐出する際にも、
ノズル開口からインク滴を吐出させる直前において、ノ
ズル開口より後退しているインクメニスカスは安定化
し、インク滴を吐出した後のメニスカスの残留振動が小
さく抑えられる。この結果、微小インク滴吐出状態でヘ
ッドを高応答周波数化していった際にもメニスカス残留
振動の影響の少ない安定した吐出が得られるという効果
を有する。
よる応答のグラフである。
ドの要部を示す図である。
発生回路の一実施例を示す回路図である。
の際のタイミング図である。
の際のタイミング図である。
ある。
ある。
の際の電圧パルスとそれによる応答のグラフである。
圧パルスとそれによる応答のグラフである。
際の電圧パルスを示すグラフである。
Claims (4)
- 【請求項1】 インク滴を吐出するノズル開口と、この
ノズル開口と連通するインク圧力室と、このインク圧力
室の容積を膨張、収縮させる圧電振動子とを備え、前記
ノズル開口から吐出するインク滴量を変化させるインク
ジェットヘッドの駆動方法であって、 インク圧力室を膨張させてインク供給源からのインクを
インク圧力室に補充すると共に、ノズル内に形成される
インクメニスカスをインク圧力室に引き込む第1段階
と、膨張状態にあるインク圧力室を保持する第2段階
と、インク圧力室を収縮させて、ノズル開口からインク
を吐出させる第3段階と、を有し、 小さなインク滴を吐出する場合、大きなインク滴を吐出
する場合よりも前記第1段階の時間および駆動電圧変化
が小さく、且つ、第2段階が長いこと を特徴とするイン
クジェットヘッドの駆動方法。 - 【請求項2】 小さなインク滴を吐出する場合の 前記第
2段階の時間は、前記インクメニスカスの固有振動周期
以上であることを特徴とする、請求項1に記載のインク
ジェットヘッドの駆動方法。 - 【請求項3】 小さなインク滴を吐出する場合の 前記第
2段階のヘッド駆動工程に、前記第1段階より緩やかな
速度でインク圧力室を膨張させる工程を含むことを特徴
とする、請求項1又は請求項2に記載のインクジェット
ヘッドの駆動方法。 - 【請求項4】 小さなインク滴を吐出する場合の 前記第
3段階が前記第1段階よりも短く設定されていることを
特徴とする請求項1に記載のインクジェットヘッドの駆
動方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1612995A JP3346075B2 (ja) | 1995-02-02 | 1995-02-02 | インクジェットヘッドの駆動方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1612995A JP3346075B2 (ja) | 1995-02-02 | 1995-02-02 | インクジェットヘッドの駆動方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH08207317A JPH08207317A (ja) | 1996-08-13 |
JP3346075B2 true JP3346075B2 (ja) | 2002-11-18 |
Family
ID=11907895
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1612995A Expired - Lifetime JP3346075B2 (ja) | 1995-02-02 | 1995-02-02 | インクジェットヘッドの駆動方法 |
Country Status (1)
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---|---|---|---|---|
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JP2011207079A (ja) * | 2010-03-30 | 2011-10-20 | Seiko Epson Corp | 液体噴射装置 |
-
1995
- 1995-02-02 JP JP1612995A patent/JP3346075B2/ja not_active Expired - Lifetime
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Publication number | Publication date |
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JPH08207317A (ja) | 1996-08-13 |
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