JP2008001005A

JP2008001005A - ドットラインプリンタの故障検出方法

Info

Publication number: JP2008001005A
Application number: JP2006173671A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiro Hida; 克広飛田
Original assignee: Ricoh Printing Systems Ltd
Current assignee: Ricoh Printing Systems Ltd
Priority date: 2006-06-23
Filing date: 2006-06-23
Publication date: 2008-01-10

Abstract

【課題】釈放コイルの短絡故障検出方法において、トランジスタの飽和電圧特性を利用して釈放コイルの短絡故障を検出する。
【解決手段】釈放コイル１と電源電圧間にトランジスタＱ１を設け、釈放コイル１とGND間にトランジスタＱ２を有するハーフブリッジ回路を構成し、釈放コイル１とトランジスタＱ２との接続点から分圧抵抗Ｒ１,Ｒ２へ接続し、分圧抵抗Ｒ１とＲ２の接続点から分圧電圧値を判別できるように制御部５へ接続する。
【選択図】図１

Description

本発明はドットラインプリンタにかかり、更に詳しくは釈放コイルおよび釈放コイルにパルス電流を通電する駆動素子の故障検出方法に関するものである。

ドットラインプリンタの印字ハンマはスプリングチャージ方式と呼ばれる方式が一般的である。印字ピンは磁気吸引手段により非印字位置に保持されており、釈放コイルにパルス電流を通電することで、印字ピンが開放されドット印字ができる。釈放コイルや駆動素子に故障が生じた場合、印字品質に影響を与えるだけでなく、釈放コイルや駆動回路の故障による焼損等が発生する恐れがある。このため、各種の故障検出を行っている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。

図１に、従来技術の故障検出方法を説明する。

図１の駆動回路は２段エネルギー回生方式と呼ばれ、釈放コイル１の両端にトランジスタＱ１、トランジスタＱ２、エネルギー回生用ダイオードＤ１、ダイオードＤ２を配置している。トランジスタＱ１およびトランジスタＱ２をオンすることにより、釈放コイル１に電流が通電される。抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２は、その抵抗比によってトランジスタＱ２のコレクタ−エミッタ間であるＡ点の電圧をＴＴＬ（Transistor Transistor Logic）レベルの電圧に変換する。変換されたＡ点の電圧はセンス信号７として制御部５へ入力される。

トランジスタおよび釈放コイルの故障モードは、大別してショート（短絡）故障とオープン故障がある。以下、各トランジスタおよび釈放コイル１の故障モードとセンス信号７の関係につき、図１及び図２を用いて説明する。

始めに故障モード（1）として、トランジスタＱ１がショート故障しているか否かを判別する方法について述べる。トランジスタＱ１とトランジスタＱ２が正常な場合であって、トランジスタＱ１とトランジスタＱ２をオフしている時には、Ａ点には＋４０Ｖの電圧が印加されないので、センス信号７は抵抗Ｒ２によってローレベルになる。仮にこのとき、トランジスタＱ１がショート故障していた場合は、Ａ点には＋４０Ｖの電圧が釈放コイル１を介して印加されるので、センス信号７は抵抗Ｒ１、Ｒ２で分圧されたハイレベルとなり、制御部５が故障モード（1）の故障を認識する。

次に、故障モード（2）として、トランジスタＱ１のオープン故障またはトランジスタＱ２のショート故障または釈放コイル１のオープン故障を検出する場合について述べる。各トランジスタＱ１、Ｑ２が正常な場合であって、トランジスタＱ１のみをオンにすると、Ａ点には＋４０Ｖの電圧が釈放コイル１を介して印加されるので、センス信号７は抵抗Ｒ１とＲ２で分圧されたハイレベルとなる。仮にこのとき、トランジスタＱ１がオープン故障していた場合は、Ａ点には＋４０Ｖの電圧が印加されないのでセンス信号７は抵抗Ｒ２によってローレベルになる。釈放コイル１がオープン故障していた場合も同様である。また、トランジスタＱ２がショート故障していた場合はトランジスタＱ１がオン、トランジスタＱ２がショート故障により、トランジスタＱ２のコレクタ端子（Ａ点）の電圧は約１Ｖ以下の低電圧となるため、センス信号７は同様にローレベルになり、制御部５が故障モード（2）の故障を認識する。

次に、故障モード（3）として、トランジスタＱ２のオープン故障を検出する場合について述べる。両トランジスタＱ１、Ｑ２が正常にオンした場合、Ａ点の電圧はトランジスタＱ２のオン電圧となるためセンス信号７はローレベルとなる。仮にこのとき、トランジスタＱ２がオープン故障していた場合は、Ａ点には＋４０Ｖの電圧が釈放コイル１を介して印加されるのでセンス信号７は抵抗Ｒ１、Ｒ２で分圧されたハイレベルになり制御部５が故障モード（3）の故障を認識する。

特開平１０−１６６６２８号公報特開２０００−９４７１９号公報

以上のように、従来の構成では、トランジスタのショート故障およびオープン故障、また釈放コイルのオープン故障は検出が可能である。しかしながら、釈放コイルのショート状態を確実に検出できないという課題がある。つまり、釈放コイル１がショート故障している状態で、両トランジスタＱ１、Ｑ２が正常にオンした場合、Ａ点の電圧はトランジスタＱ２のオン電圧となるため、センス信号７はローレベルとなり、正常時の電圧と同じ値になる。このため、釈放コイルがショートした場合は、ショート状態で印字動作が継続され、釈放コイルや駆動素子が焼損する故障を事前に検出することが出来なかった。

本発明は上記のような従来技術の問題点に鑑みて、釈放コイルがショートした場合でも、その事象を速やかに検出できる故障検出方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため本発明の構成は、桁方向にほぼ等間隔で配設された印字ピン装着部を持つ印字ハンマを桁方向に複数個配列した印字ハンマ群と、該印字ハンマ群、印字ハンマ群を保持するヨーク及び永久磁石によって形成される磁気回路を打ち消すために、前記印字ハンマに対応するように配設された釈放コイルと、該釈放コイルにパルス電流を通電するように配置された駆動素子から成る駆動回路と、前記釈放コイルと駆動素子の故障検出手段とを備えるドットラインプリンタにおいて、前記駆動素子に流れる電流が増大すると前記駆動素子の飽和電圧が急上昇する特性の駆動素子を用い、駆動素子の飽和電圧を検出して前記釈放コイルの短絡故障を認識することを特徴とする。

上記のように構成された本発明のドットラインプリンタの故障検出方法では、釈放コイルの駆動回路のうち、トランジスタをコレクタ・エミッタ間飽和電圧特性がコレクタ電流の増加に伴い急激に増加する特性のトランジスタとすることで、釈放コイルがショート状態になったことを速やかに検出できるため、釈放コイルがショート状態で長時間使われた場合に発生する釈放コイルや駆動素子の過熱による発煙や焼損を未然に防ぐことができる。

釈放コイルがショート故障した場合でも、その事象を速やかに検出できる故障検出方法を提供するという目的を、トランジスタのコレクタ電流の増大に伴いトランジスタのコレクタ飽和電圧が急上昇する特性を利用し、トランジスタの飽和電圧を検出することで実現した。

以下、本発明について図面を参照して説明する。

図１は印字ハンマの駆動回路の説明図、図２は故障モードとセンス信号の関係を示す説明図、図３はトランジスタのVce(コレクタ・エミッタ間の飽和電圧)とIc（コレクタ電流）の関係を示す特性図、図４は代表的なハンマ機構部の断面図、図５は本発明の一例となる制御フローチャートである。

まず、図４を使用して、釈放コイル１が装着されているハンマ機構部を説明する。印字ピン２０は板バネ１８の先端に装着されている。板バネ１８はコムヨーク２２、マグネット２３およびヨーク２４によって形成される磁気回路上でヨーク２４にネジ１７にて装着されている。この状態で板バネ１８はコムヨーク２２に磁気吸引されて撓んでいる。釈放コイル１はコムヨーク２２に配設してあり、この釈放コイル１に板バネ１８の磁気吸引力を打ち消す方向にパルス電流を流すことで板バネ１８を開放させてドット印字を行う。

本発明においては、従来の構成と同様に、釈放コイル１に電圧を印加するための駆動回路は２段エネルギー回生方式を用い、釈放コイル１の両端にトランジスタＱ１、トランジスタＱ２、エネルギー回生用ダイオードＤ１、ダイオードＤ２を配置している。トランジスタＱ１およびトランジスタＱ２をオンすることにより、釈放コイル１に電流が通電される。抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２は、その抵抗比によってトランジスタＱ２のコレクタ−エミッタ間であるＡ点の電圧をTTL（Transistor Transistor Logic）レベルの電圧に変換する。変換されたＡ点の電圧はセンス信号７として制御部５へ入力される。

本発明においても、通常の故障モード（1）〜（3）に関しては、従来と同様に検出を行う。更に、本発明では釈放コイルのショート状態を確実に検出するため、以下の制御を行う。

まず、前提として、図３を使用して、一般的なＮＰＮ形トランジスタのコレクタ・エミッタ間飽和電圧 Vce(sat) 対コレクタ電流 Icの特性について説明する。縦軸はコレクタ・エミッタ間飽和電圧 Vce(sat)であり、横軸はコレクタ電流 Icである。図の特性曲線よりコレクタ電流を約２Ａ流した場合、コレクタ・エミッタ間飽和電圧は約１Ｖであるが、コレクタ電流を約６Ａ流した場合、コレクタ・エミッタ間飽和電圧は約５Ｖになり、更にコレクタ電流が増加した場合、コレクタ・エミッタ間飽和電圧は急激に上昇する。このような特性カーブは、許容定格電流が低いトランジスタほど、その傾向が強い。

続いて、釈放コイル１のショート状態を検出する方法を図１、図２を使用して説明する。釈放コイル１が正常の時に、両トランジスタＱ１、Ｑ２が正常にオンした場合、図１のＡ点の電圧はトランジスタＱ２のオン電圧（コレクタ・エミッタ間飽和電圧）である約１Ｖとなるため、センス信号７は分圧抵抗Ｒ１、Ｒ２によってローレベルとなる。仮にこのとき、釈放コイルが約１Ωの抵抗成分のみでショートしていた場合は、トランジスタＱ２のコレクタ電流は、４０Ａ（オームの法則により、４０Ｖ÷１Ω＝４０Ａ）の大電流が印加される。従って、トランジスタＱ２のコレクタ・エミッタ間飽和電圧特性が急激に増加する特性のトランジスタを使用すれば、トランジスタＱ２のオン電圧（コレクタ・エミッタ間飽和電圧）が約２０Ｖ以上になるため、分圧抵抗値の組み合わせによって、センス信号７は約１．５Ｖになる。ＴＴＬレベルにおいて、入力電圧が約１．５Ｖ以上であればハイレベルと認識できるので、制御部５が釈放コイル１のショート状態を検出することが可能となる。また、トランジスタのオン電圧が１０Ｖ程度でもセンス信号７が約１．５Ｖになるように分圧抵抗Ｒ１、Ｒ２を設定しても良いが、この場合は＋４０Ｖを分圧した時にＴＴＬの最大入力電圧を越えないように、抵抗Ｒ２と並列に５Ｖ程度のツェナーダイオード（図示せず）を挿入すると良い。ツェナーダイオードによりセンス信号７はツェナー電圧以下にクランプされる。

このように、釈放コイルがインダクタンス成分を持たず抵抗成分のみでショート故障した場合は、上述した例のみでも有効である。しかしながら、釈放コイル１のショート状態は抵抗成分のみとは限らず、ある程度のインダクタンス値と抵抗値を持った状態（レアショートという）でショートすることがある。この場合は、釈放コイルのショート状態の検出ができない恐れがある。なぜなら、インダクタンス成分によってショート故障時の電流が徐々に増加するためである。レアショート状態は様々な状態があるので、全てのレアショート状態を確実に検出することは困難である。しかしながら、トランジスタＱ２をコレクタ・エミッタ間飽和電圧特性がコレクタ電流の増加に伴い急激に増加する特性のトランジスタとし、両トランジスタＱ１、Ｑ２をオンにしてから、センス信号７の電圧をチェックする迄の時間を長くすれば、レアショート状態は検出し易くなる。しかし、インダクタンス分が無く抵抗値が１Ω程度のショート故障時は、検出するまでの時間が長くなるので、釈放コイル１やトランジスタが焼損する可能性が高くなる。そのため、本例では、センス信号７の電圧チェックを実施した後、時間Ｔ経過後に再度チェックするようにした。具体的には、両トランジスタＱ１、Ｑ２をオンにしてから、３０μSの時間が経過した後、センス信号７の電圧をチェックする。仮にセンス信号７がハイレベルの場合は、トランジスタＱ２のオープン故障または釈放コイル１がインダクタンスを持たず低い抵抗値の状態で短絡していることになる。仮にセンス信号７がローレベルであった場合は、更に３０μSのウェイト後、再度センス信号７の電圧をチェックする。仮にこの時、センス信号７がハイレベルの場合は釈放コイルがレアショートしていることになる。

このように、トランジスタＱ１、Ｑ２をオンして、３０μS経過後にセンス信号７の電圧チェックを行い、更に３０μS経過後に再度センス信号７の電圧チェックを行うことで、釈放コイルがレアショート状態でも検出し易くなった。

また、センス信号７の電圧チェックはノイズ等による誤検出を防止するため、複数回（例えば３回程度）チェックし、３回とも故障状態の電圧であった場合に、故障と認識している。しかし、釈放コイルがあるインダクタンス（正規の値より低い）を維持したショート故障（レアショート）の場合は、電流が釈放コイル１のインダクタンスによって除々に増加するので、トランジスタＱ２のオン電圧も除々に増加する。このため、１回目のチェックタイミングでは故障を検出できないが、２回目または３回目のチェックタイミングで本来の故障を検出できる可能性がある。従って、３回とも故障状態の電圧を検出できなかった場合でも、再度ウェイト時間を設け、あるウェイト時間経過後に故障チェックを行うことにより、レアショート状態をより検出し易くなる。

具体的には図５のフローチャート図で説明する。Ｓ１にてＱ１、Ｑ２をオンする。トランジスタが完全にオンするまでに数μS程度の時間がかかるので、Ｓ２にて３０μSのウェイト時間を設ける。その後、Ｓ３にてセンス信号の電圧レベルを３回チェックし夫々の状態を記憶する。Ｓ４の処理にてＳ３で記憶した状態を比較し３回ともハイレベルの場合は故障と認識し、Ｓ５へ進み駆動電圧の遮断、エラーメッセージ表示処理などの故障処理を行う。Ｓ４の比較にて３回ともハイレベルではないと判断した場合は、釈放コイル１のレアショート故障によりＱ２のオン電圧が上昇中の可能性があるので、Ｓ７にて、３０μSのウェイト時間を設ける。その後、Ｓ８にてセンス信号７の電圧レベルを３回チェックしその状態を記憶する。Ｓ９にてセンス信号が３回共ハイレベルの場合は釈放コイルのショート故障と判断し、Ｓ５に進み故障処理を行う。

以上説明したように、本発明に係るドットラインプリンタの故障検出方法は、釈放コイルと電源電圧間に第１の駆動素子を設け、前記釈放コイルとＧＮＤ間に第２の駆動素子を有するハーフブリッジ回路を構成し、釈放コイルと第２の駆動素子との接続点から分圧抵抗へ接続し、該分圧抵抗の分圧電圧値を判別できるように接続した故障検出手段により達成できる。ここで、第１および第２の駆動素子はトランジスタやFET（Field Effect Transistor）等である。また、第１の駆動素子は夫々の釈放コイルと１対１に対応するように構成するか、複数の釈放コイルをまとめて１個の駆動素子で駆動できるようにしても良い。また、釈放コイルと第２の駆動素子との接続点の電圧を検出する手段は、分圧抵抗に限定されるものではなく、他の電圧検出手段でも良い。

印字ハンマの駆動回路を示す説明図故障モードとセンス信号の関係を示す表トランジスタのVce(sat) 対 Ic の特性図代表的なハンマ機構部の断面図本発明の制御方法の一例を示すフローチャート

符号の説明

１は釈放コイル、５は制御部、７はセンス信号、Ｑ１,Ｑ２はトランジスタ、Ｒ１,Ｒ２は抵抗、１７はネジ、１８は板バネ、２０は印字ピン、２１はコイルフォーム、２２はコムヨーク、２３はマグネット、２４はヨークである。

Claims

桁方向にほぼ等間隔で配設された印字ピン装着部を持つ印字ハンマを桁方向に複数個配列した印字ハンマ群と、該印字ハンマ群、印字ハンマ群を保持するヨーク及び永久磁石によって形成される磁気回路を打ち消すために、前記印字ハンマに対応するように配設された釈放コイルと、該釈放コイルにパルス電流を通電するように配置された駆動素子から成る駆動回路と、前記釈放コイルと駆動素子の故障検出手段とを備えるドットラインプリンタにおいて、
前記駆動素子に流れる電流が増大すると前記駆動素子の飽和電圧が急上昇する特性の駆動素子を用い、駆動素子の飽和電圧を検出して前記釈放コイルの短絡故障を認識することを特徴とするドットラインプリンタの故障検出方法。