(57)【要約】【課題】  給電線の配線抵抗による電圧降下をキャンセルすると共に、発振や振動の生じない安定した電力を記録ヘッドに供給する。【解決手段】  出力電圧を基準電圧と比較してフィードバック制御によって定電圧を出力するＤＣ／ＤＣコンバータ２１を含み、該ＤＣ／ＤＣコンバータから記録ヘッドの駆動電力を供給する駆動電源回路２０を記録装置本体に設け、記録ヘッドに電力及び制御信号を供給すると共に、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧検出用の端子を有するキャリッジ基板１０をキャリッジに設け、ＤＣ／ＤＣコンバータにおいて、駆動電力供給用のグランド端子と、出力電圧検出用のグランド端子との間にコンデンサＣ３を接続し、駆動電力供給用のグランド端子と、出力電圧検出用のグランド端子とを、キャリッジ基板において接続する。【選択図】  図１
2006159573.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の記録素子を有する記録ヘッドを搭載したキャリッジを、記録媒体上で走査させて記録を行う記録装置であって、
記録装置本体に設けられ、出力電圧を基準電圧と比較してフィードバック制御によって定電圧を出力するＤＣ／ＤＣコンバータを含み、該ＤＣ／ＤＣコンバータから前記記録ヘッドの駆動電力を供給する駆動電源回路と、
前記キャリッジに設けられ、前記記録ヘッドに電力及び制御信号を供給すると共に、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧検出用の端子を有するキャリッジ基板と、を備え、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータにおいて、駆動電力供給用のグランド端子と、出力電圧検出用のグランド端子との間にコンデンサが接続されており、
前記駆動電力供給用のグランド端子と、前記出力電圧検出用のグランド端子とが、前記キャリッジ基板において接続されていることを特徴とする記録装置。
【請求項２】
前記ＤＣ／ＤＣコンバータと前記キャリッジ基板とがフレキシブルケーブルで接続されていることを特徴とする請求項１に記載の記録装置。
【請求項３】
前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、所定範囲の周波数で制御されるスイッチング素子を有することを特徴とする請求項１に記載の記録装置。
【請求項４】
前記所定範囲の周波数は、１ＫＨｚから数百ＫＨｚであることを特徴とする請求項３に記載の記録装置。
【請求項５】
前記記録ヘッドは、インクを吐出して記録を行うインクジェット記録ヘッドであることを特徴とする請求項１に記載の記録装置。
【請求項６】
前記記録ヘッドは、熱エネルギーを利用してインクを吐出する記録ヘッドであって、各記録素子がインクに与える熱エネルギーを発生するための発熱素子を備えていることを特徴とする請求項５に記載の記録装置。
【請求項７】
出力電圧を基準電圧と比較してスイッチング周波数ｆｓｗでフィードバック制御を行なうＤＣ／ＤＣコンバータを備え、記録ヘッドと接続されている回路基板と前記ＤＣ／ＤＣコンバータとを電力線を介して前記出力電圧を供給する記録装置であって、
前記電力線は出力電圧線とグランド線とで構成され、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータには、前記回路基板における出力電圧を検出する検出線が接続され、
前記電力線の前記ＤＣ／ＤＣコンバータ側の端子間に第１のコンデンサ、前記電力線の前記回路基板側に第２のコンデンサ、前記電力線のグランド端子と、前記検出線のグランド端子との間に容量Ｃ３の第３のコンデンサが接続されており、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータには、インダクタンスＬのコイルを備え、
前記スイッチング周波数ｆｓｗは、
Ｃｏは第１のコンデンサと第２のコンデンサとの並列容量とすると、
１／［２×π×√｛Ｌ×Ｃｏ×Ｃ３／（Ｃｏ＋Ｃ３）｝］＜ｆｓｗ／１０
であることを特徴する記録装置。
【請求項８】
複数の記録素子を有する記録ヘッドを搭載したキャリッジを、記録媒体上で走査させて記録を行う記録装置における、記録ヘッドへの電力供給方法であって、
出力電圧を基準電圧と比較してフィードバック制御によって定電圧を出力するＤＣ／ＤＣコンバータを含み、該ＤＣ／ＤＣコンバータから前記記録ヘッドの駆動電力を供給する駆動電源回路を記録装置本体に設け、
前記記録ヘッドに電力及び制御信号を供給すると共に、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧検出用の端子を有するキャリッジ基板を前記キャリッジに設け、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータにおいて、駆動電力供給用のグランド端子と、出力電圧検出用のグランド端子との間にコンデンサを接続し、
前記駆動電力供給用のグランド端子と、前記出力電圧検出用のグランド端子とを、前記キャリッジ基板において接続することを特徴とする記録ヘッドへの電力供給方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、記録装置及び記録ヘッドへの電力供給方法に関し、より詳細には、複数の記録素子を有する記録ヘッドを搭載したキャリッジを、記録媒体上で走査させて記録を行う記録装置における記録ヘッドへの電力供給に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えばワードプロセッサ、パーソナルコンピュータ、ファクシミリ等に於ける情報出力装置としての記録装置としては、サーマルプリンタ、あるいは、記録紙などの記録媒体にインクを吐出して文字、画像等を記録するインクジェット記録装置が知られている。一般的に用いられているインクジェット記録装置は、記録媒体に対するインクジェット記録ヘッドの相対位置を移動（走査）させながらインクを吐出して記録を行うものであって、インクジェット記録ヘッドと記録媒体との間の相対速度の制御と、これに伴う吐出タイミングの制御、記録ヘッドへの電力供給の安定性等が記録画質を左右する要因である。
【０００３】
インクジェット記録装置は、用いられているインクジェット記録ヘッドの形態に応じて、いわゆるシリアル方式とフルライン方式の２つの方式に大別される。この中で、シリアル方式はインクジェット記録ヘッドを移動（走査）させながらインクを吐出して記録を行う方式であり、一般に広く用いられている。
【０００４】
シリアル方式のインクジェット記録ヘッドは、キャリッジに搭載され、移動しながら記録媒体にインクを吐出するため、キャリッジ上に設けられたキャリッジ基板に接続され、キャリッジ基板と記録装置本体のヘッド制御部との間は、インクジェット記録ヘッドに記録データ、駆動信号、及び駆動電圧を供給するために、可動導線として一般的に使用されるＦＦＣ（フラット・フレキシブル・ケーブル）等で接続されている。
【０００５】
図５は、従来のインクジェットプリンタにおける、ヘッド制御部とキャリッジ基板との接続を示す概略構成図である。
【０００６】
図５において、２０はヘッド制御部であり、キャリッジ基板１０に接続されたインクジェット記録ヘッド２−１〜２−４を制御するためのヘッド制御ゲートアレイ２２と、駆動電力を供給するＤＣ／ＤＣコンバータ２１を含んでいる。
【０００７】
キャリジ基板１０とＤＣ／ＤＣコンバータ２１とは、ＶＨ給電線１−１及び給電線（ＧＮＤ）１−２で接続され、ここではブラック（ＢＫ）、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）及びシアン（Ｃ）の各色の記録を受け持つ４個のインクジェット記録ヘッド、２−１〜２−４へ駆動電力が供給されている。
【０００８】
ヘッド制御ゲートアレイ２２とキャリッジ基板１０は、複数本の（図中では１本で表している）ヘッド制御線１−５で接続され、インクジェット記録ヘッド２−１〜２−４の駆動を制御している。
【０００９】
従来のインクジェットプリンタは上記のように構成され、ヘッド制御部２０に搭載されたＤＣ／ＤＣコンバータ２１によって一定電圧に制御された電圧が、インクジェット記録ヘッド２−１〜２−４が搭載されたキャリッジ基板１０へ可動導線であるＦＦＣを介して供給される。
【００１０】
ＤＣ／ＤＣコンバータ２１は、コンバータ部と定電圧制御部とを含み、基準電圧Ｖｒｅｆと出力コンデンサＣ１の両端である出力電圧Ｖｏの分圧値を誤差増幅器で比較して誤差を無くすようにフィードバック制御され、出力コンデンサＣ１の両端の電圧が出力電圧Ｖｏとなるように定電圧制御されている。
【００１１】
ここで、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１のコンバータ部のグランドであるＣｏｎｖ＿ＧＮＤと、定電圧制御部のグランドである制御＿ＧＮＤとは同じ基板上で接続されるているため、同電位であり配線パターンの寄生成分も無いとみなすことが出来、出力コンデンサＣ１両端の電位はＶｏに定電圧フィードバック制御されている。
【００１２】
またインクジェットプリンタは、後述するが記録する画像によってインクジェット記録ヘッドで同時に駆動される記録素子（ヒータ等の発熱素子）の数が逐次変わるため、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の負荷電流に対する制御系は高速応答性が要求される。ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の負荷電流に対する応答性を確保するために、定電圧制御部のオープンループ特性は０ｄＢゲイン交差点をスイッチング周波数ｆｓｗに対して、１／１０程度（１／５〜１／５０）にし、かつヘッド駆動電圧の精度を確保するために直流ゲインは４０ｄＢ以上のゲインを持ち、かつ０ｄＢ交差点付近でのゲイン減衰傾斜は−４０ｄＢ／ｄｃｅの傾きとすることで負荷電流に対する応答性を確保し、０ｄＢ交差点での位相余裕を３０°以上確保しておくことで外来ノイズに対しての安定性が確保されている。
【００１３】
図中のコンデンサＣ４、Ｃ５及び抵抗Ｒ５、Ｒ６は位相補償回路を構成して直流ゲインを決定していると共に、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１のオープンループ特性の０ｄＢゲイン交差点及び位相余裕を調整している。
【００１４】
インクジェット記録ヘッド２−１〜２−４は、複数の発熱素子を有し、ヘッド制御ゲートアレイ２２からの制御信号によりＤＣ／ＤＣコンバータ２１から供給される電気エネルギーを熱エネルギーに変換してノズル近傍にバブル（気泡）を発生させ、そのバブルの圧力によってインク滴をノズルから吐出し、記録媒体に記録を行う。
【００１５】
ヘッド制御ゲートアレイ２２が、パーソナルコンピュータ等の図示しない外部のホスト装置から送られてくる画像信号と、例えば、記録モード等の制御信号に従って、各発熱素子をＯＮ／ＯＦＦするビット信号に変換して駆動信号を生成する。駆動信号は、例えば発熱素子の選択信号、駆動タイミングを規定する駆動パルス、記録用シリアル信号等からなる。そして、インクジェット記録ヘッドの温度等の情報によって、駆動パルスの幅を変化させ、最適なインク滴の吐出が行えるように制御されている。
【００１６】
図６は、従来のインクジェット記録ヘッドの一例における発熱素子と駆動スイッチとの接続を示す図である。
【００１７】
図６において、１１は発熱素子、１２は駆動スイッチ、１３は駆動回路の接続端子、ＶＨ、ＶＨ＿ＧＮＤはＤＣ／ＤＣコンバータ２１からＦＦＣで供給される電源ラインである。発熱素子１６の一方は電源ラインＶＨに接続し、他方はそれぞれ駆動スイッチ１２に接続されている。ここでのインクジェット記録ヘッドには、例えば６４個のノズルが設けられている。この６４個のノズルに対する発熱素子１１の一端は、駆動電圧を供給する電源ラインＶＨに接続されている。また、発熱素子１１の他端は駆動スイッチ１２に接続され、更に接続端子１３は、図示しない発熱素子駆動回路に接続され、ヘッド制御ゲートアレイ２２からの選択信号や記録用シリアル信号に応じて選択された発熱素子１１にのみ電流が流れるように制御される。図６では、左端のノズルから連続した番号Ｎ＃１〜Ｎ＃６４を付してある。
【００１８】
ここでは、例えば６４個のノズルを８個ずつの８のブロックに分割し、各ブロック毎に順次駆動される様にしている。図６では、Ｎ＃１〜Ｎ＃８をブロック１、Ｎ＃９〜Ｎ＃１６をブロック２、…、Ｎ＃５７〜Ｎ＃６４をブロック８としている。
【００１９】
各ブロックの８個のノズルは、記録する画像によって、同時に駆動される可能性がある。ここでは、例えば、ヘッド制御ゲートアレイ２２から出力される信号において、選択信号は、８つのブロックに分割されたブロックで、駆動するブロックを決定するために使用され、記録用シリアル信号は、６４個のノズルそれぞれについて、インクを噴射するノズルを選択するために使用するものとする。
【００２０】
このとき、同時に駆動されるノズルの個数によって、電源ラインＶＨ及びＶＨ＿ＧＮＤを流れる電流量は相違する。このため同じブロックを駆動する場合でも、ブロック内の駆動されるノズルの個数Ｎによって、ＦＦＣの配線抵抗Ｒｃによる電圧降下量Ｖｄが相違する。
【００２１】
上記のように構成されたインクジェットプリンタでは、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１から記録ヘッド２−１〜２−４が搭載されるキャリッジ基板１０に供給する電流がＶＨ給電線１−１と給電線ＧＮＤ１−２を流れるため、給電線の配線抵抗Ｒｃによる電圧降下Ｖｄが発生してしまう。
【００２２】
更に、記録ヘッド２−１〜２−４の発熱素子１１の選択数Ｎによって、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１から供給する電流値は変化するため、給電線の配線抵抗分Ｒｃによる電圧降下Ｖｄは、発熱素子の選択数によっても変化し、発熱素子１１に係る電圧ＶＨは、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力電圧をＶｏとすると
ＶＨ＝Ｖｏ−（２×Ｒｃ×ＮＩ）
となり、ＶＨ給電線１−１と給電線ＧＮＤ１−２の配線抵抗Ｒｃに発熱素子１１の選択数Ｎによる電流値ＮＩ分の電圧降下Ｖｄが発生し、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力電圧Ｖｏと発熱素子１１に印加される電圧ＶＨが一致しなくなる。
【００２３】
このように、記録ヘッド２−１〜２−４の発熱素子の選択数Ｎによって、実際に発熱素子に印加される電圧ＶＨが変化し、本来発熱素子１１に印加されるはずの電圧が給電線の配線抵抗分Ｒｃによって消費されてしまうと、発熱素子１１による発熱量が変化してしまう。
【００２４】
以上のような原因で、発熱素子１１の選択数Ｎによってインク吐出量が変化すると、本来の性能が発揮できず記録媒体へのインク濃度ムラが発生して記録画質が低下してしまうという問題が生じる。
【００２５】
この給電線での電圧降下による画質への影響を低減すべく、ヘッド駆動用電源の電圧検出点をキャリッジからリモートセンスし、記録ヘッドに近い場所で定電圧制御を行う方法が、特開平１−１５０５５７号公報（特許文献１）に記載されている。図９は、特許文献１に記載された定電圧制御を行う構成の概略図である。
【特許文献１】特開平１−１５０５５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２６】
しかしながら、特許文献１に記載されたような、電圧検出点をキャリッジからリモートセンスする構成では、配線抵抗による直流的な電圧降下をキャンセルすることは可能であるが、実際にはＤＣ／ＤＣコンバータ２１のコンバータ部のＧＮＤであるＣＯＮＶ＿ＧＮＤと定電圧制御部の制御＿ＧＮＤとが給電線（ＧＮＤ）１-２と電圧検出線（ＧＮＤ）１−４とを介して接続されているため、リモートセンス線の配線抵抗分（及び配線インダクタンス）によって、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力フィルタの周波数特性が変化してしまう。このためＤＣ／ＤＣコンバータの制御動作が不安定になりやすく、負荷電流が増加した際に電流・電圧波形に振動が発生するような挙動が生じてしまう。
【００２７】
図７は、インクジェットプリンタで無記録区間（負荷電流０Ａ）からベタ記録（負荷電流最大）に相当する負荷電流３Ａまで、ＤＣ／ＤＣコンバータの負荷を短時間に変化させた時のＶＨ電圧波形７０１、インダクタンスＬ１の電流波形７０２、７０３、給電線の電流波形７０４をそれぞれ示すグラフである。
【００２８】
時間ｔ１で負荷を急激に増大させた後、各波形は定電圧制御系が安定しない領域にあり振動波形となっている。この図では、１．０Ａ／ｄｉｖであるので、Ｌ１の電流波形７０３は、０アンペアから７アンペア以上の範囲で振幅している。図７のような振動時には、特にインダクタンスＬ１のピーク電流が大きく振れるため、コンバータ回路に使用する素子には定格電流が大きな部品を選択する必要が生じる。また振動波形を抑えるためには制御をより高精度かつ複雑なものとする必要があるため、構成が複雑で高価なものとなってしまう。
【００２９】
図８は、実際に電圧検出線（ＧＮＤ）１−４の、図９に示すキャリッジ基板１０のｄ点におけるフィルタの周波数特性を示すグラフである。
【００３０】
図８の周波数特性は、定電圧制御の基準となる制御＿ＧＮＤを基準として、スイッチ素子Ｑ１とインダクタＬ１、ダイオードＤ１のカソードの接続点を入力、出力分圧回路Ｒ１の手前を出力としたフィルタの周波数伝達特性である。
【００３１】
図８に示した周波数帯域においてゲインが８０２で示すような曲線と成る主要因としては、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１のインダクタンスＬ１と電圧検出線（ＧＮＤ）１−４の配線抵抗成分Ｒｃ１とが支配的であり、従来のＬＣフィルタとは異なり１次のＬＲフィルタの特性となってしまう。
【００３２】
１次のフィルタ特性は、８０２で示すようにカットオフ周波数（ｆｃ＝Ｒｃ１／２πＬ）より高い周波数帯域での利得（Ｇａｉｎ）は、８０１で示す−２０ｄＢ／ｄｅｃ近似のゲイン減衰特性を有し、２次のフィルタ特性のような−４０ｄＢ／ｄｅｃ近似のゲイン減衰特性ではないため、従来の制御系のままではオープンループの周波数特性ではスイッチング周波数ｆｓｗ近辺までゲインを有してしまう。このため、図７に示したような振動波形となってしまう。
【００３３】
直流ゲインを４０ｄＢ以上持たせるためにはＤＣ／ＤＣコンバータ２１のオープンループ特性の０ｄＢ交差点をスイッチング周波数ｆｓｗよりも低い周波数にする必要があり、このためには２次のフィルタを用いる場合よりもインダクタンスＬ１の値Ｌを大きくする必要がある。しかしながら、Ｌ１のインダクタンス値Ｌを大きくすると、負荷の急激な変動に対する応答性が悪化してしまう。
【００３４】
通常の降圧型ＤＣ／ＤＣコンバータの出力特性はＬＣフィルタの特性と同様であり、ＬＣ共振周波数（ｆｐ＝１／２π√｛ＬＣ｝）より高い周波数帯域での利得（Ｇａｉｎ）は−４０ｄＢ／ｄｅｃの近似ゲイン減衰特性となる。
【００３５】
ここで、ＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチング周波数をｆｓｗ、フィードバック制御の直流ゲインを４０ｄＢ持たせるとすると、ＬＣフィルタの共振周波数ｆｐを、
ｆｓｗ／５００≦ｆｐ≦ｆｓｗ／１０
程度にすると、定電圧フィードバックループの応答性と安定性を両立することが可能となる。
【００３６】
しかしながら、図８に示すように、ゲインが−２０ｄＢ／ｄｅｃの傾きを有する１次のフィルタ特性である場会、安定性を確保するためには、カットオフ周波数ｆｃを、
ｆｓｗ／５０００≦ｆｃ≦ｆｓｗ／１００
程度にまで低下させないと定電圧制御のオープンループ特性の０ｄＢ交差点をスイッチング周波数ｆｓｗ以下に出来ない。このため、フィードバックループの安定性が確保できなくなってしまう。
【００３７】
また、２次のフィルタ−４０ｄＢ／ｄｅｃの減衰特性に対して１次のフィルタ特性は、−２０ｄＢ／ｄｅｃと緩やかな減衰特性を有するため、２次のフィルタ対して高い周波数帯域でゲインを確保できないため、負荷変動に対する応答性が悪化してしまう。
【００３８】
本発明は以上のような状況に鑑みてなされたものであり、給電線の配線抵抗による電圧降下をキャンセルすると共に、発振や振動の生じない安定した電力を記録ヘッドに供給することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００３９】
上記目的を達成する本発明の一態様としての記録装置は、複数の記録素子を有する記録ヘッドを搭載したキャリッジを、記録媒体上で走査させて記録を行う記録装置であって、
記録装置本体に設けられ、出力電圧を基準電圧と比較してフィードバック制御によって定電圧を出力するＤＣ／ＤＣコンバータを含み、該ＤＣ／ＤＣコンバータから前記記録ヘッドの駆動電力を供給する駆動電源回路と、
前記キャリッジに設けられ、前記記録ヘッドに電力及び制御信号を供給すると共に、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧検出用の端子を有するキャリッジ基板と、を備え、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータにおいて、駆動電力供給用のグランド端子と、出力電圧検出用のグランド端子との間にコンデンサが接続されており、
前記駆動電力供給用のグランド端子と、前記出力電圧検出用のグランド端子とが、前記キャリッジ基板において接続されている。
【００４０】
すなわち、本発明では、複数の記録素子を有する記録ヘッドを搭載したキャリッジを、記録媒体上で走査させて記録を行う記録装置において、出力電圧を基準電圧と比較してフィードバック制御によって定電圧を出力するＤＣ／ＤＣコンバータを含み、該ＤＣ／ＤＣコンバータから記録ヘッドの駆動電力を供給する駆動電源回路を記録装置本体に設け、記録ヘッドに電力及び制御信号を供給すると共に、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧検出用の端子を有するキャリッジ基板をキャリッジに設け、ＤＣ／ＤＣコンバータにおいて、駆動電力供給用のグランド端子と、出力電圧検出用のグランド端子との間にコンデンサを接続し、駆動電力供給用のグランド端子と、出力電圧検出用のグランド端子とを、キャリッジ基板において接続する。
【００４１】
このようにすると、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧をキャリッジ基板上から検出して、電力供給線の配線抵抗による直流的な電圧降下をキャンセル可能な構成において、出力電圧検出用のグランド線によってＤＣ／ＤＣコンバータの出力フィルタ特性が悪化するのを、駆動電力供給用のグランド端子と出力電圧検出用のグランド端子との間にコンデンサを挿入することによって改善することができる。
【００４２】
従って、同時に駆動する記録素子の数が変化しても安定した電力を供給可能なようにＤＣ／ＤＣコンバータの応答性が改善され、インクジェット記録ヘッドを安定して駆動することが可能となる。
【００４３】
なお、ＤＣ／ＤＣコンバータとキャリッジ基板とはフレキシブルケーブルで接続されているのがよい。
【００４４】
ＤＣ／ＤＣコンバータは、所定範囲の周波数、例えば、１ＫＨｚから数百ＫＨｚで制御されるスイッチング素子を有する、スイッチングコンバータであるのがよい。
【００４５】
記録ヘッドは、インクを吐出して記録を行うインクジェット記録ヘッドであってもよく、その場合には、各記録素子がインクに与える熱エネルギーを発生するための発熱素子を備えており、熱エネルギーを利用してインクを吐出する記録ヘッドであってもよい。
【発明の効果】
【００４６】
本発明によれば、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧をキャリッジ基板上から検出して、電力供給線の配線抵抗による直流的な電圧降下をキャンセル可能な構成において、出力電圧検出用のグランド線によってＤＣ／ＤＣコンバータの出力フィルタ特性が悪化するのを、駆動電力供給用のグランド端子と出力電圧検出用のグランド端子との間にコンデンサを挿入することによって改善することができる。
【００４７】
従って、同時に駆動する記録素子の数が変化しても安定した電力を供給可能なようにＤＣ／ＤＣコンバータの応答性が改善され、インクジェット記録ヘッドを安定して駆動することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４８】
以下に、添付図面を参照して、本発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただし、以下の実施形態に記載されている構成要素はあくまで例示であり、本発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００４９】
なお、以下に説明する実施形態では、インクジェット記録方式を用いた記録装置としてプリンタを例に挙げ説明する。
【００５０】
なお、この明細書において、「記録」（「プリント」という場合もある）とは、文字、図形等有意の情報を形成する場合のみならず、有意無意を問わず、また人間が視覚で知覚し得るように顕在化したものであるか否かを問わず、広く記録媒体上に画像、模様、パターン等を形成する、または媒体の加工を行う場合も表すものとする。
【００５１】
また、「記録媒体」とは、一般的な記録装置で用いられる紙のみならず、広く、布、プラスチック・フィルム、金属板、ガラス、セラミックス、木材、皮革等、インクを受容可能なものも表すものとする。
【００５２】
さらに、「インク」（「液体」と言う場合もある）とは、上記「記録（プリント）」の定義と同様広く解釈されるべきもので、記録媒体上に付与されることによって、画像、模様、パターン等の形成または記録媒体の加工、或いはインクの処理（例えば記録媒体に付与されるインク中の色剤の凝固または不溶化）に供され得る液体を表すものとする。
【００５３】
またさらに、「ノズル」（「記録素子」と言う場合もある）とは、特にことわらない限り吐出口ないしこれに連通する液路およびインク吐出に利用されるエネルギーを発生する素子（発熱素子など）を総括して言うものとする。
【００５４】
＜インクジェット記録装置の説明＞
図１０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の構成の概要を示す外観斜視図である。
【００５５】
図１０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１０３を搭載したキャリッジ１０２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１０４より伝え、キャリッジ１０２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１０５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１０３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。
【００５６】
また、記録ヘッド１０３の状態を良好に維持するためにキャリッジ１０２を回復装置１１０の位置まで移動させ、間欠的に記録ヘッド１０３の吐出回復処理を行う。
【００５７】
記録装置のキャリッジ１０２には記録ヘッド１０３を搭載するのみならず、記録ヘッド１０３に供給するインクを貯留するインクカートリッジ１０６を装着する。インクカートリッジ１０６はキャリッジ１０２に対して着脱自在になっている。
【００５８】
図１０に示した記録装置はカラー記録が可能であり、そのためにキャリッジ１０２にはマゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、イエロー（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。
【００５９】
さて、キャリッジ１０２と記録ヘッド１０３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１０３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発熱素子（電気熱変換体）を備え、その発熱素子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。この発熱素子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。
【００６０】
図１０に示されているように、キャリッジ１０２はキャリッジモータＭ１の駆動力を伝達する伝達機構１０４の駆動ベルト１０７の一部に連結されており、ガイドシャフト１１３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１０２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１１３に沿って往復移動する。また、キャリッジ１０２の移動方向（矢印Ａ方向）に沿ってキャリッジ１０２の絶対位置を示すためのスケール１０８が備えられている。この実施形態では、スケール１０８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１０９に固着され、他方は板バネ（不図示）で支持されている。
【００６１】
また、記録装置には、記録ヘッド１０３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１０３を搭載したキャリッジ１０２が往復移動されると同時に、記録ヘッド１０３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。
【００６２】
さらに、図１０において、１１４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、１１５はバネ（不図示）により記録媒体Ｐを搬送ローラ１１４に当接するピンチローラ、１１６はピンチローラ１１５を回転自在に支持するピンチローラホルダ、１１７は搬送ローラ１１４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１１７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１１４が駆動される。
【００６３】
またさらに、１２０は記録ヘッド１０３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１２０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。１２２は拍車ローラを回転自在に支持する拍車ホルダである。
【００６４】
またさらに、記録装置には、図１０に示されているように、記録ヘッド１０３を搭載するキャリッジ１０２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１０３の吐出不良を回復するための回復装置１１０が配設されている。
【００６５】
回復装置１１０は、記録ヘッド１０３の吐出口面をキャッピングするキャッピング機構１１１と記録ヘッド１０３の吐出口面をクリーニングするワイピング機構１１２を備えており、キャッピング機構１１１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１０３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。
【００６６】
また、非記録動作時等には、記録ヘッド１０３の吐出口面をキャッピング機構１１１によるキャッピングすることによって、記録ヘッド１０３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１１２はキャッピング機構１１１の近傍に配され、記録ヘッド１０３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。
【００６７】
これらキャッピング機構１１１及びワイピング機構１１２により、記録ヘッド１０３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。
【００６８】
＜インクジェット記録装置の制御構成＞
図１１は図１０に示した記録装置の制御構成を示すブロック図である。
【００６９】
図１１に示すように、コントローラ６００は、ＭＰＵ６０１、後述する制御シーケンスに対応したプログラム、所要のテーブル、その他の固定データを格納したＲＯＭ６０２、キャリッジモータＭ１の制御、搬送モータＭ２の制御、及び、記録ヘッド３の制御のための制御信号を生成する特殊用途集積回路（ＡＳＩＣ）６０３、画像データの展開領域やプログラム実行のための作業用領域等を設けたＲＡＭ６０４、ＭＰＵ６０１、ＡＳＩＣ６０３、ＲＡＭ６０４を相互に接続してデータの授受を行うシステムバス６０５、以下に説明するセンサ群からのアナログ信号を入力してＡ／Ｄ変換し、デジタル信号をＭＰＵ６０１に供給するＡ／Ｄ変換器６０６などで構成される。
【００７０】
また、図１１において、６１０は画像データの供給源となるコンピュータ（或いは、画像読取り用のリーダやデジタルカメラなど）でありホスト装置と総称される。ホスト装置６１０と記録装置１との間ではインタフェース（Ｉ／Ｆ）６１１を介して画像データ、コマンド、ステータス信号等を送受信する。
【００７１】
さらに、６２０はスイッチ群であり、電源スイッチ６２１、プリント開始を指令するためのプリントスイッチ６２２、及び記録ヘッド１０３のインク吐出性能を良好な状態に維持するための処理（回復処理）の起動を指示するための回復スイッチ６２３など、操作者による指令入力を受けるためのスイッチから構成される。６３０はホームポジションｈを検出するためのフォトカプラなどの位置センサ６３１、環境温度を検出するために記録装置の適宜の箇所に設けられた温度センサ６３２等から構成される装置状態を検出するためのセンサ群である。
【００７２】
さらに、６４０はキャリッジ１０２を矢印Ａ方向に往復走査させるためのキャリッジモータＭ１を駆動させるキャリッジモータドライバ、６４２は記録媒体Ｐを搬送するための搬送モータＭ２を駆動させる搬送モータドライバである。
【００７３】
ＡＳＩＣ６０３は、記録ヘッド１０３による記録走査の際に、ＲＡＭ６０２の記憶領域に直接アクセスしながら記録ヘッドに対して記録素子（発熱素子）の駆動データ（ＤＡＴＡ）を転送する。
【００７４】
＜ヘッド制御部及びキャリッジ基板＞
図１は、本発明の実施形態におけるヘッド制御部とキャリッジ基板との接続及び回路を、図５と同様に示す概略構成図である。
【００７５】
図１において、ヘッド制御部２０は、キャリッジ基板１０に接続されたインクジェット記録ヘッド２−１〜２−４を制御するためのヘッド制御ゲートアレイ２２と、駆動電力を供給するＤＣ／ＤＣコンバータ２１を含んでいる。
【００７６】
キャリッジ基板（回路）１０とＤＣ／ＤＣコンバータ２１とは、ＶＨ給電線１―１及び給電線（ＧＮＤ）１―２で接続され、コンデンサＣ２を介して４つのインクジェット記録ヘッド２−１〜２−４へ駆動電力が供給される。
【００７７】
電圧検出線１−３は、キャリッジ基板１０においてコンデンサＣ２が接続されているｃ点からＤＣ／ＤＣコンバータ２１の抵抗分圧回路に接続されている。また、Ｃ２のＧＮＤとなるｄ点は、電圧検出線（ＧＮＤ）１−４によって、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の定電圧制御部のＧＮＤである制御＿ＧＮＤと接続されている。
【００７８】
ＤＣ／ＤＣコンバータの給電用端子のグランド（Ｃｏｎｖ＿ＧＮＤ）と電圧検出のグランド（制御＿ＧＮＤ）とは、フレキシブルケーブル等の可動電線（配線）材を介してキャリッジ基板上のＧＮＤに接続されている。
【００７９】
ヘッド制御ゲートアレイ２２とインク記録ジェット２−１〜２−４は、複数本（図中では１本の線にて示す）のヘッド制御線１−５によって接続されている。
【００８０】
ＤＣ／ＤＣコンバータ２１のＣｏｎｖ＿ＧＮＤと制御＿ＧＮＤは、コンデンサＣ３によって接続されている。
【００８１】
次に、図１に示した回路の動作について説明する。
【００８２】
ＤＣ／ＤＣコンバータ２１は、ヘッド制御部２０における基準電圧Ｖｒｅｆとキャリッジ基板１０に搭載されたコンデンサＣ２の両端における出力電圧ＶＨの分圧値とを誤差増幅器Ｑ２で比較し、誤差を無くすように定電圧制御されている。
【００８３】
誤差増幅器Ｑ２の一方の入力端子（反転端子）には基準電圧Ｖｒｅｆが供給され、もう一方の入力端子（非反転端子）には出力電圧ＶＨを抵抗Ｒ１及びＲ２によって分圧された電圧値
ＶＨ×Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）
が供給される。
【００８４】
基準電圧Ｖｒｅｆと出力電圧の分圧値ＶＨ×Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）とが誤差増幅器Ｑ２で比較され、誤差を無くすようにスイッチ素子Ｑ１がＰＷＭ制御され、Ｌ１、Ｃ１及びＶＨ給電線１−２、給電線(ＧＮＤ)１−３、コンデンサＣ２の平滑回路、及びコンデンサＣ３よって所望の直流電圧ＶＨが得られる。
【００８５】
よって出力電圧値ＶＨは、
ＶＨ＝Ｖｒｅｆ×（Ｒ１＋Ｒ２）／Ｒ２
となり、キャリッジ基板１０に搭載されたコンデンサＣ２の両端の電位ＶＨは、一定電圧値で制御される。
【００８６】
図示しない電源ユニットから供給されるＤＣ／ＤＣコンバータ２１の入力電圧Ｖｉｎは、スイッチング素子Ｑ１に入力され、上記で説明した誤差増幅器を用いたスイッチング素子Ｑ１及びダイオードＤ１においてインダクタＬ１、コンデンサＣ１及びＶＨ給電線１−２、給電線(ＧＮＤ)１−３、コンデンサＣ２を介して直流出力ＶＨが得られる。
【００８７】
ヘッド制御ゲートアレイ２２は、パーソナルコンピュータ等の図示しない外部のホスト装置から送られてくる画像信号と、例えば、記録モード等の制御信号に従って、各発熱素子をＯＮ／ＯＦＦするビット信号に変換して駆動信号を生成する。駆動信号は、例えば発熱素子の選択信号、駆動タイミングを規定する駆動パルス、記録用シリアル信号等からなる。そして、インクジェット記録ヘッドの温度等の情報によって、駆動パルスの幅を変化させ、最適なインク滴の吐出が行えるように制御されている。
【００８８】
インクジェット記録ヘッド２−１〜２−４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１から駆動電力が供給され、ヘッド制御ゲートアレイ２２からのヘッド駆動信号に従って駆動される。
【００８９】
ここで、Ｃｏｎｖ＿ＧＮＤと制御＿ＧＮＤを接続するコンデンサＣ３は、給電線ＧＮＤ１−２と電圧検出線ＧＮＤの配線抵抗分によって１次のフィルタ特性となってしまう周波数特性を改善するためのコンデンサである。
【００９０】
図２は、ＶＨ給電線１-１、給電線ＧＮＤ１−２及び電圧検出線１-３、電圧検出線（ＧＮＤ）１−４に含まれる配線抵抗成分及び配線インダクタンス成分をそれぞれ回路表記した図である。各配線にＲｃ、Ｌｃ及びＲｃ１、Ｌｃ１をそれぞれ１つずつ記載しているが、分布定数的に配線抵抗成分と配線インダクタンス成分が存在している。
【００９１】
本実施形態の中で説明している周波数帯域（１ＫＨｚ〜数百ＫＨｚ）では配線インダクタンス成分よりも配線抵抗成分の影響が大きい。
【００９２】
コンデンサＣ３は、Ｃｏｎｖ＿ＧＮＤと制御ＧＮＤ間にある給電線（ＧＮＤ）１−２と電圧検出線（ＧＮＤ）１−４の配線抵抗成分及び配線インダクタンス成分を交流的にキャンセルするものである。
【００９３】
コンデンサＣ３の容量は、ＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチング周波数ｆｓｗに対し、
１／［２×π×√｛Ｌ１×Ｃｏ×Ｃ３／（Ｃｏ＋Ｃ３）｝］＜ｆｓｗ／１０
程度の値を選択するのがよい。ただし、Ｌはインダクタ（コイル）Ｌ１のインダクタンスである。ＣｏはコンデンサＣ１とコンデンサＣ２の並列容量であり、Ｃｏ＝Ｃ１／／Ｃ２、である。
【００９４】
図４は、本実施形態での周波数特性であり、図８と同様に定電圧制御の基準となる制御＿ＧＮＤを基準として、スイッチ素子Ｑ１とインダクタＬ１、ダイオードＤ１の接続点の電圧を入力。出力分圧回路Ｒ１のｃ点側（Ｒ２との接続する側と反対側）の電圧を出力としたフィルタの周波数伝達特性である。Ｃ３を挿入することで交流的にグランド間が接続されるため、給電線（ＧＮＤ）１−２と電圧検出線（ＧＮＤ）１−４の配線抵抗成分よりもコンデンサＣ３がフィルタ特性の主要素となり、ゲイン減衰特性４０２は、４０１で示す−４０ｄＢ／ｄｅｃの２次のフィルタと同様な特性となっている。
【００９５】
図３は、無記録区間（負荷電流０Ａ）からベタ記録（負荷電流最大）に相当する負荷電流３Ａまで、ＤＣ／ＤＣコンバータの負荷を短時間に変化させた時のＶＨ電圧波形３０１、インダクタンスＬ１の電流波形３０２、３０３、給電線の電流波形３０４、３０５を、図７と同様に示すグラフである。図７と比較すると、ｔ１以降も振動波形にはならず、約３Ａを中心値とした安定した波形である。インクジェット記録装置に安定な電圧を供給することが可能となる。このため、記録媒体へのインク吐出量が安定し、記録画像の濃度ムラを低減することが可能となる。
【００９６】
以上説明したように、本実施形態では、キャリッジ基板に電力を供給するＤＣ／ＤＣコンバータの電圧検出線を電力供給線とは別にキャリッジ上から検出するようにして、電力供給線の配線抵抗による直流的な電圧降下をキャンセルすることが可能となる。また、電圧検出線のグランド線によってＤＣ／ＤＣコンバータの出力フィルタ特性が−２０ｄＢ／ｄｅｃの減衰特性へ悪化するのを、ＤＣ／ＤＣコンバータのＣｏｎｖ＿ＧＮＤと制御＿ＧＮＤ間にコンデンサを挿入することによって、−４０ｄＢ／ｄｅｃの減衰特性に改善することができる。このため、同時に駆動する記録素子の数が変化しても安定した電力を供給可能なようにＤＣ／ＤＣコンバータの応答性が改善され、インクジェット記録ヘッドを安定して駆動することが可能となる。
【００９７】
（他の実施形態）
以上説明した実施形態は、シリアル方式のインクジェットプリンタにおいて、インクジェット記録ヘッドが搭載されるキャリッジ基板への電力供給に関して説明したが、複数の記録素子を有する記録ヘッドを記録媒体上で走査させて記録を行うシリアル型の記録装置であれば、サーマル方式などの他の記録方式を採用する記録装置にも本発明は適用できる。
【００９８】
更に、本発明に係る記録装置の形態としては、コンピュータ等の情報処理機器の画像出力端末として一体または別体に設けられるものの他、リーダ等と組み合わせた複写装置、さらには送受信機能を有するファクシミリ装置の形態を取るものであっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【図１】本発明の実施形態におけるヘッド制御部とキャリッジ基板との接続及び回路を示す概略構成図である。
【図２】図１に配線抵抗成分及び配線インダクタンス成分を表記した回路図である。
【図３】実施形態で負荷を短時間に変化させた時の出力電圧及び出力電流を示すグラフである。
【図４】実施形態でのキャリッジ基板のｄ点におけるフィルタの周波数特性を示すグラフである。
【図５】従来のヘッド制御部とキャリッジ基板との接続及び回路を示す概略構成図である。
【図６】インクジェット記録ヘッドの内部回路を表す回路図である。
【図７】従来の負荷を短時間に変化させた時の出力電圧及び出力電流を示すグラフである。
【図８】従来のフィルタの周波数特性を示すグラフである。
【図９】従来のヘッド駆動用回路に配線抵抗成分及び配線インダクタンス成分を表記した回路図である。
【図１０】本発明の代表的な実施の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である。
【図１１】図１０の記録装置の制御回路の構成を示すブロック図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2006159573.tif 000010
【図９】
2006159573.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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