JP6132637B2

JP6132637B2 - インクジェット記録装置、充電制御方法

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Publication number: JP6132637B2
Application number: JP2013083320A
Authority: JP
Inventors: 高光徳田; 雅生森; 林崎　公之; 公之林崎
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Filing date: 2013-04-11
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Description

本発明は、蓄電部を有する記録ヘッドを備えたインクジェット記録装置、充電制御方法に関する。

従来から、ＥＤＬＣ（電気二重層キャパシタ：ＥｌｅｃｔｒｉｃＤｏｕｂｌｅ−ｌａｙｅｒＣａｐａｃｉｔｏｒ）を搭載したインクジェット記録装置が知られている（特許文献１）。ＥＤＬＣは、例えば、インクジェット記録装置のキャリッジに搭載され、ヒータの駆動電源として用いられる。そのような構成にすることにより、インクジェット記録装置本体と記録ヘッド間の電源配線をなくすことができる。また、さらに、記録データ等の通信を赤外線等の無線通信で行うように構成することで、フレキシブルケーブル自体をなくすこともできる。

そのような構成において、ＥＤＬＣには、記録の中断を防ぐために、少なくとも記録媒体の１ページ分を記録完了できる分の蓄電容量が求められる。これは、ページ記録の最中に回復処理等で休止すると、その休止中に記録ヘッドの温度が急激に低下し、記録濃度が変化してしまうからである。そのような現象は、高デューティ画像の場合に顕著となる。従って、ＥＤＬＣの容量は、少なくとも１ページ分の高デューティ画像の記録に必要な最低限の電力容量とされる。しかしながら、そのような電力容量は比較的大きいものであり、その結果、ＥＤＬＣの充電時間も長くなってしまう。また、特に連続ページ記録時には、途中で長時間の待機時間を強いられることになる。

特許文献２には、大容量のＥＤＬＣを新たに構成し、小容量のＥＤＬＣを直接充電する構成が記載されている。そのような構成において、満充電された大容量のＥＤＬＣと、完全放電された小容量のＥＤＬＣを並列に接続すると、双方のＥＤＬＣ電圧が均等になるよう電流が流れる。ＥＤＬＣは等価直列抵抗が低いので、数秒から十数秒程度で充電を完了させることができる。

特開平１１−３２０９２８号公報特表２００９−５３５００７号公報

その大容量のＥＤＬＣがインクジェット記録装置本体側に構成され、装置の開梱時や電源コードのプラグがコンセントから抜かれて長期間放置されていた場合には、大容量のＥＤＬＣの充電が必要である。しかしながら、上述のキャリッジに搭載されるＥＤＬＣよりも長時間の充電時間が必要であり、結果として待機時間も長くなってしまう。

本発明の目的は、このような従来の問題点を解決することにある。本発明は、上記の点に鑑み、蓄電部の充電に伴う待機時間を低減するインクジェット記録装置、充電制御方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係るインクジェット記録装置は、記録媒体にインクを吐出する記録ヘッドを搭載し記録媒体に対して移動可能に構成されたキャリッジに設けられ、前記記録ヘッドに電力を供給する、電気化学キャパシタからなる第１の蓄電部と、前記第１の蓄電部より大きな容量を有するとともに、前記キャリッジを備えるインクジェット記録装置の本体側に設けられ、前記本体側の機構部への電力の供給と前記第１の蓄電部への電力の供給とを行う、電気化学キャパシタからなる第２の蓄電部と、前記第２の蓄電部の蓄電容量に基づき前記第１の蓄電部及び前記第２の蓄電部への電力供給経路を変更する制御手段と、を備え、前記制御手段は、電源投入時における前記第２の蓄電部の蓄電容量が閾値未満である場合には、電源を前記第１の蓄電部をバイパスして前記第１の蓄電部に接続することにより前記第１の蓄電部を充電するとともに、前記第１の蓄電部の充電完了後に電源を前記本体側の機構部へ接続することにより記録可能状態とする、ことを特徴とする。

本発明によれば、蓄電部の充電に伴う待機時間を低減することができる。

インクジェット記録装置の構成を示す図である。インクジェット記録装置の制御構成を示すブロック図である。インクジェット記録装置のキャリッジ周辺の構成を示す図である。ＥＤＬＣ充電のための機能ブロック構成を示す図である。充電制御処理の手順を示すフローチャートである。第１充電モード用の各切換部の設定を説明するための図である。第２充電モード用の各切換部の設定を説明するための図である。第２充電モード用の各切換部の設定を説明するための他の図である。

以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施形態を詳しく説明する。尚、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る本発明を限定するものでなく、また本実施形態で説明されている特徴の組み合わせの全てが本発明の解決手段に必須のものとは限らない。なお、同一の構成要素には同一の参照番号を付して、説明を省略する。

〔第１の実施形態〕
図１は、本実施形態におけるインクジェット記録装置の構成を示す図である。インクジェット記録装置は、大きく、給紙機構部、送紙機構部、排紙機構部、キャリッジ部、回復機構部（クリーニング部）、制御部を含む。本実施形態では、記録対象の画像データ等に基づいて、記録ヘッドに構成された吐出口（ノズル）から記録媒体上にインク滴を吐出して記録を行うインクジェット記録装置を記録装置の一例として説明する。また、本実施形態では、記録ヘッドを記録媒体の搬送方向と交差する走査方向に往復移動させるシリアルスキャン型のインクジェット記録装置を説明する。

インクジェット記録装置１００は、記録媒体の搬送方向と交差する走査方向に往復移動するキャリッジ１０１が搭載されている。ここで、記録媒体としては、用紙、プラスチックシート、布、不織布等、シート状をした画像記録が可能なものであれば種々の材質のものが使用可能である。以下，シート状をした記録媒体のことを単にシートと呼ぶ。

［給紙機構部］
給紙機構部は、シートを積載する圧板１０２、シートを給送する給紙ローラ、シートを分離する分離ローラ、シートを積載位置に戻すための戻しレバーを含む。それらは、給紙ベース１０３に取り付けられている。積載されたシートを保持するための給紙トレイは、給紙ベース１０３又はインクジェット記録装置１００の外装に取り付けられている。給紙トレイは多段式であり、使用時に引き出されて使用される。給紙ローラは、断面円弧の棒状の回転体である。給紙ローラには、シートの端縁基準寄りの位置に１つの給紙ローラゴムが設けられている。給紙ローラによってシートの給送が行われる。給紙ローラは、給紙機構部に設けられた給紙モータから駆動伝達ギア及び遊星ギア等を介して伝達される駆動力によって駆動される。

圧板１０２には、可動サイドガイド１０４が移動可能に設けられ、シートの積載位置を決定している。圧板１０２は、給紙ベース１０３に取り付けられた支持軸を中心に揺動可能であり、圧板バネにより給紙ローラに向けて付勢されている。給紙ローラと対向する圧板１０２には、分離シートが設けられている。この分離シートは、積載された複数枚のシートのうちの最上位の数枚の重送を防止するためのものであり、人工皮革等の摩擦係数の大きい材質で形成されている。圧板１０２は、圧板カムによって給紙ローラに対して当接／離間できるように構成されている。さらに、給紙ベース１０３には、シートを１枚ずつ分離するための分離ローラを軸支した分離ローラホルダが取り付けられている。分離ローラホルダは、給紙ベース１０３に設けられた回転軸を中心に回転可能であり、かつ、分離ローラばねにより給紙ローラに付勢された状態で取り付けられている。

分離ローラには分離ローラクラッチ（クラッチばね）が取り付けられている。分離ローラクラッチは、分離ローラに所定以上の負荷がかかると、分離ローラが取り付けられた部分が回転できるように構成されている。分離ローラは、分離ローラリリースシャフトとコントロールカムとによって、給紙ローラに対して当接／離間される。圧板１０２、戻しレバー及び分離ローラの位置は、ＡＳＦセンサによって検知される。シートを積載位置に戻すための戻しレバーは、給紙ベース１０３に回転可能に取り付けられ、戻しレバーばねで解除方向に付勢されている。コントロールカムによって戻しレバーを回動させることにより、シートは積載位置に戻される。

ここで、給紙機構部の動作について説明する。通常の待機状態では、圧板１０２は、圧板カムでリリースされ、分離ローラは、コントロールカムでリリースされている。さらに、戻しレバーは、シートを積載位置に戻すとともに、積載時にシートが奥に入らないように積載口を塞ぐような積載位置に保持されている。その状態から給紙動作が始まると、モータ駆動により、まず、分離ローラが給紙ローラに当接する。そして、戻しレバーがリリースされ、圧板１０２が給紙ローラに当接する。その状態で、シートの給紙が開始される。シートは、給紙ベース１０３に設けられた前段分離部で制限され、所定枚数のみが給紙ローラと分離ローラの間のニップ部に送り出される。送り出されたシートは、ニップ部で分離され，最上位のシートのみが搬送（給送）される。

シートが後述の搬送ローラ１０５及びピンチローラ１０６からなる搬送ローラ対まで到達すると，圧板１０２は、圧板カムによってリリースされ、分離ローラは、コントロールカムによってリリースされる。また、戻しレバーは、コントロールカムによって積載位置に戻される。その際、給紙ローラと分離ローラとのニップ部に到達していたシートは、戻しレバーによって積載位置まで戻される。

［送紙機構部］
次に、送紙機構部について説明する。送紙機構部は、曲げ起こした板金からなるシャーシ１０７に取り付けられている。送紙機構部は、シートを搬送する搬送ローラ１０５とＰＥセンサ（紙端検知センサ）を有する。搬送ローラ１０５は、金属軸の表面にセラミックの微小粒をコーティングした構造をしており、両端の金属軸部分を軸受で軸支することでシャーシ１０７に取り付けられている。搬送ローラ１０５と軸受との間に，搬送ローラ１０５を付勢して所定の負荷を与えるための搬送ローラテンションばねが設けられている。搬送ローラテンションばねは、搬送ローラ１０５に回転時の負荷を与えることにより、安定した搬送を実現する。

搬送ローラ１０５には、従動回転する複数のピンチローラ１０６が当接して設けられている。各ピンチローラ１０６は、ピンチローラホルダ１０８に保持されており、ピンチローラばねによって搬送ローラ１０５に圧接されることでシートの搬送力を生み出している。ここで、ピンチローラホルダ１０８は、その回転軸がシャーシ１０７の軸受で軸支されており、回転軸を中心に回動可能である。さらに、シートが搬送されてくる送紙機構部の入口には、シートをガイドするペーパーガイドフラッパ及びプラテン１０９が配設されている。また、ピンチローラホルダ１０８には、シートの先端及び後端の検知をＰＥセンサに伝えるためのＰＥセンサレバーが設けられている。プラテン１０９は、シャーシ１０７に取り付けられて位置決めされている。ペーパーガイドフラッパは，搬送ローラ１０５と嵌合し、摺動軸受部を中心に回動可能であり、シャーシ１０７に当接することで位置決めされる。プラテン１０９のシート端縁基準側にはシートの端縁部を覆うシート抑えが設けられている。これによって、端部が変形したシートやカールしたシートについて、シートの端部が浮き上がってキャリッジ１０１又は記録ヘッドに接触することを防いでいる。さらに、搬送ローラ１０５のシート搬送方向下流側には、記録対象の画像データに基づいて画像を記録する記録ヘッドが設けられている。送紙機構部に送られてきたシートは、ピンチローラホルダ１０８及びペーパーガイドフラッパに案内されて、搬送ローラ１０５とピンチローラ１０６のニップ部へ送り込まれる。その際、搬送されてきたシートの先端をＰＥセンサレバーで検知することにより、シートの記録位置（記録位置、画像形成位置）が算出される。

シートは、搬送モータにより搬送ローラ１０５が回転するとともにピンチローラ１０６が従動回転することで、プラテン１０９の上面に沿って搬送される。プラテン１０９上には搬送案内面（上下方向基準位置）となるリブが形成されている。このリブは、シートと記録ヘッドとのギャップ（距離）を管理するとともに、排紙機構部と協働してシートのコックリング（波打ち）を規制している。これによって、記録ヘッドにより記録されるシート部分のコックリングによる画質低下を防いでいる。搬送ローラ１０５は、ＤＣモータ等の搬送モータの回転力がタイミングベルト１１０で搬送ローラ軸に設けたプーリ１１１に伝達することで駆動される。

搬送ローラ１０５の軸上には、搬送ローラ１０５による搬送量を検出するためのコードホイール１１２が設けられている。コードホイール１１２には、１５０ｄｐｉ〜３００ｄｐｉのピッチでマーキングが形成されている。シャーシ１０７のコードホイール１１２に隣接する部位には，コードホイール１１２のマーキングを読み取るためのエンコーダセンサ１１３が取り付けられている。

［キャリッジ部］
本実施形態における記録ヘッドは、インクジェット記録ヘッドである。記録ヘッドには、インク色ごとに別体のインクタンク１１４が交換可能に装着される。また、記録ヘッドには、複数の吐出口（ノズル）を配列して形成された吐出口列が設けられている。記録データに基づいて各吐出口内のヒータ（発熱素子）を駆動し、各吐出口から選択的にインク滴を吐出することにより、シートに画像が記録される。本実施形態における記録ヘッドでは、吐出口内のインクに膜沸騰を生じさせ，この膜沸騰による気泡の成長または収縮によって生じる圧力変化によって吐出口からインク滴を吐出する。その時、ヒータ１つ当たりに流れる電流値は瞬間的に極めて高い電流値となる。同時にオン（加熱）となるヒータ数が多い場合には、例えば１〜数アンペア程度のパルス状の電流がヒータを駆動するための電源線及び接地線（ＧＮＤ）に流れる。ヒータに必要な電圧は、一般的な制御系用電圧よりもはるかに高い。

キャリッジ部は、記録ヘッドを搭載して往復移動するキャリッジ１０１を有する。キャリッジ１０１は、シートの搬送方向と交差する方向に設置されたガイドシャフト１２４及びガイドレール１１５に沿って往復移動（主走査）可能に案内支持されている。キャリッジ１０１が移動して走査を行う場合には、キャリッジ１０１に搭載されたキャリッジ用エンコーダがエンコーダスケール３０２を光学的に読み取り、現在のキャリッジ１０１の位置情報として出力する。ガイドシャフト１２４は、キャリッジ１０１の往復移動を案内するための案内機構を構成する。ガイドレール１１５は、キャリッジ１０１の後端部を支持することで，記録ヘッドとシートとの距離（ギャップ）を適正値に維持する機能も有している。ガイドシャフト１２４はシャーシ１０７に取り付けられた軸部材で構成され、ガイドレール１１５はシャーシ１０７の一部に一体に形成されている。ガイドレール１１５のキャリッジ１０１との摺動部には、ＳＵＳ等の薄板の摺動シート１１６が張設され、摺動音の低減化が図られている。

［排紙機構部］
排紙機構部には、２本の排紙ローラが設けられている。各排紙ローラには、拍車が従動回転可能に圧接されている。各排紙ローラを搬送ローラ１０５と同期回転させることにより、記録されたシートをインクジェット記録装置１００本体外に排出する。本実施形態では、排紙ローラはプラテン１０９に取り付けられている。搬送方向上流側の排紙ローラは、金属軸に複数のゴム部（排紙ローラゴム）が設けられて構成されている。第１の排紙ローラは、搬送ローラ１０５からの駆動がアイドラーギアを介して伝達されることにより駆動される。第２の排紙ローラ１１７は、樹脂の軸に複数のエラストマー等の弾性体を取り付けた構成になっている。第２の排紙ローラ１１７は、第１の排紙ローラからアイドラーギアを介して駆動を伝達されることにより駆動される。

拍車として、例えば、ＳＵＳの薄板で周囲に凸形状を複数設けたものを樹脂部と一体化したものが使用される。拍車は、拍車ベース１１８に取り付けられている。本実施形態では、各拍車は、拍車ばねを介して拍車ベース１１８に取り付けられている。また、各拍車は、拍車ばねのばね力によって排紙ローラに圧接されている。拍車には、主にシートの搬送力を生み出すものと、主に記録される時のシートの浮き上がりを阻止するものとの２種類がある。搬送力を生み出す拍車は、排紙ローラのゴム部（排紙ローラゴム部、弾性体部）に対応する位置に配設されている。一方、シートの浮き上がりを阻止するための拍車は、排紙ローラのゴム部（排紙ローラゴム部）が無い位置、例えばゴム部とゴム部との間などに配設されている。

以上の構成によって、キャリッジ部の記録ヘッドにより記録されたシートは、排紙ローラと各拍車のニップ部に挟持されてインクジェット記録装置１００の本体外に排出され、排紙トレイ上に載置される。排紙トレイは、複数の部材から成る分割構造を有し、使用時には引き出して使用する。また、排紙トレイは、その先端に向けて高さが高くなるように形成され、その両側端縁も高さが高く形成されており、それによって、排出されたシートの積載性向上並びにシートの記録面の擦れ防止が図られている。

［回復機構部］
回復機構部（クリーニング機構部）１２３には、専用の回復モータ１１９が設けられている。回復機構部１２３においては、回復モータ１１９の一方向の回転によりポンプ１２０を作動させ、他方向の回転によりキャップ１２１の圧接離間動作及びブレード１２２の拭掃動作を作動させる。それらの作動の切り替えは、ワンウェイクラッチにより行われる。ポンプ１２０は、例えば、キャップ１２１に接続された２本のチューブをポンプコロでしごくことで負圧を発生させる吸引ポンプで構成される。そして、記録ヘッドの吐出面をキャッピングした状態でポンプ１２０を作動させることにより、記録ヘッドの吸引回復処理が行われる。この吸引回復処理は、記録ヘッドの吐出口からインクと共に増粘インクや気泡や埃等の異物を吸引排出することにより吐出口内のインクをリフレッシュする。その結果、インク吐出性能を維持回復することができる。

キャップ１２１の内部には、吸引後に記録ヘッドの吐出面上に残留する付着インク量を低減するためのインク吸収体が装填されている。また、キャップ１２１内のインク吸収体に残留インクが固着する弊害を防ぐために、キャップ１２１を開けた状態でポンプ１２０を作動させることにより残留インクを吸引する空吸引動作が行われる。ポンプ１２０で吸引された廃インクは、インクジェット記録装置１００の下部に設けられた廃インク吸収体に回収される。

回復機構部１２３における各種の回復動作、即ち、キャップ１２１によるキャッピング動作、ブレード１２２による拭掃動作、キャップ１２１とポンプ１２０の間の弁の開閉動作などは、同一軸上に複数のカムを設けたメインカムによって制御される。また、メインカムの回転位置は、フォトインタラプタ等の位置検出センサにより検出される。また、本実施形態では、ブレード１２２が一番奥に移動した際にブレードクリーナ１２５と接触させることにより、ブレード１２２自身に付着したインクを除去するブレードクリーニング動作を行う。

［制御部］
図２は、図１に示したインクジェット記録装置１００の制御構成を示すブロック図である。図２に示すように、制御部２１０は、ＭＰＵ２１１と、後述する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ＲＯＭ２１２を含む。また、制御部２１０は、キャリッジモータＭ１や搬送モータＭ２の制御及び記録ヘッド２０１の制御の為の制御信号を生成する特殊用途集積回路（ＡＳＩＣ）２１３と、画像データの展開領域やプログラム実行の為の作業用領域等を設けたＲＡＭ２１４とを含む。また、制御部２１０は、各ブロックを相互に接続してデータの授受を行うシステムバス２１５と、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ＭＰＵ２１１に供給するＡ／Ｄ変換器２１６とを含む。図２の記録ヘッド２０１は、図１の記録ヘッドに対応する。

また、図２において、ホスト装置２０２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）である。ホスト装置２０２とインクジェット記録装置１００との間ではインタフェース（Ｉ／Ｆ）２０３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、スイッチ群２２０は、電源スイッチ２２１、プリント開始を指令するためのプリントスイッチ２２２、及び記録ヘッド２０１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２２３などを含む。つまり、スイッチ群２２０は、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。センサ群２３０は、ホームポジションを検出するためのフォトカプラなどの位置センサ２３１、環境温度を検出するためにインクジェット記録装置１００の適宜の箇所に設けられた温度センサ２３２等から構成される。センサ群２３０は、インクジェット記録装置１００の状態を検出するためのセンサ群である。

さらに、キャリッジモータドライバ２４０は、キャリッジ１０１を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。また、搬送モータドライバ２５０は、シートを搬送するための搬送モータＭ２を駆動させる。ＡＳＩＣ２１３は、記録ヘッド２０１による記録走査の際に、ＲＯＭ２１２の記憶領域に直接アクセスしながら記録ヘッド２０１に対して発熱素子（ヒータ）の駆動データを転送する。

以上、説明したインクジェット記録装置１００の内部で、インクジェット記録装置１００本体に設けられた各機構部を駆動するための電動機部分と、ヒータとが最も電力消費量が多い。そして、ヒータはパルス駆動されており、配線や電源装置は、安全上、そのヒータに印加される高電圧のパルス電流の最大電流を考慮して余裕を持つように構成されている。なお、そのパルス電流によって電源線と信号線との間に電磁誘導や静電誘導による誘導障害（ノイズ）が発生して記録が乱れるおそれがあるので、種々のノイズ対策が採られている。

図３は、インクジェット記録装置１００のキャリッジ１０１周辺の構成を示す図である。本実施形態においては、キャリッジ１０１にＥＤＬＣ（ＥｌｅｃｔｒｉｃＤｏｕｂｌｅ−ｌａｙｅｒＣａｐａｃｉｔｏｒ）３０１が搭載されている。本実施形態においては、ＥＤＬＣとして、電気化学キャパシタを用いているが、リチウムイオンキャパシタを用いるようにしても良い。図３に示すように、ＥＤＬＣ３０１は、ガイドレール１１５に覆われるように設けられている。キャリッジ１０１が充電基板３０３の直下（ホームポジション）に位置すると、充電端子３０４が充電基板３０３の充電ピン３０５に接触し、ＥＤＬＣ３０１の充電が行われる。ＥＤＬＣ３０１は、小型で大きな静電容量（蓄電容量）を有し、充放電を繰り返して行ってもキャパシタとしての性能が劣化しにくい（例えばサイクル寿命は５０万回）、急速な充放電ができる、環境負荷が低い、安全性が高い等の長所を有する。そのような特徴により、ハイブリッド自動車等の補助電源や回生電力貯蔵装置、二次電池の代替デバイスや太陽光発電のエネルギバッファ等、様々な用途に用いられている。

インクジェット記録装置１００においては、ＥＤＬＣ３０１がキャリッジ１０１に搭載され、記録データ等のデータ通信は、赤外線等による無線通信で行うように構成されているので、図３に示すように、フレキシブルケーブルを必要としない。従って、ヒータを駆動するパルス電流に起因するノイズの影響を低減することができる。

また、インクジェット記録装置１００においては、ＥＤＬＣ３０１の充電時間の短縮のために、インクジェット記録装置１００の本体側にも大容量のＥＤＬＣを設け、ＥＤＬＣ３０１を直接に充電するように構成している。満充電の本体側のＥＤＬＣを、完全放電されたＥＤＬＣ３０１に並列に接続すると、双方のＥＤＬＣ電圧が均等になるように電流が流れる。一般的にＥＤＬＣは等価直列抵抗が低いので、数秒〜十数秒程度でＥＤＬＣ３０１の充電を完了させることができる。本実施形態においては、本体側のＥＤＬＣは、キャリッジ１０１の充電だけでなく、インクジェット記録装置１００に駆動電力を供給することができる。そのような構成により、より低定格のＡＣアダプタを用いることが可能となる。

ここで、例えばインクジェット記録装置１００の開梱時や電源コードのプラグをコンセントから抜いて長期間放置していた場合を考える。その際、本体側のＥＤＬＣが放電されていた場合には、まず、本体側のＥＤＬＣを満充電近くまで充電する必要がある。しかしながら、本体側のＥＤＬＣは、キャリッジ１０１側のＥＤＬＣ３０１よりもはるかに大容量であるので、充電には１０分以上必要とし、初期待機時間が従来よりも長くなってしまう。

そこで、本実施形態においては、本体側のＥＤＬＣが放電された状態である場合には、本体側のＥＤＬＣをバイパスして、キャリッジ１０１側のＥＤＬＣ３０１を優先的に充電する。そのような構成により、初期待機時間は、キャリッジ１０１側のＥＤＬＣ３０１の充電時間のみで済む。そして、キャリッジ１０１側のＥＤＬＣ３０１の充電完了後、本体側のＥＤＬＣの充電動作に移行する。なお、その時点では、ＡＣアダプタから直接にインクジェット記録装置１００本体に設けられた各機構部への電源供給が行われている。従って、本体側のＥＤＬＣの充電完了までは電源の定格が十分に満たないことによる搬送速度等の低下の可能性はあるものの、記録処理自体は開始可能となる。

インクジェット記録装置１００の電源構成は，電動機やヒータ等では、２４〜３２Ｖ程度の高電圧電源が必要であり、制御系／センサ系では、３〜５Ｖ程度の低電圧電源が必要である。なお，インクジェット記録装置１００のおよその消費電力は、高デューティ記録時のヒータ電力で約１０Ｗであり、白紙（非記録）部分の紙送り時の電動機電力で約２０Ｗであり、電源投入後の待機電力で約１２Ｗである。また、回復動作時の電力は、ポンプ駆動時で約２０Ｗでその所要時間は３分程度であり、予備吐出時で約１０Ｗでその所要時間は１０秒程度である。

一般的にＥＤＬＣ単体での出力電圧は最大２．３〜２．７Ｖ程度であるので、電動機やヒータ用に高電圧を生成するために、昇圧回路によりＥＤＬＣの出力電圧を昇圧する。また、ヒータ等の電源には、その電圧変動について２％以下という精度が求められるので、ＥＤＬＣの出力電圧を安定化する回路が構成される。

ここで，本体側のＥＤＬＣ及びキャリッジ１０１側のＥＤＬＣ３０１の容量と、各充電時間の一例について説明する。まず、電動機やヒータに必要な電圧（２４〜３２Ｖ）を生成する昇圧回路と、制御系／信号系／センサ系等に必要な電圧（３〜５Ｖ）を生成する降圧回路は、いずれのＥＤＬＣの後段に構成する。そこで、本体側のＥＤＬＣ、キャリッジ１０１側のＥＤＬＣ３０１共に、昇圧回路の入力電圧範囲（５〜１５Ｖとする）をなるべく広くし、且つ降圧回路の入力電圧範囲（３〜１４Ｖとする）に収めるために、定格電圧２．７ＶのＥＤＬＣを５つ直列に接続する。

本体側のＥＤＬＣの容量Ｃと、ＥＤＬＣの定格電圧Ｖ_１と、昇圧回路の下限入力電圧Ｖ_２と、実際に使える電圧範囲内でのエネルギー量Ｕとの間には、式（１）のような関係がある。

Ｕ＝１／２×Ｃ（Ｖ_１ ^２−Ｖ_２ ^２）・・・（１）
本実施形態においては、本体側のＥＤＬＣの容量は、１つ当たり約３５０Ｆであれば、インクジェット記録装置１００本体の駆動電力約３０Ｗを３分程度供給できることが予め分かっている。また、キャリッジ１０１側のＥＤＬＣ３０１については、１つ当たり約１０Ｆであれば、高デューティ記録時の駆動電力約１０Ｗを１０秒程度供給できることが分かっている。

ここで、満充電の本体側のＥＤＬＣと、完全放電されたキャリッジ１０１側のＥＤＬＣ３０１とを接続すると、以下の式（２）が成り立つ。

１／２×Ｃ_１（Ｖ_１ ^２−Ｖ_２ ^２）＝１／２×Ｃ_２Ｖ_２ ^２・・・（２）
ここで、Ｖ_１は本体側のＥＤＬＣの定格電圧であり、Ｃ_１は本体側のＥＤＬＣの容量である。また、Ｖ_２は充電完了後の本体側／キャリッジ１０１側のＥＤＬＣ３０１の電圧であり、Ｃ_２はキャリッジ１０１側のＥＤＬＣ３０１の容量である。

上記の例である場合には、キャリッジ１０１側のＥＤＬＣ３０１の出力電圧は２．６６Ｖとなり、キャリッジ１０１側のＥＤＬＣ３０１の定格電圧の９９％程度を充電できる。また、本充電の所要時間は５〜１０秒である。ただし、実際の記録動作中に完全放電まで消費することはないので、数秒程さらに短縮可能である。

本体側のＥＤＬＣの完全放電状態から、１Ａで定電流充電する時の充電時間は、本体ＥＤＬＣの定格電圧を２．７Ｖ、容量を３５０Ｆとすると、ＣＶ＝ＩＴより、満充電まで約１６分であり、これが充電待機時間となる。ここで、ＣはＥＤＬＣ容量、Ｖは本体ＥＤＬＣの定格電圧、Ｉは充電電流、Ｔは充電時間である。さらに、その後に記録ヘッドの回復動作等の初期動作が行われるので、電源投入から実際に記録可能になるまでは、２０分程度が必要である。

また、本体側のＥＤＬＣに比べると容量が小さいキャリッジ１０１側のＥＤＬＣ３０１の充電時間も同様に求める。すると、キャリッジ１０１側のＥＤＬＣ３０１の定格電圧を２．７Ｖ、容量を１０Ｆとすると、完全放電状態から１Ａの定電流で充電した場合に、上式より約２７秒で満充電できる。キャリッジ１０１側のＥＤＬＣ３０１を充電すると記録ヘッドが駆動可能となる。従って、もし、開梱時のインクジェット記録装置１００本体を商用電源から駆動する構成とすれば、電源投入から実際に記録可能になるまでの充電待機時間を約２０分から約２７秒に大幅に短縮できることになる。

図４は、本実施形態におけるＥＤＬＣ充電のための機能ブロック構成を示す図である。ＡＣアダプタ４０２は、商用電源４０１を降圧・整流する。制御回路４０５は、インクジェット記録装置１００全体を制御し、図２の制御部２１０に対応する。定電流回路４０４は、本体ＥＤＬＣ４０７（第２の蓄電部の一例）とキャリッジＥＤＬＣ４１５（第１の蓄電部の一例）を充電するための定電流を供給する。残量検知部４０８は、本体ＥＤＬＣ４０７の出力電圧を検知して制御回路４０５に出力する。残量検知部４１６は、キャリッジＥＤＬＣ４１５の出力電圧を検知して制御回路４０５に出力する。開閉器４０３は、本体ＥＤＬＣ４０７が満充電状態となった場合に、商用電源４０１から本体ＥＤＬＣ４０７への電力供給を遮断する。降圧回路４０６は、本体ＥＤＬＣ４０７の出力電圧を制御回路４０５に必要な電圧に降圧する。昇圧回路４０９は、本体ＥＤＬＣ４０７の出力電圧を電動機４１０に必要な電圧に昇圧する。端子部４１４は、キャリッジ１０１の接触を検知して、その旨を制御回路４０５に通知する。切換部４１１、４１２、４１３により、本体ＥＤＬＣ４０７を充電可能な充電経路と、キャリッジＥＤＬＣ４１５を充電可能な充電経路とを、第１充電モードと第２充電モードの間で切り替えることができる。

切換部４１１は、本体ＥＤＬＣ４０７を充電する場合には、第１充電モードにする。その際に、開閉器４０３を開状態とすると、ＡＣアダプタ４０２から定電流回路４０４を介して本体ＥＤＬＣ４０７に電力が供給されて充電が行われる。切換部４１２は、キャリッジＥＤＬＣ４１５を本体ＥＤＬＣ４０７から急速充電する場合には、第１充電モードとする。キャリッジＥＤＬＣ４１５を商用電源４０１から直接に充電する場合には、開閉器４０３を開状態とし、切換部４１１及び４１２を第２充電モードとする。また、インクジェット記録装置１００本体を商用電源４０１で直接駆動する場合には、切換部４１３は第２充電モードとする。

図５は、本実施形態における充電制御処理の手順の一例を示すフローチャートである。図５に示す各処理は、例えば、図４の制御回路４０５が各部を制御することにより実現される。まず、インクジェット記録装置１００の電源が投入されると、充電モードの初期設定を行うために、本体ＥＤＬＣ４０７の出力電圧を検知する（Ｓ５０１）。次に、本体ＥＤＬＣ４０７の出力電圧が、例えば昇圧回路４０９の最低入力電圧より５％高い電圧（例えば６Ｖ）以上であるか否かが判定される（Ｓ５０２）。ここで、５％高い電圧以上であると判定された場合には、各切換部４１１〜４１３を、本体ＥＤＬＣ４０７を充電するための第１充電モード用に切り換える（Ｓ５０３）。一方、本体ＥＤＬＣ４０７が電圧が５％高い電圧未満であると判定された場合には、切換部４１１〜４１３を、本体ＥＤＬＣ４０７の代わりにキャリッジＥＤＬＣ４１５を充電するための第２充電モード用に切り換える（Ｓ５０４）。

次に、現在、各切換部４１１〜４１３が設定されている充電モードが第１充電モードであるか第２充電モードであるかを判定する（Ｓ５０５）。ここで、第１充電モードであると判定された場合には、Ｓ５０６に進む。Ｓ５０６においては、本体ＥＤＬＣ４０７の出力電圧が昇圧回路の最低入力電圧より４％高い電圧（例えば５．５Ｖ）以上であるか否かが判定される（Ｓ５０６）。ここで、４％高い電圧以上であると判定された場合には、各切換部４１１〜４１３の設定を第１充電モード用のまま継続する（Ｓ５０７）。一方、４％高い電圧未満であると判定された場合には、各切換部４１１〜４１３の設定を第２充電モード用に切り換える（Ｓ５１０）。

また、Ｓ５０５で第２充電モードであると判定された場合には、Ｓ５０９に進む。Ｓ５０９においては、本体ＥＤＬＣ４０７の出力電圧が例えば昇圧回路４０９の最低入力電圧より５％高い電圧（例えば６Ｖ）以上であるか否かが判定される（Ｓ５０９）。ここで、５％高い電圧以上であると判定された場合には、Ｓ５１１に進み、各切換部４１１〜４１３の設定を第１充電モード用に切り換える。一方、５％高い電圧未満であると判定された場合には、Ｓ５１０に進み、各切換部４１１〜４１３の設定を第２充電モード用のまま継続する。Ｓ５０７、Ｓ５１０、Ｓ５１１の後は、Ｓ５０８において、本体ＥＤＬＣ４０７の出力電圧を検出して、Ｓ５０５からの処理を繰り返す。

図５に示す処理により、本体ＥＤＬＣ４０７の出力電圧を検出し、所定の閾値未満であれば、各切換部４１１〜４１３を第２充電モードによりキャリッジＥＤＬＣ４１５を充電するための設定とする。また、図５の処理により、本体ＥＤＬＣ４０７の検出電圧にある程度の変動（例えば５．５Ｖ〜６Ｖ）があったとしても、一旦設定した各切換部４１１〜４１３の設定を安定的に維持することができる。これは、例えば、本体ＥＤＬＣ４０７の出力電圧が６Ｖ以上であると判定しても、キャリッジ１０１や制御回路４０５の動作により、瞬間的に６Ｖ未満に低下することがあり得るからである。従って、閾値を例えば６Ｖに一意に決めてしまうと、一旦閾値以上（６Ｖ以上）であると判定して各切換部４１１〜４１３の設定を第１充電モード用にしても、６Ｖ未満に若干低下変動した出力電圧を検出すると第２充電モード用の設定となってしまう。つまり、本体ＥＤＬＣ４０７を充電しても問題がないにも関わらず、キャリッジＥＤＬＣ４１５を充電するための設定となってしまう。しかしながら、図５のように、閾値を複数種類とすることによって、本体ＥＤＬＣ４０７の出力変動をある程度許容して、各切換部４１１〜４１３の設定を安定的にすることができる。

ここで、第１充電モード用の各切換部４１１〜４１３の設定について説明する。第１充電モードは、本体ＥＤＬＣ４０７の残電圧が十分である（例えば６Ｖ以上）と判定された場合の充電モードである。まず、図４に示すように切換部４１１及び４１３を第１充電モードに切り換えて商用電源から本体ＥＤＬＣ４０７を充電する。その際に、切換部４１２は、キャリッジ１０１が端子部４１４に接触していない場合には、第２充電モード側に設定されている。本充電モードの場合には、残電圧は十分であると判定されているので、本体ＥＤＬＣ４０７の充電待機時間は問題とならない。残量検知部４０８が本体ＥＤＬＣ４０７の満充電を検知すると、開閉器４０３を閉じて本体ＥＤＬＣ４０７の充電を停止する。本充電モードの際に、インクジェット記録装置１００本体（制御回路４０５等）のための駆動電力は、本体ＥＤＬＣ４０７から供給可能である。残量検知部４０８が本体ＥＤＬＣ４０７が所定電圧未満（例えば６Ｖ未満）となったことを検知すると、開閉器４０３を開放して本体ＥＤＬＣ４０７を充電する。

本体ＥＤＬＣ４０７の充電中若しくは充電後に、キャリッジ１０１が端子部４１４に接触したことを検知すると、切換部４１２を第１充電モード側に切り換える。その際、キャリッジＥＤＬＣ４１５と本体ＥＤＬＣ４０７は、端子部４１４を介して直接に並列接続されるので、本体ＥＤＬＣ４０７からキャリッジＥＤＬＣ４１５に瞬間的に急速充電が行われる。また、残量検知部４１６がキャリッジＥＤＬＣ４１５の満充電を検知してキャリッジ１０１が端子部４１４から離れたことを検知すると、図６に示すように切換部４１２を第２充電モード側に切り換える。これにより、端子部４１４での電弧放電を防ぐことができる。

次に、第２充電モード用の各切換部４１１〜４１３の設定について説明する。第２充電モードは、本体ＥＤＬＣ４０７の残電圧が不十分である（例えば６Ｖ未満）と判定された場合の充電モードである。まず、図７に示すように切換部４１１、４１２、４１３を第２充電モードに切り換えて開閉器４０３を開放する。その際に、商用電源４０１から、定電流回路４０４を介して直接にキャリッジＥＤＬＣ４１５が充電されると共に、制御回路４０５への電力供給も行われる。

残量検知部４１６がキャリッジＥＤＬＣ４１５の満充電を検知すると、図８に示すように切換部４１１を第１充電モード側に切り換えて本体ＥＤＬＣ４０７の充電を開始する。その際に、インクジェット記録装置１００は既に駆動可能な状態である。キャリッジＥＤＬＣ４１５の充電中にキャリッジ１０１が端子部４１４から離れたことを検知したときにも、切換部４１１を第１充電モード側に切り換える。そのような構成により、本体ＥＤＬＣ４０７への充電に切り換えると共に、端子部４１４での電弧放電を防ぐことができる。残量検知部４１６がキャリッジＥＤＬＣ４１５の電圧が所定の電圧以下になったことを検知すると、切換部４１１を第２充電モード側に切り換えて、再び商用電源から直接にキャリッジＥＤＬＣ４１５を充電する。

Claims

記録媒体にインクを吐出する記録ヘッドを搭載し記録媒体に対して移動可能に構成されたキャリッジに設けられ、前記記録ヘッドに電力を供給する、電気化学キャパシタからなる第１の蓄電部と、
前記第１の蓄電部より大きな容量を有するとともに、前記キャリッジを備えるインクジェット記録装置の本体側に設けられ、前記本体側の機構部への電力の供給と前記第１の蓄電部への電力の供給とを行う、電気化学キャパシタからなる第２の蓄電部と、
前記第２の蓄電部の蓄電容量に基づき前記第１の蓄電部及び前記第２の蓄電部への電力供給経路を変更する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、電源投入時における前記第２の蓄電部の蓄電容量が閾値未満である場合には、電源を前記第１の蓄電部をバイパスして前記第１の蓄電部に接続することにより前記第１の蓄電部を充電するとともに、前記第１の蓄電部の充電完了後に電源を前記本体側の機構部へ接続することにより記録可能状態とする、
ことを特徴とするインクジェット記録装置。
前記第１の蓄電部と前記第２の蓄電部は、電気二重層キャパシタであることを特徴とする請求項１に記載のインクジェット記録装置。
前記制御手段は、スイッチを切り替えることにより電力供給経路を制御することを特徴とする請求項１又は２に記載のインクジェット記録装置。
前記制御手段は、前記第１の蓄電部の端子が前記第２の蓄電部からの電力供給経路に接続されるスイッチの端子に接触した場合、前記第２の蓄電部から供給される電力により前記第１の蓄電部が充電されるよう前記スイッチを制御することを特徴とする請求項３に記載のインクジェット記録装置。
前記制御手段は、前記第１の蓄電部の端子が前記第２の蓄電部からの電力供給経路に接続されるスイッチの端子から離れている場合、前記第２の蓄電部から供給される電力により前記第１の蓄電部が充電されないよう前記スイッチを制御することを特徴とする請求項３又は４に記載のインクジェット記録装置。
前記記録ヘッドを備えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のインクジェット記録装置。
記録媒体にインクを吐出する記録ヘッドを搭載し記録媒体に対して移動可能に構成されたキャリッジに設けられ前記記録ヘッドに電力を供給する電気化学キャパシタからなる第１の蓄電部と、前記第１の蓄電部より大きな容量を有するとともに、前記キャリッジを備えるインクジェット記録装置の本体側に設けられ前記本体側の機構部への電力の供給と前記第１の蓄電部への電力の供給とを行う電気化学キャパシタからなる第２の蓄電部と、を備えるインクジェット記録装置の充電制御方法であって、
前記第２の蓄電部の蓄電容量に基づき前記第１の蓄電部への電力供給経路を変更することができ、
電源投入時における前記第２の蓄電部の蓄電容量が閾値未満である場合には、電源を前記第１の蓄電部をバイパスして前記第１の蓄電部に接続することにより前記第１の蓄電部を充電し、前記第１の蓄電部の充電完了後に電源を前記本体側の機構部へ接続することにより記録可能状態とする、
ことを特徴とする充電制御方法。
前記第１の蓄電部と前記第２の蓄電部は、電気二重層キャパシタであることを特徴とする請求項７に記載の充電制御方法。
スイッチを切り替えることにより電力供給経路を制御することを特徴とする請求項７又は８に記載の充電制御方法。
前記第１の蓄電部の端子が前記第２の蓄電部からの電力供給経路に接続されるスイッチの端子に接触した場合、前記第２の蓄電部から供給される電力により前記第１の蓄電部を充電されるよう前記スイッチを制御することを特徴とする請求項９に記載の充電制御方法。
前記第１の蓄電部の端子が前記第２の蓄電部からの電力供給経路に接続されるスイッチの端子から離れている場合、前記第２の蓄電部から供給される電力により前記第１の蓄電部が充電されないよう前記スイッチを制御することを特徴とする請求項９又は１０に記載の充電制御方法。