JP4471350B2 - 電源装置、及びその装置を用いた記録装置 - Google Patents

Description

本発明は電源装置、及びその装置を用いた記録装置に関し、特に、低電圧や過電流の出力に対する保護手段を備えた電源装置、及びその装置を用いた記録装置に関する。

従来の電源回路に含まれる低電圧保護回路や過電流保護回路は、低電圧や過電流状態を検出した後、出力電流や出力電圧、或いはその両方を絞り込むために、専用且つ複雑な回路構成を必要としていた。

例えば、特許文献１に開示された「スイッチング式直流電源装置」では、過電流検出レベルのオフセット値をＲＯＭに保持し、必要に応じて検出レベルを切替えるなど複雑な回路構成が必要としている。
特開平５−３０７３４号公報

しかしながら上記従来例の電源回路では、過電流検出回路の近傍を比較的大きな電流が流れると寄生回路ができてしまい、その寄生回路が原因となって、実際には過電流と認められる電流値よりも小さい電流値で過電流とみなしてしまうという問題がある。

このような誤検出を防止するために、従来は過電流検出回路の近傍には大電流が流れないように回路構成や回路配線や回路素子レイアウトの配置を工夫したり、或いは、回路基板に接地層を設けるなどの工夫をしている。

しかしながら、このような工夫は、回路を複雑化したり、回路面積を増大させたり、回路の生産コストが高くなるなどの問題がある。

本発明は上記従来例に鑑みてなされたもので、専用回路を必要とせず、非常に簡単な構成で低電圧や過電流の出力に対する保護が可能な電源装置、及びその装置を用いた記録装置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本発明の電源装置は以下の構成からなる。

即ち、入力した第１の電圧に基づいて、前記第１の電圧とは異なる第２の電圧を出力する電源装置であって、前記第１の電圧を入力するトランジスタを含み、該トランジスタをオン／オフさせて前記第１の電圧の矩形波を生成し、前記矩形波を直流電圧に変換して、前記第２の電圧を生成する電圧生成手段と、前記第１の電圧で前記電圧生成手段へ供給される電流値を監視し、該監視されている電流値が所定の値に達すると前記電流値を一定量に制限するとともに、前記監視されている電流値が前記所定の値以上であるかどうかを示す監視信号を出力する電流制御手段と、前記第２の電圧の電圧値を監視する監視手段と、前記監視手段により監視されている電圧値を第１の基準電圧と比較し、第１の比較結果信号を出力する第１の比較手段と、前記監視信号の状態に応じてオン／オフし、異なる電圧レベルを切り替えるスイッチと、前記監視信号が前記監視されている電流値が前記所定の値未満であることを示す場合、前記スイッチを切り替えて相対的に低い電圧レベルを第２の基準電圧として選択し、前記監視信号が前記監視されている電流値が前記所定の値以上であることを示す場合、前記スイッチを切り替えて相対的に高い電圧レベルを前記第２の基準電圧として選択する選択手段と、前記監視手段により監視されている電圧値を前記選択手段により選択された第２の基準電圧と比較し、第２の比較結果信号を出力する第２の比較手段と、前記第１の比較結果信号に従って前記トランジスタをオン／オフすることにより前記第２の電圧を生成し、前記第２の比較結果信号に従って前記第１の比較結果信号をマスクして前記トランジスタをオフ状態とすることにより前記第２の電圧の生成を停止するよう制御する出力制御手段とを有することを特徴とする。

さらに本発明によれば、上記構成の電源装置を用いた記録装置を備える。

従って本発明によれば、電圧監視と電流監視のために専用回路を必要とせず、非常に簡単な回路構成で電源装置の電圧や電流を監視し、出力電圧値が基準電圧内に電流が所定の値を超えないように保護することができるという効果がある。

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、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、有意無意を問わず、また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を問わず、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、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、「ノズル」とは、特にことわらない限り吐出口ないしこれに連通する液路およ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。

図１は本発明の代表的な実施例である電源回路であるＤＣ／ＤＣコンバータの構成を示す図である。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１０１は入力電圧（Ｖ１）を電圧Ｖ２に変換出力するのが基本的な機能である。電流制限部１０２は電圧（Ｖ１）で流れる電流を計測し、その電流値が所定の値に達すると信号（ｄ）により、低電圧検出回路１０８にそれを伝達すると同時に内部抵抗を増大することで出力電流を絞り込む。トランジスタ１１１は電圧（Ｖ１）の電力を伝達するスイッチであり、プリドライバ１０７の出力論理状態によってスイッチングされる。ダイオード１１２はトランジスタ１１１がオフ時にチョークコイル（Ｌ）１０４及びコンデンサ（Ｃ）１０５と共に閉ループを形成し、負荷電流を規制する。

抵抗器１１３、１１４は電圧Ｖ２を分圧し、フィードバック電圧（ｂ）を生成する。チョークコイル１０４とコンデンサ１０５はＬＣフィルタを形成し、トランジスタ１１１のスイッチングによって生成される矩形波を直流電圧に変換する。

図２は出力電圧制御回路１０３の内部構成を示す回路図である。

出力電圧制御回路１０３は、基準電圧（Ｖref1）を供給する内部電源３０１とフィードバック電圧（ｂ）を比較する比較器３０２を含んでおり、２つの電圧の比較結果を信号（ｅ）として出力する。

プリドライバ１０７はこの信号（ｅ）を参照し、ｂ≦Ｖref1であれば、トランジスタ１１１をオンにし、ｂ＞Ｖref1であればトランジスタ１１１をオフする。

図３は低電圧検出部１０８の内部構成を示す回路図である。

低電圧検出部１０８は、基準電圧（Ｖref2）を生成する内部電源２０１、抵抗器２０２〜２０４、電流制限部１０２の出力信号（ｄ）状態に応じてオン、オフするスイッチ２０５、フィードバック電圧（ｂ）と基準電圧（Ｖref2）とを比較する比較器２０６とから構成される。

低電圧検出部１０８は、ｂ≦Ｖref2である場合は、比較器２０６からの比較結果を示す信号（ｃ）がローレベル“０”となり、出力電圧制御回路１０３からプリドライバ１０７に出力される信号（ｅ）をマスクするため、トランジスタ１１１は常にオフ状態となり電圧（Ｖ２）の出力は遮断される。

なお、スイッチ２０５がオフしているときの基準電圧（Ｖref2）は基準電圧（Ｖref1）×０．７、スイッチ２０５がオンしているときの基準電圧（Ｖref2）は基準電圧（Ｖref1）×０．９であるものとする。

従って、電流制御部１０２が信号（ｄ）をアサートしていない場合（電流値が所定の値未満）、出力電圧（Ｖ２）はＶref1×０．７を下回るとシャットダウンされ、電流制御部１０２が信号（ｄ）をアサートしている場合（電流値が所定の値以上）、出力電圧（Ｖ２）はＶref1×０．９を下回るとシャットダウンされる。

次に、出力電圧（Ｖ２）が低電圧状態になった際の動作を以下に説明する。

出力電圧（Ｖ２）が低電圧状態になると、低電圧検出回路１０８内ではｂ≦Ｖref2となり比較器２０６がこれを検出する。即ち、信号（ｃ）はローレベル“０”となる。なお、この説明では、電流制限部１０２が信号（ｄ）をアサートしていない場合を想定し、Ｖref2＝Ｖref1×０．７である（電流制御部１０２が信号（ｄ）をアサートしている場合については後述する）。

これにより、出力電圧制御回路１０３からプリドライバ１０７に出力される信号（ｅ）がマスクされるため、トランジスタ１１１は常にオフ状態となり、電圧（Ｖ２）の出力は遮断される。

次に、過電流状態が発生したときの動作を以下に示す。

過電流状態が発生すると、電流制限部１０２は信号（ｄ）をアサートすると同時に、内部抵抗を増大することで出力電流を絞り込む。ここで、信号（ｄ）によってスイッチ２０５はオン状態となるため、低電圧検出回路１０８内の基準電圧Ｖref2＝Ｖref1×０．９となる。一方、電流制限部の内部抵抗が増大するため出力電圧（Ｖ２）は低下する。このとき、出力電圧（Ｖ２）＜Ｖref1×０．９となると、出力電圧制御回路１０３からプリドライバ１０７に出力される信号（ｅ）がマスクされるため、トランジスタ１１１は常にオフ状態となり電圧（Ｖ２）の出力は遮断される。

従って以上説明した実施例に従えば、電圧Ｖ２の値が、参照電圧値で決められた電圧範囲（下限電圧値＝Ｖref2、上限電圧値＝Ｖref1）を外れた場合には、電圧Ｖ２の出力は停止することになる。このように、電流制限部の動作状態に応じて低電圧検出部の参照電圧値（Ｖref1、Ｖref2）を切り替える（制御電圧範囲を切り替える）ことで、低電圧保護機能と過電流保護機能を共通の検出回路で形成できるため、非常に簡単な回路構成で両方の機能を実現することができる。

以上説明したような電源回路は、特に、インクジェット記録装置に組み込んて用いるのが好適である。

次に、そのインクジェット記録装置の構成について説明する。

図４はインクジェット記録装置１の構成の概要を示す外観斜視図である。

図４に示すように、インクジェット記録装置（以下、記録装置という）は、インクジェット方式に従ってインクを吐出して記録を行なう記録ヘッド３を搭載したキャリッジ２にキャリッジモータＭ１によって発生する駆動力を伝達機構４より伝え、キャリッジ２を矢印Ａ方向に往復移動させるとともに、例えば、記録紙などの記録媒体Ｐを給紙機構５を介して給紙し、記録位置まで搬送し、その記録位置において記録ヘッド３から記録媒体Ｐにインクを吐出することで記録を行なう。

また、記録ヘッド３の状態を良好に維持するためにキャリッジ２を回復装置１０の位置まで移動させ、間欠的に記録ヘッド３の吐出回復処理を行う。

記録装置１のキャリッジ２には記録ヘッド３を搭載するのみならず、記録ヘッド３に供給するインクを貯留するインクカートリッジ６を装着する。インクカートリッジ６はキャリッジ２に対して着脱自在になっている。なお、参照番号６は以下に説明する４つの独立したインクカートリッジをまとめて言及するときに用いる。

図４に示した記録装置１はカラー記録が可能であり、そのためにキャリッジ２にはマゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、イエロ（Ｙ）、ブラック（Ｋ）のインクを夫々、収容した４つのインクカートリッジ６Ｍ、６Ｃ、６Ｙ、６Ｋを搭載している。これら４つのインクカートリッジは夫々独立に着脱可能である。

さて、キャリッジ２と記録ヘッド３とは、両部材の接合面が適正に接触されて所要の電気的接続を達成維持できるようになっている。記録ヘッド３は、記録信号に応じてエネルギーを印加することにより、複数の吐出口からインクを選択的に吐出して記録する。特に、この実施形態の記録ヘッド３は、熱エネルギーを利用してインクを吐出するインクジェット方式を採用し、熱エネルギーを発生するために電気熱変換体を備え、その電気熱変換体に印加される電気エネルギーが熱エネルギーへと変換され、その熱エネルギーをインクに与えることにより生じる膜沸騰による気泡の成長、収縮によって生じる圧力変化を利用して、吐出口よりインクを吐出させる。この電気熱変換体は各吐出口のそれぞれに対応して設けられ、記録信号に応じて対応する電気熱変換体にパルス電圧を印加することによって対応する吐出口からインクを吐出する。

図４に示されているように、キャリッジ２はキャリッジモータＭ１の駆動力を伝達する伝達機構４の駆動ベルト７の一部に連結されており、ガイドシャフト１３に沿って矢印Ａ方向に摺動自在に案内支持されるようになっている。従って、キャリッジ２は、キャリッジモータＭ１の正転及び逆転によってガイドシャフト１３に沿って往復移動する。また、キャリッジ２の移動方向（矢印Ａ方向）に沿ってキャリッジ２の絶対位置を示すためのスケール８が備えられている。この実施形態では、スケール８は透明なＰＥＴフィルムに必要なピッチで黒色のバーを印刷したものを用いており、その一方はシャーシ９に固着され、他方は板バネ（不図示）で支持されている。

また、記録装置１には、記録ヘッド３の吐出口（不図示）が形成された吐出口面に対向してプラテン（不図示）が設けられており、キャリッジモータＭ１の駆動力によって記録ヘッド３を搭載したキャリッジ２が往復移動されると同時に、記録ヘッド３に記録信号を与えてインクを吐出することによって、プラテン上に搬送された記録媒体Ｐの全幅にわたって記録が行われる。

さらに、図１において、１４は記録媒体Ｐを搬送するために搬送モータＭ２によって駆動される搬送ローラ、１５はバネ（不図示）により記録媒体Ｐを搬送ローラ１４に当接するピンチローラ、１６はピンチローラ１５を回転自在に支持するピンチローラホルダ、１７は搬送ローラ１４の一端に固着された搬送ローラギアである。そして、搬送ローラギア１７に中間ギア（不図示）を介して伝達された搬送モータＭ２の回転により、搬送ローラ１４が駆動される。

またさらに、２０は記録ヘッド３によって画像が形成された記録媒体Ｐを記録装置外ヘ排出するための排出ローラであり、搬送モータＭ２の回転が伝達されることで駆動されるようになっている。なお、排出ローラ２０は記録媒体Ｐをバネ（不図示）により圧接する拍車ローラ（不図示）により当接する。２２は拍車ローラを回転自在に支持する拍車ホルダである。

またさらに、記録装置１には、図４に示されているように、記録ヘッド３を搭載するキャリッジ２の記録動作のための往復運動の範囲外（記録領域外）の所望位置（例えば、ホームポジションに対応する位置）に、記録ヘッド３の吐出不良を回復するための回復装置１０が配設されている。

回復装置１０は、記録ヘッド３の吐出口面をキャッピングするキャッピング機構１１と記録ヘッド３の吐出口面をクリーニングするワイピング機構１２を備えており、キャッピング機構１１による吐出口面のキャッピングに連動して回復装置内の吸引手段（吸引ポンプ等）により吐出口からインクを強制的に排出させ、それによって、記録ヘッド３のインク流路内の粘度の増したインクや気泡等を除去するなどの吐出回復処理を行う。

また、非記録動作時等には、記録ヘッド３の吐出口面をキャッピング機構１１によるキャッピングすることによって、記録ヘッド３を保護するとともにインクの蒸発や乾燥を防止することができる。一方、ワイピング機構１２はキャッピング機構１１の近傍に配され、記録ヘッド３の吐出口面に付着したインク液滴を拭き取るようになっている。

これらキャッピング機構１１及びワイピング機構１２により、記録ヘッド３のインク吐出状態を正常に保つことが可能となっている。

図５は図４に示した記録装置の制御構成を示すブロック図である。

図５に示すように、コントローラ６００は、ＭＰＵ６０１、制御シーケンスに対応したプログラム、所要のテーブル、その他の固定データを格納したＲＯＭ６０２、キャリッジモータＭ１の制御、搬送モータＭ２の制御、及び、記録ヘッド３の制御のための制御信号を生成する特殊用途集積回路（ＡＳＩＣ）６０３、画像データの展開領域やプログラム実行のための作業用領域等を設けたＲＡＭ６０４、ＭＰＵ６０１、ＡＳＩＣ６０３、ＲＡＭ６０４を相互に接続してデータの授受を行うシステムバス６０５、以下に説明するセンサ群からのアナログ信号を入力してＡ／Ｄ変換し、デジタル信号をＭＰＵ６０１に供給するＡ／Ｄ変換器６０６などで構成される。

また、図５において、６０７はＤＭＡコントローラ（ＤＭＡＣ）であり、メモリアクセスやメモリとのデータ入出力を高速に行なう。さらに、６１０は画像データの供給源となるコンピュータ（或いは、画像読取り用のリーダやデジタルカメラなど）でありホスト装置と総称される。ホスト装置６１０と記録装置１との間ではインタフェース（Ｉ／Ｆ）６１１を介して画像データ、コマンド、ステータス信号等を送受信する。

さらに、６２０はスイッチ群であり、電源スイッチ６２１、プリント開始を指令するためのプリントスイッチ６２２、及び記録ヘッド３のインク吐出性能を良好な状態に維持するための処理（回復処理）の起動を指示するための回復スイッチ６２３など、操作者による指令入力を受けるためのスイッチから構成される。６３０はホームポジションｈを検出するためのフォトカプラなどの位置センサ６３１、環境温度を検出するために記録装置の適宜の箇所に設けられた温度センサ６３２等から構成される装置状態を検出するためのセンサ群である。

さらに、６４０はキャリッジ２を矢印Ａ方向に往復走査させるためのキャリッジモータＭ１を駆動させるキャリッジモータドライバ、６４１はコントローラ６００からのデータや制御信号を入力して記録ヘッド３を駆動させるヘッドドライバ、６４２は記録媒体Ｐを搬送するための搬送モータＭ２を駆動させる搬送モータドライバである。

ＡＳＩＣ６０３は、記録ヘッド３による記録走査の際に、ＲＡＭ６０２の記憶領域に直接アクセスしながら記録ヘッドに対して記録素子（吐出ヒータ）の駆動データ（ＤＡＴＡ）を転送する。

さらに、以上の実施例において、記録ヘッドから吐出される液滴はインクであるとして説明し、さらにインクタンクに収容される液体はインクであるとして説明したが、その収容物はインクに限定されるものではない。例えば、記録画像の定着性や耐水性を高めたり、その画像品質を高めたりするために記録媒体に対して吐出される処理液のようなものがインクタンクに収容されていても良い。

以上説明した電源回路であるＤＣ−ＤＣコンバータを記録装置の内部に備えることで、記録装置各部には過電流が供給されて装置の回路を損傷したり、或いは、低電圧が供給されて装置の各部が誤動作や動作不能になる状態を回避することができる。

また、上記電源回路は簡単な構成なので、これを記録装置に組み込んだとき、記録装置全体のコストを削減することができるという利点もある。

本発明の代表的な実施例である電源回路の構成を示すブロック図である。 低電圧検出回路の内部構成を示す回路図である。 出力電圧制御回路の内部構成を示す回路図である。 図１に示す電源回路を組み込んだインクジェット記録装置の全体構成の概要を示す外観斜視図である。 図４に示す記録装置の制御構成を示すブロック図である。

符号の説明

１０１ 電源回路
１０２ 電流制限部
１０３ 出力電圧制御部
１０４ チョークコイル
１０５ コンデンサ
１０７ プリドライバ
１０８ 低電圧検出回路
１１１ トランジスタ
１１２ ダイオード
１１３、１１４ 抵抗器
２０１ 内部電源
２０２〜２０４ 抵抗器
２０５ スイッチ
２０６、３０２ 比較器
３０１ 基準電圧源

Claims (5)

1. 入力した第１の電圧に基づいて、前記第１の電圧とは異なる第２の電圧を出力する電源装置であって、
   前記第１の電圧を入力するトランジスタを含み、該トランジスタをオン／オフさせて前記第１の電圧の矩形波を生成し、前記矩形波を直流電圧に変換して、前記第２の電圧を生成する電圧生成手段と、
   前記第１の電圧で前記電圧生成手段へ供給される電流値を監視し、該監視されている電流値が所定の値に達すると前記電流値を一定量に制限するとともに、前記監視されている電流値が前記所定の値以上であるかどうかを示す監視信号を出力する電流制御手段と、
   前記第２の電圧の電圧値を監視する監視手段と、
   前記監視手段により監視されている電圧値を第１の基準電圧と比較し、第１の比較結果信号を出力する第１の比較手段と、
   前記監視信号の状態に応じてオン／オフし、異なる電圧レベルを切り替えるスイッチと、
   前記監視信号が前記監視されている電流値が前記所定の値未満であることを示す場合、前記スイッチを切り替えて相対的に低い電圧レベルを第２の基準電圧として選択し、前記監視信号が前記監視されている電流値が前記所定の値以上であることを示す場合、前記スイッチを切り替えて相対的に高い電圧レベルを前記第２の基準電圧として選択する選択手段と、
   前記監視手段により監視されている電圧値を前記選択手段により選択された第２の基準電圧と比較し、第２の比較結果信号を出力する第２の比較手段と、
   前記第１の比較結果信号に従って前記トランジスタをオン／オフすることにより前記第２の電圧を生成し、前記第２の比較結果信号に従って前記第１の比較結果信号をマスクして前記トランジスタをオフ状態とすることにより前記第２の電圧の生成を停止するよう制御する出力制御手段とを有することを特徴とする電源装置。
2. 前記選択手段は、複数の抵抗を有することを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
3. 前記監視手段は、前記第２の電圧を複数の抵抗により分圧することで得られた電圧値を監視することを特徴とする請求項１又は２に記載の電源装置。
4. 前記電源装置はＤＣ／ＤＣコンバータであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電源装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電源装置を用いた記録装置。

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