JP2010504868A - インクジェットプリンタ内故障抵抗検知 - Google Patents

Abstract

複数個のインク射出部、各インク射出部に設けられた発熱抵抗（Ｒｉ）、並びにそれら発熱抵抗に対し並列接続された共通のコンデンサ（Ｃ）を備えるインクジェットプリンタにて、その発熱抵抗の故障を発熱抵抗毎に検知する方法及び装置を提案する。本方法では、直流の稼働電圧を出力する第１状態及び既知値且つ直流のテスト電圧（Ｖｔ）を出力する第２状態を採りうる可変電源（３４）を準備する。可変電源の状態が第１状態から第２状態へと切り替わったことを検知したときには、既知値の基準抵抗（Ｒｒ）を発熱抵抗及び共通のコンデンサに対し直列に挿入し且つそのコンデンサを開放させる。更に、発熱抵抗と基準抵抗を電気的に接続している個所の電圧をディジタル計測し、その結果に基づきその発熱抵抗における故障の有無を調べる。

Description

本発明は、インクジェットプリンタ内発熱抵抗の故障検知に関する。より詳細には、本発明は、電源出力レベルが稼働電圧である稼働モードにてその機能を発揮し、電源出力レベルがテスト電圧になると回路部品テスト用のテストモードへと自動的に切り替わる回路に関する。

インクジェットプリンタ内のプリントヘッドにはインク射出部が複数個ある。各インク射出部は発熱抵抗を有していて、電流が供給されるとその発熱抵抗で熱が発生する。熱が発生すると、その射出部からインク滴が吐出される。従って、発熱抵抗が電気的に不調であると、印刷した画像中に偽像が発生する可能性がある。

特許文献１には、コンデンサから放電されるテスト電流の計測でインクジェットプリンタ内抵抗の故障を検知する手法が、幾通りか記載されている。

この他、一群の回路部品を正確にモニタするのに駆動回路からの分離が必要になる用途としては、複数個の発光器を有するスコアボード、発光ダイオードアレイからなるディスプレイ、一群のリレーからなるスイッチングシステム等がある。

米国特許第６１９９９６９号明細書

そこで、本発明は、インクジェットプリンタ内発熱抵抗の故障検知を効率化する手法を提供することを目的とする。

このような目的を達成するため、本発明に係る方法は、複数個のインク射出部、各インク射出部に設けられた発熱抵抗Ｒｉ、並びにそれら発熱抵抗Ｒｉに対し並列接続された共通のコンデンサを備えるインクジェットプリンタにて実行され、その発熱抵抗Ｒｉの故障を発熱抵抗Ｒｉ毎に検知する方法であって、
ａ）直流の稼働電圧Ｖｏを出力する第１状態及び既知値且つ直流のテスト電圧Ｖｔを出力する第２状態を採りうる可変電源を準備するステップと、
ｂ）上記可変電源の状態が第１状態から第２状態へと切り替わったことを検知したときに、既知値の基準抵抗Ｒｒを発熱抵抗Ｒｉ及び上記コンデンサに対し直列に挿入し且つそのコンデンサを開放させるステップと、
ｃ）発熱抵抗Ｒｉと基準抵抗Ｒｒを電気的に接続している個所の電圧Ｖｉをディジタル計測するステップと、
ｄ）その結果に基づきその発熱抵抗Ｒｉにおける故障の有無を調べるステップと、
を有する。

また、本発明に係る装置は、複数個のインク射出部、各インク射出部に設けられた発熱抵抗Ｒｉ、並びにそれら発熱抵抗Ｒｉに対し並列接続された共通のコンデンサを備えるインクジェットプリンタにて使用され、その発熱抵抗Ｒｉの故障を検知する装置であって、
ａ）直流の稼働電圧を出力する第１状態及び既知値且つ直流のテスト電圧Ｖｔを出力する第２状態を採りうる可変電源と、
ｂ）既知値の基準抵抗Ｒｒと、
ｃ）上記可変電源の状態が第１状態から第２状態へと切り替わったときに、基準抵抗Ｒｒを発熱抵抗Ｒｉ及び上記コンデンサに対し直列に挿入する第１回路手段と、
ｄ）上記可変電源の状態が第１状態から第２状態へと切り替わったときに、上記コンデンサを開放させる第２回路手段と、
ｅ）発熱抵抗Ｒｉと基準抵抗Ｒｒを電気的に接続している個所に電気的に接続されておりその個所の電圧Ｖｉをディジタル計測するアナログディジタル回路と、
ｆ）その結果に基づきその発熱抵抗Ｒｉにおける故障の有無を調べる手段と、
を備える。

本発明によれば、開放、抵抗値過大又は抵抗値過小で動作不適な発熱抵抗を効率的に検知することができる。その実施には高価な増幅器が必要なく、基準抵抗・発熱抵抗間接続部電圧のディジタル計測にてその発熱抵抗の動作適否を正確に判別できる。

本発明の一実施形態を、その一部をブロック図形式、他の一部を回路図形式で示した図である。 図１中の第１及び第２低電圧検知回路を示すより詳細な回路図である。 ある具体的なパラメタ値を有する回路部品を使用した場合について、図１及び図２に示した実施形態の動作を示すグラフである。

図１にインクジェットプリンタの一例構成１０を示す。図中、プリンタ用制御回路はブロック図形式で示してある。まず、プロセッサ１４はホストコンピュータ１２と通信している。そのコンピュータ１２は、ソフトウェアを実行することで印刷指令を発行し、プリンタ１０宛にデータを送信する。また、プロセッサ１４には、ディスプレイ及びキーボード１８やメモリ２０の他、プリントキャリッジモータ２４及び紙送りモータ２６を制御する複数個の駆動回路２２も接続されている。コントローラ３０は、プロセッサ１４から供給される信号に応じ、プリントヘッド内に複数個あるスイッチ３２、即ち対応する発熱抵抗Ｒｉと共にインク射出部を構成しているスイッチを制御する。なお、本発明の理解に差し障りがないため、他のプリントヘッド内周知部品については図示を省略している。また、インク射出部は（図上は１個だが）実際には多数あり、スイッチ３２及び抵抗Ｒｉは射出部毎にある。それらの抵抗Ｒｉに対しては、コンデンサＣが１個、並列に設けられている。印刷動作実行時には、コントローラ３０からの指令に従い、可変電源３４が高レベルの稼働電圧Ｖｏを出力する（第１状態）。コンデンサＣはその電圧で充電されるので、コントローラ３０からの指令でスイッチ３２が閉じられると、プリントヘッド内の対応する抵抗Ｒｉに電流が流れる。その抵抗Ｒｉで生じる熱によって、従来周知の通り、そのインク射出部からインク滴が吐出される。

本発明に係る動作、即ち発熱抵抗Ｒｉの故障を検知する動作はテストモードで実行される。テストモードでは、コントローラ３０からの指令に従い、可変電源３４がテスト電圧Ｖｔを出力する（第２状態）。この電圧Ｖｔは稼働電圧Ｖｏより低いので、テストモードへの切り替わりに伴い電源３４の出力電圧は低下する。第１低電圧検知回路４０は、この電圧低下を検知するとスイッチ４２を開かせる。即ち、基準抵抗Ｒｒに対する低抵抗バイパス路を解消させることで、抵抗Ｒｒを回路内に入れる。低抵抗バイパス路解消を基準抵抗挿入とも表現できるのは、本実施形態におけるスイッチ４２が電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）であり、そのオン抵抗（オンしているときの抵抗値）が抵抗Ｒｒよりかなり低いからである。即ち、スイッチ４２のオンオフによらず抵抗Ｒｒは回路内にあるが、スイッチ４２のオン抵抗がＲｒ／３未満（より好ましくはＲｒ／１０）であれば回路動作はＲｒ無しの場合とほとんど変わらない。とりわけ、抵抗Ｒｉの定格値に比べてスイッチ４２のオン抵抗が十分に低ければ、印刷動作時消費電力はかなり抑制される。また、第２低電圧検知回路４３は、抵抗Ｒｒ・Ｒｉ間接続部における電位低下を検知するとスイッチ４４を開き、それによってコンデンサＣを開放させる。このとき、スイッチ３２が閉じていれば、それら抵抗Ｒｒ，Ｒｉによって直列回路が形成される。アナログディジタル（Ａ／Ｄ）コンバータ４６は、当該直列接続点の電圧Ｖ_ADを計測し、ディジタル信号に変換してプロセッサ１４に供給する。スイッチ３２が閉じ且つスイッチ４２及び４４が開いている状態、即ち抵抗Ｒｒと個々の抵抗Ｒｉとに同一の電流が流れている状態にてＡ／Ｄコンバータ４６により計測される電圧Ｖ_ADのことを、電圧Ｖｉと呼ぶこととする。また、スイッチ３２が全て開いており（即ちどの抵抗Ｒｉも回路内に挿入されておらず）且つスイッチ４２及び４４も開いている状態でのＡ／Ｄコンバータ計測値Ｖ_ADは、テスト電圧Ｖｔに対する良好な近似値となる（Ｖ_AD〜Ｖｔ）。これは、Ａ／Ｄコンバータ４６の入力インピーダンスが高いため抵抗Ｒｒに流れる電流が僅かで、抵抗Ｒｒにおける電圧降下を無視できるためである。このように、抵抗Ｒｒに流れる電流と抵抗Ｒｉに流れる電流が同一であるので、電圧Ｖｉは抵抗Ｒｉの関数となる。即ち、抵抗Ｒｉの値は次の式
Ｒｉ＝ＲｒＶｉ／（Ｖｔ−Ｖｉ）
で表される。

プロセッサ１４は、この式に従い各発熱抵抗Ｒｉの値を計算し、その結果をディスプレイ１８の画面上に表示させる。或いは、電圧Ｖｉの値をその許容範囲に照らすことで、その値が許容範囲外にある故障中の抵抗Ｒｉを検知し、どの抵抗Ｒｉが故障しているかをディスプレイ１８の画面上に表示させる。抵抗値計算をホストコンピュータ１２で行うようにしてもよい。

図２に示すように、スイッチ４２としてはＰチャネルＦＥＴが、第１低電圧検知回路４０としては抵抗５０及び５２からなる分圧回路が用いられている。抵抗５０・５２間接続部にはスイッチ４２たるＦＥＴのゲートが接続されており、抵抗５２の一端にはバイアス電圧Ｖ１が印加されている。従って、可変電源３４の出力がテスト電圧Ｖｔに落ちてゲートソース間電圧が０に近づくと、スイッチ４２が導通状態から非道通状態に切り替わり、基準抵抗Ｒｒが回路内に挿入されることとなる。なお、抵抗５０・５２間接続部に接続されているコンデンサ５４は、電圧Ｖｔの上下動が極度に遅くなることを防ぐことで、スイッチ４２のターンオン／オフに僅かな遅延を与えて、コンデンサＣからより多くの電流を引き出せるようにしている。

更に、スイッチ４４としてはＮチャネルＦＥＴが用いられている。第２低電圧検知回路４３内には、他に、抵抗６０及び６２からなる分圧回路が設けられている。単純な分圧回路でもよいが、図示例のように、ある定電圧Ｖｚが加わるとブレークダウンモードで動作するツェナーダイオード６４を、抵抗６０に対し直列に入れるのが望ましい。電圧Ｖｚはテスト電圧Ｖｔより高いものとする。また、肝心なのは、スイッチ４４たるＦＥＴのドレインを接地、ソースをコンデンサＣの負極にそれぞれ接続することである。こうすると、そのＦＥＴのイントリンジックダイオード（ＦＥＴ内ツェナーダイオード）をほぼ無視可能となる。もし、これとは逆の接続であると、発熱抵抗テスト時に問題となる。例えばＶｔ＝３Ｖを用いある発熱抵抗Ｒｉをテストしたとする。正常な抵抗Ｒｉによる正極側電圧低下幅が例えば約１．５Ｖなら、そのコンデンサＣの負極側電圧も１．５Ｖ分低下しようとする。上掲の接続でないと、ダイオード１個分の電圧降下（約０．７Ｖ）が生じたときに、ＦＥＴ内ツェナーダイオードがターンオンしてしまう。

スイッチ４４たるＮチャネルＦＥＴに関しては、もう一つ、発熱抵抗テスト時にターンオンさせないことが肝心である。特に、コンデンサＣが介在しているので、このＦＥＴのソース電圧は、発熱抵抗Ｒｉへの通電で０Ｖ未満になることがある。このとき、ゲート電圧が０Ｖ超を保つようにそのゲートが接続されていると、このＦＥＴはターンオンを開始してしまう。こうしたことが生じるのを防ぐため、図示例では、ソースゲート間にダイオード６６及び低抵抗６８の直列回路を入れ、ソース電圧低下につれてゲート電圧が低下するようにしてある。また、このＦＥＴのターンオン／オフを遅延させるため、抵抗６０・６２間接続部にコンデンサ７０を接続してある。更に、このＦＥＴのソース電圧が０Ｖ未満になったときに抵抗６２を回路から切り離してダイオード６６及び抵抗６８をより効果的に稼働させ、且つ印刷モード（Ｖｏ印加状態）でのゲート電圧ロードダウンを防ぐため、ダイオード６９を設けてある。また、コンデンサＣ内電荷の大半が放出されてからこのＦＥＴがターンオフするよう、電圧低下を十分ゆっくりにすることも重要である。なお、その過程については次に図３を参照して説明する。その際には、明解な説明を図るため典型的な回路素子値、電圧値及びタイミングを想定する。例えば、抵抗Ｒｒ及びＲｉの値は１０〜１０ｋΩとする。用途によっては、基準抵抗Ｒｒの値を抵抗Ｒｉの定格値と同じ値に設定すると都合がよい場合もある。

図３に、Ａ／Ｄコンバータ４６に加わる電圧Ｖ_ADの動作段階による変化を示す。このグラフに示す通り、可変電源３４の出力電圧を当初（０ｍｓｅｃ）の３Ｖから通常印刷時稼働電圧Ｖｏ（通常は１５〜３２Ｖ）に切り替えると、コンデンサＣの充電につれて電圧Ｖ_ADが上昇していく。但し、電圧Ｖｏがまるまる印加されるのを防ぐため、Ａ／Ｄコンバータ４６には抵抗７１及びダイオード７２が付設されている。そのダイオード７２に３．３Ｖが印加されていて３．３Ｖ＋ダイオード１個分の降下で制限されるため、電圧Ｖ_ADは極端には上がらない。即ち、電圧Ｖ_ADは、３．３Ｖ＋ダイオード７２による電圧降下（通常は０．６〜０．７Ｖ）＝約４．０Ｖに抑えられる。その後、電源３４の出力電圧を電圧Ｖｏから下げるとコンデンサＣの放電が始まる。電圧がおよそ１０Ｖ未満に下がると、その時点でスイッチ４２が開いて基準抵抗Ｒｒに対するバイパス路が切断され、またスイッチ４４が開いてコンデンサＣが回路から切り離される。電圧Ｖ_ADは、その後もしばらく約４Ｖにクランプされるが、コンデンサＣの放電が進みある時点（７ｍｓｅｃ）で４Ｖ未満に下がり始める。その順序で回路動作に影響が出ることはないので、スイッチ４２，４４の開閉順序は特定していない。その後は、一群の発熱抵抗Ｒｉに繰り返し通電させることで、コンデンサＣに残っていた電荷を放出させた上で（８ｍｓｅｃ）、各抵抗Ｒｉのテストを開始する（９ｍｓｅｃ）。即ち、スイッチ３２を閉じて抵抗Ｒｉに通電し電圧Ｖ_ADを調べるテストを、各スイッチ３２を順繰りに開閉させることで個々の抵抗Ｒｉについて実行する。このとき、電圧Ｖ_ADが約１．５Ｖまで低下していれば、その抵抗Ｒｉの抵抗値は今なお定格値である。即ち、図示例では基準抵抗Ｒｒの抵抗値を抵抗Ｒｉの定格値とほぼ等しく設定してあるので、Ｖｔ〜３．０Ｖ且つＶｉ〜１．５Ｖであれば、Ｒｉ＝ＶｉＲｒ／（Ｖｔ−Ｖｉ）＝１．５Ｒｒ／（３．０−１．５）＝Ｒｒ即ち正常ということである。従って、図示例ではどのテスト対象抵抗Ｒｉも正常である。

こうした装置及び方法、即ち対応する駆動回路から分離させつつ個別の回路部品の状態をモニタできる装置及び方法は、適宜工夫することによって、発熱抵抗を備えるインクジェットプリンタ以外の分野にも適用することもできる。注目に値する分野としては、例えば複数個の発光器を有するスコアボード、発光ダイオードアレイからなるディスプレイ、一群のリレーからなるスイッチングシステム等がある。本件技術分野で習熟を積まれた方々（いわゆる当業者）には自明な通り、この装置及び方法で回路部品をモニタするには、回路が稼働モードで適正動作しているときに、その部品に備わる何らかの電気特性を調べること、例えばその計測値が所定範囲に属しているか否かを調べることで、その部品の動作適否を判別できねばならない。また、調べた電気特性は基準回路部品の既知特性と比較される。その基準回路部品としては、モニタ対象回路部品と同種のものも異種のものも使用することができる。例えば、上掲の例で基準回路部品として使用しているＲｒは、発熱抵抗Ｒｉと同じく抵抗である。また、モニタ対象回路部品が例えばトランジスタ、ダイオード、リレー等であり、あるモードでの実効抵抗値を調べるのであれば、基準回路部品としては抵抗を使用することができる。

本発明を諸分野に適用する際には、まず、既知特性を有する基準回路部品を、その回路が稼働モードで動作している間、その回路からうまく切り離しておくべきである。上掲の例では、プリントヘッド稼働時に、基準回路部品たる抵抗Ｒｒをスイッチ４２でバイパスさせることによって、抵抗Ｒｒにおける消費電力及び電圧降下を抑えている。

本発明を諸分野に適用する際には、更に、モニタ対象回路部品に接続されており稼働モードでの適正回路動作に必要な回路部品のうち、モニタ対象回路部品の正確なモニタに邪魔になるもの（第２種回路部品）を、テストモードでは、スイッチ等を用いそのモニタ対象回路部品から分離させるべきである。上掲の例では、コンデンサＣをスイッチ４４で分離させている。

本発明を諸分野に適用する際には、また、稼働電圧を出力する第１状態及びそれとは別のテスト電圧（既知値電圧）を出力する第２状態を採りうる可変電源を、設けるべきである。上掲の例では直流電圧を使用しているが、用途によっては、適正回路動作のため可変電源から交流電圧をさせねばならないこともあろう。いわゆる当業者には自明な通り、テスト電圧として交流電圧を使用する場合には、ピーク検波器８０等の付加回路７３〜７５を計測回路内に設け、テストモードでの交流電圧計測を行えるようにすればよい。

１０ インクジェットプリンタ、１２ ホストコンピュータ、１４ プロセッサ、１８ ディスプレイ及びキーボード、２０ メモリ、２２ 駆動回路、２４ プリントキャリッジモータ、２６ 紙送りモータ、３０ コントローラ、３２，４２，４４ スイッチ、３４ 電源、４０，４３ 低電圧検知回路、４６ アナログディジタルコンバータ、５０，５２，６０，６２，６８，７１ 抵抗、５４，７０ コンデンサ、６４ ツェナーダイオード、６６，６９，７２ ダイオード、７３〜７５ 付加回路、８０ ピーク検波器。

Claims (11)

1. 複数個のインク射出部、各インク射出部に設けられた発熱抵抗Ｒｉ、並びにそれら発熱抵抗Ｒｉに対し並列接続された共通のコンデンサを備えるインクジェットプリンタにて実行され、その発熱抵抗Ｒｉの故障を発熱抵抗Ｒｉ毎に検知する方法であって、
   ａ）直流の稼働電圧を出力する第１状態及び既知値且つ直流のテスト電圧Ｖｔを出力する第２状態を採りうる可変電源を準備するステップと、
   ｂ）上記可変電源の状態が第１状態から第２状態へと切り替わったことを検知したときに、既知値の基準抵抗Ｒｒを発熱抵抗Ｒｉ及び上記コンデンサに対し直列に挿入し且つそのコンデンサを開放させるステップと、
   ｃ）発熱抵抗Ｒｉと基準抵抗Ｒｒを電気的に接続している個所の電圧Ｖｉをディジタル計測するステップと、
   ｄ）その結果に基づきその発熱抵抗Ｒｉにおける故障の有無を調べるステップと、
   を有する方法。
2. 請求項１記載の方法であって、更に、電圧Ｖｉをディジタル計測する前にコンデンサ内電荷を減少させるステップを有する方法。
3. 請求項１記載の方法であって、発熱抵抗Ｒｉの抵抗値をＲｉ＝ＲｒＶｉ／（Ｖｔ−Ｖｉ）なる関係に基づき計算する方法。
4. 請求項２記載の方法であって、発熱抵抗Ｒｉの抵抗値をＲｉ＝ＲｒＶｉ／（Ｖｔ−Ｖｉ）なる関係に基づき計算する方法。
5. 複数個のインク射出部、各インク射出部に設けられた発熱抵抗Ｒｉ、並びにそれら発熱抵抗Ｒｉに対し並列接続された共通のコンデンサを備えるインクジェットプリンタにて使用され、その発熱抵抗Ｒｉの故障を検知する装置であって、
   ａ）直流の稼働電圧を出力する第１状態及び既知値且つ直流のテスト電圧Ｖｔを出力する第２状態を採りうる可変電源と、
   ｂ）既知値の基準抵抗Ｒｒと、
   ｃ）上記可変電源の状態が第１状態から第２状態へと切り替わったときに、基準抵抗Ｒｒを発熱抵抗Ｒｉ及び上記コンデンサに対し直列に挿入する第１回路手段と、
   ｄ）上記可変電源の状態が第１状態から第２状態へと切り替わったときに、上記コンデンサを開放させる第２回路手段と、
   ｅ）発熱抵抗Ｒｉと基準抵抗Ｒｒを電気的に接続している個所に電気的に接続されておりその個所の電圧Ｖｉをディジタル計測するアナログディジタル回路と、
   ｆ）その結果に基づきその発熱抵抗Ｒｉにおける故障の有無を調べる手段と、
   を備える装置。
6. 請求項５記載の装置であって、上記第２回路手段がトランジスタを有する装置。
7. 請求項５記載の装置であって、上記第２回路手段が、上記コンデンサの負極側と接地との間に接続されたＮチャネルＦＥＴを有する装置。
8. 請求項５記載の装置であって、上記第１回路手段が、基準抵抗Ｒｒに対し並列でそのオン抵抗がＲｒ／３未満のスイッチを有する装置。
9. いずれも共通の第２種回路部品に接続されており複数個でアレイをなしている第１種回路部品の状態を個別にモニタする装置であって、
   ａ）稼働電圧を出力する第１状態及び既知値のテスト電圧を出力する第２状態を採りうる可変電源と、
   ｂ）上記第１種回路部品の電気特性と比較可能な電気特性を有する既知値の基準回路部品と、
   ｃ）上記可変電源の状態が第１状態から第２状態へと切り替わったときに、上記基準回路部品を上記第１種回路部品に対し直列に挿入する第１回路と、
   ｄ）上記可変電源の状態が第１状態から第２状態へと切り替わったときに、上記第２種回路部品を上記第１種回路部品から分離させる第２回路と、
   ｅ）上記第１種回路部品及び基準回路部品に電気的に接続されておりその電圧をディジタル計測するアナログディジタルコンバータと、
   ｆ）その結果に基づき上記第１種回路部品における故障の有無を調べる手段と、
   を備える装置。
10. 請求項９記載の装置であって、上記稼働電圧が直流電圧である装置。
11. 請求項９記載の装置であって、上記稼働電圧が交流電圧である装置。

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