(57)【特許請求の範囲】
【請求項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に、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第１及び第２の蓄積回路素子と、
前記第１の蓄積回路素子で蓄積可能な静電容量に対応する第１の電荷量に至るまで前記電圧を印加する第１の印加電圧制御手段と、
前記第１の蓄積回路素子に蓄積された電荷量が前記第１の電荷量に至った場合、前記静電容量と異なる静電容量を有する前記第２の蓄積回路素子に、前記異なる静電容量に対応する第２の電荷量に至るまで前記電圧を印加する第２の印加電圧制御手段と、を有し、
前記第１の蓄積回路素子に蓄積された電荷を、前記圧電素子を駆動する回路とは異なる第１の回路において再利用し、
前記第２の蓄積回路素子に蓄積された電荷を、前記圧電素子を駆動する回路及び前記第１の回路とは異なる第２の回路において再利用することを特徴とする放電エネルギー回収装置。
【請求項２】
前記第１の蓄積回路素子は、静電容量がそれぞれ異なる複数のコンデンサにより構成され、前記複数のコンデンサに対し前記電荷が蓄積される順番は、前記静電容量が最小のコンデンサからの昇順であ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。
【請求項３】
前記第２の蓄積回路素子は、静電容量がそれぞれ異なる複数のコンデンサにより構成され、前記複数のコンデンサに対し前記電荷が蓄積される順番は、前記静電容量が最小のコンデンサからの昇順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。
【請求項４】
前記駆動電圧生成手段は電流増幅器を含み、前記圧電素子から放電される電圧が、前記第１の蓄積回路素子に対する印加から前記第２の蓄積回路素子に対する印加へと切り替わると、前記圧電素子を駆動する電圧値に基づいて、前記電流増幅器に印加される電圧値が制御されることを特徴とする請求項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。
【請求項５】
請求項１から４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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
図８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８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。
【０００３】
図８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。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、図８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点や、アクチュエータ放電電流を回収する電圧が低すぎるため、回収できる電力量が少ない点などの問題があった。
【０００５】
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て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複数の充電用コンデンサに順次充電した後に、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。
【０００６】
しかしながら、上述した問題点である、充電用コンデンサとアクチュエータとを直結してアクチュエータの充放電を行っているため、アクチュエータ駆動電圧波形の立ち上がり時間、及び立下り時間をうまく制御することができないといった、アクチュエータの駆動電圧波形が鈍ってしまい制御が困難であるという問題点は解消されていない。
【０００７】
また、特許文献２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。
【０００８】
しかしながら、充電用コンデンサの充電電位が低いため、多くの電力がトランジスタの発熱による損失に変わってしまい、効率的にアクチュエータ放電電流を回収することができず、結果的に回収できる電力が少なくなるという問題点も解消されていない。
【０００９】
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ほとんど現れない構成で、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。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
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に、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第１及び第２の蓄積回路素子と、前記第１の蓄積回路素子で蓄積可能な静電容量に対応する第１の電荷量に至るまで前記電圧を印加する第１の印加電圧制御手段と、前記第１の蓄積回路素子に蓄積された電荷量が前記第１の電荷量に至った場合、前記静電容量と異なる静電容量を有する前記第２の蓄積回路素子に、前記異なる静電容量に対応する第２の電荷量に至るまで前記電圧を印加する第２の印加電圧制御手段と、を有し、前記第１の蓄積回路素子に蓄積された電荷を、前記圧電素子を駆動する回路とは異なる第１の回路において再利用し、前記第２の蓄積回路素子に蓄積された電荷を、前記圧電素子を駆動する回路及び前記第１の回路とは異なる第２の回路において再利用することを特徴とする。
【００１１】
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、前記第１の蓄積回路素子は、静電容量がそれぞれ異なる複数のコンデンサにより構成され、前記複数のコンデンサに対し前記電荷が蓄積される順番は、前記静電容量が最小のコンデンサからの昇順であることを特徴とする。
【００１２】
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、前記第２の蓄積回路素子は、静電容量がそれぞれ異なる複数のコンデンサにより構成され、前記複数のコンデンサに対し前記電荷が蓄積される順番は、前記静電容量が最小のコンデンサからの昇順であることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明におけるエネルギー回収装置は、請求項１か３の何れか１項に記載の放電エネルギー回収装置において、前記駆動電圧生成手段は電流増幅器を含み、前記圧電素子から放電される電圧が、前記第１の蓄積回路素子に対する印加から前記第２の蓄積回路素子に対する印加へと切り替わると、前記圧電素子を駆動する電圧値に基づいて、前記電流増幅器に印加される電圧値が制御されることを特徴とする。
【００１４】
さらに、本発明における画像形成装置は、請求項１から４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。
【発明の効果】
【００１５】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】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。
【図４】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５】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電圧波形を示す図である。
【図６】本発明の他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７】本発明のさらに他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８】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。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
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、接続する充電用コンデンサを放電電圧の変化に応じて切り替えることが特徴になっている。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
次に、図４及び図５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、及び、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電圧波形について説明する。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り、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電圧波形を示す図である。
【００２６】
アクチュエータ３１からの放電時に、アクチュエータ放電電流回収部４６のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４を記録ヘッド制御部２７で制御する。
【００２７】
まず、アクチュエータ３１に対する充電電圧Vｃｏｍが高電圧で放電するとき、すなわち、初期放電状態では、スイッチング素子Ｑ１をＯＮし（図５におけるＶＧ＿Ｑ１）、充電用コンデンサＣ１に充電する（図５におけるＶＣ１）。
【００２８】
アクチュエータ３１に対する充電電圧Vｃｏｍが、充電用コンデンサＣ１に蓄えた電荷による電圧と釣り合うと、それ以上充電用コンデンサＣ１への充電はできなくなるため、スイッチング素子Ｑ１をＯＦＦし（図５におけるＶＧ＿Ｑ１）、スイッチング素子Ｑ２をＯＮする（図５におけるＶＧ＿Ｑ２）ことにより、未充電の充電用コンデンサＣ２に対して充電を行う（図５におけるＶＣ２）。そして、スイッチング素子Ｑ３及びＱ４を適時ＯＮ／ＯＦＦさせ、高電圧回路（駆動系）４７の電圧、及び、低電圧回路（ロジック系）４８の電圧の回路にそれぞれ回収させる。
【００２９】
アクチュエータ３１に対する充電電圧Vｃｏｍは、Vｃｏｍ電圧監視部４９で測定し、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の切り替えタイミングを制御する。すなわち、アクチュエータ３１からの放電電流Ｂをアクチュエータ３１に対するVｃｏｍ電圧の経時変化に応じて、複数のコンデンサに充電するようにしているため、高電圧回路（駆動系）４７、及び低電圧回路（ロジック系）４８といった複数種類の電圧値で回収電流を得ることができ、これらを回収することにより、異なる電圧系の回路において再利用することができ、効率的に回収電力を得ることができる。
【００３０】
次に、本発明の他の実施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。
図６は、本発明の他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。
【００３１】
この実施形態では、回収電力を生成する高電圧回路（駆動系）側４７と、低電圧回路（ロジック系）側４８に電力を蓄えるための充電用コンデンサを、高電圧回路４７と低電圧回路４８のそれぞれにおいて異なる静電容量の充電用コンデンサＣ１、Ｃ２（ただし、静電容量はＣ１＜Ｃ２とする。）及びＣ３、Ｃ４（ただし、静電容量はＣ３＜Ｃ４とする。）をアクチュエータ放電電流回収部６１に備え、記録ヘッド制御部２７において充電対象のコンデンサを選択できるようにしたものである。
【００３２】
この実施形態の場合、駆動されるアクチュエータの数が少ないとき、あるいは、アクチュエータからの総放電量が少ないときには、高電圧回路４７においては静電容量の小さいコンデンサであるＣ１、低電圧回路４８においては静電容量の小さいコンデンサであるＣ３を、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、及びＱ５、Ｑ６をそれぞれＯＮすることにより接続し、アクチュエータからの総放電量とコンデンサの充電電圧とのバランスを早く保たせることにより、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、及びＱ５、Ｑ６で消費される電力を低減させるようにする。
【００３３】
アクチュエータからの総放電量が、コンデンサＣ１又はＣ３の充電容量を上回った場合には、高電圧回路４７又は低電圧回路４８において、より静電容量が大きいコンデンサＣ２又はＣ４へ接続するようスイッチング素子Ｑ３又はＱ７をＯＮすることになるが、接続する充電用コンデンサを切り替える場合、回路の時定数、すなわち、充電、放電にかかる時間を表す定数が変化する。
【００３４】
これを、アクチュエータ３１に対する充電電圧Ｖｃｏｍの電位と、新たに接続した充電用コンデンサの静電容量の値から、電流増幅部４２のトランジスタＱ４３、Ｑ４４のベース端子に印可する電圧を制御することにより、トランジスタＱ４４のエミッタ端子に流すべき電流量を算出し制御する。
【００３５】
充電用コンデンサの時定数をτ、αを比例定数、トランジスタＱ４４のエミッタ端子に流れる電流をＩ（ｔ）とすると、放電時の電圧の時間（ｔ）当たりの変化Ｖｆ（ｔ）は、Ｖｆ（ｔ）＝αＩ（ｔ）ｅｘｐ（−ｔ／τ）で示される。これにより、結果的にアクチュエータの駆動波形の精度を向上させることができる。
【００３６】
次に、本発明のさらに他の実施形態について図面を参照して説明する。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。図７は、本発明のさらに他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６の他の実施の形態と異なる部分は、充電コンデンサをＣ１からＣ２に切り替える場合の充電電流を調整する手段として、トランジスタＱ４４（図６）のエミッタ端子に可変インダクタＬ１、及び可変抵抗Ｒ１を直列に接続した点であり、その他の部分の回路構成は図６における他の実施の形態と同様であるので詳細な説明は省略する。
【００３７】
アクチュエータ放電電流回収部６１（図６）において、接続された複数の充電用コンデンサを切り替える場合、回路の時定数、すなわち、充電、放電にかかる時間を表す定数が変化するが、これをアクチュエータ３１に対する充電電圧Ｖｃｏｍ（図６）の電位と、新たに接続した充電用コンデンサの静電容量の値から、充電用コンデンサに直列に接続された可変インダクタＬ１及び可変抵抗Ｒ１を制御する。
【００３８】
時定数をτ、αを比例定数、電流をＩ（ｔ)とすると、放電時の電圧の時間（ｔ）当たりの変化Ｖｆ（ｔ）は、Ｖｆ（ｔ）＝αＩ（ｔ）ｅｘｐ（−ｔ／τ）で示される。ＲＬ回路の場合、τ＝Ｌ／Ｒ、ＲＣ回路の場合τ＝ＣＲとなり、これを用いて、設定すべき可変量が算出され、記録ヘッド制御部２７により制御される。これにより、結果的にアクチュエータの駆動波形の精度を向上させることができる。
【００３９】
以上説明したように、本発明は、アクチュエータ放電電流を、放電電圧の変化に応じて接続する充電用コンデンサを切り替えることにより、アクチュエータ駆動電圧波形に影響を与えることなく、効率的にアクチュエータ放電電流を回収できる。
【００４０】
また、駆動するアクチュエータの数が増えた場合であっても、アクチュエータからの放電エネルギーの量に応じて、静電容量がそれぞれ異なる複数の充電用コンデンサに接続するようにしたので、トランジスタの発熱を抑制し、効率的にアクチュエータ放電電流を回収できることができる。
【００４１】
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。
【符号の説明】
【００４２】
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
４６    アクチュエータ放電電流回収部
４７    高電圧回路（駆動系）
４８    低電圧回路（ロジック系）
４９    Vｃｏｍ電圧監視部
【先行技術文献】
【特許文献】
【００４３】
【特許文献１】特許第４１５２７５７号公報
【特許文献２】特開２００２−１０３６０３号公報
【図１】
0005742188.tif 000002
【図２】
0005742188.tif 000003
【図３】
0005742188.tif 000004
【図４】
0005742188.tif 000005
【図５】
0005742188.tif 000006
【図６】
0005742188.tif 000007
【図７】
0005742188.tif 000008
【図８】
0005742188.tif 000009