JPS624845B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の分野 本発明は、電磁装置が遊休状態から活動状態に
切り換わる時に装置によつて供給される力を安定
化させる事に関する。より具体的には、本発明は
ソレノイドを、それが作動力を発生するか否かに
かかわらずその力−温度特性曲線の安定な部分に
常に存在させるように駆動する事に関する。本発
明の１つの用途は、付勢された時に即座に非常に
安定な流体圧力を供給しなければならない小型ポ
ンプの分野である。その１例は連続流インク・ジ
エツト・プリンタ用のインク・ポンプである。

背景技術 電磁装置によつて与えられる力が装置の加熱と
共に変化する事はよく知られている。これは温度
変化によつて生じる装置中のコイルの抵抗値の変
化又は磁性体の透磁率の変化によるものである。
従来この問題は、装置の温度又は装置の発生する
力を感知し、装置の力−温度特性を補償するよう
に装置への駆動信号を調整する事によつて対応さ
れて来た。あるいはこの問題は、装置の温度を一
定に維持する事によつて、又は反対の力−温度特
性を有する整合されたコイルを装置中に設置する
事によつて解決されて来た。

米国特許第2988673号明細書は、一定の力を維
持するように装置への駆動信号を調整する技術の
例を示している。この方法では、位置センサーを
有する測定ソレノイドを用いて、ソレノイドが暖
まると共にソレノイド・アクチユエータをつり合
い位置に維持するようにソレノイドに加える駆動
信号を制御する。

ソレノイドは、そのアクチユエータを引く力を
測定するために用いられる。この力は、ソレノイ
ド・アクチユエータを所定の位置に保つのに必要
な駆動信号の大きさを測定する事によつて測定さ
れる。駆動信号は装置の力−温度特性について調
整されるので、ソレノイドの温度を感知し駆動信
号測定を補正する。

米国特許第3939403号はコイルの温度を一定に
維持する方法の例である。コイルは測定コイルで
あり、この発明の目的はその温度を制御する事に
よつてコイルの特性を一定に維持する事である。
測定コイルとからみ合された２つのコイルが用い
られ、２つのコイルは整合され、測定コイルに電
磁的影響を与えないように反対に駆動される。そ
れらは温度感知及び駆動信号制御ループに接続さ
れる。コイルの温度が変化する時、その変化が感
知され、温度を所定の一定値に戻すために整合さ
れたコイルへの駆動信号が変えられる。

電磁装置における補償コイルは、米国特許第
3843945号の主題である。各付勢コイルは、巻数
及び抵抗の温度係数の異なる補償コイルが付け加
えられている。コイルは、温度が変化する時に各
コイルに流れる電流が変化するように、並列に接
続される。コイルの巻線材料及び巻数の選択によ
つて、装置の力は温度変化に無関係になる。

連続流インク・ジエツト・プリンタにおいて、
インク・ストリームの速度は、インク・ポンプへ
の駆動信号を変化させてプリント・ヘツドの中の
インク流体の圧力を変化させる事によつて制御さ
れる。米国特許第3787882号明細書はインク・ポ
ンプにおいてインク圧力及び温度を感知し、イン
ク・ストリームの速度を一定に維持するためにポ
ンプ駆動信号を調整する事を開示している。この
発明は非常に良いものだが、複雑で且つ姿較的高
価である。

また上記米国特許第3787882号明細書は、イン
ク滴の速度を直接に測定し、一定の速度を維持す
るようにインク・ポンプへの駆動信号を調整する
事を開示している。また別の米国特許第4217594
号明細書は、インク滴の速度を測定しポンプ駆動
信号を調整する技術を開示している。これらの速
度−サーボ技術の両者はインク・ジエツト・プリ
ンタが印刷していない時にしか使う事ができな
い。印刷時にはそのような装置は、次の速度−サ
ーボ調整の前にポンプの圧力出力がドリフトしな
い事を信頼しなければならない。

ポンプは動作温度に到達すると、圧力出力が大
きくドリフトする事はない。しかしながら印刷動
作の間に、ポンプが停止するかなり長い遊休時間
が存在する場合に、ポンプ出力はインク滴速度−
サーボ動作の間に安定ではない可能性がある。そ
のような場合、ポンプが安定化するのを待つか、
又は上記米国特許第3787882号明細書に開示され
ている高価な温度及び圧力サーボ制御を用いる必
要がある。温度及び圧力サーボ制御は印刷動作中
に用いる事ができる。

発明の要約 本発明の目的は、装置が活動動作の間にかなり
長い期間の遊休時間を有する場合でも、電磁装置
の力出力を安定化させる事である。

本発明の他の目的は、印刷動作の間にかなりの
遊休時間が存在する場合でさえも、インク速度サ
ーボ動作の間に圧力出力がドリフトしないように
インク・ジエツト・プリンタのインク・ポンプを
安定化させる事である。

本発明によれば上記目的は、電磁装置のコイル
を活動動作中は第１の周波数で、遊休期間中は第
２の周波数で駆動する事によつて達成される。第
２の周波数は、電磁装置の作動する力学的周波数
を越えるように選ばれるので、装置を停止させ遊
休状態にする。さらに第１及び第２の駆動信号
は、電磁装置が活動状態でも又遊休状態でも、コ
イルを流れるRMS電流が電磁装置において同じ
電力を消費するように選択される。これは装置を
力−温度特性曲線上の同じ点に維持する。

第２の周波数の信号によつて生じる電力消費は
少なくとも２つの方法で調整され得る。第２の周
波数の信号によつて駆動される時、コイルを通る
電流の立ち上り及び立ち下りは、コイルにおいて
電流が増加又は減衰する時の抵抗路を変化させる
事により、又は第２の周波数の信号のデユーテ
イ・サイクルを変化させる事によつて制御され得
る。いずれにおいても遊休期間中に消費される電
力は、活動期間中に消費される電力に一致するよ
うに調整できる。

ポンプを安定な動作点に維持する事に加えて、
本発明は他の多くの利点を有する。第１に本発明
は、活動動作中にどの動作点が選択されていて
も、活動状態と遊休状態との間の切り換わりの時
に安定な動作を与える。またポンプが常に電気的
に駆動されるので、駆動回路はオン状態とオフ状
態とをサイクルする事はないから、駆動回路にお
ける熱応力は軽減する。最後に遊休状態の間イン
ク流が弁によつて遮断されるインク装置におい
て、ポンプはデツドヘツドに対してポンプしな
い。これは機械的磨耗を大きく防ぐ。

詳細な説明 第１図を参照すると、本発明の良好な実施例が
示されている。制御される電磁装置はソレノイド
付勢コイル１２を有するインク・ポンプ１０であ
る。このポンプは、単にアクチユエータがポンピ
ング空洞中のダイアフラム又はベローに接続され
たソレノイドである。そのようなポンプの例は前
記米国特許第3787882号及び第4217594号明細書に
示されている。

ポンプがインクをポンプする活動状態にある
時、ポンプはトランジスタ１４に加えられる60Hz
の信号によつて制御される。遊休状態の時、ポン
プはトランジスタ１６に加えられる26KHzの信
号によつて制御される。以下説明するように、
26KHzの周波数はインク・ポンプ機構の固有周
波数よりも充分に高いので、ポンプは停止する。

インク・ポンプ１０を活動状態と遊休状態との
間で切り換える事はポンプ制御器１８によつて制
御される。活動状態では制御器１８はトランジス
タ１６をオフにし、トランジスタ１４に60Hzの信
号を供給する。60Hzの信号はトランジスタ１４を
オン及びオフに切り換える。抵抗１５を流れる電
流は、トランジスタ１４がオンの時それを飽和さ
せる。この同じ電流は、トランジスタ１４がオフ
の時は、ポンプ制御器１８を経てトランジスタか
ら分流される。インク・ポンプの遊休状態の間、
制御器１８はトランジスタ１４をオフにし、トラ
ンジスタ１６に26KHzの信号を与える。抵抗１
７を流れる電流は、トランジスタ１６がオン状態
の時、それを飽和させる。トランジスタ１６がオ
フの時は、バイアス抵抗１７を流れる電流はポン
プ制御器１８を経て分流される。

電圧Ｖ２はポンプの動作点を制御し、電圧調整
回路２０によつて与えられる。また電圧Ｖ１はイ
ンク圧力を、従つてプリンタのインク速度を制御
するためにセツトされる制御電圧である。Ｖ２は
ノード２２から抵抗２４を経て演算増幅器２６に
至るフイードバツクによつてＶ１に参照される。
演算増幅器の出力はトランジスタ２８を制御す
る。周知のようにノード２２の電圧Ｖ２は下記の
式によつて与えられる。

V2＝V1（１＋R1／R2） インク・ポンプ１０はトランジスタ１４によつ
て60Hzで動作される時、トランジスタ１４は60Hz
の信号の各半サイクルにオン及びオフされる。ト
ランジスタ１４がオン（飽和）の時、ダイオード
３０は逆バイアスされる。トランジスタ１４がオ
ンでダイオード３０が逆バイアスの時、コイル１
２中の電流Ｉは駆動電圧Ｖ２により増大する。ト
ランジスタ１４がカツト・オフの時は、ダイオー
ド３０が導通し、電流Ｉはダイオードを経て減衰
する。電流Ｉの減衰に関する時定数はコイル１２
のインダクタンス及び固有抵抗（及びダイオード
３０の非常に小さな順バイアス抵抗）によつて制
御される。第２図の波形３２は、60Hzの信号がイ
ンク・ポンプ１０を駆動している時にコイル１２
を流れる周期的な電流Ｉを示す。

ポンプ制御器１８がトランジスタ１４をター
ン・オフしトランジスタ１６に26KHzの信号を
加える時、インク・ポンプは遊休状態に戻る。遊
休状態においては、ソレノイドのアクチユエータ
は移動せず、ポンプは停止する。26KHzの信号
は、ソレノイド・アクチユエータが停止する事を
保証する。一般に遥かに低い周波数を用いてもよ
い。米国特許第4217594号のインク・ポンプの場
合、ソレノイド・アクチユエータを停止させポン
プ動作を止めるために1KHzの遊休周波数信号で
充分である。

ポンプのようなばね及び質量を含む系に関し
て、系の固有周波数を計算する事ができる。もし
そのような系が固有周波数の何倍もの周波数で駆
動されるならば、装置は事実上静止する。装置が
もはや意味のある大きさの運動を行なわない周波
数は、用いた電磁装置のばね定数、可動質量及び
減衰特性に依存する。米国特許第4217594号明細
書に示されているポンプの場合、固有周波数の約
20倍の周波数で駆動される時ポンプは停止する。

トランジスタ１６に加えられる26KHzの信号
によつてポンプ１０が制御される時、回路を流れ
る電流は、トランジスタ１４に付60Hzの動作に関
して説明したのと同様である。しかしながら今回
はサイクルが充分に短かいので、コイル１２中の
電流Ｉはトランジスタ１６がオフの時にもゼロま
で減衰しない。従つて電流ＩはDC成分を有する
ある定常状態レベルに落ち付く。この定常状態レ
ベルは、コイル中の電流が増加がコイル中の電流
の減衰に一致する時に、達成される。

26KHzのサイクルの正の半分の間、トランジ
スタ１６はオンであり、コイル１２を流れる電流
Ｉは増加する。電流の立ち上りの時定数は、コイ
ル１２のインダクタンス及び可変抵抗３４の抵抗
値Ｒ３によつて制御される。この時、ダイオード
３０は逆バイアスされる。トランジスタ１６がタ
ーン・オフする時、コイル１２中の電流Ｉはダイ
オード３０を経て減衰する。この時定数は、コイ
ルのインダクタンス及びコイル（及びダイオード
３０の固定抵抗によつて制御される。しかしなが
ら電流Ｉがゼロの減衰する前に、26KHzの信号
の次の正半分がトランジスタ１６をターン・オン
する。

第２図の波形３６は、ポンプが26KHzで駆動
される時の電流Ｉを示す。26KHzの電流ＩはDC
成分を有する定常レベルに到達し、このDCレベ
ルの大きさは可変抵抗３４の抵抗値Ｒ３をセツト
する事によつて調節し得る。Ｒ３は、26KHzの
信号の正の半分の間トランジスタ１６がオンの時
コイル１２を通る電流Ｉの増加に関する立ち上り
時定数を制御する。

活動状態及び遊休状態の間にインク・ポンプで
消費される電力は、第２図の波形３２（活動）及
び波形３６に示す電流のRMS値の２乗に比例す
る。従つてインク・ポンプ１０のソレノイドの温
度を一定に維持するために電流のRMS値は活動
状態と遊休状態とで同じでなければならない。上
述のように波形３６のDCレベルは、抵抗３４の
抵抗値Ｒ３を調整する事によつて調整される。こ
のようにして波形３６は、そのRMS電流が波形
３２のRMS電流に等しくなるまで上下に動かさ
れ得る。

第３図を参照すると、コイル１２を駆動する遊
休周波数信号のデユーテイ・サイクルを調整する
事によつて遊休状態の電力消費が活動状態に一致
させられるような本発明の他の実施例が示され
る。インク・ポンプ１０、コイル１２、ダイオー
ド３０及び調整された駆動電圧Ｖ２は第１図に関
して述べたのと同じである。コイル１２を通る電
流Ｉは第３図においては１つのトランジスタ３８
によつて制御される。トランジスタ３８は、ポン
プ１０の活動動作中は60Hzの矩形波信号によつ
て、ポンプ１０の遊休状態の間は26KHzの矩形
波信号によつて切り換えられる。抵抗４０及びそ
の５ボルトのバイアス電圧は、トランジスタ３８
がオンの時、それを飽和させる電流を供給する。
トランジスタがオフの時、抵抗４０を通る電流は
OR回路４２中のトランジスタ（図示せず）を経
て分流される。

トランジスタ３８をオン及びオフに切り換える
制御信号は、トランジスタ３８が60Hzの周波数で
動作される時は、OR回路４２及びAND回路４４
を経て供給される。トランジスタ３８は、
26KHzの周波数で動作される時は、OR回路４２
及びAND回路４６を経て制御される。60Hz及び
26KHzの動作の選択は、AND回路４６に直接加
えられ、反転器４８で反転されてAND回路４４
に加えられる選択信号によつて行なわれる。矩形
波発生器５０は異なつたデユーテイ・サイクルに
セツトできる。デユーテイ・サイクルは、
26KHzの矩形波の高レベル及び低レベル部分の
持続時間に関する。

動作中、選択信号が低レベルの時、AND回路
４６は禁止され、反転器４８はAND回路４４を
エネーブルする。この時AND回路４４は60Hzの
矩形波信号をOR回路４２を経てトランジスタ３
８に伝える。これは活動ポンプ動作に対応し、第
１図の回路を駆動するトランジスタ１４に関して
述べたのと殆んど同じ動作である。

選択信号が存在する時、AND回路４４は禁止
され、AND回路４６がエネーブルされる。そし
てAND回路４６はOR回路４２を経てトランジス
タ３８に26KHzの矩形波を伝える。26KHzの矩
形波の高レベル部分の間、トランジスタ３８はオ
ンであり、電流Ｉがコイル１２において増加す
る。26KHzの矩形波の低レベル部分の間、トラ
ンジスタ３８はターン・オフし電流Ｉはダイオー
ド３０を経て減衰する。減衰の時定数は、コイル
１２のインダクタンス、コイル１２の抵抗及びダ
イオード３０の順バイアス抵抗に依存する。第３
図の電流Ｉは第１図に関するものと同じであり、
第２図に示される。

26KHzの電流ＩのDCレベルを調整するため
に、矩形波発生器５０のデユーテイ・サイクルが
調整される。サイクルの高レベル部分が大きくな
るにつれて、電流波形３６（第２図）のDC成分
が大きくなる。実際、26KHzの信号の高レベル
部分はコイル１２中で電流の増加する時間の長さ
を制御し、低レベル部分はコイル１２において電
流が減衰する時間の長さを制御する。従つて増加
時間の減衰時間に対する比を制御する事によつ
て、第２図の波形３６のDCレベルを所望のレベ
ルにセツトできる。

以前に説明したように、DCレベルは波形３６
によつてポンプで消費される電力が波形３２によ
つて消費される電力に等しくなるまで調整され
る。この一致条件は、波形３６のRMS電流が波
形３２のRMS電流に等しい事と等価である。

第１図の抵抗値Ｒ３又は第３図の発生器５０の
デユーテイ・サイクルをセツトするために、コイ
ル１２を通るRMS電流が活動状態及び遊休状態
の間に測定される。次にコイル１２を通るRMS
電流が活動状態及び遊休状態の間で等しくなるま
で、抵抗Ｒ３又は発生器５０のデユーテイ・サイ
クルが調整される。そして抵抗値又はデユーテ
イ・サイクルはセツトされ、以後変更されない。
例え電圧Ｖ２の変動によりポンプの動作点が変化
したとしても、Ｒ３又はデユーテイ・サイクルの
それ以上の調整は不要である。これはＶ２が、活
動状態と遊休状態の両方の状態においてポンプを
駆動するのに使われるからである。

本発明の両方の実施例は遊休状態と活動状態と
の電力消費を一致させるためにコイル１２の遊休
状態電流を調整するが、電力消費を一致させるた
めに活動状態の電流Ｉを調整する事もできる。こ
れは60Hzの駆動信号に関する可変デユーテイ・サ
イクル矩形波発生器を設ける事によつて最も容易
に行なわれる。

第１図の回路は立ち上り時定数ではなく減衰時
定数をセツトするように変型してもよい。これは
抵抗３４を、ダイオード３０とノード２２との間
のダイオード３０に直列な位置に移動させる事に
よつて達成される。さらにこの時は抵抗３４は、
ポンプが活動状態にある時は短絡されるべきであ
る。これはポンプ制御器１８によつて切り換えら
れるSCRを抵抗３４と並列に配置する事によつ
て達成される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例を示す図、第２図は
活動状態及び遊休状態に装置を流れる電流の図、
第３図は他の実施例を示す図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 電磁装置が活動状態にある時も遊休状態にあ
   る時も、上記電磁装置を事実上同じ力−温度特性
   の動作点に維持するための装置であつて、 上記電磁装置の作動範囲内にある活動周波数の
   第１の電気信号で上記電磁装置を駆動する第１の
   手段と、 上記電磁装置の作動範囲外にある遊休周波数の
   第２の電気信号で上記電磁装置を駆動する第２の
   手段と、 活動状態の間は上記第１の駆動手段を上記電磁
   装置に電気的に接続し、遊休状態の間は上記第２
   の駆動手段を上記電磁装置に電気的に接続する手
   段と、 上記電磁装置の温度が一定に保たれるように、
   活動状態又は遊休状態中に上記電磁装置において
   消費される電力を調整する手段とより成る 電磁装置のための制御装置。 ２ 上記調整手段が、遊休状態において上記第２
   の駆動手段から上記電磁装置に供給される電力を
   調整する特許請求の範囲第１項記載の装置。 ３ 上記電磁装置が、インク・ジエツト・プリン
   タにおけるインク・ポンプ駆動機構である特許請
   求の範囲１項記載の装置。