JP2013220544A - インクジェット式印刷装置、及びインクジェット式印刷装置の過熱エラー検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】過熱エラー発生後のリカバリ動作時に生じる無駄頁を抑制することが可能なインクジェット式印刷装置、及びインクジェット式印刷装置の過熱エラー検出方法を提供する。
【解決手段】駆動回路が過熱することが避けられない事象が発生した時に、温度予測に基づいて駆動回路が限度温度に達する前に、印刷を頁終端で停止させることにより、頁の途中で印刷が停止して印刷用紙の無駄が生じることを抑制し、過熱エラーを検出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、インクジェット式印刷装置、及びインクジェット式印刷装置の過熱エラー検出方法に関する。

一般に、インクジェット式印刷装置における記録ヘッドは、各種方式に応じた印字素子がノズル毎に実装されている。
このような印字素子として圧電素子があり、圧電素子をインク流路内のインクを加圧する圧力発生手段として使用し、圧電素子を微振動させることにより、インク流路内の容積を変化させてインク滴を吐出させている。

圧電素子に台形状のパルス駆動波形を印加するためのヘッド駆動回路は、一般にプッシュプル回路と呼ばれる回路構成となっている。電流増幅する駆動素子（以下トランジスタと記載）は、不飽和領域で駆動するため発熱が顕著である。通常、圧電素子を駆動するトランジスタの消費電力は、数［Ｗ］〜２０［Ｗ］程度と大きいため、ノズル稼働率の高い（高印刷ＤＵＴＹ）での印刷を連続的に行うと、トランジスタのジャンクション温度が急上昇する。

ここで、トランジスタのジャンクション温度が絶対最大定格（例、１５０［℃］）を超えるようなケースにおいては、トランジスタが熱破壊に至る可能性がある。これを防止するために、一般に、トランジスタを放熱フィンに実装する方法や、ファンによる強制冷却による方法、またはその両方により、トランジスタの温度上昇を防止している。
特に、ライン走査型のインクジェット印刷装置におけるヘッドは、用紙搬送方向（副走査方向）に複数のノズル列（群）を配置したヘッドを使用しているため、ヘッド駆動回路は、ノズル列数分のトランジスタが必要となり、トランジスタの使用員数が多くなる。これら複数のトランジスタを効率良く冷却するために、単一の放熱フィンに複数のトランジスタを実装し、冷却ファンによる強制冷却を行っている。

仮に、冷却用ファンの冷却能力が目詰まり等により低下した場合、或いは、所定の印刷ＤＵＴＹをオーバしてヘッドを駆動した場合は、トランジスタの発熱量が放熱量よりも多くなりトランジスタが過熱状態になって熱破壊する恐れがある。

そこで、サーミスタ等の温度検出素子をトランジスタ近傍に実装し、所定の過熱エラーのしきい値を設けて、温度検出素子の温度が所定の過熱エラーのしきい値を越えた場合は、インク吐出を停止させてヘッド駆動回路のトランジスタを熱破壊から防止する技術が既に知られている。

ここで、過熱エラーとは、ヘッドを駆動するトランジスタのジャンクション温度が高温になってトランジスタが破損するのを防止するために設けた所定の温度（しきい値）を、トランジスタのジャンクション温度が超過したことをいう。

しかし、今までのインクジェット印刷装置では、駆動回路の過熱エラーを検出した場合、トランジスタの熱破壊を防止するためにインク吐出動作を即停止していた。その結果、印刷頁内の途中で吐出動作が停止する場合がある。また、印刷装置を２台連結して両面印刷を行う場合は、両面の印刷が完了せずに吐出動作を停止する場合がある。

このため、駆動回路の過熱エラーを検出してインク吐出動作を緊急停止し、その後、過熱エラーを修復して印刷を再開する場合、頁の途中で停止した頁、または両面印刷を完了していない頁を再印刷するため、無駄な記録紙を消費する問題があった。

そこで、この問題を解決するため、種々の提案が行われた（例えば、特許文献１〜３参照。）。

特許文献１には、過熱アラームの発生によって、頁の途中で印刷が休止するために発生していた無駄な記録紙の消費を回避する目的で、印刷する頁毎に予めドット数をカウントしておき、カウントしたドット数と現在のサーマルヘッド温度とを基に印刷開始の判断を行い、頁の印刷動作中にサーマルヘッドの過熱アラームが発生しないことを予測して印刷を開始するので、サーマルヘッドの過熱アラームの発生によって頁の途中で印刷が休止して発生する無駄な記録紙の消費を防止する方法が開示されている。

特許文献２には、過熱検出により印刷が停止することで、スループットが低下する問題を防ぐ目的で、ドット式プリンタの場合は、温度検知と残り印刷データ量を基に、ヘッドの往復により印刷するパス回数を増加させたり、用紙送り速度の減速により温度を低下させたりする発明が開示されている。また、特許文献２には、カット紙対応の電子写真式プリンタの場合は、温度検知と残り印刷データ量とを基に、次頁の給紙動作を停止して所定の待機時間を設けることで、過熱による印刷停止を防止する方法が開示されている。

特許文献３には、過熱を防止する目的で、ドライバの温度を印刷データ等に基づき１頁毎に予測し、しきい値を越えない場合は次頁の印刷（用紙搬送＋吐出）を開始し、しきい値を越えると予測した場合は、ウェイト時間を設けた後に次頁の印刷を行うことが開示されている。

しかし、特許文献１に記載の発明は、頁の途中で過熱アラームが発生すると予測した場合、次の頁の印刷を休止しているため、Ａ４サイズの用紙などのカット紙に印刷する印刷装置では可能であるが、記録紙が連続している連続紙に印刷する印刷装置（以下、連帳機と記載）の場合、インク吐出動作のみを休止すると記録紙が搬送されてしまうので、記録紙が無駄になる。また、特許文献１に記載の発明は、用紙搬送を一時中断しているが、連帳機の場合は記録紙の無駄な消費が発生する。なぜなら、一般に、連帳機は用紙搬送速度が所定の速度になった定速状態で印刷を行っているため、用紙搬送の一時停止が頻繁に行われると、減速期間及び加速期間の記録紙が無駄になる。このように、特許文献１に記載の発明は、１パスで印刷を行う連帳機では過熱アラーム発生時に無駄な記録紙が発生する問題を解消することができていない。

特許文献２に記載の発明は、印刷するパス回数を増加させているが、連帳機はヘッドを往復させずに印刷するので、印刷パスの回数を増加させることができない。また、特許文献２に記載の発明は、待機時間を設けているが、連帳機は連続用紙を一定速度で搬送中にインク吐出を行うため、給紙動作を一時停止して待機時間を設けることができない。従って、特許文献２に記載の発明では過熱アラーム発生時に無駄な記録紙が発生する問題を解消することができない。

特許文献３に記載の発明は、ウェイト時間を設けているが、連帳機は連続用紙を定速搬送中にインク吐出を行うため、インク吐出のみを一時停止すると用紙が搬送されているので、印刷用紙が無駄になる。また、用紙搬送と吐出動作を一時停止すると、搬送停止から再加速して用紙搬送速度が定速になるまでの印刷用紙が無駄になるので過熱アラーム発生時に無駄な記録紙が発生する問題を解消することができない。

そこで、本発明の目的は、過熱エラー発生後のリカバリ動作時に生じる無駄頁を抑制することが可能なインクジェット式印刷装置、及びインクジェット式印刷装置の過熱エラー検出方法を提供することにある。

上記課題を解決するため、インクの液滴を吐出するヘッドと、前記インクの吐出用の圧電素子に電圧を印加する駆動素子と、を有するインクジェット式印刷装置であって、前記駆動素子の過熱の限度温度を設定する設定手段と、印刷時の印刷速度を検出する印刷速度検出手段と、印刷時の頁長を検出する頁長検出手段と、前記駆動素子に実装された放熱フィンの温度が上昇する割合を格納する温度上昇値テーブルと、前記放熱フィンの温度を検出するフィン温度検出部と、前記印刷速度及び前記頁長を基に所定頁の始端から終端まで印刷する時間を、前記温度上昇テーブルの値に基づき温度に換算する制御部と、を備え、前記制御部は、前記過熱限度温度から前記温度を減算し、前記過熱限度温度よりも低い過熱エラー検出温度を設定し、前記フィン温度検出部が検出した放熱フィンの温度が前記過熱エラー検出温度より高い場合に過熱エラーと判断し、頁終端で吐出動作を停止することを特徴とする。

本発明によれば、過熱エラー発生後のリカバリ動作時に生じる無駄頁を抑制することが可能なインクジェット式印刷装置、及びインクジェット式印刷装置の過熱エラー検出方法の提供を実現できる。

一実施形態に係るインクジェット式印刷装置に設けられたインクジェット吐出駆動回路の全体構成を示すブロック図である。 ライン走査型インクジェットヘッドを構成するヘッドの配列状態の一例を示す図である。 （ａ）は、圧電素子に印加する駆動波形の一例を示す図であり、（ｂ）は、インク滴量と駆動パルス波形の関係を説明する図である。 それぞれのノズルからインク滴を吐出した場合における圧電素子からの放電電流（以後、ＰＵＬＬ電流と記載する）と駆動波形の関係を示す図である。 それぞれのノズルから連続的にインク滴を吐出している状態における圧電素子からのＰＵＬＬ電流と駆動波形との関係を示す図である。 複数のトランジスタが単一の放熱フィンに実装された場合の発熱源、熱抵抗を等価回路に置き換えたことを示す図である。 図１で説明したトランジスタを冷却している冷却ファンに目詰まりが発生したため、トランジスタが実装されている放熱フィンの温度が、冷却停止により上昇する過程を示した図である。 トランジスタの過熱検出を行う過程を示したフローチャートの一例である。

＜概 要＞
本発明は、冷却ファンの目詰まり等により駆動回路が過熱することが避けられない事象が発生した時に、温度予測に基づいて駆動回路が限度温度に達する前に、印刷を頁終端で停止させることにより、頁の途中で印刷が停止して印刷用紙の無駄が生じることを抑制し、過熱エラーを検出するものである。
すなわち、本発明は、ライン走査型インクジェット式印刷装置のヘッド駆動回路のトランジスタの過熱検出を温度検出素子により行う場合において、過熱エラー発生後のリカバリ動作時に生じる無駄頁を抑制することが可能なインク吐出用駆動回路及び過熱エラー検出方法を提供するものである。

＜実施の形態１＞
［構 成］
以下、一実施形態に係るインクジェット式印刷装置に設けられたインクジェット吐出駆動回路について、図面を参照して説明する。
図１は、一実施形態に係るインクジェット式印刷装置に設けられたインクジェット吐出駆動回路の全体構成を示すブロック図である。
なお、図１は説明を簡単にするためにノズル列を２列とした場合の構成例である。ノズル列には複数の圧電素子が実装されている。通常、ノズル列内の圧電素子の数は、数百個程度から構成されるが、図１は記載を省略している。

図１において、ヘッド１内の上段のノズル列には圧電素子１０ａ〜１０ｎが、下段のノズル列には２０ａ〜２０ｎが実装されている。アナログスイッチ１１ａ〜１１ｎは圧電素子１０ａ〜１０ｎと対になっており、同様にアナログスイッチ２１ａ〜２１ｎは圧電素子２０ａ〜２０ｎと対になっている。
アナログスイッチ１１ａ〜１１ｎには同一の制御線が接続され。同様にアナログスイッチ２１ａ〜２１ｎにも同一の制御線が接続される。制御部７から転送されたシリアルデータがヘッド１内の図示しないシフトレジスタ部に転送され、シフトレジスタ部を介してアナログスイッチ１１ａ〜１１ｎ、２１ａ〜２１ｎに印加される。

インク滴量の大きさは駆動波形を構成する複数のパルス波形から任意のパルス波形を部分選択することで、そのインク滴量を変更している。このアナログスイッチ１１、２１は任意の駆動パルス波形を選択するためのものであり、アナログスイッチのオン・オフは制御部７からの印刷データによって行われる。印刷データは、個々のノズルから吐出されるインク滴量を指示する吐出量情報に相当するドットデータがノズル列を構成する総ノズル数分のデータ群から成る。

ヘッド１内にはサーミスタ２が実装されており、ヘッド１の周囲温度を検出する。この周囲温度に応じて駆動波形を切り替えることにより、インク粘度に変化が生じても吐出時のインク体積を一定にすることが可能となる。

なお、ヘッド１の周囲温度を検出するサーミスタ２はヘッド１内に実装したが、実装位置はヘッド１内に限定されるものではない。また、インク温度を検出できるようにインク室の近傍に実装しても良い。
電流増幅回路１２は、ＰＮＰ形バイポーラトランジスタ８ａ、８ｃ、ＮＰＮ形バイポーラトランジスタ８ｂ、８ｄ（以下、トランジスタ８ａ〜８ｄと表記）で構成されるプッシュプル回路であり、一組のトランジスタ８ａ、８ｂにより接続された全ての圧電素子１０ａ〜１０ｎを駆動するようになっている。

駆動波形保存部４は温度別の駆動波形データが複数保存されており、サーミスタ２が出力する周囲温度に応じて選択され、駆動波形保存部４から出力された駆動波形データがＤ／Ａ変換器ＤＡＣ（Digital Analog Converter)５ａ〜５ｂにてアナログの駆動波形に変換され駆動波形が生成される、増幅器６ａ〜６ｂにて電圧増幅された駆動波形がトランジスタ８ａ〜８ｄで電流増幅される。

トランジスタ８ａ〜８ｄは図示しない放熱フィンに実装されている。また、トランジスタ８ａ〜８ｄの過熱検出用のサーミスタ３が放熱フィン（図示せず）に同様に実装されている。サーミスタ３の出力は図示しないＡ／Ｄコンバータに入力されており、Ａ／Ｄコンバータの出力データを読み出すことによりサーミスタの温度を検出する。サーミスタ３は既に説明したように放熱フィンに実装されているので、トランジスタが実装されている放熱フィンの温度を検出可能である。

滴量別の駆動ノズル数カウント手段１３は、インク滴量毎にノズル列内で駆動されるノズル数をカウントし、駆動ＤＵＴＹを算出する。滴量判別部（図示せず）は上位制御装置６０から転送されるドットデータからインク滴量を判別する。上位制御装置６０は印刷装置全体を制御するもので、制御部７への印刷データの転送や印刷開始・停止命令の発行などを行う。

制御部７は過熱エラーのしきい値の演算、過熱エラーの判別、サーミスタ２とサーミスタ３からの温度データの読み出し等を行う。
記憶手段１６はメモリ等の素子から成り、温度上昇値テーブルなどを予め記憶している。
印刷速度検出手段５０は印刷速度（用紙搬送速度）を検出するもので、上位制御装置６０からのコマンドで印刷速度を把握する。頁長検出手段５１は、連続用紙に印刷する頁長を認識するもので、上位制御装置６０からのコマンドで認識する。過熱限度温度の設定手段５２はトランジスタが許容できる限度温度を演算により算出する。

なお、制御部７は処理速度の高速化のためにＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit)で作製することが好ましい。
また、本実施形態では、単一のヘッドを駆動する複数のトランジスタと、トランジスタの温度を検出する１個のサーミスタと、を単一の放熱フィンに実装した場合を例に取って説明したが、放熱フィンに実装されるトランジスタ群は複数のヘッドを駆動するトランジスタ群としても良い。また、複数のサーミスタを所定の距離を隔てて実装しても良い。また、サーミスタの実装位置はジャンクションからケースまでの間の温度上昇の高い方のトランジスタ（例、ＰＵＳＨ側のトランジスタ）の近傍に実装すると良い。

図２は、ライン走査型インクジェットヘッドを構成するヘッドの配列状態の一例を示す図である。
ヘッド１は用紙３１の幅方向に千鳥状に複数個が配置されており、最大用紙幅に対応する個数が実装される。図２は説明を簡単にするために一色分のヘッドの搭載個数を７個としている。これらの７個のヘッドをヘッドアレイ３２として纏めており、インク色（Ｙ／Ｍ／Ｃ／Ｋ）分を備え、用紙搬送方向と直交する方向に複数のヘッドアレイ３２を実装した。

図３（ａ）は、圧電素子に印加する駆動波形の一例を示す図であり、図３（ｂ）は、インク滴量と駆動パルス波形の関係を説明する図である。
駆動パルス波形とインク滴量の関係を図３（ａ）、図３（ｂ）にて説明する。
駆動波形ＶＣＯＭ４０は複数のパルス波形から構成されており、図３（ａ）は駆動周期Ｔ内にＰＵＬＬ１からＰＵＬＬ４のパルス波形で構成された例である。インクを吐出しない場合にノズル面の乾燥によるノズル詰まりを防止する方法として、ノズル面のメニスカスを微振動させてインクを攪拌する動作を行っており、これを微駆動と定義する。微駆動の振動数は図３（ａ）のＴ内において、ＰＵＬＬ１部の１回である。この微駆動はインクを吐出しないため通常のパルス波形より電圧振幅を小さくしており、振幅は２Ｖ程度である。

次に、小滴インクを吐出する場合はＰＵＬＬ２のパルス波形のみを使用してインクを吐出する。中滴インクを吐出する場合はＰＵＬＬ２とＰＵＬＬ３のパルス波形を使用し、複数のインク滴を結合させることにより、所定のインク体積を得ている。同様に大滴インクの場合はＰＵＬＬ２からＰＵＬＬ４のパルス波形を使用し、複数のインク滴を結合させて所定のインク体積を得ている。

ここで、「小滴」、「中滴」、「大滴」のサイズについて述べる。解像度（例１２００×６００ ｄｐｉ）により異なるが、着弾後（付着後）のドット径は、一例として以下のサイズになる。
「小滴」…１８［μｍ］〜２２［μｍ］
「中滴」…２６［μｍ］〜２９［μｍ］
「大滴」…３８［μｍ］〜４３［μｍ］

図４は、それぞれのノズルからインク滴を吐出した場合における圧電素子からの放電電流（ＰＵＬＬ電流）と駆動波形の関係を示す図である。
圧電素子に電圧を印加し、圧電素子の振動を利用してノズルからインク吐出を行うには、まず、圧電素子に徐々に電圧を印加して所定の電位（以後、中間電位と記載する）に保持する。中間電位から電荷を放電するＰＵＬＬパルス波形（ＰＵＬＬ１からＰＵＬＬ４）を与えることで、圧電素子はインクを吐出する方向に変形しノズルからインクの吐出を行っている。

図４は、同一のノズル列内において、ノズル毎に異なったインク滴を吐出した場合の圧電素子からのＰＵＬＬ電流を示しており、このＰＵＬＬ電流は図１で説明したトランジスタ８ｂ、８ｄに流れる。

ノズルＮｏ．１は大滴インクを吐出する例であり、ＰＵＬＬ２からＰＵＬＬ４のパルス波形でＰＵＬＬ電流が流れる。ノズルＮｏ．２は中滴インクを吐出する例であり、ＰＵＬＬ２とＰＵＬＬ３のパルス波形でＰＵＬＬ電流が流れる。ノズルＮｏ．３は小滴インクを吐出する例であり、ＰＵＬＬ２のパルス波形でＰＵＬＬ電流が流れる。ノズルＮｏ．Ｎは微駆動の例でありＰＵＬＬ１のパルス波形でＰＵＬＬ電流が流れる。

このように、各ＰＵＬＬ電流（ＰＵＬＬ１からＰＵＬＬ４）はノズルＮｏ．１からノズルＮｏ．Ｎに流れるパルス波形電流を合計した電流となる。

なお、図４は、ＰＵＬＬ電流について説明したが、圧電素子に電荷を充電する充電電流（以後、ＰＵＳＨ電流と記載する）は、各ＰＵＬＬパルス波形の立ち上がり時に流れ、このＰＵＳＨ電流は図１に示すトランジスタ８ａ、８ｃに流れる。

トランジスタの電力損失はコレクタ〜エミッタ端子間に印加された電圧（Ｖｃｅ）と電流（Ｉｃｅ）との積であるため、パルス波形毎に電力損失が生じる。
高速ライン走査型インクジェット印刷装置における駆動パルス幅（例、ＰＵＬＬ１）は数μｓ程度である。各パルス波形単位でみたトランジスタの電力損失は大きいが、トランジスタのジャンクションからケースまでの熱抵抗であるＲ_th(j-c)は時間により変化する特性であり、時間が短い場合は熱抵抗Ｒ_th(j-c)も小さくなる。

具体的な例で説明すると、１．４［μｓ］時における熱抵抗Ｒｔｈ（ｊ−ｃ）は０．００８［℃／Ｗ］程度である。仮にパルス幅が１．４［μｓ］で、この時のパルス電力損失を１００［Ｗ］とした場合、ジャンクションからケースまでの間の温度差は０．８［℃］（１００Ｗ×０．００８℃／Ｗ）と非常に低くなるためパルス単位では正確なジャンクション温度が把握できない。従って、トランジスタの電力損失は上記パルス電力損失の合計を駆動周期Ｔで平均化した。

図５は、それぞれのノズルから連続的にインク滴を吐出している状態における圧電素子からのＰＵＬＬ電流と駆動波形との関係を示す図である。
駆動波形ＶＣＯＭ４０は吐出周期に準じて、時間Ｔ１、時間Ｔ２、時間Ｔ３と連続的に出力しており、圧電素子からのＰＵＬＬ電流はドットデータに基づいたインク滴量に準じた電流となっている。
トランジスタの過熱検出は定期的な周期でチェックしており、図５に示すＴｃｈｋタイミングで過熱検出を行った場合、インク吐出が直前に行われた時間Ｔ２において算出された駆動ＤＵＴＹを、電力損失を演算するパラメータとして使用する。

具体的には、滴量判別部（図示せず）にて印刷データからインク滴量別にドットデータを判別し、判別したインク滴量における駆動ノズル数をカウントする。そして、カウントした駆動ノズル数をノズル列の総ノズルで除算することで、駆動ＤＵＴＹを算出する。例えば、大滴のインク滴量における駆動ノズル数が５０でノズル列の総ノズル数が１００の場合、駆動ＤＵＴＹαは０．５（５０／１００＝０．５）となる。

このように、インク吐出が直前に行われた時間Ｔ２の駆動波形における駆動ＤＵＴＹを使用することにより、トランジスタの過熱検出を行うタイミングに最も近い駆動ＤＵＴＹを使用することができる。なお、駆動ＤＵＴＹの算出期間は時間Ｔ２に限定されるものではなく、例えば、時間Ｔ２から時間Ｔ３までの期間における駆動ＤＵＴＹを利用しても良い。

次にノズル列単位のトランジスタの電力損失について説明する。
複数のＰＵＬＬパルス波形からなる駆動波形で生じるパルス電力損失は駆動波形ＶＣＯＭ４０と駆動ノズル数（駆動ＤＵＴＹ）とに依存する。更に複数のインク滴量を持つため、インク滴量毎にノズル列の電力損失を求める必要がある。インク滴量毎の電力損失は、ノズル列の全ノズルを同じ滴量で吐出した時に生じるトランジスタ電力損失（ＤＵＴＹ１００％時の電力損失）と、インク滴量毎の駆動ＤＵＴＹとを乗算することでインク滴量毎の電力損失が算出できる。

更に、それらインク滴量毎の電力損失を全て加算することで、トランジスタの総電力損失をノズル列単位で算出可能となる。具体的には、大滴の電力損失と中滴の電力損失と小滴の電力損失と微駆動の電力損失を加算する。

以上より、ノズル列単位のトランジスタの総電力損失は、
（ＤＵＴＹ１００％時の大滴電力損失×ＤＵＴＹ）
＋（ＤＵＴＹ１００％時の中滴電力損失×ＤＵＴＹ）
＋（ＤＵＴＹ１００％時の小滴電力損失×ＤＵＴＹ）
＋（ＤＵＴＹ１００％時の微駆動電力損失×ＤＵＴＹ）
となる。

図６は、複数のトランジスタが単一の放熱フィンに実装された場合の発熱源、熱抵抗を等価回路に置き換えたことを示す図である。
同図において、Ｔ_jはトランジスタのジャンクション温度、Ｔ_cはトランジスタのケース温度、Ｔ_fは フィン温度、ΔＴ_j-fは ジャンクション〜フィン間の温度上昇値、ΔＴ_f-aは フィン〜周囲温度間の温度上昇値、Ｔ_aは周囲温度、Ｒ_th(j-c)は ジャンクション〜ケース間の熱抵抗、Ｒ_th(c-f)はケース〜フィン間の熱抵抗、Ｒ_fa'は 強制空冷時のフィン熱抵抗である。

ΔＴ_j-fとΔＴ_f-aとは、この２点間に与えられた電力損失と熱抵抗との積である。従って、トランジスタのジャンクション温度Ｔ_jは数式（１）で算出できる。
Ｔ_j＝ΔＴ_j-f＋ΔＴ_f-a＋Ｔ_a …（１）

トランジスタの過熱を検出するサーミスタは、放熱フィンに実装されているので、放熱フィンの温度（ΔＴ_f-a＋Ｔ_a)は、数式（２）となる。
（ΔＴ_f＋Ｔ_a）＝Ｔ_j−（ΔＴ_j-f）…（２）

ここで、ジャンクション温度Ｔ_jは、所定値にディレーティングした１２０℃と設定する（例：１５０℃×０．８＝１２０℃）。
このため、トランジスタの過熱限度であるフィン温度Ｔｃ（ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ）を演算する数式は、数式（３）となる。
フィン温度Ｔｃ（ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ）
＝１２０−（［ΣＰ_i×α_i］×［Ｒ_th(j-c)＋Ｒ_th(c-f)］）…（３）

ここで、Ｐはインク滴量別の電力損失であり駆動波形別電力損失データテーブル（図示せず）等から取得すると良い。αは図５で説明したインク滴量別の駆動ＤＵＴＹである。［Σ_Pi×α_i］は、インク滴量別の電力損失Ｐと、インク滴量別の駆動ＤＵＴＹα（図５）を乗算し、それらを全て加算した総和である。Ｔ_aはサーミスタ２（図１）で検出した周囲温度である。
なお、熱抵抗Ｒ_th(j-c)はトランジスタのパッケージサイズで、熱抵抗Ｒ_th(c-f)は絶縁シート等で決まる既知の値である。

図７は、図１で説明したトランジスタを冷却している冷却ファンに目詰まりが発生したため、トランジスタが実装されている放熱フィンの温度が、冷却停止により上昇する過程を示した図である。
以下に温度上昇率の算出方法を説明する。

予め冷却ファンが停止した場合の温度上昇を実測し、単位時間当たりの温度上昇率［℃／秒］求める。
例えば実測した放熱フィンの温度上昇が１秒間に１［℃］上昇する場合、温度上昇率を１［℃／秒］とし、記憶手段１６（図１）の所定アドレスに保存する。

他の実施の形態として、放熱フィンの温度を所定間隔毎に読み出し、所定時間当たりの上昇率を算出する。例えば、放熱フィンの温度をリードする時間間隔が２ｍｓの場合は、１秒間に５００回のリードができる。
従って、フィン温度のＮ回目とＮ＋４９９回目の温度差を求めることで、１秒当たりの温度上昇の割合を求めて、所定アドレスに随時保存しても良い。

図８は、トランジスタの過熱検出を行う過程を示したフローチャートの一例である。
図１、図７を参照して、インクジェット式印刷装置の動作について説明する。制御部７（図１）は所定間隔で上位制御装置６０からのコマンド受信検出や各種の障害検出を行っている。
以下、この処理ルーチンの中で行われる過熱検出処理の詳細について説明する。

［動 作］
過熱エラーの限度温度に到達する前に印刷している頁の終端で吐出動作を停止させるため、過熱エラーを検出してから実際に印刷している頁の終端で吐出動作を停止させるために必要な時間を算出する。

ライン方式のインクジェット印刷装置は高速で印刷することが特徴であり、印刷速度は各印刷モード等で異なるが、数十［ｍ／分］から２００［ｍ／分］程度である。この印刷速度情報を上位制御装置６０（図１）からのコマンドにより取得する。例えば、印刷速度が５０［ｍ／分］であれば、１秒間に印刷用紙が搬送される速度は０．８３［ｍ／秒］である。

また、連続用紙への印刷形態は頁単位で印刷されており、ライン方式のインクジェット印刷装置がサポートする頁長は０．１ｍ〜１ｍ程度である。この頁長情報は上位制御装置６０からのコマンドで取得する。（ステップＳ１）。

次に、過熱エラーを検出してから実際に印刷している頁の終端で吐出動作を停止させるために要する時間ｔ（ｓｔｏｐ）を算出する。これは、１頁を印刷する時間と検出回路の処理に要する処理時間とを加味した値とした。
１頁を印刷する時間は、実際に印刷している頁長の長さを印刷速度で除算して算出する。例えば、頁長が１．０１６［ｍ］で、印刷速度が０．８３［ｍ／秒］であれば、１．２［秒］（１．０１６ｍ／０．８３ｍ／秒）となる。これに、所定の処理時間を加算して算出する（ステップＳ２）。

次にステップＳ２で算出した時間ｔ（ｓｔｏｐ）を温度Ｔ（ｓｔｏｐ）に換算する。
駆動回路を冷却する冷却ファンの能力が目詰まり等により低下または停止した場合は、放熱フィンの温度が図７で説明したように急上昇するので、冷却ファンが停止した場合の温度上昇率は、予め記憶手段１６（図１）の所定アドレスに保存しておく。この値を読み出して、ステップＳ２で算出したｔ（ｓｔｏｐ）［秒］と乗算して算出する。例えば、読み出した温度上昇率が１［℃／秒］であり、ｔ（ｓｔｏｐ）が３［秒］であれば、温度Ｔ（ｓｔｏｐ）は３［℃］となる（ステップＳ３）。

次に、トランジスタの限度温度である過熱限度温度は過熱限度温度の設定手段５２（図１）で演算により算出し、フィン温度Ｔｃ（ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ）と定義する。そして、このフィン温度Ｔｃ（ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ）からステップＳ３で算出した温度Ｔ（ｓｔｏｐ）を減算して、吐出動作を停止する契機となるフィン温度Ｔｃ（ｐｒｅ−ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ）を求める（ステップＳ４）。

次に、制御部７は、サーミスタ３（図１）から検出フィン温度Ｔｃ（ｍｏｎｉｔｏｒ）を取得する（ステップＳ５）。

次に、制御部７は、ステップＳ４で算出したフィン温度Ｔｃ（ｐｒｅ−ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ）とステップＳ５で取得した検出フィン温度Ｔｃ（ｍｏｎｉｔｏｒ）とを比較する（ステップＳ６）。
もし、フィン温度Ｔｃ（ｐｒｅ−ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ）より検出フィン温度Ｔｃ（ｍｏｎｉｔｏｒ）が高い場合（ステップＳ７）、制御部７は、過熱エラーの報告を上位制御装置６０へ行う。上位制御装置６０は頁終端までの印刷データを制御部７に転送し、以後の印刷データの転送を停止する。制御部７は頁終端までの吐出動作を行う（ステップＳ８）。

次に、上位制御部６０は用紙搬送の停止、アラーム表示、及び制御部７への電源停止などのエラー処理を行う（ステップＳ９）。
もし、フィン温度Ｔｃ（ｐｒｅ−ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ）より検出フィン温度Ｔｃ（ｍｏｎｉｔｏｒ）が低い場合は、本処理を終了する。

以上説明したように、トランジスタの限度温度である過熱限度温度よりも温度の低い過熱エラー温度を、実際に印刷している印刷速度と頁長を基に算出し、過熱エラー温度を検出した場合は、頁終端で吐出動作を停止するので、トランジスタの限度温度に到達する前に吐出を停止することが可能となる。よって、過熱エラー修復後のリカバリ時に、未印刷頁の先頭から印刷を再開できるので、無駄な記録紙の消費を抑えることができる。

また、実際に印刷している印刷速度と頁長とを基にフィン温度Ｔｃ（ｐｒｅ−ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ）を設定しているので、過熱エラー温度が過度に低くなることがないため、過熱エラー温度に過剰なマージンが不要となり、印刷装置の印刷能力を最大限に引き出すことができる。

＜他の実施形態＞
また、フィン温度Ｔｃ（ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ）は演算により算出したが、予め求めた値を保存しておき、過熱エラーの判定時に読み出しても良い。

また、時間ｔ（ｓｔｏｐ）を算出する印刷速度と頁長は固定値としても良い。具体的には、印刷速度は最も遅い印刷速度値を使用し、頁長は最も長い頁長値を固定値として使用する。

また、少なくとも２個以上のサーミスタ３から検出した放熱フィン温度Ｔｃ（ｍｏｎｉｔｏｒ）とフィン温度Ｔｃ（ｐｒｅ−ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ）とを比較しても良い。これにより、駆動するヘッドやノズル列に偏りがあった場合でも、複数のサーミスタ３によりフィン温度が監視できるため、単一のサーミスタの場合に設けていた過熱エラーのしきい値にマージンが不要となる。

また、過熱エラーを検出してから実際に印刷している頁の終端で吐出動作を停止させるために要する時間ｔ（ｓｔｏｐ）は、１頁を印刷する時間から算出したが、片面印刷の印刷装置を２台連結して両面印刷を行う印刷形態においては、表面を印刷してから裏面を印刷するまでに要する時間を基にして算出しても良い。

＜作用効果＞
以上において、本実施形態によれば、駆動回路が過熱温度の限度値に到達するまでの時間を予測して、印刷している頁を完結できる時間分を加味した過熱エラー温度を設定することにより、駆動回路が過熱エラーの限度値に到達する前に、頁終端で吐出動作を停止できる。このため、過熱エラーのリカバリ時に無駄な頁の発生を抑制することができる。

なお、上述した実施の形態は、本発明の好適な実施の形態の一例を示すものであり、本発明はそれに限定されることなく、その要旨を逸脱しない範囲内において、種々変形実施が可能である。例えば、上述した実施の形態ではバイポーラトランジスタを用いて電流増幅回路を形成した場合で説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ＦＥＴ（Field Effect Transistor：電界効果トランジスタ）を用いても良く、プッシュプルアンプの代わりにシングルアンプを用いてもよい。

１ ヘッド
２、３ サーミスタ
４ 駆動波形保存部
５ａ、５ｂ ＤＡＣ
６ａ、６ｂ 増幅器
８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ トランジスタ
１０ａ、…、１０ｎ、２０ａ、…、２０ｎ 圧電素子
１１ａ、…、１１ｎ、２１ａ、…、２１ｎ アナログスイッチ
１２ 電流増幅回路
１３ 駆動ノズル数カウント手段
１６ 記憶手段
３１ 用紙
３２ ヘッドアレイ
５０ 印刷速度検出手段
５１ 頁長検出手段
５２ 過熱限度温度の設定手段
６０ 上位制御装置

特開２００４−３３８０９４号公報 特開２００８−２４６７６８号公報 特開２００７−３０５００８号公報

Claims (9)

1. インクの液滴を吐出するヘッドと、前記インクの吐出用の圧電素子に電圧を印加する駆動素子と、を有するインクジェット式印刷装置であって、
   前記駆動素子の過熱の限度温度を設定する設定手段と、
   印刷時の印刷速度を検出する印刷速度検出手段と、
   印刷時の頁長を検出する頁長検出手段と、
   前記駆動素子を実装した放熱フィンの温度が上昇する割合を格納する温度上昇値テーブルと、
   前記放熱フィンの温度を検出するフィン温度検出部と、
   前記印刷速度及び前記頁長を基に所定頁の始端から終端まで印刷する時間を、前記温度上昇テーブルの値に基づき温度に換算する制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記過熱限度温度から前記温度を減算し、前記過熱限度温度よりも低い過熱エラー検出温度を設定し、前記放熱フィンの温度が前記過熱エラー検出温度より高い場合に過熱エラーと判断し、頁終端で吐出動作を停止することを特徴とするインクジェット式印刷装置。
2. 複数のヘッドを駆動する駆動素子群を１つの放熱フィン上に実装したことを特徴とする請求項１記載のインクジェット式印刷装置。
3. 単一のヘッドを駆動する駆動素子群を１つの放熱フィン上に実装したことを特徴とする請求項１記載のインクジェット式印刷装置。
4. 前記フィン温度検出部は、少なくとも２個を所定の距離を隔てて放熱フィン上に実装したことを特徴とする請求項２記載のインクジェット式印刷装置。
5. インクの液滴を吐出するヘッドと、前記インクの吐出用の圧電素子に電圧を印加する駆動素子と、を有するインクジェット式印刷装置であって、
   前記駆動素子の限度温度を設定する過熱限度温度の設定手段と、
   印刷時の印刷速度を把握する印刷速度検出手段と、
   印刷時の頁長を検出する頁長検出手段と、
   前記駆動素子を実装した放熱フィンの温度が上昇する割合を格納する温度上昇値テーブルと、
   前記放熱フィンの温度を検出するフィン温度検出部と、
   前記印刷速度及び前記頁長を基に所定頁の始端から終端まで印刷する時間を、前記温度上昇テーブルの値に基づき温度に換算する制御部と、を備えたインクジェット式印刷装置の過熱エラー検出方法であって、
   前記制御部は、
   前記印刷速度及び頁長を取得するステップと、
   前記印刷速度及び頁長を基に所定頁の始端から終端までを印刷する時間を求めるステップと、
   該時間を前記温度上昇テーブルの値に基づき温度に換算するステップと、
   前記過熱限度温度から前記温度を減算し、前記過熱限度温度よりも低い過熱エラー温度を設定するステップと、
   前記放熱フィンの温度が前記過熱エラー温度より高い場合に前記駆動素子の過熱エラーと判断するステップと、
   頁終端で吐出動作を停止させるステップと、を、有することを特徴とするインクジェット式印刷装置の過熱エラー検出方法。
6. 複数のフィン温度検出部が所定の距離を隔てて放熱フィン上に実装され、前記制御部は、
   いずれか１つのフィン温度検出部が検出する検出フィン温度が過熱エラー温度より高い時に駆動素子の過熱エラーと判断するステップを有することを特徴とする請求項５記載のインクジェット式印刷装置の過熱エラー検出方法。
7. 前記所定頁の始端から終端まで印刷する時間は、前記頁長を前記印刷速度で除算した値と、所定時間とを加算して算出することを特徴とする請求項５記載のインクジェット式印刷装置の過熱エラー検出方法。
8. 前記頁長は印刷時に設定する頁長或いは複数の印刷装置を用いて両面印刷を行う構成における表面印刷位置から裏面印刷位置までの用紙長とすることを特徴とする請求項５記載のインクジェット式印刷装置の過熱エラー検出方法。
9. 前記放熱フィンの温度上昇率は、放熱フィンの温度を所定周期でモニタして所定時間当たりの上昇値から算出することを特徴とする請求項５記載のインクジェット式印刷装置の過熱エラー検出方法。

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