JPH11314364A - インクジェット記録装置 - Google Patents

インクジェット記録装置

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JPH11314364A
JPH11314364A JP12374398A JP12374398A JPH11314364A JP H11314364 A JPH11314364 A JP H11314364A JP 12374398 A JP12374398 A JP 12374398A JP 12374398 A JP12374398 A JP 12374398A JP H11314364 A JPH11314364 A JP H11314364A
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JP
Japan
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power supply
charging
ink jet
recording apparatus
secondary power
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JP12374398A
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English (en)
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Hidenori Usuda
秀範 臼田
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Seiko Epson Corp
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Seiko Epson Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 負荷が容量性であることを利用して、主電源
からみたときの低消費電力化を図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。 【解決手段】 記録ヘッド駆動回路30において、主電
源から生成した第1の電源VMから第1の充電経路CL
1を介して圧電振動子PZTへの充電を行った後、駆動
信号Vinが立ち下がって、圧電振動子PZTから放電
経路DLに放電電流Ipが流れると、磁気回路71で
は、インダクタンスLp、Ls間の相互誘導により誘導
起電力(誘導電流Is)が発生し、それを用いて充電回
路72は二次電源Battへの充電を行う。二次電源B
attに蓄えられた電荷は、圧電振動子PZTへの充電
に再利用される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、容量性負荷である
ピエゾ圧電素子などの圧力発生素子を用いたインクジェ
ット記録装置に関するものである。さらに詳しくは、こ
のインクジェット記録装置に用いた記録ヘッド駆動回路
における主電源側からみたときの低消費電力化技術に関
するものである。
【0002】
【従来の技術】インクジェットプリンタなどのインクジ
ェット記録装置において、ノズル開口に連通する圧力発
生室に対しては、この圧力発生室に膨張、収縮を行わせ
るための圧電振動子(たとえばピエゾ素子)などの圧力
発生素子が構成されている。この圧力発生素子は容量性
負荷であるので、記録ヘッド駆動回路から出力される駆
動信号に基づいて放電と充電とを繰り返す。このような
駆動回路としては、図4(A)に示すように、2つのト
ランジスタQ1、Q2をプッシュプル接続した電流増幅
回路を用いている。この電流増幅回路では、前段に構成
されている駆動電圧発生回路から出力される台形波状な
どの駆動信号に基づいて、一方のトランジスタQ1を介
して圧電振動子PZTに充電を行うとともに、他方のト
ランジスタQ2を介して圧電振動子PZTからグランド
への放電を行う。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
記録ヘッド駆動回路では、圧電振動子PZTへの充電に
必要な電気量を全て、主電源から生成した第1の電源V
M(主電源側)の電力供給で行っているため、主電源か
らみたときの消費電力が大きいという問題点がある。
【0004】以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、
負荷が容量性であることを利用して、主電源からみたと
きの低消費電力化を図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にある。
【0005】
【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、ノズル開口に連通する圧力発生室に膨
張、収縮を行わせるための圧力発生素子に放電と充電と
を行わせる記録ヘッド駆動回路を有するインクジェット
記録装置において、前記圧力発生素子に主電源側から充
電するための第1の充電経路と、前記圧力発生素子を放
電させるための放電経路と、該放電経路を流れる前記圧
力発生素子の放電電流からインダクタンス間の相互誘導
により誘導起電力を発生させる磁気回路と、該磁気回路
で発生させた誘導起電力により充電される二次電源と、
該二次電源から前記圧力発生素子に充電電流を供給する
ための第2の充電経路とを有することを特徴とする。
【0006】従来であれば、印刷動作を行っている間に
圧電振動子などの圧力発生素子(容量性負荷)から放電
される電荷をそのままグランドに逃がしていたものを、
本発明では、圧力発生素子(容量性負荷)から放電され
る電荷を印刷動作と並行して二次電源に蓄えておき、二
次電源に蓄えた電荷については、再度、圧力発生素子へ
の充電に用いる。従って、圧力発生素子への充電を全
て、主電源側から行うわけではない。それ故、本発明に
よれば、主電源側からみたときの消費電力を低減を図る
ことができる。
【0007】本発明において、さらに、前記二次電源の
出力電圧あるいは電源容量が所定のレベル以上になった
ときのみ、前記二次電源から前記第2の充電経路を介し
ての前記容量性負荷へ充電を許容する二次電源監視回路
を有していることが好ましい。
【0008】本発明において、前記圧力発生素子は、た
とえばピエゾ素子である。
【0009】本発明において、二次電源として電気二重
層コンデンサなどの大容量キャパシタ、あるいは二次電
池を用いることができる。この二次電池としては、ニッ
ケル・カドミウム電池、ニッケル・水素電池、酸化銀・
カドミウム電池などのアルカリ蓄電器の他、マンガン・
リチウム電池、カーボン・リチウム電池、リチウムポリ
マー電池、リチウムイオン電池などのリチウム系二次電
池を用いることができるが、リチウムイオン電池を用い
ることが好ましい。このリチウムイオン電池は、ニッケ
ル・カドミウム電池やニッケル・水素電池のようなメモ
リ効果がないので、充電・放電が繰り返し行われる二次
電源用に適している。
【0010】本発明において、前記二次電源は記録装置
本体に対して着脱可能になっていることが好ましい。
【0011】
【発明の実施の形態】図面を参照して、本発明を適用し
たインクジェット記録装置を説明する。
【0012】図1は、インクジェット記録装置の要部を
示す斜視図である。
【0013】図1に示すように、このインクジェット記
録装置10では、キャリッジ11がタイミングベルト1
2を介してパルスモータ13に接続され、ガイド部材1
4に案内されて記録用紙15の紙幅方向に往復動するよ
うに構成されている。キャリッジ11は記録用紙15と
対向する面、この図に示す例では下面にインクジェット
式の記録ヘッド16が取り付けられている。記録ヘッド
16はキャリッジ11の上部に載置されているインクカ
ートリッジ17からインクの補給を受けてキャリッジ1
1の移動に合わせて記録用紙15にインク滴を吐出して
ドットを形成し、記録用紙15に画像や文字を印刷す
る。また、インクジェット記録装置10の非印刷領域に
は、キャッピング装置18が構成され、休止中に記録ヘ
ッド16のノズル開口を封止する一方、印刷動作中に行
われるフラッシング動作による記録ヘッド16からのイ
ンク滴を受ける。
【0014】さらに、キャッピング装置18の近傍には
クリーニング装置19が配置され、このクリーニング装
置19では、記録ヘッド16の表面をブレードなどでワ
イピングすることにより、そこに付着したインク滓や紙
粉を拭き取るように構成されている。
【0015】図2は、記録ヘッド16の構成を示す断面
図である。
【0016】図2に示すように、記録ヘッド16では、
ノズルプレート110にノズル開口111が形成され、
流路形成板112には、圧力発生室113を区画する通
孔、圧力発生室113に両側で連通する2つのインク供
給口114を区画する通孔または溝、およびこれらのイ
ンク供給口114にそれぞれ連通する2つの共通のイン
ク室115を区画する通孔が形成されている。振動板1
16は、弾性変形可能な薄板から構成され、ピエゾ素子
などの圧電振動子PZT(圧力発生素子)の先端に当接
し、流路形成板112を挟んでノズルプレート110と
液密に一体に固定され、流路ユニット118を構成して
いる。
【0017】基台119には、圧電振動子PZTを振動
可能に収容する収容室120と、流路ユニット118を
支持する開口121とが構成され、圧電振動子PZTの
先端を開口121から露出させた状態で圧電振動子PZ
Tを固定基板122で固定している。また、基台119
は、振動板116のアイランド部116aを圧電振動子
PZTに当接させた状態で、流路ユニット118を開口
121に固定して記録ヘッド16を纏めている。
【0018】このような構成により、圧電振動子PZT
が収縮して圧力発生室113が膨張すると、共通のイン
ク室115のインクがインク供給口114を経由して圧
力発生室113に流れ込む。所定時間の経過後に圧電振
動子PZTが伸長して圧力発生室113が収縮すると、
圧力発生室113のインクが圧縮されてノズル開口11
1からインク滴が吐出する。
【0019】図3を参照して、インクジェット記録装置
に構成されている制御系および駆動系の構成を説明す
る。
【0020】図3において、インクジェット記録装置1
0に構成されている制御手段60は、ホストからの印刷
指令信号や印刷データを受けて、駆動電圧発生回路31
およびヘッド選択回路32を備える記録ヘッド駆動回路
30を制御するとともに、キャリッジ駆動回路33など
も制御して印刷動作を実行させる。また、制御手段60
はタイマ手段34の計時データにより、フラッシングを
行わせたり、記録ヘッド16のクリーニングを行わせ
る。
【0021】記録ヘッド駆動回路30において、駆動電
圧発生回路31は、ノズル開口111からインク滴を吐
出させるのに必要な電圧値の台形波を発生させるように
構成されている。また、ヘッド選択回路32は、トラン
ジスタTを制御することにより、印刷データに対応する
圧電振動子PZTに駆動電圧発生回路31の駆動電圧を
選択的に印加する。タイマ手段34には、印刷タイマ3
5、休止タイマ36および電源オフタイマ38が構成さ
れている。
【0022】印刷タイマ35は、印刷動作の継続時間を
計時するタイマであり、印刷開始より起動してフラッシ
ング動作によりリセットされる。休止タイマ36は、主
電源SPのオフ後も計時可能なように、後述する二次電
源によりバックアップを受けていて、印刷動作が停止し
て記録ヘッド16がキャッピング装置18により封止さ
れた時点で計時を開始し、印刷が開始された時点でリセ
ットされる。電源オフタイマ38は、電源投入検出手段
39により、電源スイッチSWのオフが検出された時点
から計時をスタートし、記録ヘッド16をキャッピング
装置18により封止するのに要する時間の経過後に出力
してリレー40を消勢して装置への主電源SPの供給を
遮断する。
【0023】図4(A)、(B)、および図5を参照し
て、記録ヘッド駆動回路30の一例、およびそこで形成
される駆動信号を説明する。
【0024】図4(A)、(B)は、それぞれ記録ヘッ
ド駆動回路30の駆動電圧発生回路などの回路図、およ
びそこで形成される駆動信号の波形図である。図5は、
本形態のインクジェット記録装置10の記録ヘッド駆動
回路30の特徴点を示す回路図である。
【0025】図4(A)に示すように、記録ヘッド駆動
回路30の駆動電圧発生回路31では、外部装置からの
タイミング信号49を一定幅のパルス信号に変換するワ
ンショットマルチバイブレータ50が構成され、このワ
ンショットマルチバイブレータ50は、タイミング信号
49に同期して出力端子から正信号および負信号を出力
する。この一方の端子には、抵抗を介してNPN型トラ
ンジスタ51のベースが接続され、これには抵抗を介し
てPNP型トランジスタ52が接続されているので、タ
イミング信号が入力された時点で、第1の電源VMから
キャパシタ53に対してその端子電圧が第1の電源VM
の電圧Vcに概ね到達するまで一定電流での充電が行わ
れる。ここで、第1の電源VMは主電源SP(図3参
照)から生成された電源である。このときの充電電流
は、トランジスタ54のベース−エミッタ間電圧、およ
び抵抗56の抵抗値で規定されるので、それによりキャ
パシタ53の立ち上がり勾配が規定される。
【0026】また、ワンショットマルチバイブレータ5
0の他方の端子にはNPN型トランジスタ58が接続さ
れており、タイミング信号が切り換わった時点で、PN
P型トランジスタ52がオフになる代わりに、NPN型
トランジスタ58がオンになる。その結果、キャパシタ
53に充電されていた電荷は、その端子電圧が略0ボル
トになるまで一定電流で放電される。このときの放電電
流は、トランジスタ55のベース−エミッタ間電圧、お
よび抵抗57の抵抗値で規定されるので、それによりキ
ャパシタ53の立ち下がり勾配が規定される。従って、
キャパシタ53の端子電圧(駆動信号Vin)は、図4
(B)に示すように、一定の勾配で上昇する領域VA
と、一定値を保持する飽和領域VBと、一定の勾配で効
果する領域VCとを備えた台形波状の波形となる。
【0027】その結果、キャパシタ53の端子電圧は台
形波状の駆動信号Vinとして、駆動電圧発生回路31
の電流増幅回路に構成されているNPN型のトランジス
タQ1およびPNP型のトランジスタQ2のベースに出
力され、この電流増幅回路おいて電流増幅されて、ヘッ
ド選択回路32により指定された圧電振動子PZTにト
ランジスタQ1、Q2の接続点P0を経由して出力され
る。この間、一方のトランジスタQ1を介して圧電振動
子PZTの充電を行われ、他方のトランジスタQ2を介
して圧電振動子PZTからの放電が行われる。
【0028】従って、図5に示すように、記録ヘッド駆
動回路30には、圧電振動子PZTに対して第1の電源
VM(主電源から生成された電源/主電源側の電源)か
らトランジスタQ1を介して充電するための第1の充電
経路CL1と、圧電振動子PZTをトランジスタQ2を
介して放電させるための放電経路DLとが構成されてい
る。
【0029】このように構成した記録ヘッド駆動回路3
0において、本形態では、放電経路DLには、グランド
Gへの放電経路DLの途中位置にインダクタンスLpが
介挿されている。グランドGへの放電経路DLには、ト
ランジスタQ2のコレクタとインダクタンスLpとの
間、およびインダクタンスLpとグランドGとの間に接
続することにより、インダクタンスLpに並列の配線3
02が形成され、この配線302にはダイオードD1が
介挿されている。
【0030】また、本形態では、放電経路DLを流れる
圧電振動子PZTの放電電流IpからインダクタンスL
p、Ls間の相互誘導により誘導起電力(誘導電流を矢
印Isで示す。)を発生させる磁気回路71と、この磁
気回路71で発生させた誘導起電力(誘導電流Is)を
用いて二次電源Battに対する充電を行う充電回路7
2とが構成されている。磁気回路71と充電回路72と
を接続する配線には逆電流遮断用のダイオードD3が介
挿されている。ここで、二次電源Battは二次電池、
あるい大容量キャパシタを用いることができるが、本形
態では、二次電源Battとして二次電池が用いられて
いる。
【0031】また、二次電池としては、ニッケル・カド
ミウム電池、ニッケル・水素電池、酸化銀・カドミウム
電池などのアルカリ蓄電器の他、マンガン・リチウム電
池、カーボン・リチウム電池、リチウム・ポリマー電
池、リチウムイオン電池などのリチウム二次電池を用い
ることができ、本形態では、リチウムイオン電池を用い
ている。このリチウムイオン電池は、ニッケル・カドミ
ウム電池やニッケル・水素電池のようなメモリ効果がな
いので、後述するように、充電・放電が繰り返し行われ
る二次電源Batt用に適している。
【0032】ここで、二次電池(二次電源Batt)
は、図6に充電特性を示すように、充電開始直後には定
電流充電ccになるが、この定電流充電ccによって略
飽和状態に近づいたときには、定電圧充電cvを行うこ
とが好ましい。そこで、本形態では、図7に示すよう
に、充電回路72は、充電電流I0を抵抗を介してモニ
ターし、充電開始直後には定電流充電を行うが、この定
電流充電を終えた後には、自動的に定電圧充電に切り換
えるというシーケンスで構成してある。
【0033】再び図5において、記録ヘッド駆動回路3
0には、二次電源Battを第2の電源として圧電振動
子PZTに充電電流を供給するための第2の充電経路C
L2が構成され、この第2の充電経路CL2は、トラン
ジスタQ1の前段で第1の充電経路CL1に接続してい
る。なお、第1の充電経路CL1には逆電流遮断用のダ
イオードD2が介挿されている。ここで、二次電源Ba
ttの出力電圧あるいは電源容量が所定のレベル以上に
なったときのみ第2の充電経路CL2を介して二次電源
Battから圧電振動子PZTへの充電を許容するよう
に、二次電源Battに対しては、二次電源監視回路7
3が構成されている。この二次電源監視回路73とし
て、本形態では、第1の電源VMの電源電圧Vcを抵抗
r1、r2で分圧した電圧と、二次電源Battの出力
電圧とを入力としたコンパレータ731と、第2の充電
経路CL2の途中位置に介挿され、コンパレータ731
の出力がベースに印加されたNPN型のトランジスタQ
3とが用いられている。
【0034】また、二次電源Battの出力に対しては
DC−DCコンバータ79が設けられ、DC−DCコン
バータ79の+5Vの出力電圧によって、前記のタイマ
36などのバックアップを行うように構成されている。
【0035】このように構成した記録ヘッド駆動回路3
0において、駆動信号Vinが立ち上がって(図4
(B)の領域VA)、圧電振動子PZTの端子電圧より
も高くなると、トランジスタQ1がオンし、第1の電源
VMから第1の充電経路CL1を介して圧電振動子PZ
Tへの充電が行われる。そして、駆動信号Vinが平坦
になって(図4(B)の領域VB)、駆動信号Vinと
圧電振動子PZTの端子電圧とが略等しくなると、トラ
ンジスタQ1がオフし、第1の電源VMから第1の充電
経路CL1を介しての圧電振動子PZTへの充電が終了
する。
【0036】そして、駆動信号Vinが立ち下がって
(図4(B)の領域VC)、入力信号V2が圧電振動子
PZTの端子電圧よりも低くなると、トランジスタQ2
がオンし、圧電振動子PZTから放電経路DLに放電電
流Ipが流れる。このとき、磁気回路71では、インダ
クタンスLp、Ls間の相互誘導により誘導起電力(誘
導電流Is)が発生し、それを用いて充電回路72は二
次電源Battへの充電を行う。このような放電は、駆
動信号Vinがフラットになって(図4(B)の領域V
D)、駆動信号Vinと圧電振動子PZTの端子電圧と
が略等しくなり、トランジスタQ2がオフするまで行わ
れる。
【0037】このようにして二次電源Battに蓄えら
れた電荷は、圧電振動子PZTへの充電に再利用され
る。すなわち、二次電源Battの出力電圧が所定の値
(第1の電源VMの電源電圧Vcを抵抗r1、r2で分
圧した値)より高くなって、コンパレータ731からト
ランジスタQ3のベースにハイレベルの電位が印加され
てトランジスタQ3がオンになった以降に、駆動信号V
inが立ち上がって圧電振動子PZTの端子電圧よりも
高くなり、トランジスタQ1がオンすると、第1の電源
VMから第1の充電経路CL1を介して圧電振動子PZ
Tへの充電が行われるとともに、二次電源Battから
第2の充電経路CL2を介しても圧電振動子PZTへの
充電が行われる。
【0038】この間、トランジスタQ2がオフからオン
に切り換わったときに、トランジスタQ2の放電経路D
Lでは、放電電流Ipとは反対の向きの電流Idが流れ
ようとする。その結果、トランジスタQ2のコレクタ電
位が上昇し、その分、トランジスタQ2のコレクタ−エ
ミッタ間電圧が低くなる。それ故、放電時のトランジス
タQ2での発熱が抑えられるので、トランジスタQ2と
して小型で安価なものを用いることができる。また、ト
ランジスタQ2がオンからオフに切り換わったときに、
トランジスタQ2のコレク放電経路DLでは、電流I
d′を流そうとする。その結果、トランジスタQ2のコ
レクタ電位は、グランドGに対してマイナス電位になろ
うとするが、このときでも、ダイオードD1が介挿され
ているので、ダイオードD1の順方向電圧である−0.
6ボルト程度以内に収まる。
【0039】このように、本形態に係る記録ヘッド駆動
回路30を有するインクジェット記録装置10では、印
刷動作中、圧電振動素子PZTから放電される電荷を二
次電源Battに蓄えておき、二次電源Battに蓄え
た電荷については、再度、圧電振動子PZTへの充電に
用いるので、圧電振動子PZTへの充電の全てを主電源
SPから生成した第1の電源VM(主電源側)によって
行うわけではない。従って、主電源SPからみれば消費
電力を抑えることができる。
【0040】また、印刷タイマ35などを二次電源Ba
ttおよびDC−DCコンバータ79でバックアップで
きるため、印刷動作中、主電源の電圧が急に低下して
も、印刷開始からの経過時間などを計測できるので、フ
ラッシング動作やクリニーニング動作を適正なタイミン
グを行うことができる。また、電源オフタイマ38も二
次電源Battでバックアップできるので、電源オフタ
イマ38のバック用の一次電池などをインクジェット記
録装置10に搭載する必要がない。
【0041】さらに、二次電源Battについては、イ
ンクジェット記録装置10の筐体のうち、開閉容易な部
分に搭載しておくことによって、インクジェット記録装
置10から着脱容易にしておくことが好ましい。このよ
うに構成しておけば、二次電源Battに不具合が発生
しても二次電源Battを容易に交換できる。
【0042】
【発明の効果】以上説明したように、本発明を適用した
インクジェット記録装置では、圧電振動素子から放電さ
れる電荷を二次電源に蓄えておき、二次電源に蓄えた電
荷については、再度、圧力発生素子への充電に用いる。
従って、圧力発生素子への充電を全て主電源側から行う
わけではない。従って、主電源側からみれば消費電力を
抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】インクジェット記録装置の要部を示す斜視図で
ある。
【図2】図1に示すインクジェット記録装置に用いた記
録ヘッドの構成を示す断面図である。
【図3】図1に示すインクジェット記録装置に構成され
ている制御系および駆動系のブロック図である。
【図4】(A)、(B)はそれぞれ、図1に示すインク
ジェット記録装置に構成されている記録ヘッド駆動回路
の駆動電圧発生回路などの回路図、およびそこで形成さ
れる駆動信号の波形図である。
【図5】本発明を適用したインクジェット記録装置に構
成されている記録ヘッド駆動回路の特徴点を示す回路図
である。
【図6】図5に示す記録ヘッド駆動回路に搭載した二次
電源の充電特性を示すグラフである。
【図7】図5に示す記録ヘッド駆動回路に構成した充電
回路の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】 10 インクジェット記録装置 30 記録ヘッド駆動回路 71 磁気回路 72 充電回路 73 二次電源監視回路 731 コンパレータ Batt 二次電源(第2の電源) CL1 第1の充電経路 CL2 第2の充電経路 DL 放電経路 Ip 圧電振動子の放電電流 Is 誘導電流 Lp、Ls インダクタンス PZT 圧電振動子(圧力発生素子) Q1、Q2、Q3 トランジスタ SP 主電源 Vin 駆動信号 VM 主電源から生成した第1の電源(主電源側)

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ノズル開口に連通する圧力発生室に膨
    張、収縮を行わせるための圧力発生素子に放電と充電と
    を行わせる記録ヘッド駆動回路を有するインクジェット
    記録装置において、 前記圧力発生素子に主電源側から充電するための第1の
    充電経路と、前記圧力発生素子を放電させるための放電
    経路と、該放電経路を流れる前記圧力発生素子の放電電
    流からインダクタンス間の相互誘導により誘導起電力を
    発生させる磁気回路と、該磁気回路で発生させた誘導起
    電力により充電される二次電源と、該二次電源から前記
    圧力発生素子に充電電流を供給するための第2の充電経
    路とを有することを特徴とするインクジェット記録装
    置。
  2. 【請求項2】 請求項1において、さらに、前記二次電
    源の出力電圧あるいは電源容量が所定のレベル以上にな
    ったときのみ前記二次電源から前記第2の充電経路を介
    しての前記容量性負荷へ充電を許容する二次電源監視回
    路を有していることを特徴とするインクジェット記録装
    置。
  3. 【請求項3】 請求項1または2において、前記圧力発
    生素子はピエゾ素子であることを特徴とするインクジェ
    ット記録装置。
  4. 【請求項4】 請求項1ないし3のいずれかにおいて、
    前記二次電源は二次電池であることを特徴とするインク
    ジェット記録装置。
  5. 【請求項5】 請求項1ないし3のいずれかにおいて、
    前記二次電源は、リチウムイオン二次電池であることを
    特徴とするインクジェット記録装置。
  6. 【請求項6】 請求項1ないし5のいずれかにおいて、
    前記二次電源は記録装置本体に対して着脱可能であるこ
    とを特徴とするインクジェット記録装置。
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