JPH04346874A - 圧電素子駆動回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、圧電素子駆動回路に係
り、特に一次側コイルに直流電源を接続し、二次側コイ
ルに圧電素子を接続したトランスと、上記二次側コイル
に誘導電流を発生させて上記圧電素子に電圧を引加させ
るために上記一次側コイルに接続した第１のスイッチン
グ手段と、上記圧電素子に蓄えられた電化を放電させる
ために上記圧電素子に接続した第２のスイッチング手段
と、上記第１のスイッチング手段と及び第２のスイッチ
ング手段の一方又は双方を複数回連続的にスイッチング
させるスイッチング制御手段とを有する圧電素子駆動回
路に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来例えば、図８に示すように、圧電素
子４１を駆動するに際して、圧電素子４１の駆動に必要
な電圧、例えば１２０Ｖを有する直流電源４２に圧電素
子４１を第１のスイッチ４３および抵抗４４を介して接
続し、この第１のスイッチ４３に直列に、圧電素子４１
の電荷を放電する第２のスイッチ４５を設けたものがあ
る。

【０００３】このような回路において、図９（１）に示
すように、第１のスイッチ４３を導通状態とすると、圧
電素子４１に引加される電圧は、図９（２）に示すよう
に上昇し所定電圧、例えば１２０Ｖになる。この状態で
第１のスイッチをオフ状態とすると、圧電素子はこの電
圧を保持し、所定時間経過後図９（３）に示すように、
第２のスイッチ４５をオン状態とすると、圧電素子４１
に蓄えられていた電荷は放電され、図９（２）に示すよ
うに圧電素子に引加されている電圧は０Ｖとなる。

【０００４】しかしながら、このような従来の圧電素子
駆動回路にあっては直流電源の電圧をそのまま駆動電圧
としているため、直流電源が比較的高電圧となり、装置
中での配置に充分注意をする必要があったり、圧電素子
への駆動電圧は抵抗を介して引加しているため消費電力
が大きくなるという問題がある。そこで従来圧電素子駆
動回路として、特開昭６３−１２６２８５号公報に示さ
れるように、直流電源とコイルと圧電素子とを並列に接
続すると共に、直流電源とコイルとの間及びコイルと圧
電素子との間にそれぞれスイッチング素子を接続し、コ
イルの逆起電力によって、圧電素子に電圧を引加し、放
電時にはやはりコイルの逆起電力によって直流電源側に
電気エネルギーを回生させるようにしたものがある。

【０００５】しかしこのような圧電素子駆動回路にあっ
ては、圧電素子への電圧の引加及び圧電素子からの放電
の速度が直流電源の電圧によって決まってしまってそれ
らの速度を変えることが難しい等の問題がある。そこで
、本願出願人は先に特願平２−１９３７１６号において
圧電素子駆動回路を提案している。これは、図６に示す
ように、一次側コイル３３に直流電源３１を接続し、二
次側コイル３４に圧電素子３２を接続したトランス３５
と、上記二次側コイル３４に誘導電流を発生させて上記
圧電素子３２に電圧を引加させるために上記一次側コイ
ル３３に接続した第１のスイッチング手段３６と、上記
圧電素子３２に蓄えられた電荷を放電させるために上記
圧電素子３２に接続した第２のスイッチング手段３７と
、上記第１のスイッチング手段３６及び第２のスイッチ
ング手段３７の一方又は双方を複数回連続的にスイッチ
ングさせるスイッチング制御手段３８とを有するもので
ある。

【０００６】これらのスイッチング手段３６，３７は、
スイッチング制御手段３８により導通、遮断制御される
第１及び第２のスイッチングトランジスタＴＲ１，ＴＲ
２と、これらのトランジスタと並列に設けた第１及び第
２のダイオード３９，４０とから構成される。この圧電
素子駆動回路によれば、図７に示すように、第１のスイ
ッチングトランジスタＴＲ１を導通状態とすることによ
り（図７（１））、一次側コイル３３に直流電源３１か
らの電流Ｉ１が流れ（同（３））、二次側コイル３４に
誘導電流Ｉ２が発生して（同（４））、圧電素子３２に
電圧が引加される（同（５））。この時誘導電流は第２
のダイオード４０を通るものである。

【０００７】そして、第２のスイッチングトランジスタ
ＴＲ２を導通状態とすると（同（２））、圧電素子３２
に充電されていた電荷は放電される（同（５））。この
放電電流はトランス３５の二次側コイル３４に流れ（同
（４））、この時一次側コイル３３に発生する誘導電流
は第１のダイオード３９を通り、直流電源３１に電気エ
ネルギーが回生される（同（３））。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来の圧電素子駆動回路は、低電圧の直流電源で圧電素子
を駆動できるほか、圧電素子への電圧の引加時間を調整
することができるものである。しかしながら、上述した
圧電素子駆動回路にあっては電源の電圧の変動によって
圧電素子への引加電圧に変動が生じるという問題がある
。これは、第１のスイッチングトランジスタＴＲ１を導
通状態としている時間ｔ１は一定の時間であるから、直
流電源の電圧が低いとトランスの一次コイルに流れる電
流が少なくなり（図６（３）破線Ａ）、二次コイルに誘
導される電流も少ないものとなり（図６（４）破線Ａ）
、圧電素子に引加される電圧も低くなる（同（５）破線
Ａ）一方、直流電源の電圧が高いとトランスの一次コイ
ルに流れる電流が多くなり（同（３）破線Ｂ）、二次コ
イルに誘導される電流も多いものとなり（同（４）破線
Ｂ）、圧電素子に引加される電圧が高くなり（同（５）
破線Ｂ）、圧電素子の駆動制御が良好に行うことができ
ないという問題がある。

【０００９】そこで本発明は、直流電源の電圧が変動し
ても圧電素子に引加する電圧を一定のものとすることが
できる圧電素子駆動回路を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明において、上記の
課題を解決するための手段は、図１に示すように一次側
コイル１に直流電源２を接続し、二次側コイル３に圧電
素子４を接続したトランス５と、上記二次側コイル３に
誘導電流を発生させて上記圧電素子４に電圧を引加させ
るために上記一次側コイル１に接続した第１のスイッチ
ング手段６と、上記圧電素子に蓄えられた電化を放電さ
せるために上記圧電素子４に接続した第２のスイッチン
グ手段７と、上記第１のスイッチング手段６及び第２の
スイッチング手段７の一方又は双方を複数回連続的にス
イッチングさせるスイッチング制御手段８とを有する圧
電素子駆動回路において、上記一次側コイル１に引加し
た電圧を検出する電圧検出手段９と、検出した電圧に応
じて上記スイッチング制御手段８の第１のスイッチング
手段の一次コイルへの引加時間を上記圧電素子への引加
電圧が一定となるように変化させる引加時間変化手段１
０とを設けたことである。

【００１１】そして本発明では、上記電圧検出手段９と
引加時間変化手段１０はアナログ電圧信号をディジタル
信号に変換するＡ／Ｄ変換器１１と、電圧と引加時間の
関係を格納したテーブル１２と、上記ディジタル信号に
基づいてテーブルから引加時間を読み出す処理装置１３
とから構成することができる。

【００１２】また、本発明によれば、上記圧電素子４に
より、プリンタのインパクトドットワイヤ１４が進退駆
動されるようにすることができる。

【００１３】

【作用】本発明では、電圧検出手段が電圧を検出し、引
加時間変化手段が検出した電圧に応じて上記スイッチン
グ制御手段８の第１のスイッチング手段の一次コイルへ
の引加時間を上記圧電素子への引加電圧が一定となるよ
うに変化させるから、圧電素子へ引加される駆動電圧は
、直流電源の電圧の変化にかかわらず一定となる。

【００１４】

【実施例】以下本発明に係る圧電素子駆動回路の実施例
を図面に基づいて説明する。図２乃至図４は本発明に係
る圧電素子駆動回路の実施例を示すものである。本実施
例において圧電素子４はトランス５を介して直流電源２
に接続されており直流電源２を接続したトランス５の一
次側コイル１の他端には第１のスイッチング手段６とし
て第１のスイッチングトランジスタＴＲ１とこの第１の
スイッチングトランジスタＴＲ１に並列に第１のダイオ
ード２５を接続して設置しているほか、圧電素子４を接
続したトランス５の二次側コイル３の他端には第２のス
イッチング手段７として第２のトランジスタＴＲ２とこ
の第２のトランジスタＴＲ２と並列に第２のダイオード
２６を設けて設置するものとしている。

【００１５】そして、これらの第１および第２のスイッ
チングトランジスタＴＲ１，ＴＲ２はスイッチング制御
手段によりスイッチング制御するものとしている。そし
て本実施例では、一次側コイル１に引加した電圧を検出
する電圧検出手段９と、検出した電圧に応じて上記スイ
ッチング制御手段８の第１のスイッチング手段の一次コ
イルへの引加時間を上記圧電素子への引加電圧が一定と
なるように変化させる引加時間変化手段として、に示す
ようにアナログ値である直流電源の電圧を例えば８ビッ
トに量子化するアナログ／ディジタルコンバータ１１と
、電圧の値に応じたパルス幅時間値を格納したテーブル
を有するメモリ１２と、上記のアナログ／ディジタルコ
ンバータの値に基づいてパルス幅時間を読み出し、所定
の信号を入出力ポート２４（Ｉ／Ｄポート）から各スイ
ッチングトランジスタを導通／遮断制御を行う処理装置
である制御装置１３（ＣＰＵ）とから構成するものとし
ている。ここで、メモリに格納されたテーブルは図３に
示すように、予め直流電源の変化する各電圧において、
圧電素子に適正な電圧、例えば１２０Ｖが引加されるの
に必要な時間Ｔｉ　（ｉ＝１〜８，Ｔｉ　＞Ｔｉ−１　
）を格納している。

【００１６】従って本実施例によれば、直流電源の電圧
が正常、例えば４０ボルトのときに、図４（１）に示す
ように、制御装置は第１のスイッチングトランジスタを
導通状態とした後メモリから読み出した４０Ｖに対応す
る時間、Ｔ４秒後第１のスイッチングトランジスタを遮
断状態とする。これにより一次側コイルには図４（３）
に示すように電流が流れる。すると二次側コイルに、図
４（４）に示すように、誘導電流が流れ、この電流によ
り、圧電素子は、図４（５）に示すように所定の電圧、
例えば１２０Ｖの駆動電圧が引加される。

【００１７】そして所定時間経過後、スイッチング制御
手段からの信号により第２のスイッチングトランジスタ
が導通状態となり、圧電素子に充電されていた電荷は放
電される。この放電電流はトランスの二次側コイルに流
れ、この時一次側コイルに発生する誘導電流は第一のダ
イオードを通り、直流電源に電気エネルギーが回生され
る。

【００１８】ここで、何らかの理由で直流電源の電圧が
低下し、例えば３８Ｖとなったときには、制御装置１３
は電圧を検出して、メモリ１２のテーブルからパルス幅
Ｔ２　秒（Ｔ２　＞Ｔ４　）を読みとり、図４（１）に
破線Ａで示したように、第１のスイッチングトランジス
タをＴ２　秒間導通状態とする。すると直流電源の電圧
は定格の値より小さいが、図４（３）に破線Ａで示した
ように、一次側コイルに電流を流す時間が長くなるため
、二次側コイルに誘導される電流も多くなり、圧電素子
に引加される駆動電圧は、図４（５）に破線Ａで示した
ように、予め定めた電圧、１２０Ｖとなり、圧電素子の
駆動に支障が生じることはなくなる。

【００１９】同様に直流電源の電圧が上昇し、例えば４
３Ｖとなったときには、制御装置１３はメモリ１２のテ
ーブルから、電圧値４３Ｖに対応する、パルス幅Ｔ７　
（Ｔ７　＜Ｔ４　）秒を読みとり、図４（１）に破線Ｂ
で示したように、第１のスイッチングトランジスタをＴ
７　秒間導通状態とし、図４（３）に破線Ｂで示したよ
うに、一次側コイルに電流を流す時間が短くなるため、
二次側コイルに流れる電流も少なくなり、圧電素子に引
加される駆動電圧は図４（５）に示したように、予め定
めた電圧となり圧電素子の駆動に支障が生じることはな
くなる。

【００２０】従って本実施例によれば、直流電源の電圧
が変動しても圧電素子に安定した駆動電圧を供給するこ
とができる。本発明の駆動回路によって駆動される圧電
素子４は例えば図５に示すように、プリンタのインパク
トドットワイヤ１５を駆動するのに用いることができる
。このような場合の圧電素子を積層した積層型のものを
用いる。そして、先端にワイヤ１５が連結された可動ア
ーム１６の中間部分に圧電素子４の端部を連結する。 その結果、圧電素子の伸長量ｅが拡大されてワイヤ１５
の進退量ｆとなり、ワイヤ１５の先端でインパクト印字
を行うことができる。

【００２１】尚、図５には５本のワイヤが図示されてい
るが一般には印字ヘッド内に２４本のワイヤが組み込ま
れ、その各々が圧電素子によって駆動される。そしてこ
のように複数の圧電素子を駆動する場合には、それぞれ
の圧電素子に駆動回路を取付ける必要があるが直流電圧
の検出およびパルス幅の調節は１台の調整装置で行えば
足りる。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
圧電素子駆動回路の一次側コイルに引加した電圧を検出
する電圧検出手段と、検出した電圧に応じて上記スイッ
チング制御手段の第１のスイッチング手段の一次コイル
への引加時間を上記圧電素子への引加電圧が一定となる
ように変化させる引加時間変化手段を設けるようにした
ので、電圧検出手段が電圧を検出し、引加時間変化手段
が検出した電圧に応じて上記スイッチング制御手段８の
第１のスイッチング手段の一次コイルへの引加時間を上
記圧電素子への引加電圧が一定となるように変化させる
から、圧電素子へ引加される駆動電圧は、直流電源の電
圧の変化にかかわらず一定となるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示すブロック図である。

【図２】本発明に係る圧電素子駆動回路の実施例を示す
ブロック図である。

【図３】図２に示した実施例のメモリの内容の一例を示
す図である。

【図４】図２に示した実施例の作動を示すタイミングチ
ャートである。

【図５】実施例の印字ヘッドの部分斜視図である。

【図６】先願に係る圧電素子駆動回路を示すブロック図
である。

【図７】図６に示した圧電素子駆動回路の作動を示すタ
イミングチャートである。

【図８】従来の圧電素子駆動回路を示すブロック図であ
る。

【図９】図８に示した圧電素子駆動回路の作動を示すタ
イミングチャートである。

【符号の説明】

１　　一次側コイル ２　　直流電源 ３　　二次側コイル ４　　圧電素子 ５　　トランス ６　　第１のスイッチング手段 ７　　第２のスイッチング手段 ８　　スイッチング制御手段 ９　　電圧検出手段 １０　　引加時間変化手段

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一次側コイル（１）に直流電源（２）を接
   続し、二次側コイル（３）に圧電素子（４）を接続した
   トランス（５）と、上記二次側コイル（３）に誘導電流
   を発生させて上記圧電素子（４）に電圧を引加させるた
   めに上記一次側コイル（１）に接続した第１のスイッチ
   ング手段（６）と、上記圧電素子に蓄えられた電化を放
   電させるために上記圧電素子（４）に接続した第２のス
   イッチング手段（７）と、上記第１のスイッチング手段
   （６）及び第２のスイッチング手段（７）の一方又は双
   方を複数回連続的にスイッチングさせるスイッチング制
   御手段（８）とを有する圧電素子駆動回路において、上
   記一次側コイル（１）に引加した電圧を検出する電圧検
   出手段（９）と、検出した電圧に応じて上記スイッチン
   グ制御手段（８）の第１のスイッチング手段の一次コイ
   ルへの引加時間を上記圧電素子への引加電圧が一定とな
   るように変化させる引加時間変化手段（１０）とを設け
   たことを特徴とする圧電素子駆動回路。
2. 【請求項２】上記電圧検出手段（９）と引加時間変化手
   段（１０）はアナログ電圧信号を　　ディジタル信号に
   変換するＡ／Ｄ変換器（１１）と、電圧と引加時間の関
   係を格納したテーブルを格納したメモリ（１２）と、上
   記ディジタル信号に基づいてテーブルから引加時間を読
   み出す処理装置（１３）とからなることを特徴とする請
   求項１記載の圧電素子駆動回路。
3. 【請求項３】上記圧電素子（４）により、プリンタのイ
   ンパクトドットワイヤ（１４）が進退駆動されることを
   特徴とする請求項１又は請求項２記載の圧電素子駆動回
   路。