JP2014141064A - 印刷装置およびその過熱エラー検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】印刷動作中にラインフラッシング等の高電力パルス損失が所定周期で生じる場合でも、過熱エラーの閾値を最適値に補正することができるため、冷却能力が低下した場合に駆動素子の破損等を防止することができる印刷装置を提供する。
【解決手段】複数のノズルがノズル面に設けられたヘッド１と、複数の駆動素子を有する印刷装置であって、駆動素子が過熱したと判断するための過熱エラー温度を算出するフィン温度算出手段１６と、過熱エラー温度の補正値を算出する補正値算出手段１８と、ノズル面の回復動作中を判別する判別手段１７と、駆動素子が実装されている放熱フィンの温度を検出するサーミスタ３と、フィン温度算出手段１６により求めた過熱エラー温度を補正する制御部７とを備え、制御部７は、サーミスタ３から検出される検出フィン温度が過熱エラー温度より高い場合に、駆動素子の過熱エラーと判断する。
【選択図】図１

Description

本発明は、インクの液滴を吐出する複数のノズルを設けたインクジェット式のヘッドを有する印刷装置およびその過熱エラー検出方法に関する。

従来、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。

インクジェット式印刷装置には、シリアル型とライン走査型がある。シリアル型は印刷ヘッドを用紙幅方向に往復移動させながら印刷する。ライン走査型は用紙幅方向（主走査方向）に複数のヘッドを並べて配置し、用紙のみを搬送して印刷する。

ライン走査型インクジェット式印刷装置では、画像記録動作中にインクを吐出しなかったインク吐出口が乾燥するのを防止するために、ラインフラッシング処理（空吐出ともいう）を行う場合がある。

このラインフラッシング処理は、印刷開始の直前や定期的な間隔で非印刷領域にインクを吐出させて各吐出口の乾燥を防止する処理であり、通常印刷時よりも電圧振幅の大きい台形状の駆動パルスを使用して、インク吐出口付近のインク粘度が増加したインクを吐出するものである。

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おり、電流増幅する駆動素子（以下、トランジスタと称する。）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）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をオーバー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閾値を設けて、温度検出素子が検出した温度が所定の過熱エラーの閾値を越えた場合は、インク吐出を緊急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。

特許文献１には、温度センサを用いなくても記録ヘッドを駆動する駆動回路の温度を検出する目的で、一ドット当たりの消費電流と駆動ドット数に基づき駆動回路の温度を演算する方法が開示されている。

しかし、従来の印刷装置や特許文献１に開示されている技術では、大中小の各ドットサイズの台形波一個当たりの消費電流と、大中小の各ドットサイズ毎のドット数との積の総和から消費電流（消費電力）を求めているが、通常の印刷動作とは異なるフラッシング動作時の消費電力をどのように反映するかは言及されていない。

また、所定時間内における台形波の消費電流と駆動ドット数との積で求める消費電力は、平均化されたものであるため、フラッシング動作時のパルス損失で生じる駆動素子の過渡的な温度上昇分を算出することができない。

ライン走査型インクジェット式印刷装置は、所定の周期で高パルス電力損失を伴うラインフラッシング動作を行っている。ラインフラッシング動作はインク吐出口の乾燥を防止するために通常駆動時よりも振幅の強い駆動波形で駆動している。その結果、高パルス損失による過渡的な温度上昇が生じるため、従来方式の平均化された消費電力から駆動素子の温度を正確に算出することができない。

したがって、紙紛による目詰まり等で冷却能力が低下して駆動素子の温度が異常に発熱した時に、所定の許容温度を超過する場合があり、駆動素子の特性が劣化したり破損に至るという問題があった。

本発明は、前記課題を解決するためのものであり、その目的とするところは、印刷動作中にラインフラッシング等の高電力パルス損失が所定周期で生じる場合でも、過熱エラーの閾値を最適値に補正することができるため、冷却能力が低下した場合に駆動素子の破損等を防止することができる印刷装置を提供することである。

かかる目的を達成するために、本発明は、以下の特徴を有する。

本発明に係る印刷装置は、インクの液滴を吐出する複数のノズルがノズル面に設けられたヘッドと、前記インク吐出用の圧電素子に電圧を印加する複数の駆動素子を有する印刷装置であって、前記駆動素子が過熱したと判断するための過熱エラー温度を算出するフィン温度算出手段と、前記過熱エラー温度の補正値を算出する補正値算出手段と、前記ノズル面の回復動作中を判別する判別手段と、前記駆動素子が実装されている放熱フィンの温度を検出するフィン温度検出部と、前記フィン温度算出手段により求めた過熱エラー温度を補正する制御部とを備え、該制御部は、前記フィン温度検出部から検出される検出フィン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ことを特徴とする。

本発明によれば、印刷動作中にラインフラッシング等の高電力パルス損失が所定周期で生じる場合でも、過熱エラーの閾値を最適値に補正することができるため、冷却能力が低下した場合に駆動素子の破損等を防止することができる。

本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を示す図である。 インク滴量と駆動パルス波形の関係を示す図である。 ラインフラッシング駆動波形と通常駆動波形との差を示す図である。 圧電素子からの放電電流と駆動波形の関係を示す図である。 圧電素子からのＰＵＬＬ電流と駆動波形の関係を示す図である。 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。 ラインフラッシング時の損失から過渡的な温度上昇値を求める過程を説明する図である。 過熱エラー温度の補正値を駆動波形の温度と解像度別に表した補正テーブルを示す図である。 トランジスタの過熱検出を行う過程を示すフローチャートである。

以下、本実施形態について図面により詳細に説明する。

図１は、本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。図１は説明を簡単にするためにノズル列を２列とした構成例である。

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。

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、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、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はトランジスタ８ａ〜８ｄ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ＤＡＣ５ａ，５ｂ（Digital Analog Converter）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。駆動波形は増幅器６ａ，６ｂにて電圧増幅され、トランジスタ８ａ〜８ｄにて電流増幅される。

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リードすることによりサーミスタ３の温度を検出する。サーミスタ３は上述のように、放熱フィンに実装されているので、トランジスタ８ａ〜８ｄが実装されている放熱フィンの温度を検出可能である。

上位制御装置１３は印刷装置全体を制御するもので、制御部７への駆動波形や印刷データの転送、及び印刷開始・停止命令の発行などを行う。制御部７は、記憶手段１４と駆動ノズル数カウント手段１５とフィン温度算出手段１６とフラッシング判別手段１７と補正値算出手段１８とを含んで構成されている。

駆動ノズル数カウント手段１５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１３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。フィン温度算出手段１６は、駆動素子の消費電力と駆動ＤＵＴＹ等から過熱エラー温度の閾値である放熱フィンの温度を算出する。

フラッシング判別手段１７は上位制御装置１３からコマンド等で指示される駆動波形が通常の駆動動作か、またはラインフラッシング動作かを判別する。補正値算出手段１８は、フィン温度算出手段１６で算出した過熱エラー温度の閾値に補正を行うための補正値を算出する。

制御部７は加熱エラー温度の補正、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１４はメモリ等の素子から成り、テーブルデータなどを予め記憶している。
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）等で製作するのが好ましい。

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８a〜８dとトランジスタ８a〜８dの温度を検出する１個のサーミスタ３を単一の放熱フィンに実装した例を説明したが、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。

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ている。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としてまとめており、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）により説明する。

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１２００×６００dpi）により異なるが、着弾後（付着後）のドット径は、一例として「小滴」は１８［μｍ］〜２２［μｍ］、「中滴」は２６［μｍ］〜２９［μｍ］、「大滴」は３８［μｍ］〜４３［μｍ］のサイズになる。

図４は、ラインフラッシング駆動波形と通常駆動波形との差を示す図であり、通常の駆動波形とラインフラッシング波形の違いが明確になるようにラインフラッシング波形に係わる部分を破線で示している。

ラインフラッシング動作は乾燥による吐出口の乾きを防止するために通常の印刷時よりも電圧振幅の大きい台形状の駆動パルス（破線部）を使用して、インク吐出口付近のインク粘度が増加したインクを吐出するので、通常の駆動波形よりもトランジスタ８（図１）の消費電力が高くなる。

図５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（以下、ＰＵＬＬ電流と称する。）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（以下、中間電位と称する。）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〜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５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〜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５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（以下、ＰＵＳＨ電流と称する。）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。

また、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）の積であるため、電力損失はパルス波形となる。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程度であるため、数μsのパルス損失が生じる。

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Rth(j-c)は、トランジスタの熱容量の影響で安定するまでに数秒の時間が掛かる。従って、時間が短い（数ｍｓ以下）場合は熱抵抗Rth(j-c)も小さくなる。具体的な例で説明すると、２．０[us]時における熱抵抗Rth(j-c)は０．０３[℃/Ｗ]程度である。

仮にパルス幅が２．０[us]で、この時のパルス電力損失を５０[Ｗ]とした場合、ジャンクション・ケース間の温度上昇値は１．５[℃](５０Ｗ × ０．０３℃/Ｗ)となる。このように、ジャンクション・ケース間の温度上昇値が低い場合は、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で平均化した値を使用できる。

しかし、ラインフラッシング波形のように高電力のパルス損失が複数波連続で印加される場合は、高パルス損失によって、過渡的な温度上昇が増加する。仮にパルス幅が２．０[us]で、この時のパルス電力損失を１５０[Ｗ]とした場合、ジャンクション・ケース間の温度上昇値は、４．５[℃](１５０Ｗ × ０．０３℃/Ｗ)となる。更に、この高パルス損失が連続して複数個（例、図５のＰＵＬＬ２〜ＰＵＬＬ４）で印加されるので、ジャンクション・ケース間の温度上昇値は更に高くなる。

よって、通常駆動時の電力損失はパルス電力損失の合計を駆動周期Ｔで平均化した電力で求め、ラインフラッシング時の電力損失はパルス損失を使用して求めた。
なお、パルス電力損失を平均化する分母は駆動周期Ｔに限定されるものではなく、移動平均により複数周期の平均としても良い。

図６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６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）に依存する。さらに、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。

さらに、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％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７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。Ｔｊはトランジスタのジャンクション温度、Ｔｃはトランジスタのケース温度、Ｔｆはフィン温度、ΔTj-fはジャンクション〜フィン間の温度上昇値、ΔTf-aはフィン〜周囲温度間の温度上昇値、Ｔａは周囲温度、Rth(j-c)はジャンクション〜ケース間の熱抵抗、Rth(c-f)はケース〜フィン間の熱抵抗、Rfa'は強制空冷時のフィン熱抵抗である。

ΔTj-fとΔTf-aは、この２点間に与えられた電力損失と熱抵抗の積である。したがって、トランジスタのジャンクション温度Ｔｊは式１で算出できる。
Ｔｊ＝ΔTj-f ＋ ΔTf-a ＋ Ta ・・・（式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（ΔTf-a ＋Ta）は、式２となる。
(ΔTf-a ＋ Ｔａ) ＝ Ｔｊ − (ΔTj-f ) ・・・（式２）

ここで、ジャンクション温度Ｔｊ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、フィン温度算出手段１６（図１）で算出されるトランジスタの過熱エラー温度に相当するフィン温度Ｔｃ（calculation）を演算する式は、式３となる。
Ｔｃ（calculation）＝１２０−（[ΣＰixαi]×〔Rth(j-c)＋Rth(c-f)〕） ・・・（式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６で説明したインク滴量別の駆動ＤＵＴＹである。[ΣＰixαi]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６）を乗算し、それらを全て加算した総和である。Ｔａ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Rth(j-c)はトランジスタのパッケージサイズで、熱抵抗Rth(c-f)は絶縁シート等で決まる既知の値である。

図８はラインフラッシング時の損失から過渡的な温度上昇値を求める過程を説明する図である。図８によりラインフラッシング時のパルス損失から過渡的な温度上昇値を求める方法を説明する。

算出方法は駆動周期Ｔの平均損失にラインフラッシング動作に伴う複数のパルス損失を重ね合わせた「重ね合わせの理」により、パルス損失Ｐ３部における過渡的な温度上昇値ΔＴｊを求める。

具体的には、トランジスタの損失を方形波に近似し、駆動周期Ｔにおける平均損失（Ｐａｖｅ）にパルス損失Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３を重ね合わせることで算出する。よって、ΔＴｊの算出式は、式４となる。
ΔＴｊ = Pave × [rth(j-f)]＋ (P1-Pave) × [Rth(t5-t0)] − P1 × [Rth(t5-t1)] ＋ P2 × [Rth(t5-t2)] − P2 × [Rth(t5-t3)] ＋ P3 × [Rth(t5-t4)] ・・・（式４）

ここで、Ｐ１はＰ１部の電力損失[Ｗ]、以下Ｐ２、Ｐ３も同様に電力損失である。rth(j-f)はジャンクション・フィン間の熱抵抗、Rth(t5-t0)はパルス幅t5-t0間のジャンクション・ケース間の過渡熱抵抗[℃/Ｗ]、以下Rth(t5-t1)、Rth(t5-t2)、Rth(t5-t3)、Rth(t5-t4)も同様に各パルス幅における過渡熱抵抗である。

なお、ラインフラッシング時の駆動波形は解像度（例、1200×1200dpi）により異なる波形を使用する場合があるので、解像度毎に算出すると良い。
また、駆動波形はインク温度に応じて最適な駆動波形に切り替えているので、駆動波形の温度毎にラインフラッシング動作時のΔＴｊを算出すると良い。

図９は、過熱エラー温度の補正値を駆動波形の温度と解像度別に表した補正テーブルを示す図である。以下に、過熱エラー温度を補正する補正値の算出方法の一例を説明する。
図９の補正テーブルは、過熱エラーの閾値を補正する補正データを示しており、予め記憶手段１４（図１）に保存しておき、過熱エラー温度の閾値を補正する際に読み出して使用する。

補正値は図８で説明した過渡的な温度上昇値ΔＴｊであり、解像度と駆動波形の温度毎に算出した。なお、駆動波形の温度は５℃刻みで設定したが、本実施形態に限定されるものではなく、１℃毎等に設定しても良い。例えば、解像度が600×600dpi時で波形温度が１０℃時の補正値は８℃となる。

次に、上記で説明した補正値を使用して過熱エラー温度を変更する方法を説明する。ラインフラッシング動作時は通常の駆動時よりもパルス損失が高いので、ラインフラッシング動作時の過熱エラーの閾値は通常駆動時よりも低く設定する必要がある。

従って、過熱エラー温度の閾値を補正しない場合、過熱エラーの発生時にトランジスタのジャンクション温度が所定の許容値を超過する場合がある。これを防止するため、フィン温度算出手段１６（図１）で求めた過熱エラー温度の初期値から、図８で説明したΔＴｊに該当する補正値を減算した値を過熱エラー温度の閾値とする。

図１０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である。図１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１３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。

始めに、制御部７は、サーミスタ３（図１）から放熱フィンの温度を取得し、検出フィン温度Ｔｃ(monitor)と定義する（ステップＳ１）。サーミスタ３を複数個実装している場合は、複数の検出フィン温度Ｔｃ(monitor)を取得する。なお、検出フィン温度はノイズ等の影響を防ぐため複数回のデータを取得し平均化処理等を行うと良い。

次に、トランジスタの過熱エラー温度の初期値をフィン温度算出手段１６（図１）で演算により算出し、フィン温度Ｔｃ(calculation)と定義する（ステップＳ２）。
制御部７は過熱エラー温度の補正値を算出する。本実施形態では、補正テーブルを使用する例を説明する。サーミスタ２（図１）からヘッド１（図１）内の温度を取得し、取得したヘッド内温度と駆動している解像度に対応する補正値を補正テーブルから求める（ステップＳ３）。なお、ヘッド内の温度及び、解像度は上位制御装置１３（図１）から取得しても良い。

次に、現在の駆動動作が通常動作かラインフラッシング動作かを判別する（ステップＳ４）。ラインフラッシング動作用のレジスタ（フラグとも言う）を割り当て、動作中はこのレジスタを”１”に設定する。ステップＳ４でこのフラグの値をリードして”１”か否かで状態を判別する。

ラインフラッシング動作中と判断した場合は（ステップＳ４、Ｙｅｓ）、過渡的な温度上昇が高くなるため、ステップＳ２で算出したフィン温度Ｔｃ(calculation)からステップＳ３で算出した補正値を減算し、補正後の過熱エラー温度Ｔｅを算出する（ステップＳ５）。通常の駆動動作中と判断した場合は（ステップＳ４、Ｎｏ）、補正を行わず、ステップＳ２で算出したフィン温度Ｔｃ(calculation)を過熱エラー温度Ｔｅとする。

次に、ステップＳ５で補正した過熱エラー温度ＴｅとステップＳ１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）。
過熱エラー温度Ｔｅより検出フィン温度Ｔｃ(monitor)が高い場合（ステップＳ７、Ｙｅｓ）、制御部７は、過熱エラーと判断し、上位制御部１３へのエラー報告や駆動信号の停止などのエラー処理を行う（ステップＳ８）。過熱エラー温度Ｔｅより検出フィン温度Ｔｃ(monitor)が低い場合は（ステップＳ７、Ｎｏ）、本処理ルーチンを終了する。

＜他の実施形態＞
上記実施形態で、ステップＳ２におけるフィン温度Ｔｃ(calculation)算出時の駆動ＤＵＴＹは、演算により算出したが、想定される最大の駆動ＤＵＴＹを予め求めておき、その値を記憶手段１４に保存しておき、記憶手段から読み出して使用しても良い。

また、フィン温度Ｔｃ（calculation）は演算により算出したが、予め求めた値を固定値として記憶手段１４に保存しておき、過熱エラーの判定時に読み出して使用しても良い。
また、補正値は想定される最大の値を予め実測等により求め、固定値として記憶手段１４に保存しておき、過熱エラーの判定時に読み出して使用しても良い。
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）と過熱エラー温度Ｔｅとを比較しても良い。

以上において、本実施形態によれば、印刷動作中にラインフラッシング等の高電力パルス損失が所定周期で生じる場合でも、過熱エラーの閾値を最適値に補正することができるため、冷却能力が低下した場合に駆動素子の破損等を防止することができる。

すなわち、本実施形態は、インクの液滴を吐出する複数のノズルを設けたインクジェット式のヘッドと、前記インク吐出用の圧電素子に電圧を印加する複数のトランジスタを有する印刷装置であって、通常の駆動動作（例、大滴、中滴、小滴）とラインフラッシング動作を判別する手段と、過熱エラーの閾値を算出する手段と、過熱エラーの閾値を補正する補正値を算出する手段と、過熱エラーを検出する制御部とを備え、ラインフラッシング動作時は、通常の駆動動作時の消費電力から算出した過熱エラーの閾値を、フラッシング時の損失から算出した補正値で補正する。

補正後の過熱エラーの閾値により過熱エラーの判定を行い、過熱エラーを検出した場合は、印刷動作の停止等のエラー処理を行う。補正値は予めテーブルデータとして保存して、過熱エラーの判別時に記憶素子から読み出して補正値とする。

過熱エラーの補正方法は、過熱エラーの閾値から補正値を減算する。これにより、ラインフラッシング時の過渡的な温度上昇分が過熱エラーの閾値に反映されたので、冷却能力が低下した時に、ラインフラシング動作による高パルス損失が生じても、所定の許容温度を超過することが無くなるので、上記効果を得ることができる。

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、本実施形態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良い。

１ ヘッド
２ サーミスタ
４ 駆動波形保存部
７ 制御部
８ トランジスタ
１２ 電流増幅回路
１３ 上位制御装置
１４ 記憶手段
１５ 駆動ノズル数カウント手段
１６ フィン温度算出手段
１７ フラッシング判別手段
１８ 補正値算出手段
３１ 用紙
３２ ヘッドアレイ

特開２００９−５６６６９号公報

Claims (9)

1. インクの液滴を吐出する複数のノズルがノズル面に設けられたヘッドと、前記インク吐出用の圧電素子に電圧を印加する複数の駆動素子を有する印刷装置であって、
   前記駆動素子が過熱したと判断するための過熱エラー温度を算出するフィン温度算出手段と、
   前記過熱エラー温度の補正値を算出する補正値算出手段と、
   前記ノズル面の回復動作中を判別する判別手段と、
   前記駆動素子が実装されている放熱フィンの温度を検出するフィン温度検出部と、
   前記フィン温度算出手段により求めた過熱エラー温度を補正する制御部とを備え、
   該制御部は、前記フィン温度検出部から検出される検出フィン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ことを特徴とする印刷装置。
2. 前記制御部は、前記ノズル面の乾燥を防止するために所定周期でインクを吐出することにより、該ノズル面の回復動作を実施することを特徴とする請求項１記載の印刷装置。
3. 前記ノズル面の乾燥を防止するための吐出動作時に生じる前記駆動素子の消費電力は、通常の吐出動作時に生じる前記駆動素子の消費電力よりも大きいことを特徴とする請求項２記載の印刷装置。
4. 前記駆動素子の消費電力は所定周期における平均損失、または、前記圧電素子に微振動を与える際に生じるパルス損失であることを特徴とする請求項３記載の印刷装置。
5. 駆動素子が過熱したと判断するための過熱温度を算出するフィン温度算出手段と、前記駆動素子が実装されている放熱フィンの温度を検出するフィン温度検出部と、制御部と、を備えた印刷装置の過熱エラー検出方法であって、
   前記制御部は、前記放熱フィンの温度を検出するステップと、
   前記過熱温度を算出するステップと、
   前記過熱温度を補正する補正値を算出するステップと、
   インクの液滴を吐出するノズル面の回復動作中を判別するステップと、
   前記補正値に基づき過熱温度を変更するステップと、
   前記フィン温度検出部から検出される検出フィン温度が前記過熱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、
   を有することを特徴とする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記載の印刷装置の過熱エラー検出方法。
7. 前記補正値は、前記ノズル面の回復動作時に生じる前記駆動素子のパルス損失と、前記駆動素子の過渡熱抵抗値との乗算により算出した過渡的な温度上昇分であり、所定の温度毎に補正データ値を備えている補正テーブルに保存されていることを特徴とする請求項５または６記載の印刷装置の過熱エラー検出方法。
8. 前記補正値は、前記ノズル面の回復動作時に生じる前記駆動素子のパルス損失と、前記駆動素子の過渡熱抵抗値との乗算により算出した過渡的な温度上昇分であり、前記印刷装置が備える所定の解像度毎に補正データ値を備えている補正テーブルに保存されていることを特徴とする請求項５から７のいずれか１項に記載の印刷装置の過熱エラー検出方法。
9. 前記フィン温度算出手段により算出される値は、演算または所定の固定値の何れかによって設定されることを特徴とする請求項５から８のいずれか１項に記載の印刷装置の過熱エラー検出方法。

Images