(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヘッド駆動用電源の電源電圧を、ヘッドドライバスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ制御により所定時間だけヘッドコイルに印加することにより、印字ワイヤを駆動して印字を行うインパクトプリンタのヘッド駆動回路において、
前記ヘッドドライバスイッチング素子のターンＯＦＦ時に前記ヘッドコイルに発生する、前記電源電圧よりも高い電圧を略電源電圧にまで降下する電圧降下手段と、
前記電圧降下手段の出力側を前記ヘッド駆動用電源に接続することにより、前記降下した電圧をもつ電力を前記ヘッド駆動用電源に返還する返還手段と
を備えたヘッド駆動回路。
【請求項２】
ヘッド駆動用電源の電源電圧を、ヘッドドライバスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ制御により所定時間だけヘッドコイルに印加することにより、印字ワイヤを駆動して印字を行うインパクトプリンタのヘッド駆動回路であって、
前記ヘッドドライバスイッチング素子のターンＯＦＦ時に前記ヘッドコイルに発生する、前記電源電圧よりも高い電圧を略電源電圧にまで降下する電圧降下手段と、
前記電圧降下手段の出力側を前記ヘッド駆動用電源に接続することにより、前記降下した電圧をもつ電力を前記ヘッド駆動用電源に返還する返還手段と
を備えたヘッド駆動回路を有するプリンタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インパクトドットプリンタに関し、より詳しくは、インパクトドットプリンタのヘッド駆動回路及び当該ヘッド駆動回路用電源を制御する電源制御技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インパクトドットプリンタは、例えば、電磁石の磁気吸引力によって印字ワイヤを駆動し、印字を行う。図４に、かかる構成のインパクトドットプリンタの印字ヘッド部におけるワイヤインパクト印字ヘッドの一例を示す。
【０００３】
図４に示した例では、ワイヤインパクト印字ヘッド５１は、ワイヤレバー５３と戻しバネ５５により往復自在に取り付けられた複数のワイヤ５７を有し、これらワイヤ５７は、ヘッドコイル５９に駆動電流が流れると、電磁石の磁気吸引力によってワイヤレバー５３が同図に示す矢印の方向に引き寄せられることにより、ワイヤ５７がインクリボン６１に衝突して、プラテン６３の回転により移動する印刷用紙６５上にドットを形成する。
【０００４】
図５に、上述した印字ヘッド５１におけるヘッドコイル５９の駆動回路の基本構成を示す。図示の例では、ヘッドコイル５９及びヘッドドライバトランジスタ３３のセットは１つしか示していないが、実際には複数セットある。各ヘッドコイル５９の駆動回路（ドライバ回路）３０は、ヘッドドライバトランジスタ３３、ヘッド駆動用電源３４、ツェナーダイオード３５から構成される。印字制御部３１より所定の通電時間だけ制御パルス３２がＨレベルとなり、ヘッドドライバトランジスタ３３が完全なＯＮ状態（飽和領域）となり、ヘッド駆動用電源３４の電圧（例えば、３５Ｖ）がヘッドコイル５９に印加されて駆動電流Ｉ１が流れる。制御パルス３２がＬレベルとなると、ヘッドドライバトランジスタ３３がターンＯＦＦしようとし、そこでヘッドコイル５９が誘導起電力を発生し、その誘導電圧でツェナーダイオード３５が導通状態となりヘッドドライバトランジスタ３３にベース電流が流れ、それによりヘッドドライバトランジスタ３３はリニアな動作領域に入り、そのヘッドドライバトランジスタ３３を通って駆動電流Ｉ１が流れて電流値が急峻に下がり、そしてヘッドドライバトランジスタ３３がＯＦＦ状態になる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のヘッド駆動回路では、ヘッドドライバトランジスタのターンＯＦＦ時にヘッド駆動用電源から供給される電力の有効利用がなされていないという問題がある。この問題について図６を参照しつつ述べる。同図は、ヘッド駆動回路を単純化し、その駆動電流の流れを電流波形、ツェナーダイオードの作用等と共に示す図である。
【０００６】
まず、図６（ａ）に示すように、トランジスタがＯＮされると、電源Ｖｐから駆動電流ｉが矢印の方向に流れヘッドコイルを駆動する。この時、図６（ａ）に示すように、トランジスタのコレクタ・エミッタ間電圧（ＶCE）は略ゼロである。
【０００７】
次いで、トランジスタがターンＯＦＦしようとすると、コイルに図示のような＋−の極性で生じた誘導起電力がツェナー電圧を越えると、ツェナーダイオードが導通状態となり、図８（ａ）に点線で示すようにツェナーダイオードを通じてトランジスタにベース電流が流れて、トランジスタはリニアな動作領域に入り、このトランジスタのコレクタ・エミッタを通じてコイルの蓄積エネルギーが放出される。コイルの蓄積エネルギーが放出され終わると、ツェナーダイオードは再び非導通となり、トランジスタはＯＦＦ状態となる。
【０００８】
以上の経緯におけるトランジスタのコレクタ電流ｉ、コレクタ・エミッタ間電圧（ＶCE）の変化を時間と共に、それぞれ図６（ｂ）、（ｃ）に示す。この結果、図６（ｄ）に示すように、電源からもらう電力［図６（ｂ）参照］のうち、トランジスタがターンＯＦＦするときの電力Ｐ［電流ｉ×コレクタ・エミッタ間電圧（ＶCE）］の部分は、トランジスタで発熱として消費され損失となる。
【０００９】
このように、従来のヘッド駆動回路では、トランジスタがターンＯＦＦするときに電源から供給された電力は、すべて損失となっており有効に利用されているわけではない。また、トランジスタからの発熱も多く、ヒートシンクなどの冷却手段等も必要となり、電源のパッケージも大きくならざるを得なかった。
【００１０】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ヘッド駆動回路での消費電力を減少させることにより、ヘッドを効率よく駆動し得るヘッド駆動回路を提供し、且つ電源の小型化を図ることにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明に従うヘッド駆動回路は、ヘッド駆動用電源の電源電圧を、ヘッドドライバスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ制御により所定時間だけヘッドコイルに印加することにより、印字ワイヤを駆動して印字を行うインパクトプリンタのヘッド駆動回路であって、ヘッドドライバスイッチング素子のターンＯＦＦ時にヘッドコイルに発生する、電源電圧よりも高い電圧を略電源電圧にまで降下する電圧降下手段と、降下した電圧をもつ電力をヘッド駆動用電源に返還する返還手段とを備える。
【００１２】
すなわち、このような構成によって、ヘッドドライバトランジスタのターンＯＦＦ時にヘッドコイルに蓄えられているエネルギーは、電圧降下手段によって電圧降下されて一部が消費され、残りのエネルギーがヘッド駆動用電源に返還され、ヘッドコイルの駆動用に再利用される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るヘッド駆動回路の構成を示す図である。
【００１４】
図１に示すように、このヘッド駆動回路は、ヘッドコイル５９を駆動するためのヘッドドライバトランジスタ３３と、ヘッドドライバトランジスタ３３がターンＯＦＦしたときにヘッドコイル５９に発生する誘導電圧を所定の電圧値に降下させてヘッド駆動用電源３４に戻す定電圧降下回路２と、ヘッドコイル５９とヘッドドライバトランジスタ３３のコレクタ１０にそのアノードが接続され定電圧降下回路２の入力側にそのカソードが接続されたダイオード６とを有している。尚、本実施形態のヘッド駆動回路では、ヘッドコイル５９とヘッドドライバトランジスタ３３のベース間を接続する、従来例のようなツェナーダイオードは設けられていない。
【００１５】
定電圧降下回路２の構成を図２に示す。
【００１６】
定電圧降下回路２は、トランジスタ２ａと、ツェナーダイオード２ｂで構成される回路であり、トランジスタ２ａのコレクタがツェナーダイオード２ｂのカソードに、トランジスタ２ａのベースがツェナーダイオード２ｂのアノードに、トランジスタ２ａのエミッタ（定電圧降下回路２の出力側）がヘッド駆動用電源３４に接続されている。本実施形態では、ツェナーダイオード２ｂのツェナー電圧は５５Ｖであり、ヘッド駆動用電源３４の電圧は３５Ｖである。すなわち、この定電圧降下回路２は、入力電圧が９０Ｖのときに電流が流れるよう構成されている。
【００１７】
図３は、本実施形態のヘッド駆動回路を単純化した回路図と、その駆動電流の流れを電流波形等と共に示す図であり、この図を参照して、本実施形態のヘッド駆動回路の作用について説明する。
【００１８】
図３（ａ）に一点鎖線で示すように、多数の印字ワイヤの各々毎にヘッドコイル５９とヘッドドライバトランジスタ３３のセットが存在するのは勿論であるが、ここでは、１つの印字ワイヤについてのヘッドコイル５９とヘッドドライバトランジスタ３３のセットに着目してその動作を説明する。まず、ヘッドドライバトランジスタ３３がＯＮされると、電源Ｖｐから駆動電流ｉが矢印の方向に流れヘッドコイル５９が駆動する。
【００１９】
次いで、ヘッドドライバトランジスタ３３がターンＯＦＦすると、ヘッドコイル５９に図示のような＋−の極性で誘導起電力が生じ、高い誘導電圧が発生する。発生した誘導電圧が９０ｖのときに、図３（ａ）に矢印で示すように駆動電流ｉはダイオード６を介して定電圧降下回路２に流れ込む。このようにして、多数の印字ワイヤのヘッドコイル５９にそのターンＯＦＦ時に供給された電力が定電圧降下回路２に吸収される。定電圧降下回路２に吸収された電力は、ツェナーダイオード２ｂ（ツェナー電圧５５Ｖ）を通って、定電圧降下回路２の出力側からヘッド駆動用電源３４に返される。詳述すれば、定電圧降下回路２の入力側に９０Ｖの電圧が印加されたときに、ツェナーダイオード２ｂによって電圧が５５Ｖ降下されて、定電圧降下回路２の出力側の電圧が３５Ｖとなって、３５Ｖに相当する電力がヘッド駆動用電源３４に返還される。
【００２０】
以上のことを、図３の（ｂ）〜（ｄ）を参照してより詳細に説明する。
【００２１】
先ず、ヘッドドライバトランジスタ３３がＯＮされると、ヘッド駆動用電源３４から駆動電流ｉが流れて、図３（ｂ）のような電力がヘッドコイル５９に供給され、ヘッドコイル５９を駆動する。次いで、ヘッドドライバトランジスタ３３がターンＯＦＦされると、ヘッドコイル５９には、図３（ａ）に＋−の極性で誘導起電力が生じ、ヘッドドライバトランジスタ３３にコレクタ電圧が図３（ｃ）のように高電圧になって、図３（ｂ）の細かい斜線の部分の電力Ｐ１が、ヘッドコイル５９から定電圧降下回路２に供給される。そして、その電力Ｐ１のうち、定電圧降下回路２による５５Ｖの電圧降下によって消費された電力を差し引いた残りの電力がヘッド駆動用電源３４に返還される。従って、ヘッドドライバトランジスタ３３のターンＯＦＦ時には、ヘッドドライバトランジスタ３３は瞬時に完全にＯＦＦ状態になることができ、ヘッドドライバトランジスタ３３に流れてしまう電流は実質的にゼロなので、図３（ｄ）に示すように、ヘッドドライバトランジスタ３３で電力損失を生じることが実質的にない。すなわち、図３（ｂ）に細かい斜線で示すように、従来はヘッドドライバトランジスタ３３のターンＯＦＦ時に浪費されていた電力が、本実施形態では電源３４に戻されて、再びヘッドの駆動エネルギーとして再利用することが可能である。トランジスタ３３からの発熱も大幅に減少できるので、その冷却対策も簡易なもので足り、電源のパッケージも小型化することができる。
【００２２】
本実施形態の効果を詳述する。
【００２３】
図３において、ヘッドコイル５９に流れる全電力Ｐ（図３（ｂ）の斜線部分）に対するＯＦＦ時の電力Ｐ１（図３（ｂ）の細かい斜線部分）の割合、つまりＰ１／Ｐは、通常、０．１５〜０．２０（１５〜２０％）である。また、ヘッドドライバトランジスタ３３のターンＯＦＦ時の電力Ｐ１に対する定電圧降下回路２によって消費される電力の比率は、（５５Ｖ／９０Ｖ）×１００≒６０％である。よって、ターンＯＦＦ時の電力Ｐ１のうち、約４０％の電力がヘッド駆動用電源３４に返還されて有効に利用されることになる。このことから、定電圧降下回路２によって向上する電力効率を次のようにして求めることができる。
【００２４】
つまり、ヘッドコイル５９に流れる全電力をＰ、ヘッドドライバトランジスタ３３のターンＯＦＦ時にヘッドコイル５９に流れる電力をＰ１、ヘッドドライバトランジスタ３３のターンＯＦＦ時の定電圧降下回路２の入力電圧Ｅin、定電圧降下回路２によって電圧降下されてヘッド駆動用電源３４に返還される電圧をＥoutとすると、定電圧降下回路２によって向上する電力効率ηは次の式で与えられる。
【００２５】
η＝（Ｐ１/Ｐ）×（Ｅout/Ｅin）×１００％…（１）
例えば、全電力Ｐに対するターンＯＦＦ時の電力Ｐ１の比率（Ｐ１/Ｐ）が０．１５であるとする。そして、ターンＯＦＦ時の定電圧降下回路２の入力電圧（Ｅin）が９０Ｖであり、定電圧降下回路２によって５５Ｖの電圧が降下されて、残りの３５Ｖの電圧（正確には３５Ｖに相当する電力）がヘッド駆動用電源に返還されるとすると、（１）式により、電力効率は、０．１５×（３５/９０）×１００≒６％になる（つまり約６％電力効率を向上することができる）。
【００２６】
以上、本実施形態によれば、ヘッドドライバトランジスタ３３のＯＮ時にヘッドコイル５９に蓄えられた電力を、トランジスタ３３のターンＯＦＦ時に、定電圧降下回路２によって一部消費させて、残りの電力をヘッド駆動用電源３４に返還する。これにより、ヘッドコイル５９に蓄えられた電力がヘッドドライバトランジスタ３３によって熱損失されることがなくなり、この電力の一部をヘッドコイルの駆動エネルギーとして有効に再利用することができるので、ヘッド駆動用電源の効率を向上させることができる。
【００２７】
また、このような方法によって、ヘッドドライバトランジスタ３３の発熱も大幅に減少するので、このトランジスタ３３のヒートシンクも簡易なものとすることができ、もって、電源パッケージを小型化することができる。さらに、ヘッドドライバトランジスタ３３での消費電力を減少させることができるので、ヘッドを効率よく駆動することができ、結果的に、電源装置全体の小型化を図ることができる。
【００２８】
以上、本発明の好適な幾つかの実施形態を説明したが、これらは本発明の説明のための例示であって、本発明の範囲をこれらの実施例にのみ限定する趣旨ではない。本発明は、他の種々の形態でも実施することが可能である。例えば、ヘッドコイルとドライバトランジスタが１段で構成された場合について述べたが、これに限ることはなく、例えば、上下２段の各ヘッドコイル毎に、上下２段のドライバトランジスタを用いるような構成であってもよい。このような回路構成の場合は、ヘッドコイルの駆動電力の波形は図３（ｂ）に示した波形とは異なるが、ヘッドドライバトランジスタのＯＦＦ時のエネルギーをヘッド駆動用電源に返して再利用できることについては、上記の実施の形態の場合と同じである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るヘッド駆動回路の構成図である。
【図２】同実施形態の定電圧降下回路の回路図である。
【図３】同実施形態のヘッド駆動回路の動作説明図であり、（ａ）はヘッド駆動回路の簡略化した回路図、（ｂ）はヘッドコイルを流れる駆動電流の波形図、（ｃ）はヘッドドライバトランジスタのコレクタ・エミッタ間電圧の波形図、（ｄ）はヘッドドライバトランジスタでの電力損失を示す図である。
【図４】インパクトドットプリンタの印字ヘッド部における、ワイヤインパクト印字ヘッドの一例を示す図である。
【図５】従来のヘッド駆動回路の構成図の一例である。
【図６】従来のヘッド駆動回路の動作説明図であり、（ａ）は従来のヘッド駆動回路の簡略化した回路図、（ｂ）はヘッドコイルを流れる駆動電流の波形図、（ｃ）はヘッドドライバトランジスタのベース・エミッタ間電圧の波形図、（ｄ）ヘッドドライバトランジスタでの電力損失を示す図である。
【符号の説明】
２  定電圧降下回路
２ａ  トランジスタ
２ｂ、３５  ツェナーダイオード
６  ダイオード
３０  ヘッドコイルの駆動回路（ドライバ回路）
３１  印字制御部
３２  制御パルス
３３  ヘッドドライバトランジスタ
３４  ヘッド駆動用電源
３５  ツェナーダイオード
５１  印字ヘッド
５３  ワイヤレバー
５５  戻しバネ
５７  複数のワイヤ
５９  ヘッドコイル
６１  インクリボン
６３  プラテン
６５  印刷用紙
Ｉ１  駆動電流
ｉ    駆動電流
【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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