JP2015120307A - インクジェット記録装置及びインクジェット記録装置の短絡保護方法 - Google Patents

Abstract

【課題】インクジェット記録装置において、駆動信号の短絡から電流増幅回路を保護する電流遮断素子を小型で安価な回路部品を用いて構成する。【解決手段】インクジェット記録装置の駆動信号を増幅する電流増幅回路は、複数段にダーリントン接続されたトランジスタＴ５〜Ｔ８を備えており、後段となる電源ＰＳ側のトランジスタＴ７と前段となる入力側のトランジスタＴ５の間に電流遮断素子として電界効果トランジスタＦ１が接続されている。電界効果トランジスタＦ１のゲート端子は電源ＰＳ側に接続されており、駆動信号の短絡により駆動信号が接地電位に低下すると、電界効果トランジスタＦ１はオフ状態となり、トランジスタＴ７に流れる電流を遮断する。【選択図】図６

Description

本発明は、インクジェット記録装置及びインクジェット記録装置の短絡保護方法に関する。

インクジェット記録装置は、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置として様々な用途に使用されている。インクジェット記録装置では、カラーインクに対応したインクジェット記録ヘッドから微小なインク滴を記録媒体に吐出して記録動作が行われる。インク滴の吐出動作では、例えば、吐出口に連通するインク流路に設けられた圧電素子等の駆動素子に駆動信号を入力することで、インク流路内のインクに圧力変動を与えて吐出口よりインクを吐出させるようになっている。
高精細のカラー画像を形成する場合には、多数の吐出口を高密度に配列したインクジェット記録ヘッドが用いられる。こうしたインクジェット記録ヘッドでは、各吐出口に対応して多数の駆動素子が高密度に配列されており、各駆動素子には配線を介してヘッド駆動回路が高密度で設けられている。

ヘッド駆動回路では、電気的な短絡が発生した場合に、過電流が流れて回路や部品の破損が生じることから、こうしたトラブルを防止するために保護回路が設けられている。
例えば、特許文献１には、サーマルインクジェットプリンタのドライバ回路の破損を防止するために、ノズルと関連するデータ線及びアドレス線のインピーダンスを検出して、データ線又はアドレス線を遮断するインクジェットプリンタが記載されている。
また、特許文献２には、液体吐出ヘッド駆動回路を保護するために、コモン線に流れる電流をモニタして、圧電素子の絶縁抵抗の低下に伴い増加するコモン電流が基準値を超えるとコモン電流を制限するようにした液体吐出ヘッド駆動回路等が記載されている。

特許文献１に記載されたインクジェットプリンタ及び特許文献２に記載された液体吐出ヘッド駆動回路等では、インクジェット記録ヘッドのヘッド駆動回路を保護する回路を設けているが、保護回路に駆動電流を流すために駆動信号の波形が変化するおそれがあり駆動素子の駆動制御を行う上で好ましくない。また、保護回路に用いる回路部品についても、大型の部品や高価な部品を使用することによる保護回路の大型化・高価格化といった課題がある。
本発明は、こうした従来技術の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、インクジェット記録装置において、駆動信号の短絡から電流増幅回路を保護する電流遮断素子を小型で安価な回路部品を用いて構成することである。

本発明は、インク滴を吐出するインクジェット記録ヘッドと、前記インクジェット記録ヘッドにインク滴を吐出させる駆動信号を出力する記録制御部とを備えたインクジェット記録装置であって、前記記録制御部は、複数段に接続された能動素子により駆動信号を増幅する電流増幅回路を備えており、前記電流増幅回路には、前記駆動信号の短絡が生じたとき、電流増幅回路の電源側の能動素子の入力側に過電流による当該能動素子の破損を防止する電流遮断素子が接続されているインクジェット記録装置である。

本発明によれば、インクジェット記録装置において、駆動信号の短絡から電流増幅回路を保護する電流遮断素子を小型で安価な回路部品を用いて構成することができる。

本実施形態のインクジェット記録装置を示す概略構成図である。 インクジェット記録装置の画像形成処理に関する制御ブロック構成図である。 駆動波形生成部に関する回路ブロック構成図である。 電流増幅回路の回路例を示す回路図である。 電流増幅回路の従来の保護回路を備えた回路構成図である。 電流増幅回路の本実施形態で用いる保護回路を備えた回路構成図である。

図１は、本実施形態のインクジェット記録装置を示す概略構成図である。インクジェット記録装置１は、主走査方向Ｘに沿って配置されたガイドロッド２に摺動自在に取り付けられたキャリッジ３を備えている。キャリッジ３には、複数のインクジェット記録ヘッド４が搭載されている。インクジェット記録ヘッド４は、例えば、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの各色に対応するインクが図示せぬインク供給装置より供給されて、各色のインクに対応する吐出口からインク滴を吐出するようになっている。各吐出口に連通するインク流路には、それぞれ圧電素子等の駆動素子が取り付けられており、駆動素子を制御することで、インク流路内のインクの圧力変動を生じさせて吐出口からインクを吐出させる。

キャリッジ３は、無端状のタイミングベルト５に固定されており、タイミングベルト５は、主走査モータ６の駆動ローラ及び従動ローラ７に張架されて主走査方向Ｘに沿って配置されている。そして、主走査モータ６を回転駆動させることで、タイミングベルト５を介してキャリッジ３を主走査方向Ｘに移動させるようになっている。複数のインクジェット記録ヘッド４の吐出口は、それぞれ副走査方向Ｙにずらして配列されており、キャリッジ３の主走査方向Ｘの移動タイミングに合わせてインク滴を吐出することで、副走査方向Ｙの所定幅の領域に対して主走査方向Ｘに沿って記録動作を行う。キャリッジ３内には、エンコーダセンサが配置されており、主走査方向Ｘに掛け渡されたエンコーダシートを連続的に読み取ることで、主走査方向Ｘの位置を検知しながらキャリッジ３の移動制御が行われる。

インクジェット記録ヘッドの吐出口に対向して無端状の搬送ベルト８が配置されている。搬送ベルト８は、駆動ローラ９及び従動ローラ１０に張架されており、インクジェット記録ヘッドに対向する搬送面に記録媒体を載置して副走査方向Ｙに間欠搬送するようになっている。
駆動ローラ９の駆動軸には、駆動プーリ９ａが固定されており、駆動プーリ９ａは、伝動ベルト１１を介して副走査モータ１２の駆動ローラにより駆動されるようになっている。そのため、副走査モータ１２を回転駆動することで、伝動ベルト１１を介して駆動プーリ９ａが駆動ローラ９とともに回転し、搬送ベルト８が回動して搬送面の記録媒体を副走査方向Ｙに移動させる。駆動ローラ９の駆動軸には、副走査エンコーダ１３が取り付けられており、駆動ローラ９の回転動作を副走査エンコーダ１３により検知して搬送ベルト８の副走査方向Ｙの搬送制御を行う。

記録媒体に対して記録動作を行う場合には、主走査モータ６を駆動制御して、インクジェット記録ヘッド４を主走査方向Ｘに沿って移動させながら記録する画像データに対応してインク滴を吐出していく。搬送ベルト８の両側の待機位置には、吸引キャップ等を備えたヘッド保護機構１４が配置されている。インクジェット記録ヘッド４が記録動作を行わない場合には、インクジェット記録ヘッド４を待機位置に移動させて吸引キャップで吐出口を覆うように密着させる。こうして、吐出口近傍のインクの水分蒸発に伴う目詰まりを防止する。また、吐出口からのインク滴の吐出が正常でない場合には、吐出口からインクを吸引して吐出回復動作を行う。

また、キャリッジ３には、中継基板１５が搭載されており、中継基板１５は、フレキシブルケーブル１６を介してコントローラ基板１７に接続されている。そして、コントローラ基板１７において処理された画像データに関する駆動信号がフレキシブルケーブル１６及び中継基板１５を介してインクジェット記録ヘッド４の駆動素子に送信される。
また、キャリッジ３には、記録媒体検知センサ１８が搭載されており、記録媒体検知センサ１８により記録媒体の端部を検知して記録動作の開始タイミングを制御する。

インクジェット記録ヘッド４により主走査方向Ｘに所定幅の画像を形成した後、副走査モータ１２を駆動制御して、搬送ベルト８を搬送動作させて記録媒体を副走査方向Ｙに所定幅だけ間欠搬送する。そして、インクジェット記録ヘッド４により前回記録した画像に引き続いて所定幅の記録動作を行う。こうして主走査方向Ｘの記録動作及び副走査方向Ｙの記録媒体の搬送動作を交互に繰り返すことで、記録媒体に所望の画像を形成する。

図２は、インクジェット記録装置の画像形成処理に関する制御ブロック構成図である。
制御部１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等から構成され、インクジェット記録装置が動作するための基本プログラムに基づきインクジェット記録装置各部を制御して所定の動作を実行する。ＣＰＵ１０１は、基本プログラムを読み出して制御に必要な情報処理を行う。ＲＯＭ（Read Only Memory）１０２は、インクジェット記録装置が動作するための基本プログラムを格納している。ＲＡＭ（Random Access Memory）１０３は、制御処理に必要なデータ等の情報を記憶する。ホストＩ／Ｆ（Interface）１０４は、外部のホストＰＣ（Personal Computer）２００と送受信を行い、記録する画像データを受信する。

記録制御部１０５は、受信した画像データに基づいて記録動作に必要なデータを生成し、インクジェット記録ヘッド４を駆動するヘッドドライバ３０に駆動信号を送信する。記録制御部１０５には、駆動波形生成部１０５ａが備えられており、ヘッドドライバ３０に出力するための駆動信号として駆動波形を生成する。
ヘッドドライバ３０は、入力された駆動波形に基づいて駆動素子３１を駆動し、インク滴の吐出動作を行う。駆動波形は、記録モード（例；速度重視モード、画質重視モード）、記録媒体の種類（例；普通紙、光沢紙）といった記録条件に基づいて設定される。設定される駆動波形は、ＲＯＭ１０２に格納された複数種類の駆動波形データから記録条件に基づいて選択し、選択された駆動波形データに基づいて駆動波形生成部１０５ａにおいて駆動波形が生成される。

エンコーダ解析部１０６は、キャリッジ３に搭載された主走査エンコーダ３２及び副走査エンコーダ１３からの検知信号に基づいて記録位置の解析を行う。
主走査モータ駆動部１０７は、主走査モータ６を駆動制御してキャリッジ３を移動させ、主走査方向の記録位置及び待機位置の設定等を行う。
副走査モータ駆動部１０８は、副走査モータ１２を駆動制御して搬送ベルト８を搬送動作させ、副走査方向の記録位置の設定等を行う。
入出力部１０９は、装置内に設けられた各種センサ及びアクチュエータと接続しており、必要なデータの入出力処理を行う。

図３は、駆動波形生成部１０５ａに関する回路ブロック構成図である。駆動波形生成部１０５ａは、波形データ生成部１０５１及びＤ／Ａ（Digital/Analog）コンバータ１０５２を備えている。波形データ生成部１０５１で生成された波形データは、Ｄ／Ａコンバータ１０５２によりアナログ電圧波形に変換されて、オペアンプ１０５３により電圧増幅される。電圧増幅された波形は、電流増幅回路１０５４により電流増幅されて駆動波形Ｐとして出力される。駆動波形Ｐは、ヘッドドライバ３０に出力されて駆動素子３１が駆動される。

図４は、電流増幅回路１０５４の回路例を示す回路図である。この回路例では、能動素子、ここでは一般的なバイポーラトランジスタを複数段ダーリントン接続して構成している。このように２段以上のＢ級増幅方式とすることで、電流増幅率を向上させることができる。
図４Ａは、ノーマルタイプのダーリントン接続方式に関する回路例であり、図４Ｂは、インバーテッドタイプのダーリントン接続方式に関する回路例である。

図４Ａの回路では、入力側の前段にＮＰＮ型トランジスタＴ１及びＰＮＰ型トランジスタＴ２を並列配置し、それぞれベース端子を入力側に接続するとともに互いのエミッタ端子を接続している。出力側の後段にも、ＮＰＮ型トランジスタＴ３及びＰＮＰ型トランジスタＴ４を前段と同じように並列配置し、それぞれのベース端子を前段のトランジスタＴ１、Ｔ２のエミッタ端子に接続するとともに互いのエミッタ端子を出力側に接続するようにしている。そして、前段及び後段のＮＰＮ型トランジスタＴ１、Ｔ３のコレクタ端子を電源ＰＳ側に接続し、前段及び後段のＰＮＰ型トランジスタＴ２、Ｔ４のコレクタ端子を接地Ｅ側に接続している。

図４Ｂの回路では、入力側の前段にＮＰＮ型トランジスタＴ５及びＰＮＰ型トランジスタＴ６を並列配置し、それぞれベース端子を入力側に接続するとともに互いのエミッタ端子を接続している。出力側の後段には、ＮＰＮ型トランジスタＴ８及びＰＮＰ型トランジスタＴ７を前段とは逆に並列配置している。そして、前段のＮＰＮ型トランジスタＴ５のコレクタ端子を後段のＰＮＰ型トランジスタＴ７のベース端子に接続するとともに前段のＰＮＰ型トランジスタＴ６のコレクタ端子を後段のＮＰＮ型トランジスタＴ８のベース端子に接続している。また、後段のトランジスタＴ７、Ｔ８の互いのコレクタ端子は、互いに接続されて前段のトランジスタＴ５、Ｔ６のエミッタ端子に接続するとともに出力側に接続するようにしている。そして、後段のＰＮＰ型トランジスタＴ７のエミッタ端子を電源ＰＳ側に接続し、後段のＮＰＮ型トランジスタＴ８のエミッタ端子を接地Ｅ側に接続している。

以上説明したような構成を備えたインクジェット記録装置では、キャリッジ３が移動して記録動作を行う際に、駆動素子３１に対する駆動信号を伝送するフレキシブルケーブル１６が誤って接続された場合、隣接する信号線との間で短絡が生じるおそれがある。こうした信号線の短絡により信号線が誤って接地されてしまうと、電流増幅回路１０５４の電源ＰＳ側トランジスタに過電流が流れてトランジスタが破損する原因となる。トランジスタの破損が生じた場合には、コントローラ基板１７全体を交換して修理する必要があり、修理費用が高価となる。

電源ＰＳ側トランジスタの過電流による破損を防止するためには、図５に示すように、保護回路として電源ＰＳ側にヒューズ（FUSE）等の保護素子２０を接続しておくことが知られている。
しかしながら、こうした保護素子２０は、一旦断線すると、保護素子２０を交換するか回路基板全体を交換しなければならず、修理のための作業及び費用が生じる。また、電流増幅回路１０５４では、ピークが２０Ａ程度のパルス状電流が繰り返し流れるため、こうしたパルス状電流に耐えられる保護素子２０を選定する必要があり、高価で大型の保護素子２０を使用しなければならなくなる。保護素子２０としては、ヒューズ以外にポリスイッチといった繰り返し使用可能な保護素子２０も考えられるが、高価で大型の部品を使用することになる点で課題を有する。

図６は、電流増幅回路の本実施形態で用いる保護回路を備えた回路構成図である。
本実施形態では、保護回路として、上述した図４Ｂの回路構成の電流増幅回路１０５４の電源ＰＳ側のトランジスタＴ７の入力側に電流遮断素子として電界効果トランジスタＦ１を接続している。電界効果トランジスタとしては、例えば、Ｐチャネルの電界効果トランジスタを使用することができる。本実施形態では、前段のＮＰＮ型トランジスタＴ５のコレクタ端子と電源ＰＳ側のＰＮＰ型トランジスタＴ７のベース端子との間に電界効果トランジスタＦ１のソース端子及びドレイン端子がそれぞれ接続されている。そして、電界効果トランジスタＦ１のゲート端子が電源ＰＳ側に接続されている。

本実施形態では、信号線の短絡が生じていない正常な状態では、電界効果トランジスタＦ１のゲート端子は電源電位となっており、電界効果トランジスタＦ１は常時オン状態となる。そのため、電界効果トランジスタＦ１が駆動信号に与える影響を最小限に抑えることができる。
一方、信号線の短絡状態が生じて駆動信号の電位が接地電位に低下すると、電界効果トランジスタＦ１のゲート電位が接地電位に低下して電界効果トランジスタＦ１がオフ状態となる。そのため、短絡した状態では、電源ＰＳ側のトランジスタＴ７のベース端子への電流の供給が遮断される。したがって、トランジスタＴ７の充電動作が停止して過電流の発生を防止することができる。

短絡が解消した状態では、駆動信号の電位が回復するため、電界効果トランジスタＦ１が再びオン状態となり、通常の電流増幅動作を行うことが可能となる。電界効果トランジスタＦ１に流れる電流の大きさは、駆動波形の最大電流値を電源ＰＳ側のトランジスタＴ７の電流増幅率で除した値に設定することができ、電流定格の小さな部品を使用することが可能である。そのため、高価で大型の部品を使用することなく、電流増幅回路１０５４の過電流による破損を防止することができる。

上述した例では、駆動信号の電位が接地電位に低下した場合に、電界効果トランジスタＦ１がオフ状態となるが、電界効果トランジスタＦ１のゲート容量の影響による応答動作の遅延が生じる場合がある。応答動作の遅延が生じると、電源ＰＳ側のトランジスタＴ７への電流遮断のタイミングが遅れて破損する危険性がある。そのため、図６に示す例では、駆動信号の電位が接地電位に低下した場合に、電界効果トランジスタＦ１のゲート容量の電荷を逃がすための放電回路として、電界効果トランジスタＦ１にトランジスタＦ２を備えた回路を接続している。トランジスタＦ２は、ＮＰＮ型トランジスタを用いて、コレクタ端子及びエミッタ端子をそれぞれ電源ＰＳ側及び接地Ｅ側に接続し、ベース端子を出力側に接続している。このようにトランジスタＦ２を接続することで、駆動信号の電位が接地電位に低下した場合に、ゲート容量の電荷を逃がすことで電界効果トランジスタＦ１の応答動作の遅延時間を短縮して応答性を向上させることができる。そのため、電界効果トランジスタＦ１の応答動作の遅延に伴うトランジスタＴ７の破損を確実に防止することができる。

また、電界効果トランジスタＦ１を電源ＰＳ側のトランジスタＴ７に接続したことにより、トランジスタＴ５、電界効果トランジスタＦ１、トランジスタＴ７で構成される回路（充電側回路という）と、トランジスタＴ６とトランジスタＴ８で構成される回路（放電側回路という）との間の応答性に差が生じて発振現象及び貫通電流が発生するおそれがある。
こうした不具合に対しては、電界効果トランジスタＦ１と同等のインピーダンスを放電側回路に持たせることで不具合を解消することができる。図６に示す例では、電界効果トランジスタＦ１と同等のインピーダンスを有する抵抗素子Ｒ１を放電側回路の前段のトランジスタＴ６のコレクタ端子と後段のトランジスタＴ８のベース端子との間に接続するようにしている。このように抵抗素子Ｒ１を接続することで、電界効果トランジスタＦ１を接続した場合でも電流増幅回路１０５４を正常に動作させることができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、インクジェット記録ヘッドを駆動する駆動信号が信号線等の短絡により接地電位となった場合に、保護回路により速やかに電流増幅回路に流れる電流を遮断することで、過電流によるトランジスタの破損を防止することができる。
保護回路としては、電流増幅回路を流れる電流を遮断する素子に、一度溶断したら回復不能なヒューズ等の保護素子ではなく電界効果トランジスタを用い、電界効果トランジスタのスイッチング作用によって電流を遮断する。このため、短絡した要因が解除された場合に、電界効果トランジスタの遮断を解除でき、部品の交換等を行うことなく電流増幅回路を回復させることができる。

また、電流を遮断する箇所を電流増幅後の出力側又は電源側に直列に設定せずに、ダーリントン接続された複数段のトランジスタの間に設定することで、電流遮断素子に流れる電流が小さくすることができる。そのため、電流遮断素子として電流定格の小さい小型で安価な部品を使用することができる。

１・・・インクジェット記録装置、２・・・ガイドロッド、３・・・キャリッジ、４・・・インクジェット記録ヘッド、５・・・タイミングベルト、６・・・主走査モータ、７・・・従動ローラ、８・・・搬送ベルト、９・・・駆動ローラ、９ａ・・・駆動プーリ、１０・・・従動ローラ、１１・・・伝動ベルト、１２・・・副走査モータ、１３・・・副走査エンコーダ、１４・・・ヘッド保護機構、１５・・・中継基板、１６・・・フレキシブルケーブル、１７・・・コントローラ基板、１８・・・・記録媒体検知センサ、３０・・・ヘッドドライバ、３１・・・駆動素子、３２・・・主走査エンコーダ、１００・・・制御部、１０１・・・ＣＰＵ、１０２・・・ＲＯＭ、１０３・・・ＲＡＭ、１０４・・・ホストＩ／Ｆ、１０５・・・記録制御部、１０５ａ・・・駆動波形生成部、１０５１・・・波形データ生成部、１０５２・・・ＤＡコンバータ、１０５３・・・オペアンプ、１０５４・・・電流増幅回路、２００・・・ホストＰＣ。

特開平１０−１２８９６５号公報 特開２０１０−７６３１２号公報

Claims (5)

1. インク滴を吐出するインクジェット記録ヘッドと、前記インクジェット記録ヘッドにインク滴を吐出させる駆動信号を出力する記録制御部とを備えたインクジェット記録装置であって、
   前記記録制御部は、複数段に接続された能動素子により駆動信号を増幅する電流増幅回路を備えており、前記電流増幅回路には、前記駆動信号の短絡が生じたとき、電流増幅回路の電源側の能動素子の入力側に過電流による当該能動素子の破損を防止する電流遮断素子が接続されているインクジェット記録装置。
2. 請求項１に記載されたインクジェット記録装置において、
   前記電流遮断素子は、電界効果トランジスタであるインクジェット記録装置。
3. 請求項２に記載されたインクジェット記録装置において、
   前記電界効果トランジスタに、前記駆動信号の短絡が生じたときに前記電界効果トランジスタのゲート電荷を逃がす放電回路が接続されているインクジェット記録装置。
4. 請求項１から３のいずれかに記載されたインクジェット記録装置において、
   前記電流遮断素子は、前記電流増幅回路の充電側回路に接続されており、前記電流増幅回路の放電側回路には、前記電流遮断素子に対応してそれと同等のインピーダンスを備えた抵抗素子が接続されているインクジェット記録装置。
5. インクジェット記録ヘッドに駆動信号を出力して当該インクジェット記録ヘッドよりインク滴を吐出して記録動作を行うインクジェット記録装置を駆動信号の短絡から保護する短絡保護方法であって、
   複数段に接続された能動素子により前記駆動信号を増幅する電流増幅回路において、駆動信号の短絡が生じたとき、前記電流増幅回路の電源側の能動素子の入力側に接続された電流遮断素子により、当該能動素子に流れる電流を遮断することで過電流による当該能動素子の破損を防止する短絡保護方法。

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