JP4051524B2 - インパクトプリンタのヘッド駆動回路 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インパクトドットプリンタに関し、より詳しくは、インパクトドットプリンタのヘッド駆動回路及び当該ヘッド駆動回路用電源を制御する電源制御技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インパクトドットプリンタは、例えば、電磁石の磁気吸引力によって印字ワイヤを駆動し、印字を行う。図７に、かかる構成のインパクトドットプリンタの印字ヘッド部におけるワイヤインパクト印字ヘッドの一例を示す。
【０００３】
図７に示した例では、ワイヤインパクト印字ヘッド５１は、ワイヤレバー５３と戻しバネ５５により往復自在に取り付けられた複数のワイヤ５７を有し、これらワイヤ５７は、ヘッドコイル５９に駆動電流が流れると、電磁石の磁気吸引力によってワイヤレバー５３が同図に示す矢印の方向に引き寄せられることにより、ワイヤ５７がインクリボン６１に衝突して、プラテン６３の回転により移動する印刷用紙６５上にドットを形成する。
【０００４】
図８に、上述した印字ヘッド５１におけるヘッドコイル５９の駆動回路の基本構成を示す。図示の例では、ヘッドコイル５９及びヘッドドライバトランジスタ３３のセットは１つしか示していないが、実際には複数セットある。各ヘッドコイル５９の駆動回路（ドライバ回路）３０は、ヘッドドライバトランジスタ３３、ヘッド駆動用電源７９、ツェナーダイオード３５から構成される。印字制御部３１より所定の通電時間だけ制御パルス３２がＨレベルとなり、ヘッドドライバトランジスタ３３が完全なＯＮ状態（飽和領域）となり、ヘッド駆動用電源７９の電圧（例えば、３５Ｖ）がヘッドコイル５９に印加されて駆動電流Ｉ１が流れる。制御パルス３２がＬレベルとなると、ヘッドドライバトランジスタ３３がターンＯＦＦしようとし、そこでヘッドコイル５９が誘導起電力を発生し、その誘導電圧でツェナーダイオード３５が導通状態となりヘッドドライバトランジスタ３３にベース電流が流れ、それによりヘッドドライバトランジスタ３３はリニアな動作領域に入り、そのヘッドドライバトランジスタ３３を通って駆動電流Ｉ１が流れて電流値が急峻に下がり、そしてヘッドドライバトランジスタ３３がＯＦＦ状態になる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のヘッド駆動回路では、ヘッドドライバトランジスタのターンＯＦＦ時にヘッド駆動用電源から供給される電力の有効利用がなされていないという問題がある。この問題について図９を参照しつつ述べる。同図は、ヘッド駆動回路を単純化し、その駆動電流の流れを電流波形、ツェナーダイオードの作用等と共に示す図である。
【０００６】
まず、図９（ａ）に示すように、トランジスタがＯＮされると、電源７９から駆動電流ｉが矢印の方向に流れヘッドコイルを駆動する。この時、図９（ａ）に示すように、トランジスタのコレクタ・エミッタ間電圧（Ｖce）は略ゼロである。
【０００７】
次いで、トランジスタがターンＯＦＦしようとすると、コイルに図示のような＋−の極性で生じた誘導起電力がツェナー電圧を越えると、ツェナーダイオードが導通状態となり、図９（ａ）に点線で示すようにツェナーダイオードを通じてトランジスタにベース電流が流れて、トランジスタはリニアな動作領域に入り、このトランジスタのコレクタ・エミッタを通じてコイルの蓄積エネルギーが放出される。コイルの蓄積エネルギーが放出され終わると、ツェナーダイオードは再び非導通となり、トランジスタはＯＦＦ状態となる。
【０００８】
以上の経緯におけるトランジスタのコレクタ電流ｉ、コレクタ・エミッタ間電圧（Ｖce）の変化を時間と共に、それぞれ図９（ｂ）、（ｃ）に示す。この結果、図９（ｄ）に示すように、電源からもらう電力［図９（ｂ）参照］のうち、トランジスタがターンＯＦＦするときの電力Ｐ［電流ｉ×コレクタ・エミッタ間電圧（Ｖce）］の部分は、トランジスタで発熱として消費され損失となる。
【０００９】
このように、従来のヘッド駆動回路では、トランジスタがターンＯＦＦするときに電源から供給された電力は、すべて損失となっており有効に利用されているわけではない。また、トランジスタからの発熱も多く、ヒートシンクなどの冷却手段等も必要となり、電源のパッケージも大きくならざるを得なかった。
【００１０】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ヘッド駆動回路での消費電力を減少させることにより、ヘッドを効率よく駆動し得るヘッド駆動回路を提供し、且つ電源の小型化を図ることにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明に従うヘッド駆動回路は、ヘッド駆動用直流電源の電源電圧を、ヘッドドライバスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ制御により所定時間だけヘッドコイルに印加することにより、印字ワイヤを駆動して印字を行う回路であって、ＤＣ／ＤＣコンバータと、入力手段と、返還手段と、充電手段とを備える。ＤＣ／ＤＣコンバータは、上記電源電圧より高い入力電圧をもつ入力直流電力を、その電源電圧に略同じ出力電圧をもつ出力直流電力に変換する。また、ＤＣ／ＤＣコンバータは、入力電圧を平滑するためのコンデンサを持つ。入力手段は、ヘッドドライバスイッチング素子のターンＯＦＦ時にヘッドコイルに発生する誘導電圧をＤＣ／ＤＣコンバータに入力する。返還手段は、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力直流電力をヘッド駆動用電源に返還する。充電手段は、ヘッド駆動用直流電源の電源ターンＯＮ時はコンデンサを初期的に充電する初期充電を、ヘッド駆動用直流電源がＯＮ状態の時はコンデンサを補充的に充電する補充充電を行う。
【００１２】
好適な実施形態では、インパクトプリンタの主電源がＯＮ状態のときに節電のためにヘッド駆動用直流電源を一時的にＯＦＦ状態にする節電モードが備えられている。上記電源ターンＯＮ時とは、インパクトプリンタの主電源のターンＯＮ時、又は、その主電源がＯＮ状態であって節電モードを解除した時である。
【００１３】
好適な実施形態では、初期充電とは、前記印字ワイヤが駆動しない程度に高い周波数で前記ヘッドドライバスイッチング素子を繰り返しＯＮ／ＯＦＦ動作させることにより、前記ヘッドドライバスイッチング素子のターンＯＦＦ時毎に前記ヘッドコイルに発生する誘導電圧を前記コンデンサに繰り返し印加することにより前記コンデンサに充電することである。
【００１４】
好適な実施形態では、充電手段が、充電用コイルと、充電用コイルにヘッド駆動用直流電源の電源電圧を印加する及び印加しないのＯＮ／ＯＦＦ制御を行うコイルドライバスイッチング素子とを有し、コイルドライバスイッチング素子のターンＯＦＦ時に充電用コイルに発生する誘導電圧をコンデンサに印加するように構成された入力電圧保持回路を有する。補充充電とは、前記コイルドライバスイッチング素子を繰り返しＯＮ／ＯＦＦ動作させることにより、前記コイルドライバスイッチング素子のターンＯＦＦ時毎に、前記充電用コイルに発生する誘導電圧を前記コンデンサに繰り返し印加することにより、入力電圧保持回路がコンデンサに充電することである。より好適には、補充充電を間欠的に行う。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１６】
図１は、本発明の一実施形態のヘッド駆動回路に係る回路の全体構成を示す。
【００１７】
本実施形態に係る回路は、従来浪費されていた印字ワイヤの駆動コイルの逆起電力を、ヘッド駆動用電源７９に返還し、印字ヘッドの駆動エネルギーとして再利用可能にすることで、省エネルギーを図るものである。以下、詳述する。
【００１８】
図１に示す回路は、トランス７５、節電モードスイッチ７７、ヘッド駆動用電源（３５Ｖ定電圧電源回路）７９、制御回路用電源（５Ｖ定電圧電源回路）８７、Ａ／Ｄコンバータ９１、制御回路（マイクロコンピュータ）８９、ヘッド駆動回路８１、タイマー付き駆動回路９３、入力電圧保持回路８５、及び、入力定電圧ＤＣ／ＤＣコンバータ（以下、ＤＣ／ＤＣコンバータ）８３を備えている。
【００１９】
トランス７５は、主電源７１から主電源スイッチ７３を介して印加される電圧ＡＣ１００Ｖを降圧し、ＡＣ３５Ｖ及びＡＣ５Ｖの電圧を発生する。電圧ＡＣ３５Ｖは、節電モードスイッチ７７を介してヘッド駆動用電源７９に入力され、電圧ＡＣ５Ｖは、制御回路用電源８７に入力される。
【００２０】
節電モードスイッチ７７は、トランス７５とヘッド駆動用電源７９との間に介在し、制御回路８９によって、ＯＮ／ＯＦＦ状態が切換えられる。節電モードスイッチ７７が、ＯＮ状態のときは、トランス７５からの電圧ＡＣ３５Ｖがヘッド駆動用電源７９に入力され、ＯＦＦ状態のときは、その電圧ＡＣ３５Ｖはヘッド駆動用電源７９に入力されない。
【００２１】
ヘッド駆動用電源７９は、トランス７５からの入力電圧ＡＣ３５Ｖを、ＤＣ３５Ｖに変換し、その電圧ＤＣ３５Ｖを、ヘッド駆動回路８１及び入力電圧保持回路８５に入力する。節電モードスイッチ７７がＯＦＦ状態のときは、このヘッド駆動用電源７９に電圧ＡＣ３５Ｖは入力されない。
【００２２】
制御回路用電源８７は、節電モードスイッチ７７のＯＮ／ＯＦＦ状態に関わらず、トランス７５から電圧ＡＣ５Ｖを受けて、それをＤＣ５Ｖに変換し、制御回路８９に入力する。
【００２３】
Ａ／Ｄコンバータ９１は、ヘッド駆動用電源７９の出力されるアナログ信号をデジタルに変換して、ヘッド駆動用電源７９の出力電圧値を制御回路（マイクロコンピュータ）８９に通知する。
【００２４】
制御回路８９は、節電モードのＯＮ／ＯＦＦ（実行／解除）を制御する。具体的に言えば、制御回路８９は、ユーザから節電モード実行の命令を受けたときや一定時間プリンタを動作しなかったときは、節電モードをＯＮにする、つまり、節電モードスイッチ７７をターンＯＦＦし、節電モード実行中にプリンタを動作する（例えば印字ヘッドを駆動する）ときは、節電モードをＯＦＦにする、つまり、節電モードスイッチ７７をターンＯＮする。
【００２５】
また、制御回路８９は、Ａ／Ｄコンバータ９１から通知されるヘッド駆動用電源７９の出力電圧値がＤＣ３５Ｖになっているときに、ヘッド駆動回路８１の駆動を制御する。具体的に言えば、制御回路８９は、印字ヘッドの電源ターンＯＮ時（つまり、プリンタの主電源スイッチ７３ターンＯＮ時、又は、主電源スイッチ７３がＯＮ状態であって節電モードを解除した時）に、ヘッドの印字ワイヤが実質的に駆動しない程度の周期の短い（周波数の高い）ヘッド駆動信号をヘッド駆動回路８１に送る、換言すれば、印字ヘッドをダミー駆動させる。それにより、後述するように、印字ヘッドの電源ターンＯＮ時に、ヘッド駆動回路８１における印字ワイヤの駆動コイルの誘導起電力が、ＤＣ／ＤＣコンバータ８３のコンデンサ８３ａに供給されて、ＤＣ／ＤＣコンバータ８３において初期充電が行なわれる。
【００２６】
更に、制御回路８９は、Ａ／Ｄコンバータ９１から通知されるヘッド駆動用電源７９の出力電圧値がＤＣ３５Ｖになっているときに、タイマー付き駆動回路９３のタイマーのＯＮ／ＯＦＦを制御する。具体的に言えば、制御回路８９は、印字ヘッドの電源ターンＯＮ時に、タイマー付き駆動回路９３のタイマーをターンＯＦＦし、それ以外の時（例えば、印字中や印字前の待機時、つまり、ヘッド駆動用電源７９がＯＮ状態の時）における所定の時に、タイマー付き駆動回路９３のタイマーをターンＯＮする。それにより、後述するように、印字ヘッドの電源ターンＯＮ時以外の時には、タイマー付き駆動回路９３によって間欠的（定期的）に入力電圧保持回路８５が駆動し、入力電圧保持回路８５からＤＣ／ＤＣコンバータ８３のコンデンサ８３ａに間欠的に電力が供給されて、ＤＣ／ＤＣコンバータ８３において、初期充電されたコンデンサ８３ａから印字動作等により放出される電荷の補充（補充充電）が行なわれる。
【００２７】
ヘッド駆動回路８１は、制御回路８９からのヘッド駆動信号によって駆動し、印字ワイヤの駆動コイルの逆起電力を、ＤＣ／ＤＣコンバータ８３のコンデンサ８３ａに供給する。
【００２８】
タイマー付き駆動回路９３は、入力電圧保持回路８５を駆動する定期的な時期を決めるためのタイマー回路であり、前述したように、制御回路８９によって、タイマーのＯＮ／ＯＦＦ状態が切換えられる。タイマー付き駆動回路９３は、タイマーがＯＮ状態の時に、保持回路８５のスイッチング素子をＯＮし、タイマーがＯＦＦ状態の時に、保持回路８５のスイッチング素子をＯＦＦにする駆動信号を入力電圧保持回路８５に送って保持回路８５を駆動する。
【００２９】
入力電圧保持回路８５は、ヘッド駆動用電源７９より高い入力直流電圧を保持する回路である。入力電圧保持回路８５は、タイマー付き駆動回路９３から保持回路駆動信号を受けたときは、保持している電力を、ＤＣ／ＤＣコンバータ８３のコンデンサ８３ａに供給する。
【００３０】
ＤＣ／ＤＣコンバータ８３は、ヘッド駆動用電源７９出力電圧より高い入力電圧をもつ入力直流電力（印字ワイヤの駆動コイル５９の逆起電力）を、ヘッド駆動用電源７９の出力電圧に略同じ電圧をもつ出力直流電力に変換するものであって、ヘッド駆動回路８１及び入力電圧保持回路８５からの供給電力を蓄えるためのコンデンサ８３ａを有する。ＤＣ／ＤＣコンバータ８３は、コンデンサ８３ａで蓄えた電力を、ヘッド駆動用電源７９に返還する。ＤＣ／ＤＣコンバータ８３は、定電圧制御アンプを利用したチョッパ方式やリンギングチョークコンバータなどのような様々な構成のものが考えられる。
【００３１】
上述した回路では、前述したように、ヘッド駆動回路８１の電源ターンＯＮ時、つまり、プリンタの主電源スイッチ７３のターンＯＮ時、及び、主電源スイッチ７３がＯＮ状態で節電モード解除時（節電モードスイッチ７７のターンＯＮ時）に、印字ヘッドをダミー駆動させて、ＤＣ／ＤＣコンバータ８３のコンデンサ８３ａへ初期充電を行う。そして、初期充電以外であってヘッド駆動回路８１の電源がＯＮ状態の時に、入力電圧保持回路８５によって、間欠的に、ＤＣ／ＤＣコンバータ８３のコンデンサ８３ａに補充充電を行う。
【００３２】
以下、初期充電及び補充充電をするときの動作について詳述する。
【００３３】
図２は、本実施形態に係る回路の構成をより詳細に示す図である。
【００３４】
この図に示すように、ヘッド駆動回路８１は、印字ワイヤを駆動するヘッドコイル５９と、ヘッドコイル５９を駆動するためのヘッドドライバトランジスタ３３と、ヘッドドライバトランジスタ３３がターンＯＦＦしてコイル５９で逆起電力が発生したときにコイル５９の蓄積エネルギーをＤＣ／ＤＣコンバータ８３に供給するための駆動回路ダイオード６とを備えている。
【００３５】
入力電圧保持回路８５は、ヘッド駆動用電源７９からの供給電力を蓄えるための充電用コイル２２と、スイッチング動作するコイルドライバトランジスタ２３と、コイルドライバトランジスタ２３がターンＯＦＦしたときにコイル２２に蓄えられている電力をＤＣ／ＤＣコンバータ８３に供給するための保持回路ダイオード２４とを備えている。
【００３６】
ＤＣ／ＤＣコンバータ８３とヘッド駆動用電源７９との間に、ＤＣ／ＤＣコンバータ８３のコンデンサ８３ａで充電された電力をヘッド駆動用電源７９に供給するための充電電力供給ダイオード８が備えられている。
【００３７】
この図において、ヘッド駆動回路８１の電源ターンＯＮ時に、制御回路８９から、ヘッドの印字ワイヤが実質的に駆動しない程度の周期の短い（周波数の高い）ヘッド駆動信号をヘッド駆動回路８１に送り、印字ヘッドをダミー駆動する。すなわち、印字ワイヤが動作しない程度に周波数の高いＯＮ／ＯＦＦパルスを、ヘッドドライバトランジスタ３３のベース・エミッタ間に印加する。これにより、ヘッドドライバトランジスタ３３が高速にＯＮ／ＯＦＦ動作を繰り返し、ヘッドコイル５９がヘッド駆動用電源７９からのエネルギーを蓄積してＤＣ／ＤＣコンバータ８３の入力側コンデンサ８３ａに放出してこれを充電するという動作を繰り返し、これにより、印字ヘッド（ヘッドコイル５９）が実際の印字動作を開始する前に、ＤＣ／ＤＣコンバータ８３の入力電圧（つまりコンデンサ８３ａの充電電圧）は、一定の電圧値になる。その後、通常の印刷動作に移行する。
【００３８】
ここで、ヘッド駆動回路８１のヘッドドライバトランジスタ３３がターンＯＮされると、ヘッド駆動用電源７９から駆動電流ｉが流れてヘッドコイル５９が駆動する。次いで、ヘッドドライバトランジスタ３３がターンＯＦＦされると、ヘッドコイル５９に生じた誘導起電力により、ヘッドドライバトランジスタ３３のコレクタに高電圧が発生し、ＤＣ／ＤＣコンバータ８３の入力電圧にクランプされる。そして、駆動電流ｉは、ＤＣ／ＤＣコンバータ８３に吸収され、ＤＣ／ＤＣコンバータ８３の出力側から充電電力供給ダイオード８を介してヘッド駆動用電源７９に返され、再利用される。
【００３９】
なお、印字をしない待機中には、初期充電されたコンデンサ８３ａの充電電圧が次第に低下して来るので、間欠的に、コンデンサ８３ａの補充充電を行う。具体的に言うと、初期充電後に、制御回路８９が、タイマー付き駆動回路９３のタイマーをターンＯＮして、タイマー付き駆動回路９３が間欠的に入力電圧保持回路８５を駆動するようにする。これにより、入力電圧保持回路８５のコイルドライバトランジスタ２３が、間欠的に、一定時間ＯＮ／ＯＦＦ動作を繰り返し、充電用コイル２２にヘッド駆動用電源７９からの供給電力を蓄積することと、蓄積した電力をＤＣ／ＤＣコンバータ８３のコンデンサ８３ａに供給するという動作を繰り返して、ＤＣ／ＤＣコンバータ８３のコンデンサ８３ａに補充的に充電する。この補充充電のときの充電電流は、初期充電のときの充電電流よりも小さくてもよいので、入力電圧保持回路８５の電流容量はヘッド駆動回路のそれよりも小さくてよい。
【００４０】
図３は、本実施形態の回路を単純化した図と、ヘッド駆動用電源７９からの駆動電流ｉの流れを電流波形等と共に示す図であり、（ａ）は本実施形態の回路の簡略化した図、（ｂ）はヘッドコイル５９を流れる駆動電流ｉの波形図、（ｃ）はヘッドドライバトランジスタ３３のコレクタ・エミッタ間電圧の波形図、（ｄ）はヘッドドライバトランジスタ３３での電力損失を示す図である。以下、同図を参照して、本実施形態の回路の作用について説明する。
【００４１】
図３（ａ）に一点鎖線で示すように、多数の印字ワイヤの各々ごとにヘッドコイル５９とヘッドドライバトランジスタ３３のセットが存在するのは勿論であるが、ここでは、１つの印字ワイヤについてのヘッドコイル５９とヘッドドライバトランジスタ３３のセットに着目してその動作を説明する。まず、ヘッドドライバトランジスタ３３がＯＮされると、電源７９から駆動電流ｉが矢印の方向に流れヘッドコイル５９を駆動する。
【００４２】
次いで、ヘッドドライバトランジスタ３３がターンＯＦＦすると、ヘッドコイル５９に図示のような＋−の極性で誘導起電力が生じ、その高い誘導電圧によってダイオード６が導通するので、ヘッドドライバトランジスタ３３のコレクタ電圧は図３（ｃ）のようにＤＣ／ＤＣコンバータ８３の入力電圧にクランプされ、図３（ａ）に矢印で示すように駆動電流ｉはダイオード６を介してＤＣ／ＤＣコンバータ８３の入力側に流れ込む。このようにして、多数の印字ワイヤのヘッドコイル５９にそのターンＯＦＦ時に供給された電力をＤＣ／ＤＣコンバータ８３の入力側に吸収する。この吸収された電力は、ＤＣ／ＤＣコンバータ８３によってヘッド駆動用電源７９の電圧Ｖｐに実質的に等しい電圧の直流電力に変換され、ＤＣ／ＤＣコンバータ８３の出力側からダイオード８を介してヘッド駆動用電源７９に返される。
【００４３】
従って、ヘッドドライバトランジスタ３３のターンＯＦＦ時には、ヘッドドライバトランジスタ３３は瞬時に完全にＯＦＦ状態になることができ、ヘッドドライバトランジスタ３３に流れてしまう電流は実質的にゼロなので、図３（ｄ）に示すように、ヘッドドライバトランジスタ３３で電力損失を生じることが実質的に無い。すなわち、図３（ｂ）に細かい斜線で示すように、従来はヘッドドライバトランジスタ３３のターンＯＦＦ時に浪費されていた電力が、本実施の形態ではヘッド駆動用電源７９に戻されて、再びヘッドの駆動エネルギーとして再利用することが可能である。これにより、トランジスタ３３からの発熱も大幅に減少するので、その冷却対策も簡易なもので足り、電源のパッケージも小型化することができる。
【００４４】
尚、上記の実施の形態では、ヘッドコイル５９とヘッドドライバトランジスタ３３が１段で構成された場合について述べたが、これに限ることはなく、例えば、上下２段の各ヘッドコイル毎に、上下２段のヘッドドライバトランジスタを用いるような構成であってもよい。このような回路構成の場合は、駆動電流の波形は、図３（ｂ）に示した波形とは異なるが、トランジスタＯＦＦ時に従来例では浪費されていたエネルギーをヘッド駆動用電源に返して再利用できることについては上述の実施形態の場合と同じである。
【００４５】
上述した回路において行なわれる初期充電時の充電動作について、図４の波形図を用いて詳しく説明する。
【００４６】
図４（ａ）、（ｂ）は、印字動作中のヘッド駆動回路の動作波形を示し、同図（ａ）はヘッドコイル５９を流れる電流の波形、同図（ｂ）はヘッドドライバトランジスタ３３のコレクタ・エミッタ間電圧の波形を示す。一方、図４（ｃ）、（ｄ）は、初期充電時のヘッド駆動回路８１の動作波形であり、（ｃ）はヘッドコイル５９を流れる初期充電電流の波形、（ｄ）はヘッドドライバトランジスタ３３のコレクタ・エミッタ間電圧の波形を示す。
【００４７】
印字動作では、図４（ｂ）に示すような周波数がほぼ１〜２ｋＨｚのパルスでヘッドドライバトランジスタ３３を駆動し、すると、ヘッドコイル５９には図４（ａ）に示すような電流が流れて印字ワイヤが駆動される。一方、初期充電時は、図４（ｄ）に示すような周波数が約１０ｋＨｚのパルス（例えば、ＯＮ時間幅が２０μｓ、ＯＦＦ時間幅が８０μｓ）で約１００ｍｓに亘って、ヘッドドライバトランジスタ３３を約１０００回繰り返してＯＮ／ＯＦＦ駆動する。これによって、ヘッドコイル５９には図４（ｃ）のような時間幅の短い微小なパルス電流が繰り返し流れるが、このような周波数の高い微小電流では印字ワイヤは駆動されない。そして、これらの微小電流パルスのうち、ヘッドドライバトランジスタ３３がターンＯＦＦした時の部分（すなわち、図４（ｃ）の斜線部分の電流）は、駆動回路ダイオード６を通してＤＣ／ＤＣコンバータ８３の入力側のコンデンサ８３ａへの充電電流として流れる。このようなスイッチングによる充電電流を１００ｍｓに亘って約１０００回繰り返し流すことにより、コンデンサ８３ａの充電電圧が一定の値に達する。
【００４８】
印刷動作中の入力電圧保持回路８５による補充充電も、初期充電と同様な周波数のパルスで、或いは、より高い周波数のパルスで、コイルドライバトランジスタ２３をＯＮ／ＯＦＦ動作させることで行うことができる。例えば、３３００μＨの充電用コイル２２を用い、コイルドライバトランジスタ２３を周波数２５ｋＨｚでＯＮ期間が３μｓのパルスで、印刷の改行ごとに駆動することで、補充充電を行なう。
【００４９】
前述したように、入力電圧保持回路８５は、補充充電をするだけなので、ヘッド駆動回路より小さな電流容量のもので済む。しかし、変形例として、この入力電圧保持回路８５の電流容量をヘッド駆動回路並みに大きくして、この入力電圧保持回路８５で印字前の初期充電も行うようにすることもできる。或いは、ヘッド駆動回路と入力電圧保持回路８５とを併用して初期充電を行うようにしてもよい。
【００５０】
次に、本実施形態に係る回路において、ＤＣ／ＤＣコンバータ８３のコンデンサ８３ａへの充電が、どの回路でどのようなタイミングによって行われるかを図５及び図６を用いて説明する。
【００５１】
図５は、ＤＣ／ＤＣコンバータ８３のコンデンサ８３ａへの初期充電の制御の流れを示すフローチャートである。
【００５２】
先ず、プリンタの主電源スイッチ７３を投入すると（ステップＳ１）、制御回路８９は、ヘッド駆動回路８１に周波数の高いヘッド駆動信号を送ってヘッド駆動回路８１をダミー駆動して、ＤＣ／ＤＣコンバータ８３のコンデンサ８３ａへ初期充電を行う（Ｓ２）。そして、制御回路８９は、タイマー付き駆動回路９３のタイマーをターンＯＮし、入力電圧保持回路８５を駆動する定期的なタイミングを決めるタイマー付駆動回路９３を起動する（Ｓ３）。
【００５３】
この後、制御回路８９は、プリンタを一定時間動作しなかった等により節電モードをターンＯＮするとき、つまり、節電モードスイッチ７７をターンＯＦＦするときは（ステップＳ４でＹ）、ヘッド駆動用電源７９からの電圧出力がなくなるので、入力電圧保持回路８５用のタイマー付駆動回路９３のタイマーをターンＯＦＦし、タイマー付駆動回路９３の駆動を停止する（Ｓ５）。つまり、節電モードに入ると、ヘッド駆動回路８１は駆動しないため、入力電圧保持回路８５による定期的な補充充電を行う必要がなくなるので、タイマー付き駆動回路９３のタイマーは停止される。
【００５４】
その後、制御回路８９は、節電モードをターンＯＦＦするとき、つまり、節電モードスイッチ７７をターンＯＮするときは（ステップＳ６でＹ）、ヘッド駆動回路８１に印字ヘッドをダミー駆動させて、ＤＣ／ＤＣコンバータ８３のコンデンサ８３ａへの初期充電を行う（Ｓ７）。そして、入力電圧保持回路８５用のタイマー駆動回路９３のタイマーをターンＯＮして、タイマー付駆動回路９３を起動する（Ｓ８）。つまり、入力電圧保持回路８５を定期的に駆動することで、ＤＣ／ＤＣコンバータ８３のコンデンサ８３ａへの定期的な補充充電が行われるようにする。
【００５５】
図６は、ＤＣ／ＤＣコンバータ８３のコンデンサ８３ａへの補充充電の制御の流れを示すフローチャートである。
【００５６】
タイマー付き駆動回路９３は、制御回路８９によってタイマーをターンＯＮされて起動して、タイマーのカウント値が所定値になったときは（ステップＳ１１でＹ）、入力電圧保持回路８５を一定時間動作させて、ＤＣ／ＤＣコンバータ８３のコンデンサ８３ａへ補充充電が行われるようにする（Ｓ１２）。つまり、タイマー付き駆動回路９３は、入力電圧保持回路８５のコイルドライバトランジスタ２３のターンＯＮ／ターンＯＦＦを一定時間繰り返えすることで、充電用コイル２２における電力蓄積と、その蓄積した電力をコンデンサ８３ａに供給することを繰り返し、コンデンサ８３ａに補充充電が行われるようにする。
【００５７】
本実施形態によれば、ヘッド駆動回路８１におけるヘッドドライバトランジスタ３３のターンＯＦＦ時に、ヘッドコイル５９に蓄えられている電力は、ＤＣ／ＤＣコンバータ８３に充電され、ＤＣ／ＤＣコンバータ８３によってヘッド駆動用電源７９に返還されて、ヘッドコイルの駆動用に有効に再利用される。これにより、プリンタの省エネが図れる。
【００５８】
また、そのＤＣ／ＤＣコンバータ８３における充電において、印字前の初期充電は、印字ヘッドのダミー駆動により行い、印字をしない待機中における充電エネルギーの減少を補充する補充充電は、入力電圧保持回路８５が間欠的に行う。このように、ヘッド駆動用電源７９からの電力を効率的に利用して充電を行っているので、より効果的な省エネが図れる。また、入力電圧保持回路８５は、補充充電をするだけなのでヘッド駆動回路８１より小さな電流容量で済むため、省エネプリンタの低コスト化が図れる。
【００５９】
以上述べた実施の形態は、あくまで本発明を説明するための例示であり、本発明をこの実施の形態にのみ限定する趣旨ではない。従って、本発明は、上記の実施の形態以外の様々な形態でも実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態のヘッド駆動回路に係る回路の全体構成を示す図。
【図２】本実施形態に係る回路の構成をより詳細に示す図。
【図３】本実施形態の回路を単純化した図と、ヘッド駆動用電源７９からの駆動電流ｉの流れを電流波形等と共に示す図であり、（ａ）は本実施形態の回路の簡略化した図、（ｂ）はヘッドコイル５９を流れる駆動電流ｉの波形図、（ｃ）はヘッドドライバトランジスタ３３のコレクタ・エミッタ間電圧の波形図、（ｄ）はヘッドドライバトランジスタ３３での電力損失を示す図。
【図４】（ａ）及び（ｂ）は、印字動作中のヘッド駆動回路の動作波形を示し、（ａ）はヘッドコイル５９を流れる電流の波形、（ｂ）はヘッドドライバトランジスタ３３のコレクタ・エミッタ間電圧の波形を示し、（ｃ）及び（ｄ）は、初期充電時のヘッド駆動回路８１の動作波形であり、（ｃ）はヘッドコイル５９を流れる初期充電電流の波形、（ｄ）はヘッドドライバトランジスタ３３のコレクタ・エミッタ間電圧の波形を示す図。
【図５】ＤＣ／ＤＣコンバータの入力コンデンサへの初期充電の制御の流れを示すフローチャート。
【図６】ＤＣ／ＤＣコンバータの入力コンデンサへの補充充電の制御の流れを示すフローチャート。
【図７】インパクトドットプリンタの印字ヘッド部における、ワイヤインパクト印字ヘッドの一例を示す図。
【図８】従来のヘッド駆動回路の構成図の一例。
【図９】従来のヘッド駆動回路の動作説明図であり、（ａ）は従来のヘッド駆動回路の簡略化した回路図、（ｂ）はヘッドコイルを流れる駆動電流の波形図、（ｃ）はヘッドドライバトランジスタのベース・エミッタ間電圧の波形図、（ｄ）ヘッドドライバトランジスタでの電力損失を示す図。
【符号の説明】
２３ コイルドライバトランジスタ
６ 駆動回路ダイオード
８ 充電電力供給ダイオード
２４ 保持回路ダイオード
２２ 充電用コイル
３０ ヘッドコイルの駆動回路（ドライバ回路）
３１ 印字制御部
３２ 制御パルス
３３ ヘッドドライバトランジスタ
３４ ヘッド駆動用電源
３５ ツェナーダイオード
５１ 印字ヘッド
５３ ワイヤレバー
５５ 戻しバネ
５７ 複数のワイヤ
５９ ヘッドコイル
６１ インクリボン
６３ プラテン
６５ 印刷用紙
Ｉ１ 駆動電流
ｉ 駆動電流
７１ 主電源
７３ 主電源スイッチ
７５ トランス
７７ 節電モードスイッチ
７９ ヘッド駆動用電源
８１ ヘッド駆動回路
８３ ＤＣ／ＤＣコンバータ
８３ａ コンデンサ
８５ 入力電圧保持回路
８７ 制御回路用電源
８９ 制御回路
９１ Ａ／Ｄコンバータ
９３ タイマー付駆動回路
【発明の属する技術分野】
本発明は、インパクトドットプリンタに関し、より詳しくは、インパクトドットプリンタのヘッド駆動回路及び当該ヘッド駆動回路用電源を制御する電源制御技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インパクトドットプリンタは、例えば、電磁石の磁気吸引力によって印字ワイヤを駆動し、印字を行う。図７に、かかる構成のインパクトドットプリンタの印字ヘッド部におけるワイヤインパクト印字ヘッドの一例を示す。
【０００３】
図７に示した例では、ワイヤインパクト印字ヘッド５１は、ワイヤレバー５３と戻しバネ５５により往復自在に取り付けられた複数のワイヤ５７を有し、これらワイヤ５７は、ヘッドコイル５９に駆動電流が流れると、電磁石の磁気吸引力によってワイヤレバー５３が同図に示す矢印の方向に引き寄せられることにより、ワイヤ５７がインクリボン６１に衝突して、プラテン６３の回転により移動する印刷用紙６５上にドットを形成する。
【０００４】
図８に、上述した印字ヘッド５１におけるヘッドコイル５９の駆動回路の基本構成を示す。図示の例では、ヘッドコイル５９及びヘッドドライバトランジスタ３３のセットは１つしか示していないが、実際には複数セットある。各ヘッドコイル５９の駆動回路（ドライバ回路）３０は、ヘッドドライバトランジスタ３３、ヘッド駆動用電源７９、ツェナーダイオード３５から構成される。印字制御部３１より所定の通電時間だけ制御パルス３２がＨレベルとなり、ヘッドドライバトランジスタ３３が完全なＯＮ状態（飽和領域）となり、ヘッド駆動用電源７９の電圧（例えば、３５Ｖ）がヘッドコイル５９に印加されて駆動電流Ｉ１が流れる。制御パルス３２がＬレベルとなると、ヘッドドライバトランジスタ３３がターンＯＦＦしようとし、そこでヘッドコイル５９が誘導起電力を発生し、その誘導電圧でツェナーダイオード３５が導通状態となりヘッドドライバトランジスタ３３にベース電流が流れ、それによりヘッドドライバトランジスタ３３はリニアな動作領域に入り、そのヘッドドライバトランジスタ３３を通って駆動電流Ｉ１が流れて電流値が急峻に下がり、そしてヘッドドライバトランジスタ３３がＯＦＦ状態になる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のヘッド駆動回路では、ヘッドドライバトランジスタのターンＯＦＦ時にヘッド駆動用電源から供給される電力の有効利用がなされていないという問題がある。この問題について図９を参照しつつ述べる。同図は、ヘッド駆動回路を単純化し、その駆動電流の流れを電流波形、ツェナーダイオードの作用等と共に示す図である。
【０００６】
まず、図９（ａ）に示すように、トランジスタがＯＮされると、電源７９から駆動電流ｉが矢印の方向に流れヘッドコイルを駆動する。この時、図９（ａ）に示すように、トランジスタのコレクタ・エミッタ間電圧（Ｖce）は略ゼロである。
【０００７】
次いで、トランジスタがターンＯＦＦしようとすると、コイルに図示のような＋−の極性で生じた誘導起電力がツェナー電圧を越えると、ツェナーダイオードが導通状態となり、図９（ａ）に点線で示すようにツェナーダイオードを通じてトランジスタにベース電流が流れて、トランジスタはリニアな動作領域に入り、このトランジスタのコレクタ・エミッタを通じてコイルの蓄積エネルギーが放出される。コイルの蓄積エネルギーが放出され終わると、ツェナーダイオードは再び非導通となり、トランジスタはＯＦＦ状態となる。
【０００８】
以上の経緯におけるトランジスタのコレクタ電流ｉ、コレクタ・エミッタ間電圧（Ｖce）の変化を時間と共に、それぞれ図９（ｂ）、（ｃ）に示す。この結果、図９（ｄ）に示すように、電源からもらう電力［図９（ｂ）参照］のうち、トランジスタがターンＯＦＦするときの電力Ｐ［電流ｉ×コレクタ・エミッタ間電圧（Ｖce）］の部分は、トランジスタで発熱として消費され損失となる。
【０００９】
このように、従来のヘッド駆動回路では、トランジスタがターンＯＦＦするときに電源から供給された電力は、すべて損失となっており有効に利用されているわけではない。また、トランジスタからの発熱も多く、ヒートシンクなどの冷却手段等も必要となり、電源のパッケージも大きくならざるを得なかった。
【００１０】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ヘッド駆動回路での消費電力を減少させることにより、ヘッドを効率よく駆動し得るヘッド駆動回路を提供し、且つ電源の小型化を図ることにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明に従うヘッド駆動回路は、ヘッド駆動用直流電源の電源電圧を、ヘッドドライバスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ制御により所定時間だけヘッドコイルに印加することにより、印字ワイヤを駆動して印字を行う回路であって、ＤＣ／ＤＣコンバータと、入力手段と、返還手段と、充電手段とを備える。ＤＣ／ＤＣコンバータは、上記電源電圧より高い入力電圧をもつ入力直流電力を、その電源電圧に略同じ出力電圧をもつ出力直流電力に変換する。また、ＤＣ／ＤＣコンバータは、入力電圧を平滑するためのコンデンサを持つ。入力手段は、ヘッドドライバスイッチング素子のターンＯＦＦ時にヘッドコイルに発生する誘導電圧をＤＣ／ＤＣコンバータに入力する。返還手段は、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力直流電力をヘッド駆動用電源に返還する。充電手段は、ヘッド駆動用直流電源の電源ターンＯＮ時はコンデンサを初期的に充電する初期充電を、ヘッド駆動用直流電源がＯＮ状態の時はコンデンサを補充的に充電する補充充電を行う。
【００１２】
好適な実施形態では、インパクトプリンタの主電源がＯＮ状態のときに節電のためにヘッド駆動用直流電源を一時的にＯＦＦ状態にする節電モードが備えられている。上記電源ターンＯＮ時とは、インパクトプリンタの主電源のターンＯＮ時、又は、その主電源がＯＮ状態であって節電モードを解除した時である。
【００１３】
好適な実施形態では、初期充電とは、前記印字ワイヤが駆動しない程度に高い周波数で前記ヘッドドライバスイッチング素子を繰り返しＯＮ／ＯＦＦ動作させることにより、前記ヘッドドライバスイッチング素子のターンＯＦＦ時毎に前記ヘッドコイルに発生する誘導電圧を前記コンデンサに繰り返し印加することにより前記コンデンサに充電することである。
【００１４】
好適な実施形態では、充電手段が、充電用コイルと、充電用コイルにヘッド駆動用直流電源の電源電圧を印加する及び印加しないのＯＮ／ＯＦＦ制御を行うコイルドライバスイッチング素子とを有し、コイルドライバスイッチング素子のターンＯＦＦ時に充電用コイルに発生する誘導電圧をコンデンサに印加するように構成された入力電圧保持回路を有する。補充充電とは、前記コイルドライバスイッチング素子を繰り返しＯＮ／ＯＦＦ動作させることにより、前記コイルドライバスイッチング素子のターンＯＦＦ時毎に、前記充電用コイルに発生する誘導電圧を前記コンデンサに繰り返し印加することにより、入力電圧保持回路がコンデンサに充電することである。より好適には、補充充電を間欠的に行う。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１６】
図１は、本発明の一実施形態のヘッド駆動回路に係る回路の全体構成を示す。
【００１７】
本実施形態に係る回路は、従来浪費されていた印字ワイヤの駆動コイルの逆起電力を、ヘッド駆動用電源７９に返還し、印字ヘッドの駆動エネルギーとして再利用可能にすることで、省エネルギーを図るものである。以下、詳述する。
【００１８】
図１に示す回路は、トランス７５、節電モードスイッチ７７、ヘッド駆動用電源（３５Ｖ定電圧電源回路）７９、制御回路用電源（５Ｖ定電圧電源回路）８７、Ａ／Ｄコンバータ９１、制御回路（マイクロコンピュータ）８９、ヘッド駆動回路８１、タイマー付き駆動回路９３、入力電圧保持回路８５、及び、入力定電圧ＤＣ／ＤＣコンバータ（以下、ＤＣ／ＤＣコンバータ）８３を備えている。
【００１９】
トランス７５は、主電源７１から主電源スイッチ７３を介して印加される電圧ＡＣ１００Ｖを降圧し、ＡＣ３５Ｖ及びＡＣ５Ｖの電圧を発生する。電圧ＡＣ３５Ｖは、節電モードスイッチ７７を介してヘッド駆動用電源７９に入力され、電圧ＡＣ５Ｖは、制御回路用電源８７に入力される。
【００２０】
節電モードスイッチ７７は、トランス７５とヘッド駆動用電源７９との間に介在し、制御回路８９によって、ＯＮ／ＯＦＦ状態が切換えられる。節電モードスイッチ７７が、ＯＮ状態のときは、トランス７５からの電圧ＡＣ３５Ｖがヘッド駆動用電源７９に入力され、ＯＦＦ状態のときは、その電圧ＡＣ３５Ｖはヘッド駆動用電源７９に入力されない。
【００２１】
ヘッド駆動用電源７９は、トランス７５からの入力電圧ＡＣ３５Ｖを、ＤＣ３５Ｖに変換し、その電圧ＤＣ３５Ｖを、ヘッド駆動回路８１及び入力電圧保持回路８５に入力する。節電モードスイッチ７７がＯＦＦ状態のときは、このヘッド駆動用電源７９に電圧ＡＣ３５Ｖは入力されない。
【００２２】
制御回路用電源８７は、節電モードスイッチ７７のＯＮ／ＯＦＦ状態に関わらず、トランス７５から電圧ＡＣ５Ｖを受けて、それをＤＣ５Ｖに変換し、制御回路８９に入力する。
【００２３】
Ａ／Ｄコンバータ９１は、ヘッド駆動用電源７９の出力されるアナログ信号をデジタルに変換して、ヘッド駆動用電源７９の出力電圧値を制御回路（マイクロコンピュータ）８９に通知する。
【００２４】
制御回路８９は、節電モードのＯＮ／ＯＦＦ（実行／解除）を制御する。具体的に言えば、制御回路８９は、ユーザから節電モード実行の命令を受けたときや一定時間プリンタを動作しなかったときは、節電モードをＯＮにする、つまり、節電モードスイッチ７７をターンＯＦＦし、節電モード実行中にプリンタを動作する（例えば印字ヘッドを駆動する）ときは、節電モードをＯＦＦにする、つまり、節電モードスイッチ７７をターンＯＮする。
【００２５】
また、制御回路８９は、Ａ／Ｄコンバータ９１から通知されるヘッド駆動用電源７９の出力電圧値がＤＣ３５Ｖになっているときに、ヘッド駆動回路８１の駆動を制御する。具体的に言えば、制御回路８９は、印字ヘッドの電源ターンＯＮ時（つまり、プリンタの主電源スイッチ７３ターンＯＮ時、又は、主電源スイッチ７３がＯＮ状態であって節電モードを解除した時）に、ヘッドの印字ワイヤが実質的に駆動しない程度の周期の短い（周波数の高い）ヘッド駆動信号をヘッド駆動回路８１に送る、換言すれば、印字ヘッドをダミー駆動させる。それにより、後述するように、印字ヘッドの電源ターンＯＮ時に、ヘッド駆動回路８１における印字ワイヤの駆動コイルの誘導起電力が、ＤＣ／ＤＣコンバータ８３のコンデンサ８３ａに供給されて、ＤＣ／ＤＣコンバータ８３において初期充電が行なわれる。
【００２６】
更に、制御回路８９は、Ａ／Ｄコンバータ９１から通知されるヘッド駆動用電源７９の出力電圧値がＤＣ３５Ｖになっているときに、タイマー付き駆動回路９３のタイマーのＯＮ／ＯＦＦを制御する。具体的に言えば、制御回路８９は、印字ヘッドの電源ターンＯＮ時に、タイマー付き駆動回路９３のタイマーをターンＯＦＦし、それ以外の時（例えば、印字中や印字前の待機時、つまり、ヘッド駆動用電源７９がＯＮ状態の時）における所定の時に、タイマー付き駆動回路９３のタイマーをターンＯＮする。それにより、後述するように、印字ヘッドの電源ターンＯＮ時以外の時には、タイマー付き駆動回路９３によって間欠的（定期的）に入力電圧保持回路８５が駆動し、入力電圧保持回路８５からＤＣ／ＤＣコンバータ８３のコンデンサ８３ａに間欠的に電力が供給されて、ＤＣ／ＤＣコンバータ８３において、初期充電されたコンデンサ８３ａから印字動作等により放出される電荷の補充（補充充電）が行なわれる。
【００２７】
ヘッド駆動回路８１は、制御回路８９からのヘッド駆動信号によって駆動し、印字ワイヤの駆動コイルの逆起電力を、ＤＣ／ＤＣコンバータ８３のコンデンサ８３ａに供給する。
【００２８】
タイマー付き駆動回路９３は、入力電圧保持回路８５を駆動する定期的な時期を決めるためのタイマー回路であり、前述したように、制御回路８９によって、タイマーのＯＮ／ＯＦＦ状態が切換えられる。タイマー付き駆動回路９３は、タイマーがＯＮ状態の時に、保持回路８５のスイッチング素子をＯＮし、タイマーがＯＦＦ状態の時に、保持回路８５のスイッチング素子をＯＦＦにする駆動信号を入力電圧保持回路８５に送って保持回路８５を駆動する。
【００２９】
入力電圧保持回路８５は、ヘッド駆動用電源７９より高い入力直流電圧を保持する回路である。入力電圧保持回路８５は、タイマー付き駆動回路９３から保持回路駆動信号を受けたときは、保持している電力を、ＤＣ／ＤＣコンバータ８３のコンデンサ８３ａに供給する。
【００３０】
ＤＣ／ＤＣコンバータ８３は、ヘッド駆動用電源７９出力電圧より高い入力電圧をもつ入力直流電力（印字ワイヤの駆動コイル５９の逆起電力）を、ヘッド駆動用電源７９の出力電圧に略同じ電圧をもつ出力直流電力に変換するものであって、ヘッド駆動回路８１及び入力電圧保持回路８５からの供給電力を蓄えるためのコンデンサ８３ａを有する。ＤＣ／ＤＣコンバータ８３は、コンデンサ８３ａで蓄えた電力を、ヘッド駆動用電源７９に返還する。ＤＣ／ＤＣコンバータ８３は、定電圧制御アンプを利用したチョッパ方式やリンギングチョークコンバータなどのような様々な構成のものが考えられる。
【００３１】
上述した回路では、前述したように、ヘッド駆動回路８１の電源ターンＯＮ時、つまり、プリンタの主電源スイッチ７３のターンＯＮ時、及び、主電源スイッチ７３がＯＮ状態で節電モード解除時（節電モードスイッチ７７のターンＯＮ時）に、印字ヘッドをダミー駆動させて、ＤＣ／ＤＣコンバータ８３のコンデンサ８３ａへ初期充電を行う。そして、初期充電以外であってヘッド駆動回路８１の電源がＯＮ状態の時に、入力電圧保持回路８５によって、間欠的に、ＤＣ／ＤＣコンバータ８３のコンデンサ８３ａに補充充電を行う。
【００３２】
以下、初期充電及び補充充電をするときの動作について詳述する。
【００３３】
図２は、本実施形態に係る回路の構成をより詳細に示す図である。
【００３４】
この図に示すように、ヘッド駆動回路８１は、印字ワイヤを駆動するヘッドコイル５９と、ヘッドコイル５９を駆動するためのヘッドドライバトランジスタ３３と、ヘッドドライバトランジスタ３３がターンＯＦＦしてコイル５９で逆起電力が発生したときにコイル５９の蓄積エネルギーをＤＣ／ＤＣコンバータ８３に供給するための駆動回路ダイオード６とを備えている。
【００３５】
入力電圧保持回路８５は、ヘッド駆動用電源７９からの供給電力を蓄えるための充電用コイル２２と、スイッチング動作するコイルドライバトランジスタ２３と、コイルドライバトランジスタ２３がターンＯＦＦしたときにコイル２２に蓄えられている電力をＤＣ／ＤＣコンバータ８３に供給するための保持回路ダイオード２４とを備えている。
【００３６】
ＤＣ／ＤＣコンバータ８３とヘッド駆動用電源７９との間に、ＤＣ／ＤＣコンバータ８３のコンデンサ８３ａで充電された電力をヘッド駆動用電源７９に供給するための充電電力供給ダイオード８が備えられている。
【００３７】
この図において、ヘッド駆動回路８１の電源ターンＯＮ時に、制御回路８９から、ヘッドの印字ワイヤが実質的に駆動しない程度の周期の短い（周波数の高い）ヘッド駆動信号をヘッド駆動回路８１に送り、印字ヘッドをダミー駆動する。すなわち、印字ワイヤが動作しない程度に周波数の高いＯＮ／ＯＦＦパルスを、ヘッドドライバトランジスタ３３のベース・エミッタ間に印加する。これにより、ヘッドドライバトランジスタ３３が高速にＯＮ／ＯＦＦ動作を繰り返し、ヘッドコイル５９がヘッド駆動用電源７９からのエネルギーを蓄積してＤＣ／ＤＣコンバータ８３の入力側コンデンサ８３ａに放出してこれを充電するという動作を繰り返し、これにより、印字ヘッド（ヘッドコイル５９）が実際の印字動作を開始する前に、ＤＣ／ＤＣコンバータ８３の入力電圧（つまりコンデンサ８３ａの充電電圧）は、一定の電圧値になる。その後、通常の印刷動作に移行する。
【００３８】
ここで、ヘッド駆動回路８１のヘッドドライバトランジスタ３３がターンＯＮされると、ヘッド駆動用電源７９から駆動電流ｉが流れてヘッドコイル５９が駆動する。次いで、ヘッドドライバトランジスタ３３がターンＯＦＦされると、ヘッドコイル５９に生じた誘導起電力により、ヘッドドライバトランジスタ３３のコレクタに高電圧が発生し、ＤＣ／ＤＣコンバータ８３の入力電圧にクランプされる。そして、駆動電流ｉは、ＤＣ／ＤＣコンバータ８３に吸収され、ＤＣ／ＤＣコンバータ８３の出力側から充電電力供給ダイオード８を介してヘッド駆動用電源７９に返され、再利用される。
【００３９】
なお、印字をしない待機中には、初期充電されたコンデンサ８３ａの充電電圧が次第に低下して来るので、間欠的に、コンデンサ８３ａの補充充電を行う。具体的に言うと、初期充電後に、制御回路８９が、タイマー付き駆動回路９３のタイマーをターンＯＮして、タイマー付き駆動回路９３が間欠的に入力電圧保持回路８５を駆動するようにする。これにより、入力電圧保持回路８５のコイルドライバトランジスタ２３が、間欠的に、一定時間ＯＮ／ＯＦＦ動作を繰り返し、充電用コイル２２にヘッド駆動用電源７９からの供給電力を蓄積することと、蓄積した電力をＤＣ／ＤＣコンバータ８３のコンデンサ８３ａに供給するという動作を繰り返して、ＤＣ／ＤＣコンバータ８３のコンデンサ８３ａに補充的に充電する。この補充充電のときの充電電流は、初期充電のときの充電電流よりも小さくてもよいので、入力電圧保持回路８５の電流容量はヘッド駆動回路のそれよりも小さくてよい。
【００４０】
図３は、本実施形態の回路を単純化した図と、ヘッド駆動用電源７９からの駆動電流ｉの流れを電流波形等と共に示す図であり、（ａ）は本実施形態の回路の簡略化した図、（ｂ）はヘッドコイル５９を流れる駆動電流ｉの波形図、（ｃ）はヘッドドライバトランジスタ３３のコレクタ・エミッタ間電圧の波形図、（ｄ）はヘッドドライバトランジスタ３３での電力損失を示す図である。以下、同図を参照して、本実施形態の回路の作用について説明する。
【００４１】
図３（ａ）に一点鎖線で示すように、多数の印字ワイヤの各々ごとにヘッドコイル５９とヘッドドライバトランジスタ３３のセットが存在するのは勿論であるが、ここでは、１つの印字ワイヤについてのヘッドコイル５９とヘッドドライバトランジスタ３３のセットに着目してその動作を説明する。まず、ヘッドドライバトランジスタ３３がＯＮされると、電源７９から駆動電流ｉが矢印の方向に流れヘッドコイル５９を駆動する。
【００４２】
次いで、ヘッドドライバトランジスタ３３がターンＯＦＦすると、ヘッドコイル５９に図示のような＋−の極性で誘導起電力が生じ、その高い誘導電圧によってダイオード６が導通するので、ヘッドドライバトランジスタ３３のコレクタ電圧は図３（ｃ）のようにＤＣ／ＤＣコンバータ８３の入力電圧にクランプされ、図３（ａ）に矢印で示すように駆動電流ｉはダイオード６を介してＤＣ／ＤＣコンバータ８３の入力側に流れ込む。このようにして、多数の印字ワイヤのヘッドコイル５９にそのターンＯＦＦ時に供給された電力をＤＣ／ＤＣコンバータ８３の入力側に吸収する。この吸収された電力は、ＤＣ／ＤＣコンバータ８３によってヘッド駆動用電源７９の電圧Ｖｐに実質的に等しい電圧の直流電力に変換され、ＤＣ／ＤＣコンバータ８３の出力側からダイオード８を介してヘッド駆動用電源７９に返される。
【００４３】
従って、ヘッドドライバトランジスタ３３のターンＯＦＦ時には、ヘッドドライバトランジスタ３３は瞬時に完全にＯＦＦ状態になることができ、ヘッドドライバトランジスタ３３に流れてしまう電流は実質的にゼロなので、図３（ｄ）に示すように、ヘッドドライバトランジスタ３３で電力損失を生じることが実質的に無い。すなわち、図３（ｂ）に細かい斜線で示すように、従来はヘッドドライバトランジスタ３３のターンＯＦＦ時に浪費されていた電力が、本実施の形態ではヘッド駆動用電源７９に戻されて、再びヘッドの駆動エネルギーとして再利用することが可能である。これにより、トランジスタ３３からの発熱も大幅に減少するので、その冷却対策も簡易なもので足り、電源のパッケージも小型化することができる。
【００４４】
尚、上記の実施の形態では、ヘッドコイル５９とヘッドドライバトランジスタ３３が１段で構成された場合について述べたが、これに限ることはなく、例えば、上下２段の各ヘッドコイル毎に、上下２段のヘッドドライバトランジスタを用いるような構成であってもよい。このような回路構成の場合は、駆動電流の波形は、図３（ｂ）に示した波形とは異なるが、トランジスタＯＦＦ時に従来例では浪費されていたエネルギーをヘッド駆動用電源に返して再利用できることについては上述の実施形態の場合と同じである。
【００４５】
上述した回路において行なわれる初期充電時の充電動作について、図４の波形図を用いて詳しく説明する。
【００４６】
図４（ａ）、（ｂ）は、印字動作中のヘッド駆動回路の動作波形を示し、同図（ａ）はヘッドコイル５９を流れる電流の波形、同図（ｂ）はヘッドドライバトランジスタ３３のコレクタ・エミッタ間電圧の波形を示す。一方、図４（ｃ）、（ｄ）は、初期充電時のヘッド駆動回路８１の動作波形であり、（ｃ）はヘッドコイル５９を流れる初期充電電流の波形、（ｄ）はヘッドドライバトランジスタ３３のコレクタ・エミッタ間電圧の波形を示す。
【００４７】
印字動作では、図４（ｂ）に示すような周波数がほぼ１〜２ｋＨｚのパルスでヘッドドライバトランジスタ３３を駆動し、すると、ヘッドコイル５９には図４（ａ）に示すような電流が流れて印字ワイヤが駆動される。一方、初期充電時は、図４（ｄ）に示すような周波数が約１０ｋＨｚのパルス（例えば、ＯＮ時間幅が２０μｓ、ＯＦＦ時間幅が８０μｓ）で約１００ｍｓに亘って、ヘッドドライバトランジスタ３３を約１０００回繰り返してＯＮ／ＯＦＦ駆動する。これによって、ヘッドコイル５９には図４（ｃ）のような時間幅の短い微小なパルス電流が繰り返し流れるが、このような周波数の高い微小電流では印字ワイヤは駆動されない。そして、これらの微小電流パルスのうち、ヘッドドライバトランジスタ３３がターンＯＦＦした時の部分（すなわち、図４（ｃ）の斜線部分の電流）は、駆動回路ダイオード６を通してＤＣ／ＤＣコンバータ８３の入力側のコンデンサ８３ａへの充電電流として流れる。このようなスイッチングによる充電電流を１００ｍｓに亘って約１０００回繰り返し流すことにより、コンデンサ８３ａの充電電圧が一定の値に達する。
【００４８】
印刷動作中の入力電圧保持回路８５による補充充電も、初期充電と同様な周波数のパルスで、或いは、より高い周波数のパルスで、コイルドライバトランジスタ２３をＯＮ／ＯＦＦ動作させることで行うことができる。例えば、３３００μＨの充電用コイル２２を用い、コイルドライバトランジスタ２３を周波数２５ｋＨｚでＯＮ期間が３μｓのパルスで、印刷の改行ごとに駆動することで、補充充電を行なう。
【００４９】
前述したように、入力電圧保持回路８５は、補充充電をするだけなので、ヘッド駆動回路より小さな電流容量のもので済む。しかし、変形例として、この入力電圧保持回路８５の電流容量をヘッド駆動回路並みに大きくして、この入力電圧保持回路８５で印字前の初期充電も行うようにすることもできる。或いは、ヘッド駆動回路と入力電圧保持回路８５とを併用して初期充電を行うようにしてもよい。
【００５０】
次に、本実施形態に係る回路において、ＤＣ／ＤＣコンバータ８３のコンデンサ８３ａへの充電が、どの回路でどのようなタイミングによって行われるかを図５及び図６を用いて説明する。
【００５１】
図５は、ＤＣ／ＤＣコンバータ８３のコンデンサ８３ａへの初期充電の制御の流れを示すフローチャートである。
【００５２】
先ず、プリンタの主電源スイッチ７３を投入すると（ステップＳ１）、制御回路８９は、ヘッド駆動回路８１に周波数の高いヘッド駆動信号を送ってヘッド駆動回路８１をダミー駆動して、ＤＣ／ＤＣコンバータ８３のコンデンサ８３ａへ初期充電を行う（Ｓ２）。そして、制御回路８９は、タイマー付き駆動回路９３のタイマーをターンＯＮし、入力電圧保持回路８５を駆動する定期的なタイミングを決めるタイマー付駆動回路９３を起動する（Ｓ３）。
【００５３】
この後、制御回路８９は、プリンタを一定時間動作しなかった等により節電モードをターンＯＮするとき、つまり、節電モードスイッチ７７をターンＯＦＦするときは（ステップＳ４でＹ）、ヘッド駆動用電源７９からの電圧出力がなくなるので、入力電圧保持回路８５用のタイマー付駆動回路９３のタイマーをターンＯＦＦし、タイマー付駆動回路９３の駆動を停止する（Ｓ５）。つまり、節電モードに入ると、ヘッド駆動回路８１は駆動しないため、入力電圧保持回路８５による定期的な補充充電を行う必要がなくなるので、タイマー付き駆動回路９３のタイマーは停止される。
【００５４】
その後、制御回路８９は、節電モードをターンＯＦＦするとき、つまり、節電モードスイッチ７７をターンＯＮするときは（ステップＳ６でＹ）、ヘッド駆動回路８１に印字ヘッドをダミー駆動させて、ＤＣ／ＤＣコンバータ８３のコンデンサ８３ａへの初期充電を行う（Ｓ７）。そして、入力電圧保持回路８５用のタイマー駆動回路９３のタイマーをターンＯＮして、タイマー付駆動回路９３を起動する（Ｓ８）。つまり、入力電圧保持回路８５を定期的に駆動することで、ＤＣ／ＤＣコンバータ８３のコンデンサ８３ａへの定期的な補充充電が行われるようにする。
【００５５】
図６は、ＤＣ／ＤＣコンバータ８３のコンデンサ８３ａへの補充充電の制御の流れを示すフローチャートである。
【００５６】
タイマー付き駆動回路９３は、制御回路８９によってタイマーをターンＯＮされて起動して、タイマーのカウント値が所定値になったときは（ステップＳ１１でＹ）、入力電圧保持回路８５を一定時間動作させて、ＤＣ／ＤＣコンバータ８３のコンデンサ８３ａへ補充充電が行われるようにする（Ｓ１２）。つまり、タイマー付き駆動回路９３は、入力電圧保持回路８５のコイルドライバトランジスタ２３のターンＯＮ／ターンＯＦＦを一定時間繰り返えすることで、充電用コイル２２における電力蓄積と、その蓄積した電力をコンデンサ８３ａに供給することを繰り返し、コンデンサ８３ａに補充充電が行われるようにする。
【００５７】
本実施形態によれば、ヘッド駆動回路８１におけるヘッドドライバトランジスタ３３のターンＯＦＦ時に、ヘッドコイル５９に蓄えられている電力は、ＤＣ／ＤＣコンバータ８３に充電され、ＤＣ／ＤＣコンバータ８３によってヘッド駆動用電源７９に返還されて、ヘッドコイルの駆動用に有効に再利用される。これにより、プリンタの省エネが図れる。
【００５８】
また、そのＤＣ／ＤＣコンバータ８３における充電において、印字前の初期充電は、印字ヘッドのダミー駆動により行い、印字をしない待機中における充電エネルギーの減少を補充する補充充電は、入力電圧保持回路８５が間欠的に行う。このように、ヘッド駆動用電源７９からの電力を効率的に利用して充電を行っているので、より効果的な省エネが図れる。また、入力電圧保持回路８５は、補充充電をするだけなのでヘッド駆動回路８１より小さな電流容量で済むため、省エネプリンタの低コスト化が図れる。
【００５９】
以上述べた実施の形態は、あくまで本発明を説明するための例示であり、本発明をこの実施の形態にのみ限定する趣旨ではない。従って、本発明は、上記の実施の形態以外の様々な形態でも実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態のヘッド駆動回路に係る回路の全体構成を示す図。
【図２】本実施形態に係る回路の構成をより詳細に示す図。
【図３】本実施形態の回路を単純化した図と、ヘッド駆動用電源７９からの駆動電流ｉの流れを電流波形等と共に示す図であり、（ａ）は本実施形態の回路の簡略化した図、（ｂ）はヘッドコイル５９を流れる駆動電流ｉの波形図、（ｃ）はヘッドドライバトランジスタ３３のコレクタ・エミッタ間電圧の波形図、（ｄ）はヘッドドライバトランジスタ３３での電力損失を示す図。
【図４】（ａ）及び（ｂ）は、印字動作中のヘッド駆動回路の動作波形を示し、（ａ）はヘッドコイル５９を流れる電流の波形、（ｂ）はヘッドドライバトランジスタ３３のコレクタ・エミッタ間電圧の波形を示し、（ｃ）及び（ｄ）は、初期充電時のヘッド駆動回路８１の動作波形であり、（ｃ）はヘッドコイル５９を流れる初期充電電流の波形、（ｄ）はヘッドドライバトランジスタ３３のコレクタ・エミッタ間電圧の波形を示す図。
【図５】ＤＣ／ＤＣコンバータの入力コンデンサへの初期充電の制御の流れを示すフローチャート。
【図６】ＤＣ／ＤＣコンバータの入力コンデンサへの補充充電の制御の流れを示すフローチャート。
【図７】インパクトドットプリンタの印字ヘッド部における、ワイヤインパクト印字ヘッドの一例を示す図。
【図８】従来のヘッド駆動回路の構成図の一例。
【図９】従来のヘッド駆動回路の動作説明図であり、（ａ）は従来のヘッド駆動回路の簡略化した回路図、（ｂ）はヘッドコイルを流れる駆動電流の波形図、（ｃ）はヘッドドライバトランジスタのベース・エミッタ間電圧の波形図、（ｄ）ヘッドドライバトランジスタでの電力損失を示す図。
【符号の説明】
２３ コイルドライバトランジスタ
６ 駆動回路ダイオード
８ 充電電力供給ダイオード
２４ 保持回路ダイオード
２２ 充電用コイル
３０ ヘッドコイルの駆動回路（ドライバ回路）
３１ 印字制御部
３２ 制御パルス
３３ ヘッドドライバトランジスタ
３４ ヘッド駆動用電源
３５ ツェナーダイオード
５１ 印字ヘッド
５３ ワイヤレバー
５５ 戻しバネ
５７ 複数のワイヤ
５９ ヘッドコイル
６１ インクリボン
６３ プラテン
６５ 印刷用紙
Ｉ１ 駆動電流
ｉ 駆動電流
７１ 主電源
７３ 主電源スイッチ
７５ トランス
７７ 節電モードスイッチ
７９ ヘッド駆動用電源
８１ ヘッド駆動回路
８３ ＤＣ／ＤＣコンバータ
８３ａ コンデンサ
８５ 入力電圧保持回路
８７ 制御回路用電源
８９ 制御回路
９１ Ａ／Ｄコンバータ
９３ タイマー付駆動回路
Claims (6)
- ヘッド駆動用直流電源の電源電圧を、ヘッドドライバスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ制御により所定時間だけヘッドコイルに印加することにより、印字ワイヤを駆動して印字を行うインパクトプリンタのヘッド駆動回路において、
前記電源電圧より高い入力電圧をもつ入力直流電力を、前記電源電圧に略同じ出力電圧をもつ出力直流電力に変換し、且つ、前記入力電圧を平滑するためのコンデンサを持つＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記ヘッドドライバスイッチング素子のターンＯＦＦ時に前記ヘッドコイルに発生する誘導電圧を前記ＤＣ／ＤＣコンバータに入力する入力手段と、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力側を前記ヘッド駆動用直流電源に接続することにより、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力直流電力を前記ヘッド駆動用直流電源に返還する返還手段と、
前記ヘッド駆動用直流電源の電源ターンＯＮ時に、前記コンデンサを初期的に充電する初期充電を行い、前記ヘッド駆動用直流電源がＯＮ状態の時に、前記コンデンサを補充的に充電する補充充電を行う充電手段と
を備えたヘッド駆動回路。 - 前記インパクトプリンタの主電源がＯＮ状態のときに節電のために前記ヘッド駆動用直流電源を一時的にＯＦＦ状態にする節電モードを有し、
前記電源ターンＯＮ時とは、前記インパクトプリンタの主電源のターンＯＮ時、又は、前記主電源がＯＮ状態であって前記節電モードを解除した時である、
請求項１記載のヘッド駆動回路。 - 前記初期充電とは、前記印字ワイヤが駆動しない程度に高い周波数で前記ヘッドドライバスイッチング素子を繰り返しＯＮ／ＯＦＦ動作させることにより、前記ヘッドドライバスイッチング素子のターンＯＦＦ時毎に前記ヘッドコイルに発生する誘導電圧を前記コンデンサに繰り返し印加することにより前記コンデンサに充電することである、
請求項１記載のヘッド駆動回路。 - 前記充電手段が、
充電用コイルと、前記充電用コイルに前記ヘッド駆動用直流電源の電源電圧を印加する及び印加しないＯＮ／ＯＦＦ制御を行うコイルドライバスイッチング素子とを有し、前記コイルドライバスイッチング素子のターンＯＦＦ時に前記充電用コイルに発生する誘導電圧を前記コンデンサに印加するように構成された入力電圧保持回路を有し、
前記補充充電とは、前記コイルドライバスイッチング素子を繰り返しＯＮ／ＯＦＦ動作させることにより、前記コイルドライバスイッチング素子のターンＯＦＦ時毎に、前記充電用コイルに発生する誘導電圧を前記コンデンサに繰り返し印加することにより、前記入力電圧保持回路が前記コンデンサに充電することである、
請求項１記載のヘッド駆動回路。 - 前記充電手段が、間欠的に前記補充充電を行う、
請求項１記載のヘッド駆動回路。 - ヘッド駆動用直流電源の電源電圧を、ヘッドドライバスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ制御により所定時間だけヘッドコイルに印加することにより、印字ワイヤを駆動して印字を行うインパクトプリンタのヘッド駆動回路において、
前記電源電圧より高い入力電圧をもつ入力直流電力を、前記電源電圧に略同じ出力電圧をもつ出力直流電力に変換し、且つ、前記入力電圧を平滑するためのコンデンサを持つＤ Ｃ／ＤＣコンバータと、
前記ヘッドドライバスイッチング素子のターンＯＦＦ時に前記ヘッドコイルに発生する誘導電圧を前記ＤＣ／ＤＣコンバータに入力する入力手段と、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力側を前記ヘッド駆動用直流電源に接続することにより、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力直流電力を前記ヘッド駆動用直流電源に返還する返還手段と、
前記ヘッド駆動用直流電源の電源ターンＯＮ時に、前記コンデンサを初期的に充電する初期充電を行い、前記ヘッド駆動用直流電源がＯＮ状態の時に、前記コンデンサを補充的に充電する補充充電を行う充電手段と
を備えたヘッド駆動回路を有するプリンタ。
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