(57)【要約】【課題】ドットラインプリンタの印字ハンマ駆動装置において、基板搭載部品の増加を生じることなく、ハーフブリッジ回路を２電圧駆動することにより、電源の消費エネルギーを大幅に削減すること。【解決手段】線間電圧Ｖ１、Ｖ２を有する２電圧電源１０にハーフブリッジ回路で構成されたハンマ駆動回路２０を接続する。ローサイド側トランジスタ２４のフライホイールダイオード２６のカソードをＶ１電源リターン側とＶ２電源供給側を兼用するラインに接続している。ハンマコイル駆動の第２期間において、Ｖ１電源供給側からハイサイド側トランジスタ２３、ハンマコイル８、ダイオード２６を介してＶ１電源リターン側への回路に電流が流れる構成としたので、電源の消費電力を大幅に削減できる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の出力端子と、第２の出力端子及び第３の出力端子を有し、前記第１の出力端子と前記第２の出力端子間に第１の電圧を出力し、前記第２の出力端子と前記第３の出力端子間に第２の電圧を出力し、前記第１の端子と前記第３の端子間に前記第１の電圧と前記第２の電圧の和に等しい第３の電圧を出力する２電圧電源と、
ハイサイド側トランジスタとローサイド側トランジスタとからなるハーフブリッジ回路とを有し、
ハンマコイルと前記ローサイド側トランジスタの接続点と前記第２の出力端子間に第１のダイオードを接続し、前記ハイサイド側トランジスタと、前記ハンマコイルと、前記第１のダイオードの直列接続回路に前記第１の電圧が印加されるように構成したことを特徴とする印字ハンマ駆動装置。
【請求項２】
前記第３の出力端子と、前記ハイサイド側トランジスタと前記コイルの接続点の間に接続された第２のダイオードを更に有し、
第１の駆動期間で前記ハイサイド側トランジスタと前記ローサイド側トランジスタの両方をオンにすることで前記ハンマコイルを前記第３の電圧で駆動し、前記第１の駆動期間に続く第２の駆動期間で前記ハイサイド側トランジスタをオン、前記ローサイド側トランジスタをオフにすることで前記ハンマコイルを前記第１の電圧で駆動し、そして前記第２の駆動期間に続く第３の駆動期間で前記ハイサイド側トランジスタと前記ローサイド側トランジスタの両方をオフに制御することで前記第２のダイオード、前記ハンマコイル及び前記第１のダイオードを介してフライホイール電流を流すようにしたことを特徴とする請求項１記載の印字ハンマ駆動装置。
【請求項３】
前記第１の出力端子と前記第２の出力端子の間に第１のコンデンサを接続し、前記第２の出力端子と前記第３の出力端子の間に第２のコンデンサを接続したことを特徴とする請求項１又は２記載の印字ハンマ駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ドットラインプリンタ用の印字ハンマを駆動するための印字ハンマ駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
業務用ドットラインプリンタでは、中速機の場合にハンマコイルを１００個以上、高速機の場合にはハンマコイルを３００個弱駆動するので、電源の消費電力を減らす必要がある。
【０００３】
図６は、従来のドットラインプリンタに組み込まれているハンマ駆動回路５０とその電源４０を示した回路図である。電源４０は２電圧電源であり、トランス４１の２次側からはセンタータップを利用して電圧Ｖ１とＶ２及びＶ１とＶ２の和であるＶ（＝Ｖ１＋Ｖ２）が出力される。実際は、Ｖ１＝３９．５Ｖ、Ｖ２＝８．５Ｖに設定されている。ハンマ駆動回路５０は、ハイサイド側トランジスタ５１とローサイド側トランジスタ５２からなるハーフブリッジ回路とトランジスタ５３を有する。トランジスタ５３は電源４０の電圧Ｖ２の供給ラインに接続されている。
【０００４】
図７（ａ）は、ハンマ駆動回路５０の第１の駆動期間の動作説明図であり、図７（ｂ）は、第１の駆動期間にハンマコイル５６に流れる電流を示した図である。トランジスタ５１とトランジスタ５２が同時にオンになることにより、ハンマコイル５６には電圧Ｖが印加されて過渡現象により電流値が急激に増加する。
【０００５】
図８（ａ）は、ハンマ駆動回路５０の第２の駆動期間の動作説明図であり、図８（ｂ）は、第２の駆動期間にハンマコイル５６に流れる電流を示した図である。トランジスタ５２はオンのままであるが、トランジスタ５１がオフになり、代りにトランジスタ５３がオンになるので、ハンマコイル５６の電流は図８（ｂ）に太線で示すように流れる。この状態ではハンマコイル５６にはＶ２の電圧が印加されたままとなるので、ハンマコイル５６の直流抵抗をＲ、ハンマコイル５６の電流をＩとすると、Ｉ＝Ｖ２／Ｒなるオームの法則による直流電流値を最終値とする緩やかな電流の漸減が生じる。この状態では駆動回路５０の消費電力はＷ＝Ｖ２×Ｉであり、Ｖに対してＶ２が約１／６と小さいことから、電源の消費電力を十分に小さく保つことができる。
【０００６】
図９（ａ）は、ハンマ駆動回路５０の第３の駆動期間の動作説明図であり、図９（ｂ）は、第３の駆動期間にハンマコイル５６に流れる電流を示した図である。トランジスタ５１，５２，５３は全てオフになる、ハンマコイル５６に流れる電流は過渡現象により急速に減少して行く。すなわち、ハンマコイル５６のフライバック電流は、Ｖ２電源のリターンからダイオード５４を介して、ハンマコイル５６を流れ、ダイオード５５を介してＶ１電圧の供給側のラインに還流する。
この還流により、電源のコンデンサ４６、４７は充電される。これによって蓄えられた電荷は次回のハンマコイルの励磁に利用される。
【０００７】
以上のように、従来のハンマ駆動回路５０では、図７に示すようにハイサイド側トランジスタ５１とローサイド側トランジスタ５２の両トランジスタを同時にオンにする第一の駆動期間では、省エネルギー効果は得られないが、トランジスタ５３をオンにする第二の駆動期間では、低電圧Ｖ２によりハンマコイル５６に電流を供給するのでＷ＝Ｖ２×Ｉの関係式において、印加電圧Ｖ２の値を小さくすると消費電力Ｗを小さくすることが可能になる。全てのトランジスタをオフする第三の駆動期間では、第二の駆動期間で減衰が少なくほぼ一定の電流が保たれた後であるので、フライホイール効果により電源に帰還する電流が大きくなるので、第一の駆動期間で消費した電力の約７０％を補填する電力が電源に蓄えられる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来のハンマ駆動回路は、次に示すような問題がある。第１に、低電圧Ｖ２からハンマコイル５６への電流経路にトランジスタを使用することが不可欠である。トランジスタジスを使用する代わりにダイオードを使用できると経済的なメリットがあるが、次のような安全性の点で問題がある。図１０に示すようにハンマコイル５６の一部が地絡したと仮定すると、図中に破線で示すようにトランジスタ５３の代わりに使用したダイオード５７を介して低電圧が常時ハンマコイル５６に印加されたままとなってしまい、ハンマコイル５６は焼損の恐れがある。従って、トランジスタ５３に代わってダイオード５７を使用することができないという問題がある。
【０００９】
第２に、図６において、ハンマコイル５６をグループ単位で駆動しない構成とし、ハーフブリッジ回路で２電圧駆動する場合には、ハンマコイル１個に対してトランジスタ５１と５３の２つが必要となるので、原価増加および電子部品搭載基板の実装困難が生じ実用的でなくなる。
【００１０】
本発明は、ハンマコイルを個々に独立して駆動し、かつ基板搭載部品の増加を生じることなく、ハーフブリッジ回路を２電圧駆動することにより、電源の消費エネルギーを大幅に削減することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の印字ハンマ駆動装置は、第１の出力端子と、第２の出力端子及び第３の出力端子を有し、第１の出力端子と第２の出力端子間に第１の電圧を出力し、第２の出力端子と第３の出力端子間に第２の電圧を出力し、第１の端子と第３の端子間に第１の電圧と第２の電圧の和に等しい第３の電圧を出力する２電圧電源と、ハイサイド側トランジスタとローサイド側トランジスタとからなるハーフブリッジ回路とを有し、ハンマコイルとローサイド側トランジスタの接続点と第２の出力端子間に第１のダイオードを接続し、ハイサイド側トランジスタと、ハンマコイルと、第１ダイオードの直列接続回路に第１の電圧が印加されるように構成されている。
【００１２】
かかる印字ハンマ駆動装置においては、ハーフブリッジ回路を構成するハイサイド側トランジスタとローサイド側トランジスタと両トランジスタの間に接続されたハンマコイルの直列回路が２電圧電源の第１の出力端子と第３の出力端子間に接続されている。従って、両トランジスタが共にオンのときには、第１の出力端子から、ハイサイド側トランジスタ、ハンマコイル、ローサイド側トランジスタを通って第３の出力端子に至る第１の回路が形成される。また、ハイサイド側トランジスタがオンでローサイド側トランジスタがオフのときには、第１の端子から、ハイサイド側トランジスタ、ハンマコイル、第１のダイオードを通って第２の出力端子に至る第２の回路が形成される。
【００１３】
請求項２記載の印字ハンマ駆動装置は、請求項１記載の印字ハンマ駆動装置の構成に加えて、第３の出力端子と、ハイサイド側トランジスタとコイルの接続点の間に接続された第２のダイオードを更に有し、第１の駆動期間でハイサイド側トランジスタとローサイド側トランジスタの両方をオンにすることでハンマコイルを第３の電圧で駆動し、第１の駆動期間に続く第２の駆動期間でハイサイド側トランジスタをオン、ローサイド側トランジスタをオフにすることでハンマコイルを第１の電圧で駆動し、そして第２の駆動期間に続く第３の駆動期間でハイサイド側トランジスタとローサイド側トランジスタの両方をオフに制御することで第２のダイオード、ハンマコイル及び第１のダイオードにフライホイール電流を流すようにしたことを特徴としている。
【００１４】
かかる印字ハンマ駆動装置によれば、ハイサイド側トランジスタとローサイド側トランジスタが共にオフのときには、第３の出力端子から、第２のダイオード、ハンマコイル、第１のダイオードを通って第２の出力端子に至る第３の回路が形成される。そして、第１の回路、第２の回路及び第３の回路に順次電流を流すことによりハンマコイルを駆動する。
【００１５】
請求項３に記載の印字ハンマ駆動装置は、請求項１若しくは２記載の印字ハンマ駆動装置の構成に対して、第１の出力端子と第２の出力端子の間に第１のコンデンサを接続し、第２の出力端子と第３の出力端子の間に第２のコンデンサを接続したことを特徴としている。
【００１６】
かかる構成の印字ハンマ駆動装置においては、第２の回路に流れる電流により第１のコンデンサが充電され、第３の回路に流れる電流により第２のコンデンサが充電される。また、第１のコンデンサ及び第２のコンデンサの放電によりそれぞれ第２の回路と第３の回路に電流が流れる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態による印字ハンマ駆動装置を添付図面を参照しながら説明する。
【００１８】
印字ハンマ駆動装置は、ドットラインプリンタの印字ハンマを駆動するための装置である。ドットラインプリンタは、ハンマバンクを行方向に往復移動させながら印字し、ハンマバンク内には行方向に複数の印字ハンマが収容されている。
図１に示すように、印字ハンマ１は板バネ２と、板バネ２の先端に取り付けられた印字ピン３と、プランジャ４で構成されている。印字ハンマ１の下端はねじ５で磁気回路の一部を構成するフロントヨーク６に固定されており、上端部分は永久磁石７の磁気吸引力によって非印字位置に保持されている。永久磁石７にはハンマコイル８が巻回されており、ハンマコイル８に釈放電流を流すことにより、印字ハンマ１は永久磁石７から釈放されてリボンを打撃することにより印刷媒体に対してドット印字を行う。
【００１９】
図２は、本発明の実施の形態による印字ハンマ駆動装置の電源１０とハンマ駆動回路２０の回路構成図である。電源１０はトランス１１を有し、トランス１１の２次側巻線にはセンタータップが設けられている。２次側巻線の高圧側端子は、ダイオード１２とコイル１４を介して電源１０の第１の出力端子となる。センタータップは、ダイオード１３とコイル１５を介して電源１０の第２の出力端子となる。また、２次巻線の低圧側（アース側）端子は、電源１０の第３の出力端子となる。第１の出力端子と第２の出力端子の間にはコンデンサ１６が、第２の出力端子と第３の出力端子の間にはコンデンサ１７が接続されている。以上の構成は、図６に示した従来の電源４０の構成と同じである。
【００２０】
電源１０の第１と第２の出力端子間には線間電圧Ｖ１が、第２の出力端子と第３の出力端子間には線間電圧Ｖ２が出力されるようにセンタータップにより分割される２次巻線の巻数比が設定されている。第１の出力端子と第３の出力端子の間には、線間電圧Ｖ（＝Ｖ１＋Ｖ２）が出力される。このように、電源１０は、Ｖ１、Ｖ２、Ｖの３つ電圧を供給できる電源である。本実施の形態では、Ｖ１＝１０Ｖ、Ｖ２＝４０Ｖ、Ｖ＝５０Ｖに設定されている。
【００２１】
ハンマ駆動回路２０は、ハイサイド側トランジスタ２３とローサイド側トランジスタ２４とからなるハーフブリッジ回路を有する。ハイサイド側トランジスタ２３のエミッタは電源１０の第１の出力端子に接続されており、コレクタはハンマコイル８の一端に接続されている。ハンマコイル８の他端はローサイド側トランジスタ２４のコレクタに接続されており、ローサイド側トランジスタ２４のエミッタは電源１０の第３の出力端子、即ち、アースに接続されている。ハイサイド側及びローサイド側トランジスタ２３、２４のベースには、図示しない制御部から制御信号が印加され、所定のタイミングでそれぞれのトランジスタのオン、オフが制御される。
【００２２】
ハイサイド側トランジスタ２３はフライホイールダイオード２５とともに１個のトランジスタアレイ２１に組み込まれたものであり、そのフライホイールダイオード２５のアノードはローサイド側トランジスタ２４のエミッタに、カソードはハイサイド側トランジスタ２３のコレクタに接続されている。
【００２３】
同様に、ローサイド側トランジスタ２４もフライホイールダイオード２６とともに１個のトランジスタアレイ２２に組み込まれたものであり、そのフライホイールダイオード２６のアノードはハンマコイル８とローサイド側トランジスタ２４のコレクタの接続点に、カソードは電源１０の第２の出力端子に接続されている。
【００２４】
ハーフブリッジ回路を構成するハイサイド側トランジスタ２３とローサイド側トランジスタ２４と両トランジスタの間に接続されたハンマコイル８の直列回路が電源１０の第１の出力端子と第３の出力端子間に接続されており、両トランジスタ２３，２４が共にオンのときには、第１の端子から、ハイサイド側トランジスタ２３、ハンマコイル８、ローサイド側トランジスタ２４を通って第３の出力端子に至る第１の回路が形成される。
【００２５】
また、ハイサイド側トランジスタ２３がオンでローサイド側トランジスタ２４がオフのときには、第１の出力端子から、ハイサイド側トランジスタ２３、ハンマコイル８、フライホイールダイオード２６を通って第２の出力端子に至る第２の回路が形成される。
【００２６】
更に、ハイサイド側トランジスタ２３とローサイド側トランジスタ２４が共にオフのときには、第３の出力端子から、フライホイールダイオード２５、ハンマコイル８、フライホイールダイオード２６を通って第２の出力端子に至る第３の回路が形成される。
【００２７】
なお、図２に示したように、Ｖ２電源には旧安全性規定であるＳＥＬＶ電圧４２．１９Ｖの制約条件の元で使用してきた、ＤＣファン、ＤＣブロア、モータ類の＋４０Ｖ系駆動負荷３０が接続されているので、そのままの条件で使用することができる。
【００２８】
次に、図３乃至図５を参照しながら図２に示した回路の動作を説明する。
【００２９】
図３（ａ）は、ハンマ駆動回路２０の第１の駆動期間の動作説明図であり、図３（ｂ）は、第１の駆動期間にハンマコイル８に流れる釈放電流を示した図である。図３（ａ）に示すように、第１の駆動期間では、ハイサイド側トランジスタ２３とローサイド側トランジスタ２４が同時にオンとされる。すると、ハンマコイル８には電圧Ｖが印加されて、第１の端子から、ハイサイド側トランジスタ２３、ハンマコイル８、ローサイド側トランジスタ２４を通って第３の出力端子に至る第１の回路に電流が流れ、図３（ｂ）に示すように、過渡現象によりハンマコイル８に流れる電流値は急激に増加する。
【００３０】
図４（ａ）は、ハンマ駆動回路２０の第１の駆動期間に続く第２の駆動期間の動作説明図であり、図４（ｂ）は、第２の駆動期間にハンマコイル８に流れる釈放電流を示した図である。図４（ａ）に示すように、第２の駆動期間では、ハイサイド側トランジスタ２３はオンのままであるが、ローサイド側トランジスタ２４がオフになる。その結果、第１の出力端子から、ハイサイド側トランジスタ２３、ハンマコイル８、フライホイールダイオード２６を通って第２の出力端子に至る第２の回路に電流が流れる。このとき、ハンマコイル８にはＶ１の電圧が印加されたままとなるので、ハンマコイル８の直流抵抗をＲ、ハンマコイル８に流れる電流をＩとすると、Ｉ＝Ｖ１／Ｒなるオームの法則による直流電流値を最終値とする緩やかに減少する電流がハンマコイル８に流れる。またこのときのハンマ駆動回路２０の消費電力はＷ＝Ｖ１×Ｉであり、Ｖに対してＶ１が小さいことから、消費電力を小さくすることができる。
【００３１】
図５（ａ）は、ハンマ駆動回路２０の第２の駆動期間に続く第３の駆動期間の動作説明図であり、図５（ｂ）は、第３の駆動期間にハンマコイル８に流れる釈放電流を示した図である。図５（ａ）に示すように、第３の駆動期間では、ハイサイド側トランジスタ２３とローサイド側トランジスタ２４は共にオフになる。
その結果、第３の出力端子から、フライホイールダイオード２５、ハンマコイル８、フライホイールダイオード２６を通って第２の端子に至る第３の回路に電流が流れる。このときに流れる電流は過渡現象により急速に減少していく値をとる。
【００３２】
このように、ハンマコイル８のフライバック電流は、Ｖ２電源のリターンからＶ１電圧のリターンとＶ２電圧の供給側の兼用線に還流するが、この還流により、Ｖ２電源のコンデンサ１７は充電される。これによって蓄えられた電荷は次回のハンマコイル８の励磁により有効に利用される。
【００３３】
尚、本発明による印字ハンマ駆動装置は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加えることができる。例えば、上記説明ではハンマ駆動回路数の多いドットラインプリンタを例に挙げて説明したが、インクジェットプリンタのヘッドやサーマルヘッドプリンタのヘッド等の負荷を多数有する装置においても本発明を適用することが可能である。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１記載の発明によれば、ハイサイド側トランジスタがオンでローサイド側トランジスタがオフのときには、第１の端子から、ハイサイド側トランジスタ、ハンマコイル、第１のダイオードを通って第２の出力端子に至る第２の回路が形成され、第１の出力端子と第２の出力端子間から供給される第３の電圧より低い第１の電圧でハンマコイルを駆動できるので、電源の消費電力を低減できる。これに伴い、電源の原価を同程度に低減することが可能になる。
【００３５】
また、ハンマ駆動用電圧は２系統必要であるが、ハンマコイル駆動回路での駆動電圧切替え回路を必要としないので、一般的なハーフブリッジ回路と同じ部品点数で駆動回路を構成できる。従って、ハンマ駆動回路の原価増加は生じない。
【００３６】
更に、第２の出力端子と第３の出力端子間から供給される第２の電圧を４０Ｖ程度に設定すれば、旧安全性規定であるＳＥＬＶ電圧４２．１９Ｖの制約条件の元で使用してきた、ＤＣファン、ＤＣブロア、モータ類の駆動負荷１７をそのままの条件で使用することができ、新旧規格の製品を混在して生産する工場においては部品の共通化が図れる。
【００３７】
請求項２記載の発明では、１つのハンマコイルを駆動するためのハンマ駆動回路は２つのトランジスタと２つのダイオードで構成することができ、それ以上の半導体素子を必要としないので、部品点数を減らすことができ、低価格を実現することができる。また、フライホイールダイオードを内蔵したトランジスタアレイを使用すれば、構成をより簡素化することができる。
【００３８】
請求項３記載の発明では、ハンマコイルのフライバック電流の有効活用を図ることができる。
【００３９】
【図面の簡単な説明】
【図１】ドットラインプリンタのハンマとハンマ駆動部を示した断面図である。
【図２】本発明の実施の形態による印字ハンマ駆動装置の電源部とハンマ駆動回路の回路構成図である。
【図３】（ａ）は、図２に示した駆動回路の第一駆動期間における動作説明図、（ｂ）はこのときハンマコイルに流れる電流の波形図である。
【図４】（ａ）は、図２に示した駆動回路の第二駆動期間における動作説明図、（ｂ）はこのときハンマコイルに流れる電流の波形図である。
【図５】（ａ）は、図２に示した駆動回路の第三駆動期間における動作説明図、（ｂ）はこのときハンマコイルに流れる電流の波形図である。
【図６】従来の印字ハンマ駆動装置の電源部とハンマ駆動回路の回路構成図である。
【図７】（ａ）は、図６に示した駆動回路の第一駆動期間における動作説明図、（ｂ）はこのときハンマコイルに流れる電流の波形図である。
【図８】（ａ）は、図６に示した駆動回路の第二駆動期間における動作説明図、（ｂ）はこのときハンマコイルに流れる電流の波形図である。
【図９】（ａ）は、図６に示した駆動回路の第三駆動期間における動作説明図、（ｂ）はこのときハンマコイルに流れる電流の波形図である。
【図１０】図６に示した従来の印字ハンマ駆動回路を変形した回路構成図である。
【符号の説明】
８，５６…ハンマコイル、
１０、４０…電源、
１１、４１…トランス、
１２、１３、４２、４３…ダイオード、
１４、１５、４４，４５…チョークコイル、
１６、１７、４６，４７…平滑コンデンサ、
２０，５０…ハンマ駆動回路
２１、２２…トランジスタアレイ、
２３、５１…ハイサイド側トランジスタ、
２４、５２…ローサイド側トランジスタ、
２５、２６…フライホイールダイオード、
３０…＋４０Ｖ系駆動負荷
【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】
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【図９】
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【図１０】
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