JP5286296B2 - プリントヘッドにおける過熱状態からプリンタを保護するためのシステム - Google Patents

Description

本開示は一般的にインクジェットプリンタに関し、特別にはインクの熱処理用ヒータを備えるプリントヘッドを有するインクジェットプリンタに関する。

固体インクまたは相転位インクプリンタは常套的に、ペレットか、またはインクスティックのいずれかとして、固体形態でインクを受容している。固体インクペレットまたはインクスティックを典型的に、プリンタ用インクローダの開口を通じて挿入し、インクスティックを、フィードチャネルに沿ってフィード機構によって押し込み、および／またはヒータアセンブリ内のヒータプレートに向けて、重力の影響下で移動させる。ヒータプレートはこのプレートに突き当たった固体インクを液体へと融解し、この液体をメルトリザーバへと輸送する。メルトリザーバは、ある量の溶融インクを液体または溶融形態に保持し、必要に応じて溶融インクを１以上のプリントヘッド内のリザーバへと移動させるように構成される。

プリントヘッド内では、ヒータがプリントヘッドリザーバおよびジェットスタック内のインクを液体形態に保持する。これらのヒータは通常、装置の電力網の１１５／２３０ ＶＡＣ ＲＭＳメインからＡＣ電力で通電される。ＡＣ電力は半導体トライアックスイッチを用いて調節される。ヒータは入力ＡＣ電源メインに接続されるので、ヒータは典型的に、構造についてのＵＬ、ＣＳＡおよび製造者安全要件に合う。故障状態の場合には、製造者は典型的に、ヒータ構造が、「熱暴走」といった故障状態後でさえ、１分間の、単一絶縁構造ヒータでは１，５００ＶＲＭＳ高電位耐久試験、二重絶縁構造ヒータでは３，０００ＶＲＭＳ高電位耐久試験のような、適当な安全基準に合格することができることを求める。熱暴走とは、入力ＡＣ電力調節を失敗し、その結果、ＡＣ電力が連続的にヒータに印加されることを言う。入力ＡＣ電力調節の失敗は通常、故障した半導体トライアックスイッチが、ＡＣ電力をヒータに直線接続することで短絡することに応答して生じる。入力電力を連続的に印加することは、ヒータが焼きつく（ｂｕｒｎ ｏｐｅｎ）かインライン温度ヒューズがヒータからＡＣ電力を分断するまで、ヒータを加熱することにつながる。

米国特許第７２１９４１８号明細書 米国特許第７１８２４４８号明細書 米国特許第６９６６６９３号明細書 米国特許第６８６６３７５号明細書 米国特許第６３９４５７２号明細書 米国特許第５８４１４４９号明細書 米国特許第５７８１２０５号明細書 米国特許第５７４５１３０号明細書 米国特許第５５８５８２５号明細書 米国特許第５２２３８５３号明細書 米国特許第４９８０７０２号明細書

インライン温度ヒューズは、ヒータ温度を感知し、ヒューズの閾値温度以上にヒータ温度が上昇することに応答して入力電力をヒータから分断することによって、熱暴走状態に対応する。入力電力をヒータから分断することはヒータへのダメージを排除する一助となる。製造者は典型的に、熱暴走状況後に耐久試験の１つに合格することができることを求めている。この目的を達成するためには、温度ヒューズは、耐久試験に合格させるべきヒータの機能が低下する前に応答できねばならない。熱暴走状況に対する適時応答性を提供することが固体インクプリンタでの所望の目的である。

システムは、プリンタ内のプリントヘッドへの電力供給を調節するために使用される信号と同じ信号を参照して、過熱状態を検知し応答する。システムは、第１の電気信号を監視し、第１の電子回路が防護状況を検出するのに応答してプリントヘッドへの電力供給を終了させるように構成された第１の電子回路と、第１の電気信号を監視し、プリントヘッドへ供給される電力量を調節するように構成された第２の電子回路とを備える。

相転位インク画像形成装置のブロック図である。 固体インクプリンタのプリントヘッド内の温度状態を感知し、過熱状態に対してプリントヘッド内のヒータを電力から分断するといった応答をする電気回路図である。

ここで開示されるシステムを一般的に理解し、さらにはシステムについて詳細に理解するために、図面を参照する。図面では、同じ参照番号は、全体にわたって同じ要素を示すために使用した。ここで使用されるように、「プリンタ」、「画像装置」、「画像形成装置」という用語は、何らかの目的のために印刷物を出力する機能を行う何らかの装置、たとえば、デジタル複写機、製本機、ファクシミリ装置、多機能装置等を表す。

ここで図１について言及すると、画像形成装置、たとえば、高速相転位インク画像形成装置またはプリンタ１０の実施の形態を示す。示されるように、装置１０はフレーム１１を備え、これは以下に記載されるような、全てのその操作サブシステムおよび要素を直接または間接的に搭載する。開始するために、高速相転位インク画像形成装置またはプリンタ１０は画像形成部材１２を備え、これはドラムの形態で示されているが、同様に支持無端ベルトの形態でもよい。画像形成部材１２は画像形成表面１４を有し、これは１６の方向に可動で、その上に相転位インク画像が形成される。１７方向に回転可能な加熱転写定着ローラ１９をドラム１２の表面１４に対面して搭載して転写定着ニップ１８を形成し、ここで表面１４上に形成されたインク画像を、加熱されたコピーシート４９上に転写定着させる。

高速相転位インク画像形成装置またはプリンタ１０は相転位インク供給サブシステム２０をも備え、これは１色の相転位インクについて少なくとも１つの源２２を固体形態で有する。相転位インク画像形成装置またはプリンタ１０は多色画像形成装置であり、インク供給システム２０は、異なる４色ＣＹＭＫ（シアン、イエロー、マゼンタ、ブラック）を表す相転位インクの４色の源２２、２４、２６、２８を備える。また、相転位インク供給システムは、固体形態の相転位インクを液体形態に溶融または相転位させるための溶融および制御装置（図示せず）を備える。相転位インク供給システムはしたがって、液体形態を少なくとも１つのプリントヘッドアセンブリ３２を備えるプリントヘッドシステム３０に供給するのに好適である。相転位インク画像形成装置またはプリンタ１０は高速、または高効率の多色画像形成装置であるので、プリントヘッドシステム３０は、示されるように、多色インクプリントヘッドアセンブリおよび複数の（たとえば、４個の）別個のプリントヘッドアセンブリ３２、３４、３６および３８を備える。

さらに示されるように、相転位インク画像形成装置またはプリンタ１０は基材供給および取り扱いシステム４０を備える。基材供給および取り扱いシステム４０はたとえば、シートまたは基材供給源４２、４４、４６、４８を備えてもよく、たとえば、その中の供給源４８は、たとえば、カットシートの形態の画像受容基材４９を貯蔵し供給するための大容量用紙サプライまたはフィーダである。基材供給および取り扱いシステム４０は基材取り扱いおよび処理システム５０をも備え、これは、基材ヒータまたはプレヒータアセンブリ５２を有する。示されるように、相転位インク画像形成装置またはプリンタ１０はまた、原稿文書フィーダ７０を備えてもよく、これは文書保持トレイ７２、文書シート給送および検索装置７４、および文書露光およびスキャニングシステム７６を有する。

装置およびプリンタ１０の各種サブシステム、要素および機能の操作および制御を、コントローラまたは電子サブシステム（ＥＳＳ）８０の助けを借りて行う。ＥＳＳまたはコントローラ８０はたとえば、中央処理ユニット（ＣＰＵ）８２、電子記憶部８４、およびディスプレイまたはユーザインターフェイス（ＵＩ）８６を有する内蔵型専用ミニコンピュータである。ＥＳＳまたはコントローラ８０はたとえば、センサ入力および制御回路８８と、さらにはピクセル位置および制御回路８９とを備える。さらに、ＣＰＵ８２は、画像入力源、たとえば、スキャニングシステム７６またはオンラインまたはワークステーション接続９０と、プリントヘッドアセンブリ３２、３４、３６、３８との間の画像データの流れを、読み取り、捕捉し、調整し管理する。このように、ＥＳＳまたはコントローラ８０は、プリントヘッドクリーニング装置を含む他の全ての装置サブシステムおよび機能、および以下に説明する方法を操作し制御するための主要なマルチタスクプロセッサである。

操作では、処理しプリントヘッドアセンブリ３２、３４、３６、３８に出力するために、生成されるべき画像用の画像データを、スキャニングシステム７６からか、またはオンラインまたはワークステーション接続９０を介して、コントローラ８０に送信する。さらに、コントローラは、たとえば、ユーザインターフェイス８６を介したオペレータの入力から、関連サブシステムおよび要素の制御を決定しおよび／または承諾し、これにしたがってこのような制御を実行する。その結果、適切な色の固体形態の相転位インクが溶融され、プリントヘッドアセンブリへと供給される。さらに、ピクセル位置制御を画像形成表面１４に関して実行して、これによってこのような画像データに対して所望画像を形成し、受容する基材を源４２、４４、４６、４８のいずれか１つが供給し、基材システム５０が、表面１４上の画像形成とタイミングを合わせて位置合わせを行う。最後に、画像を、転写定着ニップ１８内で表面１４から転写し、コピーシートに融解定着させる。

プリントヘッドを熱暴走状態から保護するのを助ける回路２００を図２に示す。回路２００は左ジェットスタック回路２０４、右ジェットスタック回路３０４、およびインクリザーバ回路４０４から成る。これらの回路の各々は本質的に他の２つの回路と同じ構造を有する。したがって、説明を簡略化するために、左ジェットスタック回路２０４のみをここでは記載する。各回路内では、同様の要素についての参照番号は最後の２桁は同じである。

左ジェットスタックサーミスタ２１０を、プリンタ内のプリントヘッドに取り付け、ここでその位置は、プリントヘッド内のジェットスタックの左側の温度に対応するものである。示される実施の形態では、サーミスタは負の係数のサーミスタであり、これはサーミスタの電気抵抗は温度上昇に伴って減少することを意味する。電圧源（図示せず）は電圧を提供し、この電圧は抵抗器２１４を通りサーミスタ２１０を通って降下し接地する。ノード２１２での電圧はプリントヘッド内の左ジェットスタックの温度に対応する。この信号は、サーミスタ２１０の抵抗が左ジェットスタックの温度変化によって変化するのに伴って、変化する。

信号を、アナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）２１８によって、プリンタのコントローラ３５０に入力することができるデジタル値に変換してもよい。ＡＤＣ３１８および４１８のデジタル出力を、ＡＤＣ２１８の出力と多重化し、３チャンネルの温度データをコントローラに提供してもよく、または各デジタル信号をコントローラに連続的に提供してもよい。図２の実施の形態では、信号センサ、即ちサーミスタ２１０、３１０または４１０の１つからの信号を、コントローラ３５０による温度調節制御信号としてと、回路２００による防護状態信号としての両方に使用してもよい。温度調節制御は、コントローラ３５０が、サーミスタから受け取った電圧のデジタル値に対応する温度を用いて、トライアック３５６用制御信号を発生させることで実行される。制御信号は信号を変化させることでトライアック３５６を選択的に操作し、電源２９０からスイッチ２９２を通ってプリントヘッド内の１以上のヒータへと流れる電力量を調節する。したがって、アナログ信号をコントローラ３５０が処理するデジタル信号に変換し、操作モード時にプリントヘッドへの電力供給を調節する。ここで説明するような防護状況が生じた場合には、このアナログ信号はまた回路２００によって処理され、スイッチ２９２を操作して、プリントヘッドへの電力供給を終了させる。

サーミスタ２１０からのアナログ信号を、入力抵抗器２２０、２２４、２２８および２３０を通して４つの電子回路に提供し、この回路は図２では比較器２３２、２３６、２４０および２４４を有して実装される。信号を、比較器２３２および２３６の反転入力と比較器２４０および２４４の非反転入力とに提供する。比較器２３２および２３６の非反転入力を、たとえば、分圧器２４８および２５２のような分圧器によって提供される基準信号に結合する。比較器２４０および２４４の反転入力を、たとえば、分圧器２５６および２６０のような分圧器によって提供される基準信号に結合する。分圧器２４８および２５２の抵抗器は、分圧器２５６および２６０によって提供される基準信号より大きい基準信号を発生する大きさにする。示される実施の形態では、分圧器２４８および２５２からの基準信号は開回路の閾値に対応し、分圧器２５６および２６０からの基準信号は過熱状態を示す温度閾値に対応する。分圧器２４８および２５２からの信号は互いにほぼ等しく、分圧器２５６および２６０からの信号は互いにほぼ等しいが、冗長比較器への基準信号は同じである必要はない。

比較器２３２および２３６の出力は、ダイオード２６４および２７２を通ってノード２８０に結合し、比較器２４０および２４４の出力は、ダイオード２６８および２７６を通ってノード２８０に結合する。図２に示されるように、比較器２３２、２３６、２４０および２４４の出力はオープンコレクタ出力である。したがって、比較器の出力トランジスタは、ノード２１２での信号が分圧器２４８および２５２からの基準信号より大きいことに応答して、およびノード２１２での信号が分圧器２５６および２６０からの基準信号より小さいことに応答して、起動する。比較器の１つの出力トランジスタがオンすると、抵抗器２８４および２８８を通って降下したノード２８０での電圧は、起動した比較器の出力ステージを通って接地へと引き込まれる。場合によっては、この電圧をスイッチ２９２に提供する。正の電圧がノード２８０に存在する限り、スイッチ２９２はＡＣ電源２９０からプリントヘッドのヒータに電力を提供する。ノード２８０での電圧が比較器の出力ステージを通って接地へと引き込まれるのに応答して、スイッチはプリントヘッド内のヒータから電力を分断する。

図２に示される回路では、比較器２３２、２３６、２４０および２４４は異なる基板上にある。即ち、各比較器は、他の比較器を実装するのに使用される集積回路（ＩＣ）とは別個にパッケージされた集積回路（ＩＣ）である。これによって、左側のジェットスタックの電子回路は互いに電気的に独立することができる。そして、比較器２３２および２３６は開回路信号を発生させるための冗長電子回路であり、比較器２４０および２４４は過熱信号を発生させるための冗長電子回路である。図２の回路では、１カラム内に比較器２３２、２３６、２４０および２４４の１つを有するように描画されている比較器は、左側ジェットスタック回路における比較器と同じ基板上に集積電子回路を用いて実装される。比較器２９４、２９６、２９８および３００の各々を、電子回路が実装された４つの基板の１つの上に配置する。これらは、基板上の集積回路の破局故障を示す信号を発生させ、トランジスタ３０２をオンにして、トランジスタ３０２を通ったノード２８０での電圧を接地し、プリントヘッド内のヒータから電力を分断するように構成される。

操作では、回路２００に通電して、サーミスタが取り付けられたプリントヘッド内の各位置における温度に対応する信号を発生させる。この信号を４つの比較器に提供し、このとき比較器の各ペアは他の回路のペアに対する冗長回路として作動する。２つの比較器は、温度信号を開回路基準電気信号と比較し、別の２つの比較器は、温度信号を過熱基準電気信号と比較する。温度信号が過熱基準信号と等しいまたはそれを下回れば、比較器の出力ステージを起動させ、ノード２８０で電圧を接地し、スイッチ２９２はプリントヘッド内のヒータを電力から分断する。温度信号が開回路基準信号と等しいまたはそれを上回れば、比較器の出力ステージを起動させ、ノード２８０で電圧を接地し、スイッチ２９２はプリントヘッド内のヒータを電力から分断する。

比較器２９４、２９６、２９８および３００のグループは、回路２００を実装するのに使用される集積回路（基板）上のピン接地故障（ｇｒｏｕｎｄ ｐｉｎ ｆａｕｌｔ）を検出するように構成される。回路２００内の電子回路の１つを実装するＩＣがもはや電気的に接地しない場合には、ある電圧が、もはや接地しない集積回路内の比較器２９４、２９６、２９８または３００の非反転入力上に現れる。この電圧はオープングランド信号であり、抵抗器３０４を通って降下し、トランジスタ３０２をオンにする。これに応答して、トランジスタ３０２はノード２８０で電圧を接地し、スイッチ２９２にプリントヘッド内のヒータから電力を分断させる。

単一の温度センサからの信号を防護と温度調節機能の両方に使用することができる回路の説明を、図２に示される回路の実施の形態を用いて行っている。他の回路の実施の形態を用いてもよい。たとえば、正の温度係数のサーミスタを用いて温度信号を発生させるなら、比較器の入力および基準信号をそれに合わせて適応させて、過熱および開回路状態を検出し、電力をプリントヘッド内のヒータから分断してもよい。

温度信号の２つの基準信号との比較もまた、上述の場合と同様に、過熱または開回路状態を確実に検出するのを助けるために、電子回路を用いた冗長比較を含むものであってもよい。「電子回路」という用語は、アクティブ型の半導体要素、たとえば、トランジスタおよび比較器と、パッシブ型の要素、たとえば、抵抗器、インダクタおよびコンデンサの両方を用いて実装される電子回路を言う。

上述のシステムは、防護と電力調節の両方のために、温度に対応する信号を監視する回路を提供するものである。システムはプリントヘッド内のヒータについて記載したが、別のタイプのヒータにこの回路を使用してもよい。典型的に、標準的な熱遮断部、たとえば、ヒューズ、サーマルリンク等は大部分のヒータにとって費用効率が高い。ヒータが制約のある空間に配置され、非常に早い熱応答時間が求められる状況では、回路、たとえば、上述の回路を用いることができる。このような回路では、サーミスタを配置して、ヒータによって加熱される構造内の温度に対応する信号を発生させ、感知回路は、上述のように、ヒータへの電力を調節し、安全事故状況時、たとえば、オープングランド状態または加熱状態時には、ヒータへの電力を終了させる信号を監視するように構成される。

当業者は、上述の熱暴走対応方法およびシステムの特定の実現に、多くの変更を行うことができることを認識している。したがって、上述のおよび他の各種特徴および機能、またはその変更を、多くの他の異なるシステムまたは用途に適宜組み合わせてもよいと判断する。現時点で予想外のまたは想定外のその各種代替、変更、改変、改良を、後に当業者は行ってもよく、これも以下の請求の範囲によって示されることを意図するものである。

２３２，２３６，２４０，２４４，２９４，２９６，２９８，３００ 比較器、２９２ スイッチ。

Claims (4)

1. プリンタのプリントヘッドへの電力供給を制御する方法であって、
   プリントヘッドの温度に対応する第１の電気信号を生成するステップと、
   前記第１の電気信号を参照したプリントヘッドの熱暴走状態の検出に応答してプリントヘッドへの電力供給を終了させるように構成された第１の電子回路で、前記第１の電気信号の電圧値を監視するステップと、
   前記第１の電気信号の電圧値が温度閾値に対応する電圧値を上回るのに応答して、前記第１の電子回路で過熱信号を生成するステップと、
   前記第１の電気信号の電圧値に対応する温度を用いて前記プリントヘッドへ供給される電力量を調節するように構成された第２の電子回路で、前記第１の電気信号の電圧値を監視するステップと、
   前記第１の電気信号の電圧値が基準信号の電圧値を上回るのに応答して、第３の電子回路で回路故障信号を生成するステップと、
   前記第１の電気信号の電圧値を第４及び第５の電子回路で監視するステップと、
   前記第１の電気信号の電圧値が温度閾値に対応する電圧値を上回るのに応答して、前記第４の電子回路で過熱信号を生成するステップと、
   前記第１の電気信号の電圧値が第２の基準信号に対応する電圧値より大きいことに応答して、前記第５の回路で回路故障信号を生成するステップと、
   前記第１の電子回路又は前記第４の電子回路で生成される過熱信号、または、前記第３の電子回路又は前記第５の電子回路で生成される回路故障信号の生成に応答して、前記第２の電子回路により、前記プリントヘッドから電力を分断するステップと、を含み、
   前記第１及び第４の電子回路は、異なる集積回路で実装され、
   前記第３及び第５の電子回路は、異なる集積回路で実装される、方法。
2. 請求項１に記載の方法であって、さらに、
   前記第１の電子回路を実装する集積回路における電気的接地損失の検出に応答して、オープングランド信号を生成するステップと、
   前記オープングランド信号の生成に応答して、前記プリントヘッドから電力を分断するステップと、を含む方法。
3. 請求項１に記載の方法であって、
   前記第１及び第３の電子回路は、異なる集積回路で実装され、
   前記方法は、さらに、
   前記第１及び第３の電子回路を実装する集積回路のうち１つにおける電気的接地損失の検出に応答して、オープングランド信号を生成するステップと、
   前記オープングランド信号の生成に応答して、前記プリントヘッドから電力を分断するステップと、を含む方法。
4. プリンタ内のプリントヘッドへ供給される電力を監視するシステムであって、
   第１の電気信号を監視し、第１の電子回路が、前記第１の電気信号を参照してプリントヘッドの熱暴走状態を検出するのに応答して、プリントヘッドへの電力供給を終了させるように構成された第１の電子回路と、
   前記第１の電気信号の電圧値を監視し、前記第１の電気信号の電圧値に対応する温度を用いて前記プリントヘッドへ供給される電力量を調節するように構成された第２の電子回路と、
   前記第１の電気信号の電圧値を監視し、第３の電子回路がプリントヘッドの熱暴走状態を検出するのに応答して、プリントヘッドへの電力供給を終了させるように構成された第３の電子回路と、
   前記第１及び第３の電子回路を実装する集積回路のうち１つにおける電気的接地損失の検出に応答して、オープングランド信号を生成するように構成された第４の電子回路と、
   前記第１、第３及び第４の電子回路に接続され、前記第１の電子回路及び第３の電子回路によるプリントヘッドの熱暴走状態の検出、及び、前記第４の電子回路によるオープングランド信号の生成のいずれか１つに応答して、前記プリントヘッドから電力を分断するように構成されたスイッチと、を含み、
   前記第１及び第３の電子回路は、異なる集積回路で実装される、システム。

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