JPH0939237A - インクジェットヘッド駆動電源回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 印字ヘッドの温度あるいは近傍の検出した温
度に対応した最適駆動電圧を印字ヘッドの駆動回路に発
生すること。 【構成】 出力７に発生する電圧は、Ｖout＝Ｖref×
（Ｒａ＋Ｒｂ＋Ｒｃ）／Ｒｃ＋Ｖｚ（但し、Ｖout は出
力７の電圧を、Ｖref は基準電圧源１２の電圧を、Ｒ
ａ，Ｒｃは抵抗１３，１４の抵抗値を、Ｒｂはサーミス
タ１の抵抗値を、Ｖｚはツェナーダイオード１５の発生
電圧を各々表す）となり、サーミスタ１の消費電力はＷ
＝((Ｖout−Ｖｚ)／(Ｒａ＋Ｒｂ＋Ｒｃ))²×Ｒｂとな
る。ツェナーダイオード１５を備えているため、サーミ
スタ１自身の発熱が抑えられ、温度を誤って検出するこ
とが無く、印字ヘッドの駆動電圧を最適に設定すること
が可能となり、高品位の記録を行なうことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インクを噴射して文字
や図形等を記録する印字ヘッドを駆動する駆動回路に電
源を供給するインクジェットヘッド駆動電源回路に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】インクジェット記録装置は、複数のイン
ク吐出口とその吐出口からインクを吐出させるエネルギ
ーを発生するエネルギー発生体とを有する印字ヘッドを
備え、その印字ヘッドへインクを供給すると共に、デー
タ信号に基づいてエネルギー発生体を駆動することによ
り、対応するインク吐出口からインク液滴を飛翔させ用
紙に付着させることで記録をおこなうものである。

【０００３】このようなインクジェット記録装置のイン
クにおいて、その粘度や表面張力等の物性値は温度依存
性が高く、その物性値の変化がインクの噴射状態に大き
な影響を与える。一般に、インクは低温時には粘度が高
くなり、正常に噴射しづらくなる。そのため、使用場所
の環境温度によってもヘッドの最適駆動電圧は異なって
くる。例えば、２５℃でのヘッド最適駆動電圧が２４Ｖ
である印字ヘッドユニットが、１０℃では３０Ｖで最適
吐出状態を示し、３５℃では１８Ｖで最適吐出状態を示
すというような最適駆動電圧の変化が生じていた。よっ
て、このヘッドの最適駆動電圧の温度変化に追従して、
常にインクが最適吐出状態になるように、印字ヘッドあ
るいは近傍の温度を検出して、印字ヘッドの駆動電圧を
その検出した温度に対応した適正電圧に変化させる必要
があった。

【０００４】そして、環境温度を検出するものとして、
温度特性を持った感温素子、例えば、負特性温度係数サ
ーミスタや正特性温度係数サーミスタや感温抵抗等を用
いた図３に示すような駆動電源回路を備えたインクジェ
ット記録装置が提案されている。なお、図３に示す回路
は、一般的に昇圧型チョッパ・レギュレータと呼ばれ、
入力電圧Ｖinよりも出力電圧Ｖout が高いものである。

【０００５】図３の概略構成と動作を説明する。印字ヘ
ッドには、温度変化に対し最適駆動電圧を設定するため
に、２５℃で抵抗値Ｒｂを持ち、負特性温度係数のサー
ミスタ４０により構成された電圧設定回路４１が設けら
れ、前記駆動電源回路に接続されている。トランジスタ
４２がＯＮすると、電圧Ｖinの電源（図示せず）に接続
された入力４３からコイル４４を通して電流４５が流れ
る。この時、トランジスタ４２のコレクタ−エミッタ間
電圧Ｖcesat は、トランジスタ４２が飽和状態であるた
め出力４６に現れる電圧Ｖout と比較すると、Ｖout ＞
Ｖcesat となる。よって、ダイオード４７を通して出力
４６へ電流が流れない。

【０００６】また、コイル４４は、トランジスタ４２の
ＯＮ期間Ｔonにエネルギを蓄え、そして、トランジスタ
４２がＯＦＦするとコイル４４に逆起電力が発生し、ダ
イオード４７を通してコンデンサ４８を充電しながら電
流４９が流れる。

【０００７】出力電圧Ｖout を制御するには、ＯＮ期間
Ｔonの長さを調整すれば良く、制御回路５０により行わ
れる。制御回路５０には、基準電圧源５１が発生する電
圧Ｖref が一方の入力端に入力され、抵抗５２，５３と
サーミスタ４０から構成された出力電圧分圧回路により
分圧された電圧が他方の入力端に入力されている。この
制御回路５０は、入力された両者の電圧が等しくなるよ
うに、その出力を可変し、トランジスタ４２のベースへ
流れ込む電流の時間を調整することで、トランジスタの
ＯＮ期間Ｔonを調整する。このようにして、入力電圧Ｖ
inより電圧が高い出力電圧Ｖout を出力４６に得ること
ができる。

【０００８】なお、出力４６に発生する電圧Ｖout は、
次のような式で表せる。

【０００９】 Ｖout＝Ｖref×（Ｒａ＋Ｒｂ＋Ｒｃ）／Ｒｃ−−−−−−−−−式１ （但し、Ｖout は出力４６の電圧を、Ｖref は基準電圧
源５１の電圧を、Ｒａ，Ｒｃは抵抗５２，５３の抵抗値
を、Ｒｂはサーミスタ４０の抵抗値を各々表す） 上式において、抵抗値Ｒｂがインクの物性に適した最適
駆動電圧になるようにサーミスタ４０の特性を選定すれ
ば、電圧Ｖout を最適なヘッド駆動電圧に設定可能であ
った。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような従来例のインクジェットヘッドの駆動電源回路
では、例えばＶout＝３０Ｖ、Ｖref＝１．２５Ｖ、Ｒａ
＝１０ＫΩ、Ｒｂ＝１０ＫΩ、Ｒｃ＝８６９．６Ωの条
件の場合、サーミスタ４０の消費電力は、式２のような
式で表せる。

【００１１】 消費電力（Ｗ）＝（Ｖout／（Ｒａ＋Ｒｂ＋Ｒｃ））²×Ｒｂ−−−式２ 式２を計算すると、サーミスタ４０の消費電力は、約２
０．７ｍＷとなる。そして、サーミスタ４０の熱放散定
数が２．３ｍＷ／℃とするとサーミスタ４０は、自分自
身の消費する電力で約９℃温度上昇する。このため、印
字ヘッドあるいは近傍の温度を検出して、印字ヘッドの
駆動電圧をその検出した温度に対応した最適駆動電圧す
るつもりが、サーミスタ４０自身の発熱により温度を誤
って検出し、本来の最適駆動電圧と異なった電圧で印字
ヘッドを駆動してしまうという問題点があった。即ち、
記録品位の低下を招くという問題点があった。

【００１２】本発明は、上述した従来の方法の問題点を
解決するためになされたものであり、その目的とすると
ころは、駆動電源回路の感温抵抗自身の消費電力による
自己発熱により、温度の検出を誤らないようにし、記録
品位の高いインクジェット記録装置のインクジェットヘ
ッド駆動電源回路を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の請求項１では、インクを噴射して文字や図形
等を記録する印字ヘッドを駆動する駆動回路に電源を供
給するインクジェットヘッド駆動電源回路において、前
記印字ヘッドの駆動電圧を設定するための所定の回路定
数特性を有した回路素子を有する電圧設定部と、前記電
圧設定部の回路素子の消費電力を低減する電圧発生素子
と、前記電圧設定部と前記電圧発生素子と共に電圧発生
回路を形成し、前記電圧設定部に設定された回路定数特
性に基づき前記印字ヘッドの駆動電圧を発生する駆動電
源部とを備えている。

【００１４】請求項２では、前記電圧設定部の回路素子
は、正または負の温度係数を持つ抵抗素子であり、温度
変化に対応して駆動電圧を設定することを特徴とする。

【００１５】請求項３では、前記電圧発生素子は、ツェ
ナーダイオードであることを特徴とする。

【００１６】

【作用】上記の構成を有する本発明の請求項１に係るイ
ンクジェットヘッド駆動電源回路では、電圧発生素子
が、前記電圧設定部の回路素子の消費電力を低減し、前
記電圧設定部と前記電圧発生素子と共に電圧発生回路を
形成し、前記電圧設定部に設定された回路定数特性に基
づいて駆動電源部が、前記印字ヘッドに最適な駆動電圧
を発生して、印字ヘッドを最適に駆動する。

【００１７】請求項２に係わるインクジェット記録装置
では、電圧設定部の回路素子である正または負の温度係
数を持つ抵抗素子が、温度変化に対応して最適な駆動電
圧を設定する。

【００１８】請求項３では、前記電圧発生素子であるツ
ェナーダイオードが、前記電圧設定部の回路素子の消費
電力を低減する。

【００１９】

【実施例】本発明の一実施例として、圧電素子を用いた
ドット・オン・デマンド型のインクジェット記録装置に
適用した例をあげる。

【００２０】本実施例においては、複数のインク吐出口
とエネルギー発生体である圧電素子を吐出口に対応させ
て配設した印字ヘッドと、後述する電圧設定回路２と、
インクタンク等からなるインク供給系とをユニット化し
た印字ヘッドユニットが構成され、インクジェット記録
装置に装着されている。

【００２１】前記印字ヘッドユニットをインクジェット
記録装置本体に装着することにより、ドライバ回路の出
力と電気的に接続される。尚、ドライバ回路側はインク
吐出口と同数の端子を有し、その端子は各圧電素子と一
対一に対応して接続される。そして、ドライバ回路は、
駆動電源回路から供給されるヘッド最適駆動電圧を使用
して、インクジェット記録装置に送り込まれる記録デー
タに基づきヘッドを駆動し、インク吐出口からインクを
用紙に飛翔させ印字を行わせる。

【００２２】また、インクジェット記録装置では、温度
によりインクの粘度や表面張力等の物性値が変化がある
ため、温度によりヘッドの最適駆動電圧即ち最適なイン
ク吐出状態を得るヘッド駆動電圧が異なる。例えば、２
５℃でのヘッド最適駆動電圧が２４Ｖの場合、１０℃で
は３０Ｖで最適吐出状態を示し、３５℃では１８Ｖが最
適吐出状態を示すような最適駆動電圧の変化が生じる。

【００２３】ヘッドの最適駆動電圧の温度変化に追従す
るために、最適吐出状態になるように印字ヘッド、ある
いは近傍の温度を検出して、印字ヘッド駆動電圧を適正
電圧を変化させる必要がある。

【００２４】以下、図面を参照してインクジェットヘッ
ド駆動電源回路を具体的に説明する。図１に示す回路
は、一般的に昇圧型チョッパ・レギュレータと呼ばれ、
入力電圧よりも出力電圧が高いものである。

【００２５】図示しない印字ヘッドユニットの温度ある
いは近傍の温度を検出するように、図１乃至図２に示す
ような電圧設定部としての電圧設定回路２が設けられて
いる。電圧設定回路２は、温度係数を持つ抵抗素子とし
ての感温抵抗であるサーミスタ１が設けられ、サーミス
タ１の負特性温度係数の特性値により固有の回路定数が
設定されている。そして、その温度係数を持つ回路定数
が、この印字ヘッドユニットが最適に印字できる駆動電
圧値（＝最適駆動電圧）を決定している。印字ヘッドユ
ニットは、インクジェット記録装置本体に対し、インタ
ーフェース回路（図示せず）を通して接続され、図１に
示すような駆動電源回路を構成している。

【００２６】駆動電源回路は、コイル５と、エミッタ接
地されたトランジスタ３と、整流用のダイオード８と、
制御回路１１と、コンデンサ９と、出力電圧分圧回路と
からなる。出力電圧分圧回路は、抵抗１３，１４と電圧
設定回路２とツェナーダイオード１５と、基準電圧源１
２からなる。なお、抵抗１３、ツェナーダイオード１
５、サーミスタ１と抵抗１４は、直列に設けられてる。
制御回路１１は、二つの入力端子と一つの出力端子を有
し、一方の入力端子には前記出力電圧分圧回路により分
圧された電圧が入力され、もう片方の入力端子には基準
電圧源１２より発せられる電圧Ｖref が入力される。ま
た、出力端子にはトランジスタ３のベースが接続され
る。駆動電源回路は、入力４に図示しない主電源からの
所定電圧Ｖinが供給され、電圧設定回路２の回路定数に
基づき電圧を変換し、出力７より最適駆動電圧Ｖout を
出力する。

【００２７】次に、この回路の動作を説明する。尚、電
圧設定回路２は図１に示す一つのサーミスタ１からなる
ものとする。

【００２８】トランジスタ３がＯＮすると、電圧Ｖinの
電源に接続された入力４からコイル５を通して電流６が
流れる。この時、トランジスタ３のコレクタ−エミッタ
間電圧Ｖcesat は、トランジスタ３が飽和状態であるた
め出力７に現れる電圧Ｖoutと比較すると、Ｖout ＞Ｖc
esat となる。そのため、ダイオード８を通して出力７
へ電流が流れない。その後、トランジスタ３のＯＮ期間
Ｔonに、コイル５はエネルギーを蓄える。

【００２９】そして、トランジスタ３が、ＯＦＦすると
コイル５に逆起電力が発生し、ダイオード８を通してコ
ンデンサ９を充電しながら電流１０が流れる。

【００３０】出力電圧Ｖout を制御するにはＯＮ期間Ｔ
onの長さを調整すれば良く、前記制御回路１１により行
われる。制御回路１１は、上述したように、電圧Ｖref
を発生する基準電圧源１２と、抵抗１３，１４とサーミ
スタ１とツェナーダイオード１５とにより構成された出
力電圧分圧回路が接続され、２つの入力端子に印加され
る電圧がそれぞれ等しくなるように出力端子の出力を調
整し、ＯＮ期間Ｔonを調整する。

【００３１】出力７に発生する電圧は、次のような式３
で表せられる。

【００３２】 Ｖout＝Ｖref×（Ｒａ＋Ｒｂ＋Ｒｃ）／Ｒｃ＋Ｖｚ−−−−−−式３ （但し、Ｖout は出力７の電圧を、Ｖref は基準電圧源
１２の電圧を、Ｒａ，Ｒｃは抵抗１３，１４の抵抗値
を、Ｒｂはサーミスタ１の抵抗値を、Ｖｚはツェナーダ
イオード１５の発生電圧を各々表す）。

【００３３】次に、サーミスタ１の消費電力を式４で示
す。

【００３４】 消費電力（Ｗ）＝((Ｖout−Ｖｚ)／(Ｒａ＋Ｒｂ＋Ｒｃ))²×Ｒｂ−−−式４ 例えば、Ｖout＝３０Ｖ、Ｖref＝１．２５Ｖ、Ｒａ＝１
０ＫΩ、Ｒｂ＝１０ＫΩ、Ｒｃ＝１．８１８ＫΩ、Ｖｚ
＝１５Ｖの条件では、サーミスタ１の消費電力は、４．
７３ｍＷとなり、サーミスタ１の熱放散定数が２．３ｍ
Ｗ／℃とするとサーミスタ１自身の温度上昇は、約２℃
となる。このため、サーミスタ１自身の発熱により温度
を誤って検出することが無く、印字ヘッドあるいは近傍
の温度を検出して、印字ヘッドの駆動電圧をその検出し
た温度に対応した最適駆動電圧が設定することが可能と
なり、最適駆動電圧と異なった電圧で印字ヘッドを駆動
することを防止できる。即ち、記録品位の高いインクジ
ェット記録装置の駆動電源回路を提供することができ
る。

【００３５】また、サーミスタ１の代わりに正特性温度
係数サーミスタを用いた場合にも、上記実施例と同様な
効果が得られる。

【００３６】以上説明したように、サーミスタ１自身の
発熱により温度を誤って検出することが無く、印字ヘッ
ドあるいは近傍の温度を検出して、印字ヘッドの駆動電
圧をその検出した温度に対応した最適駆動電圧として設
定することが可能となり、最適駆動電圧と異なった電圧
で印字ヘッドを駆動することを防止できる。即ち、最適
駆動電圧によって印字ヘッドが駆動されるので、高品位
の記録を行なうことができる。

【００３７】なお、本実施例では、昇圧型チョッパ・レ
ギュレータを用いているが、降圧型チョッパ・レギュレ
ータや極性反転型チョッパ・レギュレータやシリーズ・
レギュレータやこれらを組み合わせたレギュレータに関
しても同等の効果を得ることができる。

【００３８】印字ヘッドユニットは、上記実施例のもの
だけでなく、印字ヘッド部とインクタンク部とが別体も
しくは分離可能に構成され、各々単独で交換可能に接続
できるようなものであってもよい。また、印字ヘッドユ
ニットの交換が、装置のユーザに限定されるものではな
い。

【００３９】また、上記実施例においては、圧電素子を
用いたドット・オン・デマンド型のインクジェット記録
装置に適用した例をあげたが、エネルギー発生体として
熱発生素子を用いたいわゆるサーマルジェット方式のイ
ンクジェット記録装置にも同様に適応でき、更に、コン
ティニュアス・ジェット型のものにも適応可能である。

【００４０】また、上記実施例では、電圧制限部として
１つのツェナーダイオード１５からなるものをあげた
が、変形例として、制限するヘッド駆動電圧の条件が許
せばＬＥＤ等の他のダイオードや半導体素子を用いても
よい。さらに、電圧制限部は複数の回路素子やＩＣなど
からなる二端子定電圧発生回路，三端子定電圧発生回路
等の回路で構成されてもよい。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したことから明かなように、本
発明のインクジェットヘッド駆動電源回路によれば、電
圧設定部は、前記印字ヘッドユニットの温度あるいは近
傍温度を検出する温度係数を持つ抵抗素子の自己消費電
力を低減するための電圧発生素子を有しているので、電
圧設定部の自己発熱を抑えることができる。よって、自
己発熱の影響を除去することができ、印字ヘッドの駆動
電圧をその検出した温度に対応した最適駆動電圧に設定
することができ、高品位の記録を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のインクジェットヘッド駆動
電源回路の構成を示すブロック図である。

【図２】前記実施例の電圧設定回路の構成を示す説明図
である。

【図３】従来例のインクジェットヘッド駆動電源回路の
構成を示すブロック図である。

【符号の説明】

１ サーミスタ ２ 電圧設定回路 ３ トランジスタ ５ コイル ８ ダイオード ９ コンデンサ １１ 制御回路 １２ 基準電圧源 １３ 抵抗 １４ 抵抗 １５ ツェナーダイオード

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インクを噴射して文字や図形等を記録す
   る印字ヘッドを駆動する駆動回路に電源を供給するイン
   クジェットヘッド駆動電源回路において、 前記印字ヘッドの駆動電圧を設定するための所定の回路
   定数特性を有した回路素子を有する電圧設定部と、 前記電圧設定部の回路素子の消費電力を低減する電圧発
   生素子と、 前記電圧設定部と前記電圧発生素子と共に電圧発生回路
   を形成し、前記電圧設定部に設定された回路定数特性に
   基づき前記印字ヘッドの駆動電圧を発生する駆動電源部
   とを備えたことを特徴とするインクジェットヘッド駆動
   電源回路。
2. 【請求項２】 前記電圧設定部の回路素子は、正または
   負の温度係数を持つ抵抗素子であり、温度変化に対応し
   て駆動電圧を設定することを特徴とする請求項１に記載
   のインクジェットヘッド駆動電源回路。
3. 【請求項３】 前記電圧発生素子は、ツェナーダイオー
   ドであることを特徴とする請求項１または２に記載のイ
   ンクジェットヘッド駆動電源回路。