JP2012111201A - 放電エネルギー回収装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アクチュエータ駆動電圧波形に影響を与えることなく、アクチュエータの放電電流を効率的に回収し、有効な電力として再利用することにより消費電力を低減する。
【解決手段】圧電素子が駆動されたときに圧電素子から放電される放電エネルギーを回収する放電エネルギー回収装置であって、圧電素子を駆動する電圧を生成する駆動電圧生成手段と、駆動電圧生成手段により圧電素子が駆動されたとき、圧電素子から放電される電圧を監視する放電電圧監視手段と、放電電圧監視手段により監視された電圧に対応する電荷を蓄積する複数の電荷蓄積手段と、複数の電荷蓄積手段の中から、監視された電圧に対応する電荷量を蓄積可能な容量を有する電荷蓄積手段を選択する選択手段とを設ける。
【選択図】図４

Description

本発明は、放電エネルギー回収装置及びこれを備えた画像形成装置に関する。

図７に示すように、電圧を印加して圧電素子（以下、「アクチュエータ」ともいう。）を駆動することにより、インク滴を吐出して記録媒体に印字を行う画像形成装置において、アクチュエータ駆動電圧波形の電流増幅を、バイポーラトランジスタを用いて行う方法が一般的に知られている。図７は、一般的な圧電素子駆動回路装置の構成について説明する回路図である。

図７において、記録ヘッド制御部８１からの制御信号により、電流増幅部８２を構成するバイポーラトランジスタＱ８３、Ｑ８４のベース端子が“Ｌ”になると共に、アナログスイッチ８６がＯＮすると、アクチュエータ８５に対して＋ＶＤＤの電圧が印加され、アクチュエータ充電電流Ａが流れると共に、アクチュエータ８５に充電された電圧であるＶｃｏｍの電圧がアクチュエータ放電電流Ｂとして、ＧＮＤに流れ込む。

しかしながら、図７に示した従来のバイポーラトランジスタを用いた電流増幅回路では、アクチュエータの駆動に使用する電力のほとんどがバイポーラトランジスタの熱損失となってしまい、無駄な電力を消費しているという問題があった。また、アクチュエータからのアクチュエータ放電電流Ｂを回収して、アクチュエータ駆動用電力として再利用するといった構成の発明も多数出願されているが、アクチュエータ駆動電圧波形自体に対する影響（例えば、波形が鈍ってしまいアクチュエータの駆動制御が困難になる等）に関して考慮されていないという問題があった。

特許文献１には、アクチュエータに蓄積される電気エネルギーを有効に利用し、消費電力を低減する目的で、アクチュエータの放電電流を２つの充電用コンデンサに充電した後、充電用コンデンサに充電した電力をアクチュエータ駆動用電力として再利用する構成が開示されている。

しかしながら、充電用コンデンサとして大容量のコンデンサを使用しているため、充電に時間が掛かってしまい、アクチュエータ自身の駆動周期が遅くなるという問題点がある。また、アクチュエータに対する充電電流及びアクチュエータからの放電電流は、実際に駆動されるアクチュエータの数や容量によって変化するため、それに伴って、充電用コンデンサに充電される電荷量も変化してしまい、結果的に、アクチュエータ駆動電圧波形の立ち上がり時間、立下り時間が変化してしまい、アクチュエータの駆動電圧波形の制御が困難であるという問題点がある。

そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、アクチュエータ駆動電圧波形への影響が現れない構成で、アクチュエータ駆動に使用する電力の一部を効率的に回収し、有効な電力として再利用することができる放電エネルギー回収装置及びこれを備えた画像形成装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の本発明におけるエネルギー回収装置は、圧電素子が駆動されたときに前記圧電素子から放電される放電エネルギーを回収する放電エネルギー回収装置であって、前記圧電素子を駆動する電圧を生成する駆動電圧生成手段と、前記駆動電圧生成手段により前記圧電素子が駆動されたとき、前記圧電素子から放電される電圧を監視する放電電圧監視手段と、前記放電電圧監視手段により監視された電圧に対応する電荷を蓄積する複数の電荷蓄積手段と、前記複数の電荷蓄積手段の中から、前記監視された電圧に対応する電荷量を蓄積可能な容量を有する電荷蓄積手段を選択する選択手段と、を有することを特徴とする。

また、本発明におけるエネルギー回収装置は、請求項１に記載の放電エネルギー回収装置において、前記監視された電圧に対応する電荷量は、前記駆動される圧電素子の個数及び／又は静電容量に応じて変動することを特徴とする。

さらに、本発明におけるエネルギー回収装置は、請求項１又は２に記載の放電エネルギー回収装置において、前記選択された電荷蓄積手段に蓄積される電荷量に対応する電圧値の合計は、前記圧電素子を駆動する電圧値以下であることを特徴とする。

また、本発明における画像形成装置は、請求項１から３の何れか１項に記載の放電エネルギー回収装置を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、アクチュエータ駆動電圧波形に影響を与えることなく、アクチュエータの放電電流を効率的に回収し、有効な電力として再利用することにより消費電力を低減することができるという効果が得られる。

本発明の実施形態における画像形成装置の基本構成を示す構造図である。 本発明の実施形態における画像形成装置の機能ブロックについて説明するブロック図である。 本発明の実施形態における画像形成装置の記録ヘッド制御について説明するブロック図である。 本発明の実施形態における放電エネルギー回収装置の構成について説明する回路図である。 本発明の実施形態における放電エネルギー回収装置における駆動するアクチュエータの数について説明する模式図である。 本発明の実施形態における放電エネルギー回収装置における駆動するアクチュエータの数と接続するコンデンサの数との関係を示す図である。 一般的な圧電素子駆動回路装置の構成について説明する回路図である。

次に、本発明を実施するための形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、各図中、同一又は相当する部分には同一の符号を付しており、その重複説明は適宜に簡略化乃至省略する。本発明は、圧電素子が駆動されたときに圧電素子から放電される放電エネルギーを回収する放電エネルギー回収装置において、アクチュエータ放電電流を回収する際に、駆動されるアクチュエータの個数や容量に応じて回収能力を変化させることが特徴になっている。

図１に本発明の実施形態における画像形成装置の基本構成を示す。図１において、キャリッジ１１はガイドロット１２で保持されて、主走査モータ１３との間に渡されたプーリー１４を介して主走査方向（図１における左右方向）に走査する。このキャリッジ１１には、例えば、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｋ）の各色のインク滴を吐出する記録ヘッド１９が搭載されていて、記録ヘッド１９に配列されたインク吐出ノズル１８からインクが吐出される。

キャリッジ１１を主走査方向に移動させながら必要な位置でインク滴を吐出することによって、記録媒体上に画像を形成する。キャリッジ１１の位置情報は筐体に固定されたエンコーダシート１５に等間隔で記録されたパターンを、キャリッジ１１に固定されたエンコーダセンサ１６で移動しながら読み取ってカウントを加算／減算することで得ることができる。

このような主走査方向のキャリッジ移動とインク吐出動作を１回行うことで、ノズル列の長さと同じ幅のバンドに対して画像を形成することができ、１バンド分の画像形成が終了したら副走査モータ１７を駆動して記録媒体を副走査方向（図１における上下方向）に移動させて、再度１バンド分の画像形成動作をさせるように繰り返せば、記録媒体の任意の場所に画像を形成することができる。

次に、図２を参照して本発明の実施形態における画像形成装置の機能ブロックを説明する。図２は、本発明の実施形態における画像形成装置の機能ブロックについて説明するブロック図である。画像形成装置のハードウェア制御を行うファームウェアや記録ヘッドの駆動波形データはＲＯＭ（Read Only Memory）２３に格納されており、ホストＰＣ（Personal Computer）２１から印刷ジョブ（画像データ）を受信すると、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２２は画像データをＲＡＭ（Random Access Memory）２４に格納し、記録ヘッド１９が搭載されたキャリッジ１１を主走査制御部２５によって記録媒体上の任意の位置に移動する。

記録ヘッド制御部２７は、主走査エンコーダ２９から得られるキャリッジ１１の位置情報に連動し、ＲＡＭ２４に格納された画像データ、ＲＯＭ２３に格納された記録ヘッド駆動波形、及び制御信号を記録ヘッド駆動部２８に転送する。記録ヘッド駆動部２８は、記録ヘッド制御部２７より転送されたデータをもとに、記録ヘッド１９を駆動し、インク滴を吐出する。

次に、図３を参照して本発明の実施形態における画像形成装置の記録ヘッド制御部２７について説明する。図３は、本発明の実施形態における画像形成装置の記録ヘッド制御について説明するブロック図である。記録ヘッド１９に設置されたアクチュエータ３１を変位させることによりインク滴を吐出する。

アクチュエータ３１に対する充電電圧Vｃｏｍの印加を、アナログスイッチ３２をＯＮ／ＯＦＦすることによりアクチュエータ３１を変位させる。画像データ制御部３３からの情報に基づいてアナログスイッチ３２のＯＮ／ＯＦＦを制御する。アクチュエータ３１に対する充電電圧Vｃｏｍは、記録ヘッド制御部２７の駆動波形制御部３４からの情報に基づいて電流増幅を行うことにより生成する。

次に、図４を参照して、本発明の実施形態における放電エネルギー回収装置の構成について説明する。図４は、本発明の実施形態における放電エネルギー回収装置の構成について説明する回路図である。図４において、アナログスイッチ３２がＯＮされ、バイポーラトランジスタＱ４４がＯＮされることにより、アクチュエータ３１に蓄積された電荷が、アクチュエータ放電電流Ｂとして流れる。

アクチュエータ放電電流回収部４５は、コンデンサＣ１とＦＥＴＱ１、Ｃ２とＱ２、Ｃ３とＱ３、Ｃ４とＱ４とがそれぞれ直列に接続されており、ＦＥＴＱ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４がそれぞれＯＮすることにより、これらに直列に接続されたコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４のそれぞれに対してアクチュエータ放電電流Ｂか流れ込み、アクチュエータ３１から放電された電荷が、コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４にそれぞれ蓄積されることになる。

そして、アクチュエータ３１から放電される電荷量に応じて、コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４の中の何れのコンデンサに蓄積すべきかについて記録ヘッド制御部２７が判断し、その判断結果に応じて記録ヘッド制御部２７からの制御信号により、ＦＥＴＱ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４の中のいずれかのＦＥＴを選択しＯＮさせることになる。

ここで注意すべき点は、記録ヘッド制御部２７からの制御信号によりＯＮされたＦＥＴによって充電をすべきコンデンサとして選択されたコンデンサに対して蓄積された電荷量に対応する充電電圧値の総合計は、アクチュエータ３１を駆動するための電圧値以下であることが条件となる。これにより、アクチュエータを駆動するための駆動電圧の波形が、充電用のコンデンサの充電電圧を下回らないこととなり、充電用コンデンサがアクチュエータ駆動電圧波形に対して与える影響を極力排除することができる。

次に、アクチュエータ３１からの放電によって得られた電荷を充電すべきコンデンサの選択方法について図４及び図５を用いて説明する。図５は、本発明の実施形態における放電エネルギー回収装置における駆動するアクチュエータの数について説明する模式図である。なお、図４においては、アクチュエータ３１は１個のみ図示しているが、アクチュエータ３１の数は１個に限られず、複数個（以下、アクチュエータの個数のことを「チャンネル」ともいう。）設けられているものとする。

まず、記録ヘッド制御部２７から駆動すべきアクチュエータ３１を指示するための画像データが、記録ヘッド制御部２７からアクチュエータ３１に送信される転送信号（ｄｃｌｋ）の送信タイミングに合わせて送信される。そして、アクチュエータ３１は、記録ヘッド制御部２７から送信されるラッチ信号（ｌｔ＿ｎ）のタイミングで、送信された画像データの取り込みを行う。

ここで、記録ヘッド制御部２７からアクチュエータ３１に対して送信された画像データに含まれるインクを吐出するデータの数が、実際に駆動されるアクチュエータの個数となる。そして、送信された画像データが、果たして何チャンネルのアクチュエータに対して駆動するよう指示したものであるかを記録ヘッド制御部２７の回路において演算し、その演算結果求められたアクチュエータのチャンネル数に応じて、アクチュエータ放電電流回収部４５の中の充電すべきコンデンサの数を決定する。

駆動するアクチュエータのチャンネル数が多い場合には、充電すべきコンデンサの数を増やして全体の充電電荷量が多くなるよう設定される。逆に、駆動するアクチュエータのチャンネル数が少ない場合は、充電すべきコンデンサの数を減らすことで、全体の充電電荷量は減るが、その分負荷も減ることになるため、アクチュエータ駆動電圧波形への影響もさらに抑えることが可能となる。

次に、図６を用いて、具体的に駆動するアクチュエータのチャンネル数とアクチュエータからの放電電流に対する電荷を充電するコンデンサの数との関係について説明する。図６は、本発明の実施形態における放電エネルギー回収装置における駆動するアクチュエータの数と接続するコンデンサの数との関係を示す図である。

図６は、例えば、１つのアクチュエータ駆動電圧波形が駆動させることができるアクチュエータの最大チャンネル数が１９２チャンネルであり、充電用コンデンサがＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４の４個で構成されている場合、１９２チャンネルのうち実際に駆動されるアクチュエータの数に対して、充電すべきコンデンサの数を確保するために、ＦＥＴＱ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４のうち、いずれのＦＥＴをＯＮさせるべきかを表したものである。

いま、充電用コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４の静電容量がすべて同じ容量で構成されていると仮定した場合、駆動するアクチュエータのチャンネル数を単純に増加させていくと、それに追随してＯＮ制御するＦＥＴの数も増していき、結果的に充電されるコンデンサの数が増していくため、コンデンサに充電される電荷量も増大していく。

図６では、充電用コンデンサの静電容量がすべて同じ容量である場合について説明しているが、充電用コンデンサの静電容量を、複数種類の静電容量を有する構成とした場合には、ＯＮ制御されるＦＥＴの組み合わせによって、充電されるコンデンサの組み合わせも様々に変化し、充電用コンデンサに充電される電荷量をバラエティに富むものとすることが可能となり、放電される電荷量に対応した充電コンデンサの組み合わせを形成することにより、さらにアクチュエータ駆動電圧波形への影響を少なくすることが可能となる。

以上説明したように、本発明は、駆動するアクチュエータの個数や容量に応じて使用する充電用コンデンサの数を変化させるので、アクチュエータ駆動電圧波形の制御に影響を与えることなくアクチュエータ放電電流を回収できる。

また、アクチュエータ放電電流の回収を、アクチュエータ駆動電圧波形の電圧値以下で行うので、アクチュエータ駆動電圧波形の制御に影響を与えることなくアクチュエータ放電電流を回収でき、アクチュエータ駆動電圧波形が充電用コンデンサの充電電位よりも下がってしまうという問題を解消することができる。

以上、本発明の好適な実施の形態により本発明を説明した。ここでは特定の具体例を示して本発明を説明したが、特許請求の範囲に定義された本発明の広範囲な趣旨及び範囲から逸脱することなく、これら具体例に様々な修正及び変更が可能である。

１１ キャリッジ
１２ ガイドロット
１３ 主走査モータ
１４ プーリー
１５ エンコーダシート
１６ エンコーダセンサ
１７ 副走査モータ
１８ インク吐出ノズル
１９ 記録ヘッド
２２ ＣＰＵ
２３ ＲＯＭ
２４ ＲＡＭ
２５ 主走査制御部
２６ 副走査制御部
２７ 記録ヘッド制御部
２８ 記録ヘッド駆動部
２９ 主走査エンコーダ
３１ アクチュエータ
３２ アナログスイッチ
３３ 画像データ制御部
３４ 駆動波形制御部
４２ 電流増幅部
４５ アクチュエータ放電電流回収部
４８ 低電圧回路（ロジック系）

特開２００２−１０３６０３号公報

Claims (4)

1. 圧電素子が駆動されたときに前記圧電素子から放電される放電エネルギーを回収する放電エネルギー回収装置であって、
   前記圧電素子を駆動する電圧を生成する駆動電圧生成手段と、
   前記駆動電圧生成手段により前記圧電素子が駆動されたとき、前記圧電素子から放電される電圧を監視する放電電圧監視手段と、
   前記放電電圧監視手段により監視された電圧に対応する電荷を蓄積する複数の電荷蓄積手段と、
   前記複数の電荷蓄積手段の中から、前記監視された電圧に対応する電荷量を蓄積可能な容量を有する電荷蓄積手段を選択する選択手段と、を有することを特徴とする放電エネルギー回収装置。
2. 前記監視された電圧に対応する電荷量は、前記駆動される圧電素子の個数及び／又は静電容量に応じて変動することを特徴とする請求項１に記載の放電エネルギー回収装置。
3. 前記選択された電荷蓄積手段に蓄積される電荷量に対応する電圧値の合計は、前記圧電素子を駆動する電圧値以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の放電エネルギー回収装置。
4. 請求項１から３の何れか１項に記載の放電エネルギー回収装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。

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