JP2018103401A - 電子機器及びその制御方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】大きな消費電流の変動にも適用可能な電子機器、及びその制御方法を提供することである。【解決手段】電解コンデンサを備えた電源回路と負荷回路とを有する電子機器において、次のような制御を行う。即ち、前記電解コンデンサのリップル電圧を検出し、前記電子機器がスタンバイ状態の場合に前記負荷回路を有効化し、前記負荷回路が有効化された状態で前記リップル電圧を検出する。【選択図】 図5

Description

本発明は電子機器及びその制御方法に関し、特に、例えば、AC/DC電源回路のAC平滑用として用いるいわゆる一次電解コンデンサの制御方法に関する。
装置の故障を誘発する要因の1つとして、装置の長期間の使用による一次電解コンデンサの容量抜けを挙げることができる。一次電解コンデンサの容量抜けを防止するために、各メーカは独自の品質基準に基づいて認定した一次電解コンデンサを使用するようにしている。しかしながら、単に認定した一次電解コンデンサの使用に加えて、装置側が状態を検知することや、その結果を装置制御に活用することで対策の確実性を高めることが求められている。
こうした背景を踏まえて、特許文献1、特許文献2に開示されているように、電解コンデンサの出力電圧リップルを監視して電解コンデンサの寿命を推定する方法や、その結果を踏まえて装置動作を無効にする方法が提案されている。
特開2009−35699号公報 特開平6−171619号公報
しかしながら上記従来例には依然として、以下のような課題がある。
一次電解コンデンサのリップルは寿命以外にも装置の消費電流の多寡によっても大きく変動するものの、特許文献1や特許文献2が開示する提案は、この対策について言及されておらず、消費電流の変動の大きな装置への適用という点で課題がある。
本発明は上記従来例に鑑みてなされたもので、大きな消費電流の変動にも適用可能な技術を提供することを目的としている。
上記目的を達成するために本発明の電子機器は次のような構成を有する。
即ち、電解コンデンサを備えた電源回路と、前記電解コンデンサのリップル電圧を検出する検出回路と、負荷回路と、前記負荷回路を制御する第1の制御手段と、を備え、前記第1の制御手段は、電子機器がスタンバイ状態の場合に前記負荷回路を有効化し、前記検出回路は、前記負荷回路が有効化された状態で前記リップル電圧を検出することを特徴とする。
また本発明を他の側面から見れば、電解コンデンサを備えた電源回路と負荷回路とを有する電子機器の制御方法であって、前記電解コンデンサのリップル電圧を検出する工程と、電子機器がスタンバイ状態の場合に前記負荷回路を有効化する工程と、
を備え、前記負荷回路が有効化された状態で前記リップル電圧を検出することを特徴とする電子機器の制御方法を備える。
本発明によれば、消費電流の変動の大きな装置への応用を実現することができるという効果がある。
本発明の代表的な実施例である記録装置の概観斜視図である。 図1に示す記録装置の制御構成を示すブロック図である。 定負荷回路の動作の時間的変化を示す図である。 リップル電圧から一次電解コンデンサの寿命を推定するための閾値を決定する処理を示すフローチャートとその寿命判定基準を示す図である。 寿命延長処理を示すフローチャートである。 CRモータとLFモータの速度テーブルとCR/LF移動速度の時間変化とを示す図である。 他の実施例に従う定負荷回路を示す図である。 他の実施例に従う記録装置の特有の構成を示す部分斜視図である。 他の実施例に従う寿命判定処理を示すフローチャートである。 電解コンデンサの時間特性を示す図である。
以下添付図面を参照して本発明の好適な実施例について、さらに具体的かつ詳細に説明する。なお、以下の説明では、図面全体を通して、同じ構成要素に対して同じ参照番号を付して言及する。そのため、一度説明した構成要素に対しては同じ参照番号を用いて言及し、その説明を繰り返すことはしない。
なお、この明細書において、「記録」(「プリント」という場合もある)とは、文字、図形等有意の情報を形成する場合のみならず、有意無意を問わない。さらに人間が視覚で知覚し得るように顕在化したものであるか否かも問わず、広く記録媒体上に画像、模様、パターン等を形成する、または媒体の加工を行う場合も表すものとする。
また、「記録媒体」とは、一般的な記録装置で用いられる紙のみならず、広く、布、プラスチック・フィルム、金属板、ガラス、セラミックス、木材、皮革等、インクを受容可能なものも表すものとする。
さらに、「インク」(「液体」と言う場合もある)とは、上記「記録(プリント)」の定義と同様広く解釈されるべきものである。従って、記録媒体上に付与されることによって、画像、模様、パターン等の形成または記録媒体の加工、或いはインクの処理(例えば記録媒体に付与されるインク中の色剤の凝固または不溶化)に供され得る液体を表すものとする。
またさらに、「記録素子」とは特にことわらない限りインク吐出口乃至これに連通する液路及びインク吐出に利用されるエネルギーを発生する素子を総括して言うものとする。
<電解コンデンサの特性>
まず始めに電解コンデンサの寿命について説明する。
電解コンデンサの静電容量は熱(周囲温度+リップル電流による自己発熱)による電解液の蒸発に伴い低下する。
図10は電解コンデンサの時間特性を示す図である。
図10(a)は電解コンデンサの使用時間と静電容量との関係を模式的に示しており、電解コンデンサに電流が流れ続けた場合、時間の経過とともに静電容量は徐々に低下していく。一般的な電解コンデンサの場合、定格リップル電流が流れ続けたときに静電容量が仕様の80%まで低下するまでの時間(2000時間など)を寿命と定義している。リップル電流とは、電解コンデンサの両端にかかる電圧が変動した時に流れる電流であり、リップル電流が電解コンデンサを流れることにより生じる電圧変動がリップル電圧である。
図10(b)はリップル電圧の時間変化を示しており、電解コンデンサへの通電時間に比例してリップル電圧は増大する。これは、図10(a)に示されるように、静電容量が使用時間とともに低下することによるものであり、電解コンデンサのインピーダンスの増加に起因している。
このように、電解コンデンサはその寿命が近づくとリップル電圧が増大するという特性がある。
以下、電解コンデンサを利用した装置の一例として、インクジェット記録装置(以下、を挙げて説明する。なお、記録装置は本発明の適用例の1つに過ぎず、電解コンデンサはパーソナルコンピュータ(PC)やレーザプリンタ(LBP)や複写機など、他の電子機器にも用いられるので、本発明はそのような電子機器にも適用可能である。
<記録装置の概要説明>
図1は本発明の代表的な実施例である記録装置の概観斜視図である。
図1に示すように、記録装置はコントローラからの指令に基づいて、記録ヘッド17を搭載したキャリッジ18がキャリッジモータ(CRモータ)12により矢印A方向(主走査方向)に往復移動しながら記録媒体19にインク液滴を吐出して画像を記録する。また、記録ヘッド17による走査記録毎に搬送モータ(LFモータ)13により記録媒体19を矢印B方向(副走査方向)に搬送することにより記録媒体19の全体に画像を形成する。
図2は図1に示す記録装置の制御構成を示すブロック図である。
図2に示すように、記録装置は、電源回路としてAC電源より供給されたAC電圧をDC電圧に変換するAC/DCコンバータ10を備え、そのDC電圧を装置の各部に供給することにより、記録動作を行う。AC/DCコンバータ10の内部には一次電解コンデンサ102とそのリップル電圧を検出するリップル検出回路101を備える。リップル検出回路101により検出されたリップル電圧はリップル信号W3としてコントローラ(制御回路)16に出力される。なお、リップル検出回路101はAC/DCコンバータ10の一次側回路に接続されているが、二次側にあるダイオード105のアノード側に接続されていても良い。
AC/DCコンバータ10はまた、所謂フライバック型コンバータを構成するダイオードブリッジ103、トランス104、スイッチング素子106、二次側電圧をフィードバックするフォトカプラ108、ダイオード105、二次電解コンデンサ107を含む。二次電解コンデンサ107は出力安定化のために用いられる。
AC/DCコンバータ10から出力電流W2を供給されて動作するコントローラ16は、次の構成要素を含む。即ち、CPU161とファームウェアを格納するROM163、CPU161がファームウェアや他の制御プログラムを実行する際に一時記憶として用いるRAM162、ドライバIC164、EEPROM165である。ドライバIC164は、CPU161からの指示に基づいて、CRモータ12やLFモータ13を駆動する。
また、AC/DCコンバータ10とコントローラ16との間には、トランジスタ141と抵抗142とからなるリップル検出用の定負荷回路14が接続される。定負荷回路14は記録装置が通常動作中はオフとなっている。しかしながら、リップル検出回路101がリップル電圧を検出する時のみコントローラ16からの制御信号W1によりトランジスタ141がオンとなって有効化され、一定の電流を引き込むことにより電流が加算される。
また、記録装置には、LCD111(表示部)とLED112、及びスイッチ113からなるUI(ユーザインタフェース)11が備えられる。一次電解コンデンサ102の静電容量が一定以上、低下したことが検出された場合、UI11によってユーザに、記録装置の制御を変更することを促す旨を通知する。
図3は定負荷回路14の動作の時間的変化を示す図である。
図3において、制御信号W1は定負荷回路14のオン、オフ制御信号である。コントローラ16からハイレベルの制御信号W1を入力すると定負荷回路14がオンとなり、抵抗142を介してトランジスタ141に電流が流れる。一方、ローレベルの制御信号W1を入力すると定負荷回路14はオフとなる。出力電流W2はAC/DCコンバータ10の出力電流を示している。リップル信号W3はリップル検出回路101からの出力信号であり、概ね出力電流W2の電流波形に比例した電圧信号が出力される。
図3に示されるように、記録装置が通常動作する期間T1では、出力電流W2はCRモータ12やLFモータ13、或いは記録ヘッド17を駆動するための電流消費により大きく変動する。一方、記録装置がスタンバイとなる期間T2には、CRモータ12やLFモータ13や記録ヘッド17は非動作状態にあるので、出力電流W2は非常に低い状態で安定する。また、記録装置がスタンバイとなる期間T2の間にリップル電圧を検出する期間T3を挿入する。期間T3では、コントローラ16が制御信号W1をハイレベルとし、定負荷回路14がオンとなり、スタンバイ状態である期間T2における電流に、定負荷回路14がオンされたことによる電流が加算されるため、出力電流W2は高い状態で安定する。
リップル検出が終了すると、図3に示すように、期間T3が終了して、コントローラ16は制御信号W1をローレベルにして定負荷回路14をオフにして、一度記録装置をスタンバイ状態に戻す。その後、必要に応じてCRモータ12やLFモータ13、記録ヘッド17の駆動を再開する。
以上説明した記録装置のように、CRモータ12、LFモータ13や記録ヘッド17などの消費電力の大きな負荷が複雑に動作する装置では、リップル電流も大きく、それゆえ電解コンデンサの寿命も短い。また、記録装置は、各モータの起動、停止や記録動作の有無に伴う負荷変動が大きいため、リップル電圧の変動も大きく、リップル電圧を常に同じ条件で測定して経時的な変化を比較することは困難である。
このため、この実施例では、定負荷回路14をオンにした期間T3にリップル検出を行うことで消費電力変動の大きな装置においてもリップル電圧の変化を正確に検出することを可能にしている。
次に上記構成の記録装置において適用される一次電解コンデンサの寿命推定と寿命延長処理について説明する。
・寿命推定について
図4はリップル電圧から一次電解コンデンサの寿命を推定するための閾値を決定する処理を示すフローチャートとその寿命判定基準を示す図である。
図4(a)によれば、ステップS301では、ユーザ先で初めて装置に電源が投入されたどうかを調べる。このことは、装置の出荷時に設定される所定のフラグの値を調べることにより判定される。例えば、このフラグに出荷時に“0”が設定されていると、記録装置はそのフラグの値が“0”であれば、その装置に初めて電源が投入されたことを認識する。そのフラグの値が“0”でなければ、その装置は既にユーザにより使用中であると認識して、この処理は終了する。
ここで、その装置に初めて電源が投入されたことを認識すると、処理はステップS302に進み、定負荷回路14をオンにして、さらにステップS303において、リップル電圧初期値(V0)を測定する。これはリップル信号W3を用いて測定される。そして、ステップS304では、測定されたリップル電圧初期値(V0)に、予め実験的に求めた定数K1を加えた結果を閾値1(Vth1)とし、また同様に予め実験的に求めた定数でありK1よりも大きいK2を加えた結果を閾値2(Vth2)とする。
このようにして、寿命推定のために用いられる2つの閾値が決定される。なお、リップル電圧の測定そのものは、後述するように、その後も記録動作の合間を見て間欠的に実行される。
図4(b)は寿命判定基準として用いる閾値1と閾値2の意味を説明する図である。
リップル検出回路101により測定されたリップル電圧(V)が初期値(V0)よりも大きく、かつ閾値1(Vth1)よりも小さい場合(V0<V<Vth1)、一次電解コンデンサ102の寿命は全く“問題無いレベル(OK)”であると判断する。次に、測定されたリップル電圧(V)が閾値1(Vth1)以上で、かつ閾値2(Vth2)よりも小さい場合(Vth1≦V<Vth2)、その寿命が“警戒レベル”にあると判断する。そして、測定されたリップル電圧(V)が閾値2(Vth2)を超える場合(Vth2<V)、その寿命が既に限界を超えている(NG)と判断する。
この実施例では、一次電解コンデンサ102の寿命が警戒レベルにあると判断した場合、記録装置の基本的機能を損なわず維持できる範囲で消費電力を削減することにより電解コンデンサの寿命延長を図っている。そのために、この実施例ではCRモータとLFモータの回転速度を低下させる。しかしながら、紙の搬送を一旦止めて印刷を行うような装置の場合は、CRモータとLFモータのうち少なくとも一方の回転速度を低下させるだけでもよい。この場合、速度テーブルには、回転速度の制御対象である少なくとも一方のモータのテーブルが格納されていればよい。また、記録装置の基本的機能を損なわず維持できる範囲で消費電力を削減するために、例えば、記録ヘッドで駆動する記録要素(ノズル)の数を低減して記録ドットの数を間引いたり、記録をマルチパス記録とするなどの制御を行なっても良い。
・寿命延長について
図5は寿命延長処理を示すフローチャートである。
図5によれば、ステップS501において、記録装置が休止状態(スタンバイ状態)に入ったことが確認されると、処理はステップS502に進み、定負荷回路14をオンにする。次に、ステップS503では、その時のリップル電圧(V)をリップル検出回路101により測定する。これはリップル信号W3を用いて測定される。そして、ステップS504では、測定したリップル電圧(V)を閾値1(Vth1)、閾値2(Vth2)と比較する。
ここで、CRモータとLFモータの駆動制御について、図を参照して説明する。
図6はCRモータとLFモータの速度テーブルとCR/LF移動速度の時間変化とを示す図である。
図6(a)に示すように、ROM163或いはEEPROM165には、CRモータ12とLFモータ13とを制御するための2つの速度テーブルが格納されている。速度テーブル#1が設定され、CRモータ12とLFモータ13が駆動される場合、CRモータ12の最高速度は20.0インチ/秒、LFモータの最高速度は15.0インチ/秒に設定される。また、速度テーブル#2が設定され、CRモータ12とLFモータ13が駆動される場合、CRモータ12の最高速度は10.0インチ/秒、LFモータ13の最高速度は7.5インチ/秒に設定される。
図6(b)はCRモータ12に速度テーブル#1、#2それぞれが適用されて駆動された場合の速度の時間変化を示す図である。また、図6(c)はLFモータ13に速度テーブル#1、#2それぞれが適用されて駆動された場合の速度の時間変化を示す図である。
この実施例では、リップル電圧(V)が前述した“問題無いレベル(OK)”である場合は速度テーブル#1が選択されて使用される。この場合、CRモータ12とLFモータ13は高速で駆動される。これに対して、リップル電圧(V)が前述した“警戒レベル”である場合は速度テーブル#2が選択されて使用される。この場合、CRモータ12とLFモータ13は低速で駆動される。
図5に戻って説明を続けると、ステップS504における比較結果、リップル電圧(V)が閾値1(Vth1)以下であった場合(V≦Vth1)、処理はステップS505に進む。そして、ステップS505では、速度テーブル#1を選択し、この選択した速度テーブルを用いてCRモータ12とLFモータ13とを駆動する。
また、リップル電圧(V)が閾値1(Vth1)よりも大きく、かつ閾値2(Vth2)よりも小さかった場合(Vth1<V<Vth2)、警戒レベルであると判断し、処理はステップS511に進む。そして、ステップS511では速度テーブル#2を選択し、この選択した速度テーブルを用いてCRモータ12とLFモータ13とを駆動する。さらに、ステップS512では、LCD111に装置(一次電解コンデンサ)の寿命が残り少ない旨のメッセージを表示する。
更に、リップル電圧(V)が閾値2(Vth2)以上である場合(Vth2≦V)、処理はステップS521に進み、記録装置の動作を強制停止させる。さらに、ステップS522では、LCD111に記録装置(一次電解コンデンサ)の寿命が切れた旨のメッセージを表示する。このようにして、リップル電圧がある閾値以上になった場合には、ユーザに対して記録装置(一次電解コンデンサ)の寿命に関し警告を与えることができる。
従って以上説明した実施例に従えば、装置がスタンバイ状態で一次電解コンデンサのリップル電圧を測定し、その測定電圧を閾値と比較することで、一次電解コンデンサの寿命を推定し、その推定結果に従って記録装置の消費電力を削減するよう制御する。また、記録装置の消費電力の削減は、記録装置の基本的機能を損なわず維持できる範囲でなされるので、ユーザの利便性が損なわれることがない。
これにより、一次電解コンデンサの寿命を延長し、その結果として、消費電力の削減に伴って記録性能に関して多少の低下が生じたとしても記録装置の寿命を延長することができる。また、一次電解コンデンサの寿命が切れたと判断した場合には、記録装置の動作を強制停止させるので、一次電解コンデンサの寿命切れが原因となるような故障発生を防止できる。
また、リップル電圧の測定を記録装置がスタンバイ状態にあるときに実行することで、記録装置のように消費電流の変動の大きな装置に対しても、適切なタイミングで一次電解コンデンサの推定を行うことができる。これにより本発明を消費電流の変動の大きな装置に対しても適用可能となる。
<他の実施例>
上記実施例では定負荷回路14として専用のトランジスタ141と抵抗142を用いたが、他の構成の定負荷回路を用いて構成することも可能である。
図7は他の実施例に従う定負荷回路を示す図である。
図7に示すように、定負荷回路14は、定電流制御回路付きのモータドライバIC81とCRモータ12を用いて構成する。
図8は他の実施例に従う記録装置の特有の構成を示す部分斜視図である。
この実施例では、図9に示すように、CRモータ12を駆動してシャーシ91にキャリッジ18をつき当てることでモータドライバIC81の定電流制御回路を作動させ、CRモータ12に一定の電流を消費させることにより定負荷回路の機能を代用する。
図9は他の実施例に従う寿命判定処理を示すフローチャートである。図9において、既に図5を参照して説明したのと同じ処理ステップには同じステップ参照番号を付し、その説明は省略し、ここでは、この実施例に特有の処理についてのみ説明する。
図9によれば、ステップS503において今回測定したリップル電圧(Vn)をステップS503aでEEPROM165に格納された前回測定値(Vn−1)と比較する。ここで、今回の測定リップル電圧と前回測定値の差(Vn−Vn−1)が予め決められた閾値D(Vn−Vn−1)が予め決められた閾値Dより大きい場合((Vn−Vn−1)>D)、処理はステップS503bに進む。ステップS503bでは、リップル電圧の変化の傾向が一次電解コンデンサの使用に伴う経年変化の傾向とは異なるために一次電解コンデンサ102に不当改造が発生したと判断し、その旨をEEPROM165に書き込む。その後、処理はステップS504に進む。これに対して、今回の測定リップル電圧と前回測定値の差(Vn−Vn−1)が予め決められた閾値D以下の場合、処理はそのままステップS504に進む。
従って以上説明した実施例に従えば、一次電解コンデンサに不当な改造がなされたと判定することができる。
なお、以上説明した実施例では不揮発性メモリとしてEEPROMを用いる例について説明したが、例えば、FeRAMなど他の不揮発性メモリを用いても良い。
10 AC/DCコンバータ、11 UI(ユーザインタフェース)、
12 CRモータ、13 LFモータ、14 定負荷回路、16 コントローラ、
17 記録ヘッド、18 キャリッジ、19 記録媒体、
101 リップル検出回路、102 一次電解コンデンサ、
103 ダイオードブリッジ、104 トランス、105 ダイオード、
106 スイッチング素子、107 二次電解コンデンサ、108 フォトカプラ、
111 LCD、112 LED、113 スイッチ、141 トランジスタ、
142 抵抗、161 CPU、162 RAM、163 ROM、
164 ドライバIC、165 EEPROM

Claims (14)

  1. 電解コンデンサを備えた電源回路と、
    前記電解コンデンサのリップル電圧を検出する検出回路と、
    負荷回路と、
    前記負荷回路を制御する第1の制御手段と、を備え、
    前記第1の制御手段は、電子機器がスタンバイ状態の場合に前記負荷回路を有効化し、
    前記検出回路は、前記負荷回路が有効化された状態で前記リップル電圧を検出することを特徴とする電子機器。
  2. 前記検出回路により検出されたリップル電圧が第1閾値より大きいか判定する判定手段と、
    前記判定手段の判定の結果に基づき、前記電子機器の消費電力を制御する第2の制御手段とをさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の電子機器。
  3. 前記第2の制御手段は、前記リップル電圧が前記第1閾値より大きい場合、前記電子機器の消費電力を低減するよう制御することを特徴とする請求項2に記載の電子機器。
  4. 前記負荷回路が有効化されることにより、前記電子機器がスタンバイ状態における電流に、電流が加算されることを特徴とする請求項2又は3に記載の電子機器。
  5. 前記判定手段は、前記リップル電圧が、前記第1閾値よりも大きい第2閾値以上か判定し、
    前記第2の制御手段は、前記リップル電圧が前記第2閾値以上の場合、前記電子機器を停止させることを特徴とする請求項2乃至4のいずれか1項に記載の電子機器。
  6. 前記検出回路により検出されたリップル電圧を格納する不揮発性メモリをさらに有することを特徴とする請求項2乃至5のいずれか1項に記載の電子機器。
  7. 前記不揮発性メモリに格納された前回測定されたリップル電圧と今回測定されたリップル電圧とを比較する比較手段をさらに備えることを特徴とする請求項6に記載の電子機器。
  8. 前記負荷回路は、トランジスタと抵抗とを備えることを特徴とする請求項6又は7に記載の電子機器。
  9. 前記電子機器はインクジェット記録装置であり、
    インク液滴を吐出する記録ヘッドと、前記記録ヘッドを搭載したキャリッジを移動させるキャリッジモータと、前記記録ヘッドにより画像が記録される記録媒体を搬送する搬送モータとを含むことを特徴とする請求項6乃至8のいずれか1項に記載の電子機器。
  10. 前記不揮発性メモリには、前記キャリッジモータと前記搬送モータのうち、いずれかのモータを駆動する際に適用する第1の速度テーブルと第2の速度テーブルとが格納され、
    前記第1の速度テーブルには、前記いずれかのモータを第1速度で駆動するための情報が設定され、
    前記第2の速度テーブルには、前記いずれかのモータを前記第1速度よりも低速である第2速度で駆動するための情報が設定されることを特徴とする請求項9に記載の電子機器。
  11. 前記インクジェット記録装置はさらに、前記判定手段により判定の結果に基づくメッセージを表示部に表示することを特徴とする請求項9又は10に記載の電子機器。
  12. 前記負荷回路は、前記キャリッジモータと前記キャリッジモータを駆動するモータドライバで構成され、前記モータドライバにより前記キャリッジモータを駆動して前記キャリッジを移動させて前記インクジェット記録装置のシャーシに突き当てることにより、負荷を発生することを特徴とする請求項9乃至11のいずれか1項に記載の電子機器。
  13. 前記第2の制御手段は、
    前記リップル電圧が前記第1閾値、以下の場合、前記電子機器が備えるモータを、第1速度で駆動し、
    前記リップル電圧が前記第1閾値より大きい場合、前記モータを前記第1速度よりも低速である第2速度で駆動するよう制御することを特徴とする請求項2乃至12のいずれか1項に記載の電子機器。
  14. 電解コンデンサを備えた電源回路と負荷回路とを有する電子機器の制御方法であって、
    前記電解コンデンサのリップル電圧を検出する工程と、
    電子機器がスタンバイ状態の場合に前記負荷回路を有効化する工程と、
    を備え、
    前記負荷回路が有効化された状態で前記リップル電圧を検出することを特徴とする電子機器の制御方法。
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