JP5451201B2 - 電力供給回路を備えた機器 - Google Patents

Description

本発明は、電力供給回路を備えた機器に関する。

記録装置は、記録ヘッドに設けられた電気熱変換体を用いて電力を熱に換え、その熱を利用してインクを紙面へ吐出させる。特許文献１には、電気熱変換体に対して安定した電圧値で電力を供給するために、コンデンサ（例えば、電解コンデンサ）を備えている。この電力を記録ヘッドへ供給する電力供給回路は、半導体スイッチ（例えばＦＥＴ）を設けており、必要に応じてその開閉を行っている。この電力供給回路には、放電回路を備え、記録装置が記録動作を行わない場合には、コンデンサに蓄積した電荷をアース（グランド）へ放出する構成を備えている。

特開２００３−１４５８９２号公報

しかしながら、記録装置を起動するときや記録動作を開始する前に、電源から電力供給を行うと、電流値が大きい突入電流が生じる。理由は、コンデンサに蓄積されている電荷量が少ないために、コンデンサと電源との電位差が大きいためである。このため、電流値を抑制するための回路を備えると回路規模が大きくなり、コストアップの原因となる。

本発明は、上記課題に鑑みてなされ、その目的は、電流値が大きい突入電流の発生を抑制する記録装置を低コストにて提供することである。

上述の課題を解決し、目的を達成するために、本発明の機器は、駆動する負荷を備える機器であって、前記負荷を駆動する電圧を生成する電源回路と、前記電源回路から前記負荷へ電力を供給する供給ラインに接続され、前記負荷の電位を安定させるコンデンサと、前記負荷の消費電力より小さい電力を、前記コンデンサへ供給可能でかつ、前記コンデンサから放電可能な充電／放電回路と、前記負荷の消費電力より大きい電力を、前記コンデンサへ供給可能な充電回路と、前記充電／放電回路と前記充電回路をそれぞれ動作させるためのスイッチ回路とを備え、前記充電／放電回路は、複数のトランジスタと、抵抗素子と、ダイオードとを備え、前記複数のトランジスタのうち２つのトランジスタのベース電極が互いに接続されかつ前記２つのトランジスタのエミッタ電極が前記供給ラインに接続され、前記２つのトランジスタの一方のトランジスタとグランドとの間に前記抵抗が接続され、前記２つのトランジスタの他方のトランジスタのコレクタと前記抵抗との間に前記ダイオードが接続されていることを特徴とする。

本発明によれば、コンデンサに予備的な電荷の蓄積を行う回路について、コンデンサに蓄積されている電荷を放電させる回路と兼用することができ、回路規模の増大を抑制することができる。

本発明の第１の実施形態における電源供給回路の説明図である。 第１実施形態におけるタイミングの説明図である。 本発明の第２の実施形態における電源供給回路の説明図である。 第２実施形態におけるタイミングの説明図である。 本発明の実施形態における記録装置の斜視図である。 本発明の実施形態における記録装置の制御構成の説明図である。

以下に、本発明に係る実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。この実施形態では、電力負荷として記録ヘッド、機器として記録装置を例にして説明する。

［第１実施形態］
図１は、第１実施形態における電力供給回路（電力供給装置）１００の説明図である。Ｈ１はインク滴を吐出する記録ヘッドである。Ｃ１は記録ヘッドＨ１の近傍に配置されたコンデンサである。このコンデンサにより、記録ヘッドの電位を安定化させる。

Ｑ１は、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）である。抵抗Ｒ１及び抵抗Ｒ２はＱ１に必要な駆動電圧を与えるための抵抗素子である。スイッチＳＷ１は信号Ｈｏｎに基づきＱ１のオン／オフを行う。スイッチＳＷ１をオンすることで、コンデンサＣ１に対して充電動作が行われる。

Ｑ３とＱ４はトランジスタであり、図１に示すようにベース電極が互いに接続されカレントミラー回路を構成する。抵抗Ｒ６は、２つのトランジスタのうち一方のトランジスタに接続されており、カレントミラー回路の基準電流を規定する。トランジスタＱ２のオン／オフによりカレントミラー回路の動作／停止が切り替わる。トランジスタＱ２は、Ｒ６とトランジスタＱ３との間に接続されている。この抵抗Ｒ６は、トランジスタＱ４に流れる電流値を定める。ダイオードＤ１は、２つのトランジスタのうち他方のトランジスタＱ４のコレクタ端子と抵抗Ｒ６とトランジスタＱ２との間に接続されている。このダイオードＤ１は、トランジスタＱ３から記録ヘッドＨ１およびコンデンサＣ１へ電流が流れない様に制限する。また、このダイオードＤ１によりコンデンサＣ１から抵抗Ｒ６へ放電する。

抵抗Ｒ３，抵抗Ｒ４，スイッチＳＷ２は，トランジスタＱ２のオン／オフを行うために設けられている。抵抗Ｒ３，抵抗Ｒ４，スイッチＳＷ２，トランジスタＱ２により、カレントミラー回路の動作／停止を切替える切替え回路を構成している。

信号ＰｒｅＣＨＧは、カレントミラー回路の動作のオン／オフを指示する。信号Ｈｏｎは、ＦＥＴのオン／オフを行う。信号Ｈｔは、記録ヘッドＨ１の駆動のオン／オフを行う。

このカレントミラー回路とＦＥＴは、電源回路で生成される電圧ＶＨを入力する。また、カレントミラー回路とＦＥＴは、記録ヘッドやコンデンサと接続している。このように、カレントミラー回路とＦＥＴは、電源回路から記録ヘッドへの電力を供給する電力供給ラインに並列接続されている。

図２は、図１に示した回路の動作を説明するタイミング図である。この図２は、記録装置の電源オン状態である。

まず、タイミングｔ１にて、信号ＰｒｅＣＨＧをイネーブル状態（ハイレベル状態）にしたとき、スイッチＳＷ２がオン状態になり、Ｒ３とＲ４で決められるベース電流によりＱ２は飽和駆動状態となる。Ｑ２を飽和領域に移行させるのに十分なベース電流となるように、Ｒ３とＲ４の抵抗値は定められている。

Ｑ２の飽和によってＱ３がアクティブ状態になる。電源から供給される電圧ＶＨからＱ３のベースーエミッタ間電圧Ｖｂｅを差し引いた電圧値と、Ｒ６の抵抗値により定められた電流によって、電流Ｉ０が流れる。この電流Ｉ０と等しい電流Ｉ１がＱ４から、コンデンサＣ１、記録ヘッドＨ１へ向けて流れる。これによって、コンデンサＣ１の電圧Ｖｃは徐々に上昇する。コンデンサＣ１は一定電流で充電されるため、電圧Ｖｃの上昇も一定となる。

タイミングｔ２において、電圧Ｖｃは電位Ｖ１（電源電圧ＶＨからＱ４のＶｂｅだけ低い電圧）に近づくと、Ｉ１の電流量は急激に減少する。これは、Ｑ４のエミッタ電位とコレクタ電位（図１のＡ点の電位）の差が小さくなるためである。

記録ヘッドを用いて記録動作を行うために、タイミングｔ３にて信号Ｈｏｎをイネーブル状態（ハイレベル状態）にすると、Ｑ１がオン状態（飽和駆動状態）となる。Ｑ１がオン状態になると、電源とコンデンサとの電位差（Ｖｂｅ）があるために電流Ｉ２が発生する。この電流Ｉ２により、電圧ＶｃはＶ１からＶＨへ上昇する。これにより、コンデンサＣ１に電圧ＶＨレベルの電荷を蓄積させることができる。

なお、コンデンサＣ１に電荷が満たされる（電源とコンデンサとの電位差がなくなる）ため、比較的短期間で、電流Ｉ２の電流値は０になる。

次に、タイミングｔ４にて信号Ｈｏｎの状態をイネーブル状態（ハイレベル状態）からディセーブル状態（ロウレベル状態）に変更した場合、電位ＶｃはＶ１まで下がる。この電位Ｖ１は、Ｑ２のコレクタ電位とダイオードＤ１のＶｆ電圧との和に対応している。この場合、コンデンサＣ１に蓄積されている電荷がダイオードＤ１と抵抗Ｒ６を介してグランドへ放電されることで、電位はＶ１まで降下する。

次に、タイミングｔ５にて信号ＰｒｅＣＨＧの状態をイネーブル状態からディセーブル状態に変更し、スイッチＳＷ２をオフする。これに伴って、Ｑ２がオフし、Ｑ３やＱ４の動作は停止する。このため、コンデンサＣ１からダイオードＤ１と抵抗Ｒ６を経て電荷の放流が開始される。電流Ｉ３がこの電荷の放流に対応する。なお、ダイオードＤ１のＶｆ電位差分に対応する電荷がコンデンサＣ１に残る。従って、電位ＶｃはＶ２となる。なお、信号ＰｒｅＣＨＧや信号Ｈｏｎの状態の制御は制御部により行われる。

以上のように、信号ＰｒｅＣＨＧを制御することで、コンデンサＣ１に対する予備的な充電処理と放電処理を行うことができる。Ｒ６は、コンデンサＣ１に対する充電する電流を制限する機能と、コンデンサＣ１から電荷を放電する電流を制限する２つの役割（機能）をもっている。

［第２実施形態］
図３は、第２実施形態における電力供給回路（電力供給装置）１００の説明図である。図１と同じ働きをする部品は、同一の符号をつけている。なお、図１と同じ機能の部品や回路部の説明は省く。図１と異なる部分の説明をする。

トランジスタＱ５のエミッタ電極とトランジスタＱ６のエミッタ電極とが接続されプッシュプル回路を構成している。スイッチＳＷ２は、プッシュプル回路のオン／オフを行う。抵抗Ｒ７は、プッシュプル回路を流れる電流をグランドへ逃がす役割をする。Ｒ６は、Ｑ５のベース電流を定める抵抗である。Ｒ５は、Ｑ５，Ｑ６のエミッタ電流を定める抵抗である。

このプッシュプル回路とＦＥＴは、電源回路で生成される電圧ＶＨを入力する。また、プッシュプル回路とＦＥＴは、記録ヘッドやコンデンサと接続している。このように、プッシュプル回路とＦＥＴは、電源回路から記録ヘッドへの電力を供給する電力供給ラインに並列接続されている。

図４は、図３で示した回路の動作について説明する図である。まず、タイミングｔ１において、信号ＰｒｅＣＨＧがイネーブル状態（ハイレベル状態）にしたとき、スイッチＳＷ２がオンし、抵抗Ｒ６と抵抗Ｒ７に電圧ＶＨを与える。Ｑ５のエミッタ電位にＱ５のベース−エミッタ間電圧Ｖｂｅ加えた電位によってベース電流を生成する。このベース電流に基づいて、Ｑ５のエミッタ電流がＲ５を介してコンデンサＣ１へ流れる。この電流がＩ１である。電流Ｉ１により、コンデンサＣ１に充電がなされ、コンデンサＣ１の端子電圧は徐々に上昇する。この様子を表しているのがＶｃである。Ｖｃの電位は、Ｒ５の抵抗値とＣ１の容量にて定まる時定数に従って放物線状のカーブに沿って上昇する。電圧Ｖｃが電位ＶＨからＱ５のベース−エミッタ間電圧Ｖｂｅだけ低い電圧レベルまでタイミングｔ２にて達する。

タイミングｔ３にて、信号Ｈｏｎをイネーブル状態（ハイレベル状態）とする。これにより、ＳＷ１がオン状態になり、Ｑ１がオンし、電流Ｉ２がコンデンサＣ１へ流れる。従って、電位Ｖｃは、電位ＶＨまで上昇する。Ｑ１がオンになった瞬間は電流が流れるが、電位がＶＨに近づくにつれ電流は０に収束する。

タイミングｔ４にて、信号Ｈｏｎをディスイネーブル状態（ロウレベル状態）とする。Ｑ１がオフ状態になったため、電位Ｖｃは、電位ＶＨからＱ５のベースーエミッタ間電圧Ｖｂｅだけ低い電圧レベルまで下がる。

タイミングｔ５にて、信号ＰｒｅＣＨＧの状態をイネーブル状態からディセーブル状態に変更すると、Ｑ５がオフ状態となり、Ｑ６がオン状態となる。

これは、Ｑ６のベース電位は相対的にＱ６のエミッタ電位よりも低くなり、Ｑ６のＶｂｅが所定の電位差を超えてからベース電流が発生する。このベース電流は抵抗Ｒ６とＲ７で定められた電流が流れる。このとき流れるエミッタ電流値は、ベース電流のＨｆｅ倍の電流値である。このエミッタ電流がコレクタへと流れる。このとき、Ｒ５を経てコンデンサＣ１に蓄積されている電荷の放流が行われる。

以上のように、信号ＰｒｅＣＨＧを制御することで、コンデンサＣ１に対する予備的な充電処理と放電処理を行うことができる。コンデンサＣ１に蓄積されている電荷を放流するために、Ｉ３で示すような電流が発生する。上述したように、Ｒ５は放電の電流の制限抵抗としても機能する。

なお、上述したプッシュプル回路において、Ｑ５とＱ６に貫通電流が流れることを防止するための回路を備えても構わない。

［共通の実施形態］
以上のように、上述した２つの実施形態では、記録装置は、電力の供給能力が異なる２つの電力供給回路を備えている。

まず、第１の電力供給回路（第１の充電回路）は第１の電力量で供給可能であり、第２の電力供給回路（第２の充電回路）は第２の電力量で供給可能である。この電力量は、単位時間あたりの電力量である。まず、第１の電力供給回路により第１の電力量の電力供給を行い、その後、第２の電力供給回路により第２の電力量の電力供給を行う。

また、電力の大小関係は、第１の電力量＜第２の電力量である。また、記録動作を行うときの、記録ヘッドが消費する最大電力量を第３の電力量とすると、
第１の電力量＜第３の電力量＜第２の電力量の関係となる。

そして、第１の電力供給回路は、放電機能も備えている。即ち、第１の電力供給回路は充電と放電が可能な充電／放電回路である。

次に、上述した実施形態に適用するインクジェット記録装置の説明をする。図５はインクジェット記録装置１の斜視図である。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う記録ヘッド３をキャリッジ２に搭載している。この記録ヘッド３は、図１や図２における記録ヘッドＨ１に対応している。キャリッジ２には、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。記録時には、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う。７は記録媒体Ｐを搬送する搬送ローラであり、搬送モータＭ２によって駆動される。

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。

図５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、この実施例の記録ヘッド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ている。このため、記録ヘッド３には熱エネルギーを発生するために電気熱変換体を備えている。

図６はインクジェット記録装置の制御構成の説明図である。１００は、図１や図３にて示した電力供給回路である。１１０は記録装置の制御部である。この制御部１１０は記録装置の動作を制御する。制御部１１０は、ＣＰＵ１１１とＲＡＭ１１２とＲＯＭ１１３を備えている。３００はホスト装置（例えばパソコンなど）である。１４０はインターフェース部である。１２０と１３０はモータドライバである。

２００は商用電源から入力したＡＣ電圧をＤＣ電圧に変換するＡＣ／ＤＣ変換回路（電源回路）である。このＡＣ／ＤＣ変換回路２００は、ＶＨ電圧（例えば２０ボルト）やロジック電圧（例えば５ボルト）を生成する。ＡＣ／ＤＣ変換回路２００にて生成されたＶＨ電圧は電力供給回路１００へ供給される。この電力供給回路１００には、上述したように、電力供給能力が異なる２つの電力供給部（充電回路）が設けられている。また、ＡＣ／ＤＣ変換回路２００にて生成されたロジック電圧は制御部１１０へ供給される。制御部１１０は、電力供給回路１００に対して信号ＰｒｅＣＨＧ、信号Ｈｏｎの状態を変更する。また、制御部１１０は、記録を行う際に記録ヘッドＨ１に対して信号Ｈｔを出力する。例えば、記録ヘッドＨ１と電力供給回路１００はキャリッジ２に配置する構成である。電力供給回路１００とＡＣ／ＤＣ変換回路２００はフレキケーブルを介して接続されている。同様に、電力供給回路１００と制御部はフレキケーブルを介して接続されている。

［その他の実施形態］
以上のように、上述した実施形態では、負荷が記録ヘッド、機器が記録装置を例にして説明したが、この形態に限定するものではない。例えば、電力供給回路が供給する対象の負荷は、モータ、ヒータ、ＣＰＵなどの集積回路などでも構わない。

上述した説明では、電力供給回路１００を制御する制御部は記録装置の動作を制御する構成であったが、電力供給回路１００のみを制御する専用の制御回路であっても構わない。

なお、別の形態として、電力供給回路１００において、コンデンサＣ１と他の回路部を２つに分け、コンデンサＣ１を記録ヘッドＨ１とともにキャリッジ２に配置する構成でも構わない。

なお、別の形態として、記録装置にいわゆるＡＣアダプタを介してＤＣ電圧を入力する構成であっても構わない。この場合には、ＡＣ／ＤＣ変換回路２００の代わりにＤＣ／ＤＣコンバータとする。

Ｑ１ ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）
Ｃ１ コンデンサ
Ｄ１ ダイオード
１００ 電力供給回路
１１０ 制御部
２００ ＡＣ／ＤＣ変換回路

Claims (6)

1. 駆動する負荷を備える機器であって、
   前記負荷を駆動する電圧を生成する電源回路と、
   前記電源回路から前記負荷へ電力を供給する供給ラインに接続され、前記負荷の電位を安定させるコンデンサと、
   前記負荷の消費電力より小さい電力を、前記コンデンサへ供給可能でかつ、前記コンデンサから放電可能な充電／放電回路と、
   前記負荷の消費電力より大きい電力を、前記コンデンサへ供給可能な充電回路と、前記充電／放電回路と前記充電回路をそれぞれ動作させるためのスイッチ回路とを備え、
   前記充電／放電回路は、複数のトランジスタと、抵抗素子と、ダイオードとを備え、
   前記複数のトランジスタのうち２つのトランジスタのベース電極が互いに接続されかつ前記２つのトランジスタのエミッタ電極が前記供給ラインに接続され、前記２つのトランジスタの一方のトランジスタとグランドとの間に前記抵抗が接続され、前記２つのトランジスタの他方のトランジスタのコレクタと前記抵抗との間に前記ダイオードが接続されていることを特徴とする機器。
2. 前記充電回路は電界効果トランジスタを備えることを特徴とする請求項１に記載の機器。
3. 前記機器は、更に、前記スイッチ回路を制御する制御回路を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の機器。
4. 前記制御回路は、前記機器が動作を開始するとき、前記充電／放電回路の充電動作を実行するために前記スイッチ回路を操作し、その後、前記充電回路の充電動作を実行するために前記スイッチ回路を操作することを特徴とする請求項３に記載の機器。
5. 前記充電／放電回路は、前記２つのトランジスタのエミッタ電極が互いに接続されるプッシュプル回路を備えることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の機器。
6. 前記負荷は記録ヘッドを含み、前記機器は記録装置を含むことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の機器。

Images