JP3797161B2 - インクジェット式プリンタのヘッド駆動装置及び駆動方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェット式プリンタのヘッドにてインク滴を吐出するためのノズルに対応して設けられた圧電素子の放電を低減するようにしたインクジェット式プリンタのヘッド駆動の技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、コンピュータの出力装置として、数色のインクを記録ヘッドから吐出するタイプのインクジェット式カラープリンタが普及してきており、コンピュータ等が処理した画像を多色多階調で印刷するために広く用いられている。
【０００３】
例えば、インク吐出のための駆動素子として圧電素子を用いたインクジェット式プリンタでは、印刷ヘッドの複数のノズルに対応してそれぞれ設けられた複数個の圧電素子を選択的に駆動することにより、各圧電素子の動圧に基づいてノズルからインク滴を吐出させ、印刷用紙にインク滴を付着させることにより、印刷用紙にドットを形成して、印刷を行なうようにしている。
【０００４】
ここで、各圧電素子は、インク滴を吐出するためのノズルに対応して設けられており、印刷ヘッド内に実装されたドライバＩＣ（ヘッド駆動回路）から供給される駆動信号により駆動され、インク滴を吐出させるようになっている。
【０００５】
ところで、このような圧電素子は、非駆動時（すなわち印刷を行なわないとき）には、充電により蓄積された電荷が、絶縁抵抗により放電して、その電圧が低下してしまうことにより、インクの吐出に影響を与えることがある。
【０００６】
このため、本出願人による特許第３０９７１５５号において、圧電素子に対して、駆動タイミングとは異なるタイミングで、充電電圧を印加して、充電電圧を維持するようにしたヘッドの駆動装置及び駆動方法が開示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようなインクジェット式プリンタのヘッド駆動においては、各圧電素子に印加される駆動信号は、直流信号であって、非駆動時に高い電圧に設定され、駆動時には電圧が低くなるように構成されている。このため、消費電力が大きくなると共に、圧電素子に印加される電圧が比較的高くなってしまうために前述した放電による電圧降下も大きく、電力損失が大きい。
【０００８】
また、印刷品質の向上のために、印刷ドットの高密度化を実現しようとすると、互いに隣接する圧電素子の電極間のギャップが狭くなるが、駆動される圧電素子と非駆動の圧電素子とが隣接している場合に、これらの圧電素子の電極間電圧が高くなると、これらの圧電素子の電極間で放電が発生することがある。
【０００９】
さらに、高密度化により個々の圧電素子が小さくなって、その耐圧が低くなるため、より高密度化が進んだ場合には、駆動信号の最大電圧が圧電素子の耐圧を越えることになり、圧電素子が正常に動作しなくなるおそれがある。
【００１０】
このため、圧電素子の電極間に、絶縁材料を充填する等の絶縁処理が必要になってしまう。
【００１１】
これに対して、各圧電素子のグランド側を駆動信号の中間電位に保持するようにするヘッド駆動方式もある。このようなヘッド駆動方式によれば、上述した高密度化の際の圧電素子電極間の放電を防止することができるが、駆動信号の変動に対応して、電圧を変動させると共に、充電及び放電の切換えが必要であることから、双方向の可変電源が必要となる。
【００１２】
さらに、このような電源は、プリンタ本体の制御部における所謂ロジック電源を利用していることから、回路構成が複雑となり、コストが高くなってしまう。
【００１３】
また、前述したような電圧降下が発生した場合、充電電圧が急激に圧電素子に対して印加されると、場合によっては圧電素子が駆動されることになり、誤動作の発生、即ち誤ってインク滴が吐出してしまうおそれがあった。従って、駆動波形ＣＯＭを決定する場合に、チャージ信号を入れるタイミングを考慮する必要があり、駆動波形を決定する際の制約となってしまう。
【００１４】
そこで、本発明の課題は、簡単な構成により、各圧電素子の誤動作の発生を排除しながら、各圧電素子の放電による電圧降下を低減させるようにした、インクジェット式プリンタのヘッド駆動装置及びヘッド駆動方法を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明では、各圧電素子のグランド側の電極に、ヘッド駆動電源を利用したバイアス電源回路により、各圧電素子のグランド側にバイアス電圧を印加して、グランド電位より高いバイアス電位に保持するようにした。
【００１６】
即ち、請求項１記載のインクジェット式プリンタのヘッド駆動装置では、複数のノズルに対応してそれぞれ設けられたインクに圧力を加える圧電素子を、当該圧電素子の一方の電極に所定の印字タイミングで選択的にヘッド駆動回路からの駆動信号を供給することにより駆動し、対応するノズルからインク滴を吐出させて記録を行なう、インクジェット式プリンタのヘッド駆動装置であって、前記圧電素子中の非駆動の圧電素子の一方の前記電極は、前記駆動信号の中間電位に保持され、各圧電素子の他方の電極に、電極間の電位差を中間電位より低くするための所定のバイアス電圧を印加するバイアス電源回路を備えており、上記バイアス電源回路が、ヘッド駆動電源を利用して前記バイアス電圧を生成することを特徴とする。
【００１７】
また、請求項５記載のインクジェット式プリンタのヘッド駆動方法では、複数のノズルに対応してそれぞれ設けられたインクに圧力を加える圧電素子を、当該圧電素子の一方の電極に所定の印字タイミングで選択的にヘッド駆動回路からの駆動信号を供給するにより駆動し、対応するノズルからインク滴を吐出させて記録を行なう、インクジェット式プリンタのヘッド駆動方法であって、前記圧電素子中の非駆動の圧電素子の一方の前記電極は、前記駆動信号の中間電位に保持され、ヘッド駆動電源を利用してバイアス電圧を生成するバイアス電源回路により、各圧電素子の他方の電極に、電極間の電位差を中間電位より低くするための所定のバイアス電圧を印加することを特徴とする。
【００１８】
この構成によれば、ヘッド駆動電源を利用してバイアス電源回路から供給されるバイアス電圧を、圧電素子のグランド側の電極に印加することにより、圧電素子のグランド側がバイアス電圧に保持されることになる。
【００１９】
また、圧電素子の自然放電が発生したとしても、圧電素子のグランド側の電極にはバイアス電源回路から常に所定のバイアス電圧が印加されていることから、自然放電の際のリーク電流が少なくなり、電圧降下が低減されるので、従来のような圧電素子の放電による電圧降下に対する充電電圧の印加の際の急激な電圧変動が緩和され、圧電素子の誤動作の発生を排除することができると共に、駆動波形を決定する際に、チャージ信号を入れるタイミングを考慮する必要がないので、駆動波形を決定する際の制約がなくなる。
【００２０】
請求項２記載のヘッド駆動装置においては、上記バイアス電源回路が、各圧電素子のグランド側の電極に接続されたコンデンサと、ヘッド駆動電源を利用して上記コンデンサにバイアス電圧を印加する定電圧回路と、を備えていることを特徴とする。
【００２１】
請求項６記載のヘッド駆動方法においては、上記バイアス電源回路が、各圧電素子のグランド側の電極に接続されたコンデンサと、ヘッド駆動電源を利用して上記コンデンサにバイアス電圧を印加する定電圧回路と、を備えていることを特徴とする。
【００２２】
この構成によれば、圧電素子のグランド側の電極に接続されたコンデンサが、定電圧回路からのバイアス電圧により充電されるので、圧電素子のグランド側の電極がコンデンサからのバイアス電圧に保持されることになる。
【００２３】
請求項３記載のヘッド駆動装置においては、上記定電圧回路が、ヘッド駆動電源に対して電流制限抵抗を介して接続されたツェナーダイオードから構成されており、ツェナーダイオードの電圧がバイアス電圧としてカップリング素子を介してコンデンサに印加されることを特徴とする。
【００２４】
請求項７記載のヘッド駆動方法においては、上記定電圧回路が、ヘッド駆動電源に対して電流制限抵抗を介して接続されたツェナーダイオードから構成されており、ツェナーダイオードの電圧がバイアス電圧としてカップリング素子を介してコンデンサに印加されることを特徴とする。
【００２５】
この構成によれば、圧電素子のグランド側の電極に接続されたコンデンサが、定電圧回路のツェナーダイオードの電圧によりカップリング素子を介して充電されることにより、コンデンサが安定したバイアス電圧により充電されることになると共に、圧電素子のグランド側の電極からの放電がツェナーダイオードに流れることがカップリング素子によって阻止される。
【００２６】
請求項４記載のヘッド駆動装置においては、上記定電圧回路が、電流制限抵抗に対して並列に、且つヘッド駆動電源側に電流を流すように接続された放電用ダイオードを備えていることを特徴とする。
【００２７】
請求項８記載のヘッド駆動方法においては、上記定電圧回路が、電流制限抵抗に対して並列に、且つヘッド駆動電源側に電流を流すように接続された放電用ダイオードを備えていることを特徴とする。
【００２８】
この構成によれば、ヘッド駆動電源が電源オフ等により０Ｖに低下する場合、コンデンサに充電された電荷が、電流制限抵抗をバイパスして、当該放電用ダイオードを介して放電されることにより、コンデンサが短時間で放電され得ることになる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
図面を参照して、本発明の実施の形態に係るヘッド駆動装置について説明する。尚、以下に述べる実施形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。図１は、本発明によるヘッド駆動装置の一実施形態の構成を示している。
【００３０】
図１において、ヘッド駆動装置１０は、インクジェットプリンタの複数のノズルに対応してそれぞれ設けられた圧電素子１１と、各圧電素子１１の一方の電極１１ａに対して駆動信号を供給するためヘッド駆動回路１２と、このヘッド駆動回路１２と各圧電素子１１との間に設けられた電流増幅回路１３及びスイッチ回路１４と、圧電素子１１の他方のグランド側の電極１１ｂに対して所定のバイアス電圧を印加するバイアス電源回路２０と、から構成されている。
【００３１】
ここで、図１においては、圧電素子１１は一つのみが示されているが、実際には、インクジェット式プリンタのヘッドには、複数個のノズルが設けられており、各ノズルに対してそれぞれ一つの圧電素子が備えられている。そして、各圧電素子１１に対して、ヘッド駆動回路１２からの駆動信号ＣＯＭは、実際にはシフトレジスタ等を介して、順次に出力されるようになっている。
【００３２】
圧電素子１１は、例えばピエゾ素子であって、双方の電極１１ａ，１１ｂ間に印加される電圧により変位するように構成されている。そして、圧電素子１１は、例えば中間電位Ｖ０付近に充電されており、ヘッド駆動回路１２からの駆動信号ＣＯＭに基づいて放電する際に対応するノズル内のインクに圧力を加えることにより、このノズルからインク滴を吐出するように構成されている。
【００３３】
ヘッド駆動回路１２は、ドライバＩＣとして構成されており、インクジェットプリンタのヘッドへの駆動信号ＣＯＭを発生させるものであり、例えばプリンタ本体内に配置されている。
【００３４】
電流増幅回路１３は、二つのトランジスタ１５，１６から構成されている。このうち、第一のトランジスタ１５は、コレクタが定電圧電源１７に接続され、ベースがヘッド駆動回路１２の出力に接続されると共に、エミッタがスイッチ回路１４の入力側に接続されている。これにより、ヘッド駆動回路１２からの信号に基づいて導通して、定電圧をスイッチ回路１４を介して圧電素子１１に供給する。ここで、上記定電圧電源は、例えばＤＣ４２Ｖのヘッド駆動電圧を供給する比較的高電圧の電源である。
【００３５】
また、第二のトランジスタ１６は、エミッタがスイッチ回路１４の入力側に接続され、ベースがヘッド駆動回路１２の出力に接続されると共に、コレクタがグランドにアース接続されている。これにより、ヘッド駆動回路１２からの信号に基づいて導通して、圧電素子１１をスイッチ回路１４を介して放電させ、その放電電荷をグランドに逃がすようになっている。
【００３６】
スイッチ回路１４は、アナログスイッチ回路であって、制御信号が入力されることにより、対応する圧電素子１１の駆動タイミングでオンされ、駆動信号ＣＯＭを圧電素子１１に出力するようになっている。ここで、上記圧電素子１１及びスイッチ回路１４は、プリンタのヘッド内に設けられており、フレキシブルフラットケーブル１８を介して接続されている。
【００３７】
上記バイアス電源回路２０は、ヘッド駆動電源としての定電圧電源１７を利用して、所定電圧、即ち圧電素子１１の駆動信号ＣＯＭによる中間電位Ｖ０以下の所定のバイアス電圧Ｖｂを、圧電素子１１の他方のグランド側の共通電極１１ｂに印加するように、図１に示すように、コンデンサ２１と、定電圧回路２２と、から構成されている。
【００３８】
上記コンデンサ２１は、電解コンデンサであって、その充電電圧をバイアス電圧Ｖｂとして各圧電素子１１のグランド側の電極１１ｂに印加するように、一端が圧電素子１１のグランド側の共通電極１１ｂに接続されていると共に、他端がグランドにアース接続されている。
【００３９】
尚、コンデンサ２１の容量は、各圧電素子１１に対して安定したバイアス電圧Ｖｂを供給することができるように、すべての圧電素子１１の総静電容量（数μＦ程度）に対して十分大きな容量、例えば数１０００μＦ程度に選定されている。
【００４０】
上記定電圧回路２２は、上記ヘッド駆動電源としての定電圧電源１７を利用してバイアス電圧Ｖｂを生成するように、電流制限抵抗２３，ツェナーダイオード２４と、カップリング素子としてのカップリング抵抗２５と、ノイズ対策用コンデンサ２６と、放電用ダイオード２７と、から構成されている。
【００４１】
電流制限抵抗２３及びツェナーダイオード２４は、上記定電圧電源１７とグランド間にて、互いに直列に接続おり、ツェナーダイオード２４の電圧（ツェナーダイオード２４のグランドとは反対側の電圧）が所定電圧、例えばＤＣ６Ｖに保持されるようになっている。ここで、電流制限抵抗２３は、例えば数ｋΩ程度のものが使用される。
【００４２】
上記カップリング抵抗２５は、ツェナーダイオード２４の電圧をコンデンサ２１に印加すると共に、コンデンサ２１の放電電圧がツェナーダイオード２４に印加されないように、回路を分断するためのものであり、例えば数十Ω〜数ｋΩ程度のものが使用される。
【００４３】
上記ノイズ対策用コンデンサ２６は、ツェナーダイオード２４の電圧に含まれるノイズ成分を吸収除去するためのものであり、省略されてもよい。
【００４４】
上記放電用ダイオード２７は、定電圧電源１７の電源オフ等により０Ｖに低下する場合に、コンデンサ２１に充電された電荷を、電流制限抵抗２３をバイパスさせて、迅速に放電させるためのものであり、同様に省略されてもよい。
【００４５】
本発明実施形態によるヘッド駆動装置１０は、以上のように構成されており、本発明によるヘッド駆動方法に基づいて、以下のように動作する。先ず、印刷の際に駆動される圧電素子１１について説明すると、インクジェットプリンタの印刷開始（スタートアップ）時に、ヘッド駆動回路１２からの駆動信号ＣＯＭは、図２（Ａ）に示すように、例えば１００μｓの時間だけチャージ信号ＮＣＨＧがＬレベルに反転することによって、中間電位Ｖｃまで上昇する。
【００４６】
これにより、駆動信号ＣＯＭにより電流増幅回路１３の第一のトランジスタ１５からスイッチ回路１４を介して各圧電素子１１の一方の電極１１ａに電流が流れて充電することにより、圧電素子１１の一方の電極１１ａは、図２（Ｂ）にて実線で示すように、中間電位Ｖｃまで上昇することになる。
【００４７】
このとき、各圧電素子１１の他方のグランド側の共通電極１１ｂは、バイアス電源回路２０のコンデンサ２１の充電電圧がバイアス電圧Ｖｂとして印加されることにより、図２（Ｂ）にて点線で示すように、所定電圧Ｖｂに保持されている。
【００４８】
ここで、圧電素子１１のグランド側の電極１１ｂの電位は、所定電圧Ｖｂに保持されているので、印刷開始時には、圧電素子１１の双方の電極１１ａ，１１ｂ間の電位差は、Ｖｂであるが、この電位差Ｖｂは、駆動信号ＣＯＭの中間電位Ｖｃより低いので、圧電素子１１が誤動作してインク滴を吐出してしまうようなことはない。
【００４９】
そして、印刷中は、駆動信号ＣＯＭの変動に基づいて、駆動信号ＣＯＭが中間電位Ｖｃより高い場合には、電流増幅回路１３の第一のトランジスタ１５を介して圧電素子１１の一方の電極１１ａの充電が行なわれ、また駆動信号ＣＯＭが中間電位Ｖｃより低い場合には、電流増幅回路１３の第二のトランジスタ１６を介して圧電素子１１の一方の電極１１ａの放電が行なわれる。これにより、圧電素子１１が駆動信号ＣＯＭに基づいて作動して、インク滴を吐出する。
【００５０】
ここで、図２（Ｂ）にて符号Ｘで示すように、圧電素子１１が途中で自己放電により電圧降下を生じて、その一方の電極１１ａの電位が中間電位Ｖｃより低くなることを防止するために、チャージ信号ＮＣＨＧは、図３（Ｃ）にて符号Ｙで示すように、駆動信号ＣＯＭの一定周期で、即ち駆動信号ＣＯＭの変動のないタイミングで、Ｌレベルのパルスを発生する。
【００５１】
これにより、ヘッド駆動回路１２からの駆動信号ＣＯＭに基づいて、電流増幅回路１３の第一のトランジスタ１５を介して圧電素子１１の一方の電極１１ａが充電され、非駆動の圧電素子１１であっても、中間電位Ｖｃに保持されるようになっている。尚、この際、圧電素子１１の自然放電による電圧降下が低減されているので、チャージ信号ＮＣＨＧによる圧電素子１１の急激な充電が回避されることになり、圧電素子１１の誤動作が発生するようなことはない。
【００５２】
これに対して、各圧電素子１１の他方のグランド側の共通電極１１ｂは、バイアス電源回路２０からバイアス電圧Ｖｂが印加されることにより、この電圧Ｖｂに保持されることになる。従って、各圧電素子１１は、その双方の電極１１ａ，１１ｂ間の電位差が（Ｖｃ−Ｖｂ）となる。
【００５３】
さらに、印刷終了（ストップエンド）時には、ヘッド駆動回路１２からの駆動信号ＣＯＭは、図２（Ａ）に示すように、圧電素子１１の一方の電極１１ａから電流増幅回路１３の第二のトランジスタ１６を介して放電されることにより、電位０まで低下する。これに対して、非駆動の圧電素子１１については、ヘッド駆動回路１２からの駆動信号ＣＯＭによって、圧電素子１１の一方の電極１１ａは、常に中間電位Ｖｃに充電され、保持されている。
【００５４】
このようにして、各圧電素子１１のグランド側の電極１１ｂの電位は、バイアス電源回路２０からのバイアス電圧Ｖｂにより、一定の電圧Ｖｂに保持されるので、圧電素子１１の双方の電極１１ａ，１１ｂ間の電位差が低く保持されると共に、駆動される圧電素子と非駆動の圧電素子が隣接する場合、これらの圧電素子１１の一方の電極１１ａ間の電圧差も低く保持されることになる。従って、圧電素子１１における消費電力が低減されると共に、圧電素子１１の自己放電による電圧降下が小さく、電力損失が低減されることになる。
【００５５】
また、駆動される圧電素子１１と非駆動の圧電素子１１との間の電位差が低くなるので、このような圧電素子１１が隣接する場合であっても、圧電素子１１間の放電の発生が低減されると共に、高密度化によって個々の圧電素子１１の耐圧が低くなったとしても、圧電素子１１間の絶縁処理を行なう必要がないので、ヘッドの高密度化を容易に実現することが可能になる。
【００５６】
さらに、定電圧電源１７が電源オフ等により０Ｖに低下する場合、バイアス電源回路２０のコンデンサ２１を放電させる必要があるが、コンデンサ２１に充電された電荷は、定電圧回路２２の電流制限抵抗２３をバイパスして、放電用ダイオード２７を介して放電されるので、短時間で放電が行なわれることになる。
【００５７】
また、バイアス電源回路２０は、ヘッド駆動電源としての定電圧電源１７を利用して、バイアス電圧Ｖｂを生成している。従って、従来のような例えばロジック電源を利用した複雑な構成の電源回路を必要とせず、バイアス電源回路２０自体がコンデンサ２１と、例えば電流制限抵抗２３，ツェナーダイオード２４及びカップリング素子としてのカップリング抵抗２５から成る定電圧回路２２により構成されているので、バイアス電源回路２０が低コストで得られる。このようにして、ヘッド駆動装置１０全体のコストが低減され得ることになる。
【００５８】
上述した実施形態においては、圧電素子１１として例えばピエゾ素子が使用されているが、これに限らず、他の圧電素子、例えば電歪素子，磁歪素子等を使用してもよい。
【００５９】
また、上述した実施形態においては、バイアス電源回路２０のカップリング素子としてカップリング抵抗２５が使用されているが、これに限らず、例えばコイル等のカップリング素子が使用されてもよいことは明らかである。
【００６０】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、ヘッド駆動電源を利用してバイアス電源回路から供給されるバイアス電圧を、圧電素子のグランド側の電極に印加することにより、圧電素子のグランド側がバイアス電圧に保持されることになる。従って、圧電素子の双方の電極間に印加される電圧が比較的低くなることから、消費電力が低減されると共に、電力損失が低減される。
【００６１】
また、圧電素子の自然放電が発生したとしても、圧電素子のグランド側の電極にはバイアス電源回路から常に所定のバイアス電圧が印加されていることから、自然放電の際のリーク電流が少なくなり、電圧降下が低減されるので、従来のような圧電素子の放電による電圧降下に対する充電電圧の印加の際の急激な電圧変動が緩和され、圧電素子の誤動作の発生を排除することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるヘッド駆動装置の一実施形態の構成を示すブロック図である。
【図２】図１のヘッド駆動装置における（Ａ）駆動信号，（Ｂ）圧電素子の双方の電極電圧及び（Ｃ）チャージ信号の変動を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
１０ ヘッド駆動装置
１１ 圧電素子
１１ａ 一方の電極
１１ｂ グランド側の電極
１２ ヘッド駆動回路
１３ 電流増幅回路
１４ スイッチ回路
１５ 第一のトランジスタ
１６ 第二のトランジスタ
１７ 定電圧電源（ヘッド駆動電源）
１８ フレキシブルフラットケーブル
２０ バイアス電源回路
２１ コンデンサ
２２ 定電圧回路
２３ 電流制限抵抗
２４ ツェナーダイオード
２５ カップリング抵抗
２６ ノイズ対策用コンデンサ
２７ 放電用ダイオード
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェット式プリンタのヘッドにてインク滴を吐出するためのノズルに対応して設けられた圧電素子の放電を低減するようにしたインクジェット式プリンタのヘッド駆動の技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、コンピュータの出力装置として、数色のインクを記録ヘッドから吐出するタイプのインクジェット式カラープリンタが普及してきており、コンピュータ等が処理した画像を多色多階調で印刷するために広く用いられている。
【０００３】
例えば、インク吐出のための駆動素子として圧電素子を用いたインクジェット式プリンタでは、印刷ヘッドの複数のノズルに対応してそれぞれ設けられた複数個の圧電素子を選択的に駆動することにより、各圧電素子の動圧に基づいてノズルからインク滴を吐出させ、印刷用紙にインク滴を付着させることにより、印刷用紙にドットを形成して、印刷を行なうようにしている。
【０００４】
ここで、各圧電素子は、インク滴を吐出するためのノズルに対応して設けられており、印刷ヘッド内に実装されたドライバＩＣ（ヘッド駆動回路）から供給される駆動信号により駆動され、インク滴を吐出させるようになっている。
【０００５】
ところで、このような圧電素子は、非駆動時（すなわち印刷を行なわないとき）には、充電により蓄積された電荷が、絶縁抵抗により放電して、その電圧が低下してしまうことにより、インクの吐出に影響を与えることがある。
【０００６】
このため、本出願人による特許第３０９７１５５号において、圧電素子に対して、駆動タイミングとは異なるタイミングで、充電電圧を印加して、充電電圧を維持するようにしたヘッドの駆動装置及び駆動方法が開示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようなインクジェット式プリンタのヘッド駆動においては、各圧電素子に印加される駆動信号は、直流信号であって、非駆動時に高い電圧に設定され、駆動時には電圧が低くなるように構成されている。このため、消費電力が大きくなると共に、圧電素子に印加される電圧が比較的高くなってしまうために前述した放電による電圧降下も大きく、電力損失が大きい。
【０００８】
また、印刷品質の向上のために、印刷ドットの高密度化を実現しようとすると、互いに隣接する圧電素子の電極間のギャップが狭くなるが、駆動される圧電素子と非駆動の圧電素子とが隣接している場合に、これらの圧電素子の電極間電圧が高くなると、これらの圧電素子の電極間で放電が発生することがある。
【０００９】
さらに、高密度化により個々の圧電素子が小さくなって、その耐圧が低くなるため、より高密度化が進んだ場合には、駆動信号の最大電圧が圧電素子の耐圧を越えることになり、圧電素子が正常に動作しなくなるおそれがある。
【００１０】
このため、圧電素子の電極間に、絶縁材料を充填する等の絶縁処理が必要になってしまう。
【００１１】
これに対して、各圧電素子のグランド側を駆動信号の中間電位に保持するようにするヘッド駆動方式もある。このようなヘッド駆動方式によれば、上述した高密度化の際の圧電素子電極間の放電を防止することができるが、駆動信号の変動に対応して、電圧を変動させると共に、充電及び放電の切換えが必要であることから、双方向の可変電源が必要となる。
【００１２】
さらに、このような電源は、プリンタ本体の制御部における所謂ロジック電源を利用していることから、回路構成が複雑となり、コストが高くなってしまう。
【００１３】
また、前述したような電圧降下が発生した場合、充電電圧が急激に圧電素子に対して印加されると、場合によっては圧電素子が駆動されることになり、誤動作の発生、即ち誤ってインク滴が吐出してしまうおそれがあった。従って、駆動波形ＣＯＭを決定する場合に、チャージ信号を入れるタイミングを考慮する必要があり、駆動波形を決定する際の制約となってしまう。
【００１４】
そこで、本発明の課題は、簡単な構成により、各圧電素子の誤動作の発生を排除しながら、各圧電素子の放電による電圧降下を低減させるようにした、インクジェット式プリンタのヘッド駆動装置及びヘッド駆動方法を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明では、各圧電素子のグランド側の電極に、ヘッド駆動電源を利用したバイアス電源回路により、各圧電素子のグランド側にバイアス電圧を印加して、グランド電位より高いバイアス電位に保持するようにした。
【００１６】
即ち、請求項１記載のインクジェット式プリンタのヘッド駆動装置では、複数のノズルに対応してそれぞれ設けられたインクに圧力を加える圧電素子を、当該圧電素子の一方の電極に所定の印字タイミングで選択的にヘッド駆動回路からの駆動信号を供給することにより駆動し、対応するノズルからインク滴を吐出させて記録を行なう、インクジェット式プリンタのヘッド駆動装置であって、前記圧電素子中の非駆動の圧電素子の一方の前記電極は、前記駆動信号の中間電位に保持され、各圧電素子の他方の電極に、電極間の電位差を中間電位より低くするための所定のバイアス電圧を印加するバイアス電源回路を備えており、上記バイアス電源回路が、ヘッド駆動電源を利用して前記バイアス電圧を生成することを特徴とする。
【００１７】
また、請求項５記載のインクジェット式プリンタのヘッド駆動方法では、複数のノズルに対応してそれぞれ設けられたインクに圧力を加える圧電素子を、当該圧電素子の一方の電極に所定の印字タイミングで選択的にヘッド駆動回路からの駆動信号を供給するにより駆動し、対応するノズルからインク滴を吐出させて記録を行なう、インクジェット式プリンタのヘッド駆動方法であって、前記圧電素子中の非駆動の圧電素子の一方の前記電極は、前記駆動信号の中間電位に保持され、ヘッド駆動電源を利用してバイアス電圧を生成するバイアス電源回路により、各圧電素子の他方の電極に、電極間の電位差を中間電位より低くするための所定のバイアス電圧を印加することを特徴とする。
【００１８】
この構成によれば、ヘッド駆動電源を利用してバイアス電源回路から供給されるバイアス電圧を、圧電素子のグランド側の電極に印加することにより、圧電素子のグランド側がバイアス電圧に保持されることになる。
【００１９】
また、圧電素子の自然放電が発生したとしても、圧電素子のグランド側の電極にはバイアス電源回路から常に所定のバイアス電圧が印加されていることから、自然放電の際のリーク電流が少なくなり、電圧降下が低減されるので、従来のような圧電素子の放電による電圧降下に対する充電電圧の印加の際の急激な電圧変動が緩和され、圧電素子の誤動作の発生を排除することができると共に、駆動波形を決定する際に、チャージ信号を入れるタイミングを考慮する必要がないので、駆動波形を決定する際の制約がなくなる。
【００２０】
請求項２記載のヘッド駆動装置においては、上記バイアス電源回路が、各圧電素子のグランド側の電極に接続されたコンデンサと、ヘッド駆動電源を利用して上記コンデンサにバイアス電圧を印加する定電圧回路と、を備えていることを特徴とする。
【００２１】
請求項６記載のヘッド駆動方法においては、上記バイアス電源回路が、各圧電素子のグランド側の電極に接続されたコンデンサと、ヘッド駆動電源を利用して上記コンデンサにバイアス電圧を印加する定電圧回路と、を備えていることを特徴とする。
【００２２】
この構成によれば、圧電素子のグランド側の電極に接続されたコンデンサが、定電圧回路からのバイアス電圧により充電されるので、圧電素子のグランド側の電極がコンデンサからのバイアス電圧に保持されることになる。
【００２３】
請求項３記載のヘッド駆動装置においては、上記定電圧回路が、ヘッド駆動電源に対して電流制限抵抗を介して接続されたツェナーダイオードから構成されており、ツェナーダイオードの電圧がバイアス電圧としてカップリング素子を介してコンデンサに印加されることを特徴とする。
【００２４】
請求項７記載のヘッド駆動方法においては、上記定電圧回路が、ヘッド駆動電源に対して電流制限抵抗を介して接続されたツェナーダイオードから構成されており、ツェナーダイオードの電圧がバイアス電圧としてカップリング素子を介してコンデンサに印加されることを特徴とする。
【００２５】
この構成によれば、圧電素子のグランド側の電極に接続されたコンデンサが、定電圧回路のツェナーダイオードの電圧によりカップリング素子を介して充電されることにより、コンデンサが安定したバイアス電圧により充電されることになると共に、圧電素子のグランド側の電極からの放電がツェナーダイオードに流れることがカップリング素子によって阻止される。
【００２６】
請求項４記載のヘッド駆動装置においては、上記定電圧回路が、電流制限抵抗に対して並列に、且つヘッド駆動電源側に電流を流すように接続された放電用ダイオードを備えていることを特徴とする。
【００２７】
請求項８記載のヘッド駆動方法においては、上記定電圧回路が、電流制限抵抗に対して並列に、且つヘッド駆動電源側に電流を流すように接続された放電用ダイオードを備えていることを特徴とする。
【００２８】
この構成によれば、ヘッド駆動電源が電源オフ等により０Ｖに低下する場合、コンデンサに充電された電荷が、電流制限抵抗をバイパスして、当該放電用ダイオードを介して放電されることにより、コンデンサが短時間で放電され得ることになる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
図面を参照して、本発明の実施の形態に係るヘッド駆動装置について説明する。尚、以下に述べる実施形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。図１は、本発明によるヘッド駆動装置の一実施形態の構成を示している。
【００３０】
図１において、ヘッド駆動装置１０は、インクジェットプリンタの複数のノズルに対応してそれぞれ設けられた圧電素子１１と、各圧電素子１１の一方の電極１１ａに対して駆動信号を供給するためヘッド駆動回路１２と、このヘッド駆動回路１２と各圧電素子１１との間に設けられた電流増幅回路１３及びスイッチ回路１４と、圧電素子１１の他方のグランド側の電極１１ｂに対して所定のバイアス電圧を印加するバイアス電源回路２０と、から構成されている。
【００３１】
ここで、図１においては、圧電素子１１は一つのみが示されているが、実際には、インクジェット式プリンタのヘッドには、複数個のノズルが設けられており、各ノズルに対してそれぞれ一つの圧電素子が備えられている。そして、各圧電素子１１に対して、ヘッド駆動回路１２からの駆動信号ＣＯＭは、実際にはシフトレジスタ等を介して、順次に出力されるようになっている。
【００３２】
圧電素子１１は、例えばピエゾ素子であって、双方の電極１１ａ，１１ｂ間に印加される電圧により変位するように構成されている。そして、圧電素子１１は、例えば中間電位Ｖ０付近に充電されており、ヘッド駆動回路１２からの駆動信号ＣＯＭに基づいて放電する際に対応するノズル内のインクに圧力を加えることにより、このノズルからインク滴を吐出するように構成されている。
【００３３】
ヘッド駆動回路１２は、ドライバＩＣとして構成されており、インクジェットプリンタのヘッドへの駆動信号ＣＯＭを発生させるものであり、例えばプリンタ本体内に配置されている。
【００３４】
電流増幅回路１３は、二つのトランジスタ１５，１６から構成されている。このうち、第一のトランジスタ１５は、コレクタが定電圧電源１７に接続され、ベースがヘッド駆動回路１２の出力に接続されると共に、エミッタがスイッチ回路１４の入力側に接続されている。これにより、ヘッド駆動回路１２からの信号に基づいて導通して、定電圧をスイッチ回路１４を介して圧電素子１１に供給する。ここで、上記定電圧電源は、例えばＤＣ４２Ｖのヘッド駆動電圧を供給する比較的高電圧の電源である。
【００３５】
また、第二のトランジスタ１６は、エミッタがスイッチ回路１４の入力側に接続され、ベースがヘッド駆動回路１２の出力に接続されると共に、コレクタがグランドにアース接続されている。これにより、ヘッド駆動回路１２からの信号に基づいて導通して、圧電素子１１をスイッチ回路１４を介して放電させ、その放電電荷をグランドに逃がすようになっている。
【００３６】
スイッチ回路１４は、アナログスイッチ回路であって、制御信号が入力されることにより、対応する圧電素子１１の駆動タイミングでオンされ、駆動信号ＣＯＭを圧電素子１１に出力するようになっている。ここで、上記圧電素子１１及びスイッチ回路１４は、プリンタのヘッド内に設けられており、フレキシブルフラットケーブル１８を介して接続されている。
【００３７】
上記バイアス電源回路２０は、ヘッド駆動電源としての定電圧電源１７を利用して、所定電圧、即ち圧電素子１１の駆動信号ＣＯＭによる中間電位Ｖ０以下の所定のバイアス電圧Ｖｂを、圧電素子１１の他方のグランド側の共通電極１１ｂに印加するように、図１に示すように、コンデンサ２１と、定電圧回路２２と、から構成されている。
【００３８】
上記コンデンサ２１は、電解コンデンサであって、その充電電圧をバイアス電圧Ｖｂとして各圧電素子１１のグランド側の電極１１ｂに印加するように、一端が圧電素子１１のグランド側の共通電極１１ｂに接続されていると共に、他端がグランドにアース接続されている。
【００３９】
尚、コンデンサ２１の容量は、各圧電素子１１に対して安定したバイアス電圧Ｖｂを供給することができるように、すべての圧電素子１１の総静電容量（数μＦ程度）に対して十分大きな容量、例えば数１０００μＦ程度に選定されている。
【００４０】
上記定電圧回路２２は、上記ヘッド駆動電源としての定電圧電源１７を利用してバイアス電圧Ｖｂを生成するように、電流制限抵抗２３，ツェナーダイオード２４と、カップリング素子としてのカップリング抵抗２５と、ノイズ対策用コンデンサ２６と、放電用ダイオード２７と、から構成されている。
【００４１】
電流制限抵抗２３及びツェナーダイオード２４は、上記定電圧電源１７とグランド間にて、互いに直列に接続おり、ツェナーダイオード２４の電圧（ツェナーダイオード２４のグランドとは反対側の電圧）が所定電圧、例えばＤＣ６Ｖに保持されるようになっている。ここで、電流制限抵抗２３は、例えば数ｋΩ程度のものが使用される。
【００４２】
上記カップリング抵抗２５は、ツェナーダイオード２４の電圧をコンデンサ２１に印加すると共に、コンデンサ２１の放電電圧がツェナーダイオード２４に印加されないように、回路を分断するためのものであり、例えば数十Ω〜数ｋΩ程度のものが使用される。
【００４３】
上記ノイズ対策用コンデンサ２６は、ツェナーダイオード２４の電圧に含まれるノイズ成分を吸収除去するためのものであり、省略されてもよい。
【００４４】
上記放電用ダイオード２７は、定電圧電源１７の電源オフ等により０Ｖに低下する場合に、コンデンサ２１に充電された電荷を、電流制限抵抗２３をバイパスさせて、迅速に放電させるためのものであり、同様に省略されてもよい。
【００４５】
本発明実施形態によるヘッド駆動装置１０は、以上のように構成されており、本発明によるヘッド駆動方法に基づいて、以下のように動作する。先ず、印刷の際に駆動される圧電素子１１について説明すると、インクジェットプリンタの印刷開始（スタートアップ）時に、ヘッド駆動回路１２からの駆動信号ＣＯＭは、図２（Ａ）に示すように、例えば１００μｓの時間だけチャージ信号ＮＣＨＧがＬレベルに反転することによって、中間電位Ｖｃまで上昇する。
【００４６】
これにより、駆動信号ＣＯＭにより電流増幅回路１３の第一のトランジスタ１５からスイッチ回路１４を介して各圧電素子１１の一方の電極１１ａに電流が流れて充電することにより、圧電素子１１の一方の電極１１ａは、図２（Ｂ）にて実線で示すように、中間電位Ｖｃまで上昇することになる。
【００４７】
このとき、各圧電素子１１の他方のグランド側の共通電極１１ｂは、バイアス電源回路２０のコンデンサ２１の充電電圧がバイアス電圧Ｖｂとして印加されることにより、図２（Ｂ）にて点線で示すように、所定電圧Ｖｂに保持されている。
【００４８】
ここで、圧電素子１１のグランド側の電極１１ｂの電位は、所定電圧Ｖｂに保持されているので、印刷開始時には、圧電素子１１の双方の電極１１ａ，１１ｂ間の電位差は、Ｖｂであるが、この電位差Ｖｂは、駆動信号ＣＯＭの中間電位Ｖｃより低いので、圧電素子１１が誤動作してインク滴を吐出してしまうようなことはない。
【００４９】
そして、印刷中は、駆動信号ＣＯＭの変動に基づいて、駆動信号ＣＯＭが中間電位Ｖｃより高い場合には、電流増幅回路１３の第一のトランジスタ１５を介して圧電素子１１の一方の電極１１ａの充電が行なわれ、また駆動信号ＣＯＭが中間電位Ｖｃより低い場合には、電流増幅回路１３の第二のトランジスタ１６を介して圧電素子１１の一方の電極１１ａの放電が行なわれる。これにより、圧電素子１１が駆動信号ＣＯＭに基づいて作動して、インク滴を吐出する。
【００５０】
ここで、図２（Ｂ）にて符号Ｘで示すように、圧電素子１１が途中で自己放電により電圧降下を生じて、その一方の電極１１ａの電位が中間電位Ｖｃより低くなることを防止するために、チャージ信号ＮＣＨＧは、図３（Ｃ）にて符号Ｙで示すように、駆動信号ＣＯＭの一定周期で、即ち駆動信号ＣＯＭの変動のないタイミングで、Ｌレベルのパルスを発生する。
【００５１】
これにより、ヘッド駆動回路１２からの駆動信号ＣＯＭに基づいて、電流増幅回路１３の第一のトランジスタ１５を介して圧電素子１１の一方の電極１１ａが充電され、非駆動の圧電素子１１であっても、中間電位Ｖｃに保持されるようになっている。尚、この際、圧電素子１１の自然放電による電圧降下が低減されているので、チャージ信号ＮＣＨＧによる圧電素子１１の急激な充電が回避されることになり、圧電素子１１の誤動作が発生するようなことはない。
【００５２】
これに対して、各圧電素子１１の他方のグランド側の共通電極１１ｂは、バイアス電源回路２０からバイアス電圧Ｖｂが印加されることにより、この電圧Ｖｂに保持されることになる。従って、各圧電素子１１は、その双方の電極１１ａ，１１ｂ間の電位差が（Ｖｃ−Ｖｂ）となる。
【００５３】
さらに、印刷終了（ストップエンド）時には、ヘッド駆動回路１２からの駆動信号ＣＯＭは、図２（Ａ）に示すように、圧電素子１１の一方の電極１１ａから電流増幅回路１３の第二のトランジスタ１６を介して放電されることにより、電位０まで低下する。これに対して、非駆動の圧電素子１１については、ヘッド駆動回路１２からの駆動信号ＣＯＭによって、圧電素子１１の一方の電極１１ａは、常に中間電位Ｖｃに充電され、保持されている。
【００５４】
このようにして、各圧電素子１１のグランド側の電極１１ｂの電位は、バイアス電源回路２０からのバイアス電圧Ｖｂにより、一定の電圧Ｖｂに保持されるので、圧電素子１１の双方の電極１１ａ，１１ｂ間の電位差が低く保持されると共に、駆動される圧電素子と非駆動の圧電素子が隣接する場合、これらの圧電素子１１の一方の電極１１ａ間の電圧差も低く保持されることになる。従って、圧電素子１１における消費電力が低減されると共に、圧電素子１１の自己放電による電圧降下が小さく、電力損失が低減されることになる。
【００５５】
また、駆動される圧電素子１１と非駆動の圧電素子１１との間の電位差が低くなるので、このような圧電素子１１が隣接する場合であっても、圧電素子１１間の放電の発生が低減されると共に、高密度化によって個々の圧電素子１１の耐圧が低くなったとしても、圧電素子１１間の絶縁処理を行なう必要がないので、ヘッドの高密度化を容易に実現することが可能になる。
【００５６】
さらに、定電圧電源１７が電源オフ等により０Ｖに低下する場合、バイアス電源回路２０のコンデンサ２１を放電させる必要があるが、コンデンサ２１に充電された電荷は、定電圧回路２２の電流制限抵抗２３をバイパスして、放電用ダイオード２７を介して放電されるので、短時間で放電が行なわれることになる。
【００５７】
また、バイアス電源回路２０は、ヘッド駆動電源としての定電圧電源１７を利用して、バイアス電圧Ｖｂを生成している。従って、従来のような例えばロジック電源を利用した複雑な構成の電源回路を必要とせず、バイアス電源回路２０自体がコンデンサ２１と、例えば電流制限抵抗２３，ツェナーダイオード２４及びカップリング素子としてのカップリング抵抗２５から成る定電圧回路２２により構成されているので、バイアス電源回路２０が低コストで得られる。このようにして、ヘッド駆動装置１０全体のコストが低減され得ることになる。
【００５８】
上述した実施形態においては、圧電素子１１として例えばピエゾ素子が使用されているが、これに限らず、他の圧電素子、例えば電歪素子，磁歪素子等を使用してもよい。
【００５９】
また、上述した実施形態においては、バイアス電源回路２０のカップリング素子としてカップリング抵抗２５が使用されているが、これに限らず、例えばコイル等のカップリング素子が使用されてもよいことは明らかである。
【００６０】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、ヘッド駆動電源を利用してバイアス電源回路から供給されるバイアス電圧を、圧電素子のグランド側の電極に印加することにより、圧電素子のグランド側がバイアス電圧に保持されることになる。従って、圧電素子の双方の電極間に印加される電圧が比較的低くなることから、消費電力が低減されると共に、電力損失が低減される。
【００６１】
また、圧電素子の自然放電が発生したとしても、圧電素子のグランド側の電極にはバイアス電源回路から常に所定のバイアス電圧が印加されていることから、自然放電の際のリーク電流が少なくなり、電圧降下が低減されるので、従来のような圧電素子の放電による電圧降下に対する充電電圧の印加の際の急激な電圧変動が緩和され、圧電素子の誤動作の発生を排除することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるヘッド駆動装置の一実施形態の構成を示すブロック図である。
【図２】図１のヘッド駆動装置における（Ａ）駆動信号，（Ｂ）圧電素子の双方の電極電圧及び（Ｃ）チャージ信号の変動を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
１０ ヘッド駆動装置
１１ 圧電素子
１１ａ 一方の電極
１１ｂ グランド側の電極
１２ ヘッド駆動回路
１３ 電流増幅回路
１４ スイッチ回路
１５ 第一のトランジスタ
１６ 第二のトランジスタ
１７ 定電圧電源（ヘッド駆動電源）
１８ フレキシブルフラットケーブル
２０ バイアス電源回路
２１ コンデンサ
２２ 定電圧回路
２３ 電流制限抵抗
２４ ツェナーダイオード
２５ カップリング抵抗
２６ ノイズ対策用コンデンサ
２７ 放電用ダイオード
Claims (8)
- 複数のノズルに対応してそれぞれ設けられたインクに圧力を加える圧電素子を、当該圧電素子の一方の電極に所定の印字タイミングで選択的にヘッド駆動回路からの駆動信号を供給することにより駆動し、対応するノズルからインク滴を吐出させて記録を行なう、インクジェット式プリンタのヘッド駆動装置であって、
前記圧電素子中の非駆動の圧電素子の一方の前記電極は、前記駆動信号の中間電位に保持され、
各圧電素子の他方の電極に、電極間の電位差を中間電位より低くするための所定のバイアス電圧を印加するバイアス電源回路を備えており、
上記バイアス電源回路が、ヘッド駆動電源を利用して前記バイアス電圧を生成することを特徴とする、インクジェット式プリンタのヘッド駆動装置。 - 上記バイアス電源回路が、各圧電素子のグランド側の電極に接続されたコンデンサと、ヘッド駆動電源を利用して上記コンデンサにバイアス電圧を印加する定電圧回路と、を備え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式プリンタのヘッド駆動装置。
- 上記定電圧回路が、ヘッド駆動電源に対して電流制限抵抗を介して接続されたツェナーダイオードから構成されており、
ツェナーダイオードの電圧がバイアス電圧としてカップリング素子を介してコンデンサに印加されることを特徴とする、請求項２に記載のインクジェット式プリンタのヘッド駆動装置。 - 上記定電圧回路が、電流制限抵抗に対して並列に、且つヘッド駆動電源側に電流を流すように接続された放電用ダイオードを備えていることを特徴とする、請求項３に記載のインクジェット式プリンタのヘッド駆動装置。
- 複数のノズルに対応してそれぞれ設けられたインクに圧力を加える圧電素子を、当該圧電素子の一方の電極に所定の印字タイミングで選択的にヘッド駆動回路からの駆動信号を供給するにより駆動し、対応するノズルからインク滴を吐出させて記録を行なう、インクジェット式プリンタのヘッド駆動方法であって、
前記圧電素子中の非駆動の圧電素子の一方の前記電極は、前記駆動信号の中間電位に保持され、
ヘッド駆動電源を利用してバイアス電圧を生成するバイアス電源回路により、各圧電素子の他方の電極に、電極間の電位差を中間電位より低くするための所定のバイアス電圧を印加することを特徴とする、インクジェット式プリンタのヘッド駆動方法。 - 上記バイアス電源回路が、各圧電素子のグランド側の電極に接続されたコンデンサと、ヘッド駆動電源を利用して上記コンデンサにバイアス電圧を印加する定電圧回路と、を備えていることを特徴とする、請求項５に記載のインクジェット式プリンタのヘッド駆動方法。
- 上記定電圧回路が、ヘッド駆動電源に対して電流制限抵抗を介して接続されたツェナーダイオードから構成されており、
ツェナーダイオードの電圧がバイアス電圧としてカップリング素子を介してコンデンサに印加されることを特徴とする、請求項６に記載のインクジェット式プリンタのヘッド駆動方法。 - 上記定電圧回路が、電流制限抵抗に対して並列に、且つヘッド駆動電源側に電流を流すように接続された放電用ダイオードを備えていることを特徴とする、請求項７に記載のインクジェット式プリンタのヘッド駆動方法。
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