JP2004216771A - インクジェットプリンタの電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】インクジェットプリンタの印字性能に影響を及ぼすことなく、スイッチング電源の定格出力電力を低減させる。
【解決手段】インクジェットプリンタの電源装置であって、インクジェットプリンタの負荷電流が所定値を上回った場合に、供給電圧を低下させる過電流保護回路３２０’と、過電流保護回路の過電流保護動作点を、プリンタの動作シーケンスに応じて変更する変更回路７２０とを備える。
【選択図】 図７

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はインクジェットプリンタの電源システムに関し、特に、コストの増加を伴うことなく、インクジェットプリンタの印字性能を維持し、且つ電源の安全性を保証することができるインクジェットプリンタ用の電源システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、インクジェットプリンタの電源システムとしては、高効率及び軽量の特徴を考慮し、主にスイッチング電源方式が採用されている。消費電力の観点から見ると、インクジェットプリンタは、それに組み込まれる駆動用モータや、記録ヘッドで消費される電流の変動による負荷変動が非常に大きいといった特徴がある。従って、従来から、コスト面、性能面で過不足のない、最適なインクジェットプリンタ用のスイッチング電源を設計することが課題であった。しかしながら、実際には、性能面をより重要視した過分な仕様の電源を設計する傾向があった。
【０００３】
また一方で、電源の安全回路設計も重要視されており、通常、最大定格以上の過電流が流れたときに、１次回路を停止する過電流保護回路が含まれる。従って、最大負荷電流が流れた時に、過電流保護動作が働かないように、電源を設計することが必要となる反面、その過電流保護回路が動作する直前の負荷電流ポイントまでは、決して発煙または発火などの問題が生じてはならないことが前提である。それ故、従来のスイッチング電源の設計は、最大負荷電流を保証するように設計される。
【０００４】
以上を図１及び図２を参照して、詳細に説明する。
【０００５】
図１はインクジェット記録装置の構成を示す図である。図１において、参照番号１１は紙送りモータであり、記録用紙１４を搬送する駆動源である。紙送りモータ１１はステッピング・モータが用いられることが多い。一方、参照番号１２はキャリッジ・モータであり、後述する記録ヘッド１５Ｙ、１５Ｍ、１５Ｃ、１５Ｋを搭載するキャリッジ１３を、図面の左右方向に往復運動させるための駆動源である。キャリッジ・モータ１２はＤＣモータが用いられることが多い。キャリッジ１３はベルト１７に固定され、ガイドレール１９上を２つのプーリ１０及び１０’の間で往復移動する。記録ヘッド１５Ｙ、１５Ｍ、１５Ｃ及び１５Ｋは、それぞれイエロー、マゼンタ、シアン及びブラックの記録ヘッドに対応し、図１に示されるそれぞれの容器内に、それぞれの色のインクが充填される。
【０００６】
記録用紙１４への印字は、キャリッジ１３が往復運動する間に、インクが記録用紙１４に向けて、図示のＺ方向に吐出されて行われる。
【０００７】
図２は、図１のインクジェット記録装置の印字シーケンス及びその間に流れる各負荷の電流を示す図である。最上段のＣＲ速度は、図１のキャリッジ１３の前進及び後進時の速度を示し、２段目のＬＦ（Ｌｉｎｅ Ｆｅｅｄ）速度は、紙送りモータ１１により記録用紙１４を紙送りする速度を示し、３段目のＣＲ（ｃａｒｒｉａｇｅ）電流は、キャリッジ・モータ１２の駆動電流を示す。４段目のＬＦ電流は、紙送りモータ１１の駆動電流を示し、５段目の全電流は、ＬＦモータとＣＲモータの駆動電流の合計を示す。なお、図２の例では、モータ駆動電圧はＤＣ２４Ｖと仮定する。
【０００８】
図２から分かるように、ＣＲモータ１２とＬＦモータ１１との駆動は完全に排他的ではなく、スループットを向上させるために、例えばＣＲモータ１２のランプダウン（ｒａｍｐ ｄｏｗｎ）時に、ＬＦモータ１１がランプアップ（ｒａｍｐ ｕｐ）を開始する（期間Ｔ５−Ｔ６）。同様に、ＬＦモータ１１が停止する前に、ＣＲモータ１２のランプアップが開始する（期間Ｔ７−Ｔ８）。こうしたオーバラップ領域では、両方のモータに電流が流れるため、図示のように全電流が大きな値となる。
【０００９】
再度図２を参照して、ＣＲモータ１２のランプアップ時の最初の約５０ｍｓの間（期間Ｔ２−Ｔ３の初期時）は、１．２Ａのピーク電流（以下、ランプアップ電流）が流れ、キャリッジが等速運動を開始するころ（Ｔ３）には、ＣＲモータ１２に流れる電流は０．４Ａに安定する。こうした高いランプアップ電流は、ＤＣモータの起動トルクに関連する。
【００１０】
一方、ＬＦモータ１１はステッピング・モータであり、例えば２−２相駆動方式などにより、平均０．６Ａの均一な電流で駆動される。
【００１１】
次に全電流を参照すると、前述のように、前進の開始時にＣＲモータ１２のピークである１．２Ａのランプアップ電流が流れ、その後、等速動作に移行すると、ＣＲモータ１２は０．４Ａの電流により駆動され、印字走査の最終段階（Ｔ４以降）、すなわちＣＲモータ１２のランプダウンの途中（Ｔ５）で、ＬＦモータ１１の駆動が開始され、このとき、ＣＲモータ１２の０．４ＡとＬＦモータ１１の０．６Ａとが重畳され、合計１．０Ａの電流が消費される。
【００１２】
更に、２回目の走査の開始時（Ｔ７）には、ＬＦ電流のランプダウンと、ＣＲ電流のランプアップとが重畳され、１．８Ａのピーク電流が消費されることになる。以下前述のシーケンスが繰り返され、記録紙１枚分の画像が形成される。
【００１３】
上記の説明では、モータの駆動電流だけに関して述べたが、実際には、印字期間（期間Ｔ３−Ｔ４、及び往路印字を行う場合には、期間Ｔ９−Ｔ１０も含む）には、モータ電流の他に、記録ヘッドを駆動するための電流が追加される。このヘッド駆動電圧及び電流をそれぞれモータ電圧と同じＤＣ２４Ｖ、平均０．４Ａと仮定すると、結局、印字期間（Ｔ３−Ｔ４）中は、モータのための消費電力に加え、ヘッドのための消費電力約１０Ｗ（＝ＤＣ２４Ｖ×０．４Ａ）が加算され、結局、図２で示されるモータの０．４Ａにヘッド分の０．４Ａを加算した、合計０．８Ａが消費されることになる。
【００１４】
従来、上述した図２に示すような仕様を満足するためには、通常ピーク電流の１．８Ａを十分に保証できる定格出力電流を確保する必要性があり、一般に、スイッチング電源内のトランスの温度上昇規定などの条件から、
（出力ピーク電流）＝（定格出力電流）×（１．５倍） …（１）
とするのが標準的である。従って、図２ではピーク電流が１．８Ａなので、定格出力電流は１．２０Ａ（＝１．８÷１．５）となる。すなわち、このスイッチング電源の定格出力電力は、２９Ｗ（＝２４Ｖ × １．２０Ａ）となる。更に、過電流保護回路を設けることにより、もしも負荷電流としてピーク電流１．８Ａより例えば２０％大きな電流２．２Ａが流れた場合、安全性の観点から、このスイッチング電源の動作を停止するなどが一般的に行われる。
【００１５】
次に、図３を参照して、一般的なスイッチング電源の構成について説明する。
【００１６】
ＡＣ入力３０１（国内ではＡＣ１００Ｖ）が１次整流／平滑部３０３に入力され、ここで整流及び平滑されて生成された電圧がトランス３０５に供給され、スイッチング部３１３により、トランスの１次側巻き線が通常数１０ＫＨｚ乃至数１００ＫＨＺでＯＮ−ＯＦＦ制御される。こうして１次側巻き線に蓄えられたエネルギーが２次側に伝達され、出力ＤＣ電圧Ｖｏが生成される。出力電圧Ｖｏはフィードバック部３０９を介して帰還され、ＰＷＭ制御部３１１がこの出力電圧Ｖｏを一定に保つように、スイッチング動作のＯＮ−ＯＦＦデューティを制御する。尚、安全性の保証のために、過電流検出部３１５が後述のように、２次側出力負荷の過負荷状態を監視し、それを検出すると、スイッチング動作を強制的に停止させる。
【００１７】
次に、この過電流保護動作の概略を、図４を参照して説明する。
【００１８】
図４において、曲線Ａは従来の図２の仕様を満足するために設計された従来のスイッチング電源の出力電流−電圧特性を示す。従来の特性曲線Ａでは、上述の過電流保護回路の動作点２．２Ａ以上の電流が流れると、出力電圧Ｖｏが低下し始め、更に大きな電流が流れると、最終的に出力電圧Ｖｏは０Ｖとなり、電源に接続される負荷の消費電力を実質的にゼロに強制する。これにより、発煙や発火などの事故を未然に防止することになる。尚、図２の全電流において、この過電流動作点２．２Ａが一緒に示されている。
【００１９】
次に、図５を参照して、過電流保護動作を実現する過電流保護回路について説明する。
【００２０】
図中、点線で囲んだ回路が最も単純化されたた過電流保護回路５２５を示す。実際には、より複雑な回路が一般に使用されるが、ここではその原理を説明する。
【００２１】
図５の回路５００の動作を説明すると、ＡＣ交流電源５０１が全波整流用ダイオード５０３を通じて全波整流され、その後電解コンデンサ５０５で平滑化される。平滑化された電圧は、次にトランス５０７の１次側巻き線に供給され、トランスがスイッチング素子、例えばＦＥＴ（電界効果トランジスタ）５０９によりＯＮ−ＯＦＦスイッチングされる。そして、トランスの原理に基づき、１次側巻き線に蓄えられたエネルギが、２次側に伝達され、２次側のダイオード５１７、電解コンデンサ５１９により整流平滑化されて、２次出力電圧Ｖｏが生成される。
【００２２】
フィードバック回路（Ｆ．Ｂ．）５２１は、図３の破線で囲んだブロック３２０に対応し、２次出力電圧Ｖｏをフィードバックして、安定化させる回路であり、具体的には、Ｖｏが所定値（例えばＤＣ２４Ｖ）となるように、ＦＥＴ５０９のスイッチングのＯＮ−ＯＦＦデューティを制御する。
【００２３】
次に、点線領域内の過電流保護回路５２５の動作について説明する。
【００２４】
図４に基づいて上述したように、この回路の作用は、２次側の負荷電流が何らかの原因によりピーク電流（図３では２．２Ａ）を超えたとき、安全性の観点からスイッチング電源のスイッチング動作を停止するものである。こうした機能は次のように実現することができる。
【００２５】
すなわち、図５の回路で、２次負荷電流（負荷電流）Ｉｏと１次電流Ｉｐとの関係は、概略、図６のような比例関係になる。負荷電流Ｉｏが上限値Ｉｏ（ｌｉＭｉｔ）（図４の曲線Ａでは２．２Ａ）に達すると、ＦＥＴ５０９のソース電圧、すなわち、抵抗５１３にかかる電圧（１次電流Ｉｐ（ｌｉＭｉｔ）と抵抗５１３の抵抗値の積）が、トランジスタ５１１をオンするレベルに達する。トランジスタ５１１がオンすると、ＦＥＴ５０９のゲートがロウレベルに強要され、ＦＥＴ５０９によるスイッチング動作が停止する。その結果、図４の曲線Ａに示すように、２次負荷電流の上限値２．２Ａ以上では、出力電圧Ｖｏの特性が垂下曲線を描くことになる。
【００２６】
【発明が解決しようとする課題】
以上、従来のスイッチング電源の概略について述べたが、結局、従来技術では、図２のシーケンスで示されるような電力仕様を満足するために、ピーク負荷電流と所要の係数（例えば式（１）の”１．５”）とで決定される定格出力（上記の例では２９Ｗ（＝２４Ｖ × １．２０Ａ））の電源が必要とされた。
【００２７】
従って、本発明の目的は、インクジェットプリンタの印字性能に影響を及ぼすことなく、スイッチング電源の定格出力電力を低減させることである。
【００２８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明に係わるインクジェットプリンタの電源装置は、インクジェットプリンタの電源装置であって、前記インクジェットプリンタの負荷電流が所定値を上回った場合に、供給電圧を低下させる過電流保護回路と、前記過電流保護回路の過電流保護動作点を、前記プリンタの動作シーケンスに応じて変更する変更手段と、を備えることを特徴とする。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な一実施形態について説明する。
【００３０】
まず、一実施形態の概要について説明する。
【００３１】
本実施形態のインクジェットプリンタの電源装置は、インクジェットプリンタの電源装置であって、前記インクジェットプリンタの負荷電流が所定値を上回った場合に、供給電圧を低下させる過電流保護回路と、前記過電流保護回路の過電流保護動作点を、前記プリンタの動作シーケンスに応じて変更する変更手段と、を備える。
【００３２】
また、本実施形態のインクジェットプリンタの電源装置において、前記変更手段は、ピークの負荷電流が流れる期間に対応して、前記過電流保護動作点を上昇させることを特徴とする。
【００３３】
また、本実施形態のインクジェットプリンタの電源装置において、前記インクジェットプリンタが、インクジェット記録ヘッドを印字走査する駆動源としての第１のモータを有し、前記ピークの負荷電流が流れる期間が、前記第１のモータのランプアップ期間に相当することを特徴とする。
【００３４】
また、本実施形態のインクジェットプリンタの電源装置において、前記インクジェットプリンタが、記録用紙を搬送する駆動源としての第２のモータを有し、前記ピークの負荷電流が流れる期間が、前記第２のモータのランプアップ期間に相当することを特徴とする。
【００３５】
また、本実施形態のインクジェットプリンタの電源装置において、前記インクジェットプリンタが、インクジェット記録ヘッドを印字走査する駆動源としての第１のモータと、記録用紙を搬送する駆動源としての第２のモータとを有し、前記ピークの負荷電流が流れる期間が、前記第１のモータ及び第２のモータの駆動が時間的にオーバラップする期間に相当することを特徴とする。
【００３６】
また、本実施形態のインクジェットプリンタの電源装置において、前記変更手段は、複数の過電流検出抵抗を選択的に導通することにより、総合検出抵抗値を変更することを特徴とする。
【００３７】
また、本実施形態のインクジェットプリンタの電源装置において、前記ピークの負荷電流が流れる期間を除外した期間の負荷電流値に対応する定格出力電力仕様を備えることを特徴とする。
【００３８】
また、本実施形態のインクジェットプリンタの電源装置の制御方法は、インクジェットプリンタの電源装置の制御方法であって、前記電源装置の過電流保護回路の過電流保護動作点を、前記インクジェットプリンタの動作シーケンスに応じて変更するステップを含むことを特徴とする。
【００３９】
本発明の一実施形態の電源装置は、過電流保護回路の動作点を、インクジェットプリンタのシーケンスに応じて、可変に制御することを特徴とする。詳細には、電源の定格出力電力を、比較的短期間のピーク電流を除外して設定し、その期間だけ、過電流動作点を通常よりも高く切替え制御することにより、その期間に過電流保護動作が作用することを回避する。これにより、電源の定格出力電力を低減することができ、コスト低減及び小型化を達成する一方、発煙や発火などの安全性に関しても、従来通り保証することができる。
【００４０】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して具体的に説明する。
【００４１】
図７は、本発明の一実施形態に係わるスイッチング電源の構成ブロック図であり、図３と同一又は類似のブロックは、プライム記号を付して、同一の参照番号で示している。図３に対して新規のブロックは、過電流レベル切替え部７２０であり、これは過電流レベル切替え制御信号７２５に従い、後述のように、過電流保護回路の動作点を変更制御する。
【００４２】
図８は、本発明の一実施形態に係わるスイッチング電源８００の一例を示す図である。
【００４３】
この回路例は図５で示した従来の回路５００と類似し、図５と同一の部品または類似のユニットは、プライム記号付きの同一の参照番号で示している。図５との違いは、基本的に、点線で囲んだ過電流保護回路８０１だけであり、図５の過電流保護回路５２５に対して、新たにトランジスタ８０５、抵抗８０３、及び過電流レベル切替え制御信号８１０が追加されている。
【００４４】
図８の過電流保護回路８０１の動作について、図９を一緒に参照しながら説明する。
【００４５】
図５で示した従来の過電流保護回路５２５は、過電流動作点が所要の１点（前述の例では２．２Ａ）だけであったが、図８の回路では、過電流レベル切替え制御信号８１０により、過電流レベルが２段階に制御される。詳細には、切替え制御信号８１０がロウのとき、トランジスタ８０５がオフに制御され、過電流保護回路８０１は実質的に、図５の回路５２５と等価になる。この時、過電流制御レベルは、例えばＩｏ＝１．５Ａである（図４の曲線Ｂ参照）。
【００４６】
他方、切替え制御信号８１０がハイのとき、トランジスタ８０５はオンし、過電流検出抵抗は抵抗５１３’と抵抗８０３との並列抵抗となる。従って、この時、ＦＥＴ５０９’が上述のように、過電流保護動作により強制的にオフするには、過電流レベル切替え信号８１０がロウの場合に比べて、より多くの電流Ｉｐ（図８）がＦＥＴに流れる必要がある。この時、過電流制御レベルは、例えば２．２Ａである（図４の曲線Ａ参照）。
【００４７】
以上を図４に照らして述べると、図８の過電流レベル設定が小の場合（すなわち過電流レベル切替え信号８１０がロウの場合）、特性曲線Ｂに従って制御され、逆に、過電流レベル設定が大の場合（すなわち過電流レベル切替え信号がハイの場合）、特性曲線Ａに従って制御される。ここで重要な点は、このスイッチング電源の定格出力は、元来、静的には、特性曲線Ｂを満足すればよく、従って、図８のトランス５０７’、ＦＥＴ５０９’、ダイオード５１７’などのパワーデバイスの定格も、それに合わせて低減することが可能となり、小型化及びコスト削減が可能となる。この場合、定格出力は、前述したような従来の場合の２９Ｗから、２０Ｗ程度まで低減することができる。
【００４８】
なお、定格出力２０Ｗの根拠は、次のようなものである。
【００４９】
すなわち、過電流保護回路の動作点が１．５Ａなので、前述のように、２０％の過電流レベル余裕、及び係数１．５（＝ピーク電流／定格電流）に鑑みると、定格出力電流は０．８３Ａ（＝１．５Ａ÷１．２÷１．５）となる。従って、定格出力電力は２０Ｗ（＝２４Ｖｘ０．８３Ａ）となる。
【００５０】
図９は、図８の回路８００を応用したときの、図２のシーケンスの制御を示す図である。図２との相違は、図８の過電流レベル切替え信号８１０が追加され、この信号に従い、過電流検出レベルＩｏ（ｌｉＭｉｔ）が２段階に制御される点である。すなわち、ピーク電流１．８Ａが流れる期間は、図示のように高々５０ｍｓ程度であるので、この間だけ過電流検出レベルを従来技術の場合同様に、２．２Ａに設定し、それ以外では、過電流検出レベルを１．５Ａに設定している。これにより、図２と同じシーケンスを達成するのに、図９では実質的に定格出力電力が約２０Ｗ（＝２４Ｖｘ０．８３Ａ）の電源で足りることになる。
【００５１】
尚、本発明の別の実施形態としては、過電流検出レベルを２段階より多く切り替えることが考えられる。こうした状況は、一連の動作シーケンスにおいて、幾つかの異なるピーク電流レベルが存在するとき有効である。例えば、図９の例において、Ｔ４−Ｔ５の期間の過電流検出レベルを１．５Ａに、またＴ３−Ｔ４の期間を１．０Ａに設定してもよい。
【００５２】
以上述べたように、上記の実施形態によれば、インクジェットプリンタの一連の動作シーケンスにおいて、短いピーク電流期間が存在する場合、その期間だけ、スイッチング電源の過電流検出レベルをより高い所要の値に切り替えることにより、電源の定格出力電力の設計値を、そうしたピーク電流を除外して定めることが可能になる。結果的に、印字性能を低下させることなく、また安全性を犠牲にすることなく、従来よりも定格出力電力の低いスイッチング電源が使用可能になり、スイッチング電源の小型化、及びコスト低減を達成できる。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、インクジェットプリンタの印字性能に影響を及ぼすことなく、スイッチング電源の定格出力電力を低減させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】インクジェット記録装置の構成を示す図である。
【図２】図１のインクジェット記録装置の印字シーケンス及びその間に流れる各負荷の電流を示す図である。
【図３】一般的なスイッチング電源の構成を示す図である。
【図４】過電流保護動作を説明する図である。
【図５】過電流保護動作を実現する過電流保護回路の一例を示す図である。
【図６】２次負荷電流Ｉｏと１次電流Ｉｐとの関係を示す図である。
【図７】本発明の一実施形態に係わるスイッチング電源の構成ブロック図である。
【図８】本発明の一実施形態に係わるスイッチング電源の一例を示す図である。
【図９】図８の回路を応用したときの、図２のシーケンスの制御を示す図である。
【符号の説明】
１０，１０’ プーリ
１１ 紙送りモータ
１２ キャリッジ・モータ
１３ キャリッジ
１４ 記録用紙
１５Ｙ，１５Ｍ，１５Ｃ，１５Ｋ 記録ヘッド
１７ ベルト
１９ ガイドレール
５０１ ＡＣ電源
５０３ 整流ダイオード
５０５ 平滑コンデンサ
５０７ トランス
５０９ ＦＥＴ
５２５、８０１ 過電流保護回路
５１７ ダイオード
５１９ コンデンサ

Claims (1)

1. インクジェットプリンタの電源装置であって、
   前記インクジェットプリンタの負荷電流が所定値を上回った場合に、供給電圧を低下させる過電流保護回路と、
   前記過電流保護回路の過電流保護動作点を、前記プリンタの動作シーケンスに応じて変更する変更手段と、
   を備えることを特徴とするインクジェットプリンタの電源装置。

Images