JP2004364425A - 電源供給回路および該回路を備えた記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電源回路などにおいて、電源オン時における電源の突入電流が大きくなっている。
【解決手段】電源供給回路において、電源のオン・オフを制御する半導体素子と、コンデンサと非反転増幅回路が接続された帰還回路を有する。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電源から出力される電力の供給を行う電源供給回路に関するものである。また、そのような電源供給回路を備えた記録装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年の電子機器においては、機器内部に複数のＤＣ電源を備えており、それらの電源から供給される電力（電力ライン）のオン・オフを個別に制御するために、トランジスタやＭＯＳ−ＦＥＴなどの半導体を用いた電源供給回路（電力供給回路）が広く使用されている。これはプリンタ等の記録装置においても同様であり、モータ駆動用電源、ヘッド駆動用電源、および各種インターフェースの電源等の供給をそれぞれ独立して行うことが広く実施されている。
【０００３】
また、それらの電子機器においては、本体にオプションユニットを装着することによって機能を拡張することも広く行われている。たとえばプリンタにおいては、給紙カセットやソーター、ネットワークアダプタ等のユニットを装着することが可能な機種も多い。それらのユニットは電子回路を内蔵しており、その回路に電源供給を行うためにも電源供給回路が必要となる。
【０００４】
これらの回路では、回路の動作安定のために電源の負荷側に電解コンデンサなどの大容量コンデンサを接続することが一般的である。図５に一般的な電源供給回路の回路構成を示す。図５において、Ｑ１１は電源のオン・オフを制御するＭＯＳ−ＦＥＴ、Ｑ１２は制御する電圧レベルを変換するための抵抗内蔵トランジスタ、２０１は負荷回路、Ｃ１１は負荷の動作安定のための電解コンデンサである。また、ＶＭは回路に供給される電源電圧、ＶＭＳはオン・オフ制御された電源電圧、ＰＭは電源のオン・オフを制御する制御信号である。
【０００５】
【特許文献１】
特開平５−５８００２号公報。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような回路において電源をオンすると、電解コンデンサへの充電のために大きな突入電流が発生する。図６に電源をオンするときの波形図を示す。タイミングＴ１１において、制御信号ＰＭがＬレベルからＨレベルに変化すると、トランジスタＱ１２がオンし、それによってＱ１１がオンする。そのとき、電解コンデンサＣ１１への充電電流によって、電源電流ＩＭには非常に大きな突入電流が発生する。突入電流の大きさは、負荷が本来必要とする電流の１０倍以上に達することも珍しくない。タイミングＴ１２において、電解コンデンサＣ１１への充電が完了すると、電源電圧ＶＭＳはＶＭの電圧に達し、電源電流ＩＭは負荷２０１の負荷電流のみとなる。
【０００７】
従来は、突入電流を低減するために、電源回路に流れる電流を検出して電流を調整する回路を使用していたが、回路構成が複雑で価格が上昇するという問題があった。
【０００８】
一方、電源電流が１Ａ以下であるような比較的低容量の電源回路においては、使用するＭＯＳ−ＦＥＴや電解コンデンサも定格や容量の小さいものを用いることになる。以前には、これらのＭＯＳ−ＦＥＴや電解コンデンサは内部インピーダンスが大きく、結果的に突入電流も問題とならないレベルまで小さくなることも多かった。しかし、近年の電子デバイスの発達により、低容量であっても内部インピーダンスが低い素子が登場しつつある。これらの素子を使うことにより、回路の特性は向上するが、電源オン時の突入電流も大きくなる。そのため突入電流の低減はますます重要な問題となりつつある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、半導体素子を用いて電源のオン・オフを制御する電源供給回路であって、コンデンサと非反転増幅回路が直列に接続された帰還回路を有し、前記帰還回路が前記半導体素子の出力端子と制御端子に接続されている。
【００１０】
【発明の実施の形態】
【実施例】
以下図面を参照して本発明を具体的に説明する。
【００１１】
図１は本発明の代表的な実施形態であるインクジェット記録装置１の構成の概要を示す外観斜視図である。
【００１２】
図１に示すように、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なう記録ヘッド３を搭載したキャリッジ２にキャリッジモータ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とともに、例えば、記録紙などの記録媒体Ｐを給紙機構（ＡＳＦ）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なう。
【００１３】
また、記録ヘッド３の状態を良好に維持するためにキャリッジ２を回復装置１０の位置まで移動させ、間欠的に記録ヘッド３の吐出回復処理を行う。
【００１４】
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。
【００１５】
図１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。
【００１６】
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、この実施形態の記録ヘッド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、熱エネルギーを発生するために電気熱変換体を備え、その電気熱変換体に印加される電気エネルギーが熱エネルギーへと変換され、その熱エネルギーをインクに与えることにより生じる膜沸騰による気泡の成長、収縮によって生じる圧力変化を利用して、吐出口よりインクを吐出させる。この電気熱変換体は各吐出口のそれぞれに対応して設けられ、記録信号に応じて対応する電気熱変換体にパルス電圧を印加することによって対応する吐出口からインクを吐出する。
【００１７】
図１に示されているように、キャリッジ２はキャリッジモータＭ１の駆動力を伝達する伝達機構４の駆動ベルト７の一部に連結されており、ガイドシャフト１３に沿って矢印Ａ方向に摺動自在に案内支持されるようになっている。従って、キャリッジ２は、キャリッジモータＭ１の正転及び逆転によってガイドシャフト１３に沿って往復移動する。また、キャリッジ２の移動方向（矢印Ａ方向）に沿ってキャリッジ２の絶対位置を示すためのスケール８が備えられている。この実施形態では、スケール８は透明なＰＥＴフィルムに必要なピッチで黒色のバーを印刷したものを用いており、その一方はシャーシ９に固着され、他方は板バネ（不図示）で支持されている。
【００１８】
また、記録装置１には、記録ヘッド３の吐出口（不図示）が形成された吐出口面に対向してプラテン（不図示）が設けられており、キャリッジモータＭ１の駆動力によって記録ヘッド３を搭載したキャリッジ２が往復移動されると同時に、記録ヘッド３に記録信号を与えてインクを吐出することによって、プラテン上に搬送された記録媒体Ｐの全幅にわたって記録が行われる。
【００１９】
さらに、図１において、１４は記録媒体Ｐを搬送するために搬送モータＭ２によって駆動される搬送ローラ、１５はバネ（不図示）により記録媒体Ｐを搬送ローラ１４に当接するピンチローラ、１６はピンチローラ１５を回転自在に支持するピンチローラホルダ、１７は搬送ローラ１４の一端に固着された搬送ローラギアである。そして、搬送ローラギア１７に中間ギア（不図示）を介して伝達された搬送モータＭ２の回転により、搬送ローラ１４が駆動される。
【００２０】
またさらに、２０は記録ヘッド３によって画像が形成された記録媒体Ｐを記録装置外ヘ排出するための排出ローラであり、搬送モータＭ２の回転が伝達されることで駆動されるようになっている。なお、排出ローラ２０は記録媒体Ｐをバネ（不図示）により圧接する拍車ローラ（不図示）により当接する。２２は拍車ローラを回転自在に支持する拍車ホルダである。
【００２１】
またさらに、記録装置１には、図１に示されているように、記録ヘッド３を搭載するキャリッジ２の記録動作のための往復運動の範囲外（記録領域外）の所望位置（例えば、ホームポジションに対応する位置）に、記録ヘッド３の吐出不良を回復するための回復装置１０が配設されている。
【００２２】
回復装置１０は、記録ヘッド３の吐出口面をキャッピングするキャッピング機構１１と記録ヘッド３の吐出口面をクリーニングするワイピング機構１２を備えており、キャッピング機構１１による吐出口面のキャッピングに連動して回復装置内の吸引手段（吸引ポンプ等）により吐出口からインクを強制的に排出させ、それによって、記録ヘッド３のインク流路内の粘度の増したインクや気泡等を除去するなどの吐出回復処理を行う。
【００２３】
また、非記録動作時等には、記録ヘッド３の吐出口面をキャッピング機構１１によるキャッピングすることによって、記録ヘッド３を保護するとともにインクの蒸発や乾燥を防止することができる。一方、ワイピング機構１２はキャッピング機構１１の近傍に配され、記録ヘッド３の吐出口面に付着したインク液滴を拭き取るようになっている。
【００２４】
これらキャッピング機構１１及びワイピング機構１２により、記録ヘッド３のインク吐出状態を正常に保つことが可能となっている。
【００２５】
さらに、図１において、３１は記録装置１に装着されるオプションの給紙カセットユニットである。給紙カセットユニット３１を記録装置１の下面に設置することにより、給紙カセット３２から記録装置１への給紙が可能となる。
【００２６】
給紙カセット３２は、給紙カセットユニット３１に対して着脱が可能なカセットであり、その内部に記録媒体Ｐ２を積載する。記録媒体Ｐ２は給紙カセットモータＭ５によって搬送され、給紙口３３に引き出される。記録媒体Ｐ２は、給紙口３３から引き出された後は、本体の給紙機構５から記録動作と同様に、搬送モータＭ２によって搬送され、記録ヘッド３からインクを吐出して記録媒体に対して記録が行われる。
【００２７】
給紙カセット基板３４は、給紙カセットモータＭ５の駆動に必要な電子回路が搭載された基板であり、コネクタ３５によって記録装置１に接続され、記録装置１から電源とモータ駆動信号の供給を受ける。
【００２８】
図２は記録装置１の制御回路の主要構成を示すブロック図である。図２において１０１はＡＳＩＣ、１０２はＣＰＵ、１０３はプリンタ制御回路、１０４はＲＯＭ、１０５はＲＡＭ、１０６はＵＳＢインターフェース、３は記録ヘッド、Ｍ１はキャリッジモータ、Ｍ２は搬送モータ、Ｍ３はＡＳＦモータ、Ｍ４は回復モータ、１１４と１１５はモータドライバ、１１６は操作パネル、１１７は電源である。
【００２９】
ＡＳＩＣ１０１はプリンタ全般を制御するＩＣで、ＣＰＵ１０２とプリンタ制御回路１０３を内蔵する。プリンタ制御回路１０３はＡＳＩＣ１０１の内部でＣＰＵ１０２に接続され、ＣＰＵ１０２からの指示に基づいてＲＡＭ１０５、ＵＳＢインターフェース１０６、記録ヘッド３および各種モータを制御する。ＲＯＭ１０４はＣＰＵ１０２が実行するプログラムや固定データを内蔵する。ＲＡＭ１０５は印字データや各種の作業用データ等の格納に使用される。ＵＳＢインターフェース１０６はコンピュータ等のホストシステムに接続され、印字データやプリンタの制御に関するコマンド等を受信する。
【００３０】
キャリッジモータＭ１は、記録ヘッド３が搭載されたキャリッジを主走査方向に走査する。搬送モータＭ２は記録媒体を副走査方向に搬送する。ＡＳＦモータＭ３はＡＳＦから記録媒体を給紙する。回復モータＭ４は、記録ヘッド３の拭き操作やインクの吸引などの回復操作を行う。モータドライバ１１４はＡＳＩＣ１０１が出力するモータの制御信号に基づいてキャリッジモータＭ１と搬送モータＭ２を駆動する。モータドライバ１１５も同じくＡＳＩＣ１０１が出力するモータの制御信号に基づいてＡＳＦモータＭ３と回復モータＭ４を駆動する。操作パネル１１６は各種の操作キーと表示ランプで構成される。電源１１７は各ブロックに電源を供給する。
【００３１】
また、図２において、３１は給紙カセットユニットを示し、コネクタ３５によって記録装置本体と電気的に接続される。図２において、１２１は電源供給回路、１２２はモータドライバ、Ｍ５は給紙カセットモータである。電源供給回路１２１は、本体の電源１１７から供給される電源電圧のオン・オフを制御する。モータドライバ１２２はＡＳＩＣ１０１が出力するモータの制御信号に基づいて給紙カセットモータＭ５を駆動する。
【００３２】
図３は、電源供給回路１２１の回路構成を示す回路図である。図３において、ＶＭは本体から供給されるモータ駆動用電源であり、電圧は２７Ｖである。ＰＭは本体のＡＳＩＣに接続され、電源のオン・オフを制御する信号である。出力ＶＭＳには負荷としてモータドライバ１１５が接続される。
【００３３】
また図３において、Ｑ１は電源のオン・オフを行うＭＯＳ−ＦＥＴ、Ｑ２、Ｑ３は抵抗内蔵トランジスタ、Ｑ４はトランジスタ、Ｃ１は電解コンデンサである。図３において、トランジスタＱ２は、制御信号ＰＭのレベルによってＱ１のオン・オンを制御できるように電圧レベルを変換する。コンデンサＣ３、トランジスタＱ３およびＱ４は、電源出力ＶＭＳからＱ１のゲートに帰還をかけることにより、ＶＭＳの立ち上がりを制御する。Ｑ３とＱ４の２つのトランジスタの組み合わせは非反転増幅回路として機能する。
【００３４】
図４に電源をオンするときの波形図を示す。タイミングＴ１において、制御信号ＰＭがＬレベルからＨレベルに変化すると、トランジスタＱ２がオンし、それによってＱ１がオンする。その際、コンデンサＣ２によって、Ｑ１のゲート−ソース間電圧は急激には変化せずに徐々に大きくなるため、Ｑ１のオン抵抗も急激には小さくならない。そのため、Ｑ１がオンした直後の充電電流ＩＭは約１Ａ程度に抑えられる。
【００３５】
電解コンデンサＣ１への充電が開始され、ＶＭＳの電圧が上昇しだすと、コンデンサＣ３を通じて、ＶＭＳからＱ４のベース端子の方向へ電流が流れる。Ｑ４のベース電圧Ｖ＿Ｑ４Ｂが約０．７Ｖになると、Ｑ４がオンし、それによってＱ３がオンするようになる。Ｑ３がオンすることは、コンデンサＣ２の電荷を放電し、Ｑ１のゲート−ソース間電圧を小さくして、Ｑ１のオン抵抗を大きくする方向に機能する。
【００３６】
逆にＱ１のオン抵抗が大きくなるすぎると、電解コンデンサＣ１への充電電流が減少し、ＶＭＳの電圧の立ち上がりが鈍くなる。そうするとＣ３を流れる電流も減少するので、Ｑ４のベース電圧が低下してＱ４およびＱ３をオフする傾向が生じる。
【００３７】
このように、コンデンサＣ３、トランジスタＱ３およびＱ４で構成された帰還回路は、ＶＭＳ電圧の立ち上がりの傾きを一定にするように機能するので、ＶＭＳ電圧の立ち上がりは一定値に抑制され、充電電流ＩＭも充電開始直後のピーク値以下に抑えられる。
【００３８】
ＶＭＳ電圧の立ち上がりの間、Ｑ４のベース電圧は約０．７Ｖなので、抵抗Ｒ３に流れる電流はＩ＿Ｒ３＝０．７Ｖ／Ｒ３となる。また、コンデンサＣ３の両端の電圧の変化を△Ｖ＿Ｃ３、Ｃ３に流れる電流をＩ＿Ｃ３とすると、コンデンサの機能上△Ｖ＿Ｃ３＝Ｉ＿Ｃ３／Ｃ３となる。Ｑ４のベース電流が無視できる程度であれば、Ｉ＿Ｃ３はＩ＿Ｒ３と等しくなる。また、ＶＭＳ電圧の立ち上がりの傾きを△ＶＭＳとすれば、△ＶＭＳは△Ｖ＿Ｃ３とほぼ等しくなるので、△ＶＭＳ＝Ｉ＿Ｒ３／Ｃ３＝０．７Ｖ／（Ｒ３×Ｃ３）となる。
【００３９】
また、Ｑ１のゲート−ソース間電圧は、Ｑ１が適度なオン抵抗を持つような値に保たれるため、結果的に約１Ｖの電圧を保つようになる。
【００４０】
タイミングＴ２において、ＶＭＳの電圧がＶＭに達すると、コンデンサＣ３に電流が流れなくなる。Ｑ４のベース電圧はゼロになり、Ｑ４およびＱ３は完全にオフする。Ｑ１のゲート−ソース間電圧は抵抗Ｒ１とＲ２の分圧比で決まる値になる。この値は約１０Ｖに設定してある。ゲート−ソース間に十分な電圧が印加されるので、Ｑ１は完全にオンしてＱ１のオン抵抗は非常に小さくなる。したがって、その状態で負荷が動作してＱ１に負荷電流が流れても、Ｑ１による電力の損失はほとんど生じないため、電力を効率よく使用できる。また、負荷変動によってＱ１に流れる電流が変化しても電源電圧の変動はほとんど生じないため、電源電圧を高精度に保つことが可能であり、負荷の制御が容易になる。
【００４１】
以上、電源オン時における電源電圧の立ち上がりを一定値以下に抑制して、突入電流を低減することが可能になる。また、電源動作時においては、電源電流が流れる経路の抵抗は大変小さいため、電源供給回路による電力の損失はほとんど発生せず、負荷の変動による電源電圧の変動も発生しない。
【００４２】
一方、コンデンサと非反転増幅回路による帰還回路は、回路構成は、シンプルであり、低コストで実現できる。そして、オプションユニットに電源供給回路を備えることで、記録装置（本体側）にオプションユニットのための電源供給回路を備える必要が無くなり、本体のみを使用するユーザーに対してより安価な記録装置を提供できる。
【００４３】
なお、本実施形態において記録装置として、インクジェット記録装置を適用した場合について説明したが、例えばレーザー方式の記録装置（いわゆるレーザービーム・プリンタ、略称ＬＢＰ）にも適用してもよい。
【００４４】
また、オプションユニットとして、給紙カセットユニット以外に、ソーターや両面ユニット（両面に記録するために、記録媒体を反転させる）、ネットワークアダプタ等に適用してもよい。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、電源オン時における電源電圧の立ち上がりを一定値以下に抑制することで、突入電流の低減を低コストで実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の代表的な実施形態であるインクジェット記録装置の構成の概要を示す外観斜視図。
【図２】記録装置の制御回路の主要構成を示すブロック図。
【図３】電源供給回路の回路図。
【図４】電源オン時の波形図。
【図５】従来の電源供給回路の回路図。
【図６】従来の電源供給回路における電源オン時の波形図。
【符号の説明】
１ 記録装置
３ 記録ヘッド
３１ 給紙カセットユニット
３４ 給紙カセット基板
３５ コネクタ
１０１ ＡＳＩＣ
１１７ 電源
１２１ 電源供給回路
１２２ モータドライバ
Ｍ５ 給紙カセットモータ

Claims (4)

1. 半導体素子を用いて電源のオン・オフを制御する電源供給回路であって、
   コンデンサと非反転増幅回路が直列に接続された帰還回路を有し、前記帰還回路が前記半導体素子の出力端子と制御端子に接続されていることを特徴とする電源供給回路。
2. 前記半導体素子がＭＯＳ−ＦＥＴであり、前記出力端子がドレイン端子であり、前記制御端子がゲート端子であることを特徴とする請求項１に記載の電源供給回路。
3. 請求項１に記載の電源供給回路を備えることを特徴とする記録装置。
4. 前記記録装置は、オプションユニットと着脱可能であって、前記オプションユニットに前記電源供給回路を有することを特徴とする請求項３に記載の記録装置。

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