JP2985375B2 - 圧電素子駆動回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、圧電素子に電荷を充放
電して圧電素子を伸縮させる圧電素子駆動回路に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、例えば印字ヘッドを圧電素子
の伸縮により駆動するドットインパクト型のプリンタ
等、圧電素子をアクチュエータとして利用する種々の装
置が知られている。

【０００３】この種の装置には、圧電素子を駆動するた
めに駆動回路が備えられているが、従来の駆動回路は、
例えば図５に示す如く、直流電源Ｅと圧電素子Ｃｐとを
コイルＬ１０を介して接続することにより圧電素子Ｃｐ
を充電する充電スイッチＳ１１と、コイルＬ１０を介し
て圧電素子Ｃｐに充電された電荷を放電させる放電スイ
ッチＳ１２と、圧電素子Ｃｐの充電及び放電後了後、コ
イルＬ１０に蓄えられたエネルギを直流電源Ｅに回生さ
せる回生用のダイオードＤ１１〜Ｄ１３とを備え、同一
のコイルＬ１０を用いて圧電素子Ｃｐを充・放電するよ
うに構成されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このように構成された
従来の圧電素子駆動回路においては、圧電素子Ｃｐの充
電時と放電時とではコイルＬ１０に流れる電流の方向が
逆になる。このため従来の圧電素子駆動回路では、充電
終了後のコイルＬ１０からのエネルギの回生期間は、コ
イルＬ１０に放電とは逆向きの電流が流れ、放電終了後
のコイルＬ１０からのエネルギの回生期間は、コイルＬ
１０に充電とは逆向きの電流が流れることとなり、この
各回生期間中には、圧電素子Ｃｐの充電及び放電を行う
ことができなかった。

【０００５】このことにより圧電素子の伸縮により印字
ヘッドを駆動するドットインパクト型のプリンタにおい
ては、圧電素子の伸長時間を短縮できず、ドット印字の
インパクト力が強すぎたり、リボンを引っ掛けるとか、
１ドットの印字後、次のドットを印字するまでの時間が
かかり、印字速度アップのさまたげとなる、といった問
題があった。

【０００６】また上記のように従来の圧電素子駆動回路
では、圧電素子Ｃｐの充電及び放電を同一のコイルを用
いて行うため、圧電素子Ｃｐの両端電圧の立ち上がり電
圧と立ち下がり電圧の時定数が同じ時定数となり、例え
ば、立ち下がり電圧に適した時定数にコイルＬ１０のイ
ンダクタンスを決めると、立ち上がりが早くなりすぎ、
上記のように圧電素子Ｃｐをアクチュエータとしたドッ
トインパクト型のプリンタにおいては、印字ヘッドの２
次バウンドを有効に対処できない等の原因となった。

【０００７】本発明はこうした問題に鑑みなされたもの
で、充電終了時及び放電終了時に行なうコイルからのエ
ネルギ回生期間であっても圧電素子の充電及び放電を行
うことができ、しかも充電による電圧上昇及び放電によ
る電圧下降の時定数を、各々任意の時定数に設定できる
圧電素子駆動回路を提供することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】即ち、上記目的を達成す
るためになされた本発明の圧電素子駆動回路は、外部か
らの充電指令により、充電コイルを介して圧電素子と直
流電源とを接続し、圧電素子を充電する充電手段と、該
充電により上記充電コイルに蓄えられたエネルギを直流
電源に回生する第１の回生手段と、外部からの放電指令
により、上記充電によって圧電素子に蓄積された電荷を
放電コイルを介して放電させる放電手段と、該放電によ
り上記放電コイルに蓄えられたエネルギを直流電源に回
生する第２の回生手段とを備えたことを特徴としてい
る。

【０００９】

【作用及び発明の効果】上記のように構成された本発明
の圧電素子駆動回路においては、圧電素子の充電には充
電コイルが、また圧電素子からの放電には放電コイル
が、各々使用される。このため本発明によれば、充電に
よる圧電素子両端電圧の電圧上昇の時定数及び放電によ
る圧電素子両端電圧の電圧下降の時定数を、充電コイル
及び放電コイルのインダクタンスにより各々異なる値に
設定することが可能となり、本発明の圧電素子駆動回路
をドットインパクト型のプリンタに適用した場合には、
印字ヘッドの２次バウンド等の問題を解決することが可
能となる。

【００１０】またこのように本発明の圧電素子駆動回路
においては、充電時と放電時とで異なるコイルを使用す
るため、圧電素子充電終了後及び放電終了後の各コイル
からのエネルギ回生期間中に、圧電素子の放電及び充電
を開始することができる。このため本発明によれば、従
来装置に比べ、圧電素子の伸張時間及び圧電素子充電後
の放電開始時間を短くして、圧電素子の伸縮周期を短く
することが可能となり、本発明の圧電素子駆動回路をド
ットインパクト型のプリンタに適用した場合には、印字
を良好に行うことができると共に、印字速度を向上する
ことができるようになる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面と共に説明す
る。まず図１は、本発明が適用された実施例の圧電素子
駆動回路の電気回路図である。尚本実施例の圧電素子駆
動回路は、圧電素子の変位を拡大して印字ワイヤを駆動
するタイプのプリンタに使用されるものである。

【００１２】図に示す如く、本実施例の圧電素子駆動回
路は、外部から充電信号が入力されたときにＯＮ状態と
なり、充電コイルＬ１を介して直流電源Ｅの正極と圧電
素子Ｃｐの正極とを接続して、圧電素子Ｃｐに正の電荷
を充電する充電手段としての充電スイッチＳ１と、外部
から放電信号が入力されたときにＯＮ状態となり、充電
により圧電素子Ｃｐに蓄積された正の電荷を放電コイル
Ｌ２を介して放電させる放電手段としての放電スイッチ
Ｓ２と、充電スイッチＳ１がＯＮ状態からＯＦＦ状態に
切り替わったとき、充電コイルＬ１に蓄えられたエネル
ギを直流電源Ｅに回生する第１の回生手段としてのダイ
オードＤ１，Ｄ２と、放電スイッチＳ２がＯＮ状態から
ＯＦＦ状態に切り替わったとき、放電コイルＬ２に蓄え
られたエネルギを直流電源に回生する第２の回生手段と
してのダイオードＤ３，Ｄ４と、から構成されている。

【００１３】尚ダイオードＤ１は、充電コイルＬ１に蓄
えられたエネルギを回生するだけでなく、圧電素子Ｃｐ
の電圧が電源電圧ＶE を越えるのを防止する電圧制限回
路としても機能する。また図では、上記充電スイッチＳ
１及び放電スイッチＳ２を、開閉スイッチの形で示して
いるが、実際にはＦＥＴ又はトランジスタ等によるスイ
ッチング素子により構成される。

【００１４】上記のように構成された本実施例の圧電素
子駆動回路においては、図２に示す如く、外部から充電
信号が入力され、充電スイッチＳ１がＯＮ状態となると
（時点ｔ１）、充電コイルＬ１に電流ＩL1が流れ、この
電流ＩL1が充電電流ＩCPとなって圧電素子Ｃｐが充電さ
れる。この充電により、圧電素子が伸張し、印字ワイヤ
が突出する。

【００１５】次に充電信号の入力が停止し、充電スイッ
チＳ１がＯＮからＯＦＦ状態に切り替えられると（時点
ｔ２）、上記通電によって充電コイルＬ１に蓄積された
エネルギにより充電コイルＬ１に電流ＩL1が流れ続け、
この電流ＩL1により圧電素子Ｃｐの両端電圧ＶCPが電源
電圧ＶE となるまで充電が継続する（但し、図では、動
作を解り易くするため、時点ｔ２でＶCP＝ＶE となった
ものとして記載されている。）。そしてＶCP＝ＶE とな
ると、充電コイルＬ１に流れる電流ＩL1が、回生電流と
なってダイオードＤ１から直流電源Ｅへ流れ、充電コイ
ルＬ１に蓄えられたエネルギが０になるまで（時点ｔ
５）流れ続ける。

【００１６】次にこの充電コイルＬ１のエネルギの回生
期間中に、外部から放電信号が入力されて、放電スイッ
チＳ２がＯＮ状態になると（時点ｔ３）、放電コイルＬ
２に電流ＩL2が流れる。そしてこの電流ＩL2が充電コイ
ルＬ１の電流ＩL1と等しくなった（ａ＝ｂ，時点ｔ４）
後は、ＩL1＜ＩL2となるため、圧電素子Ｃｐに蓄えられ
た電荷が放電電流ＩCPとなって放電される。この放電に
より、圧電素子Ｃｐが縮小し、印字ワイヤが後退する。

【００１７】そして放電終了後、外部から放電信号が入
力されなくなって、放電スイッチＳ２がＯＦＦ状態にな
ると（時点ｔ６）、放電コイルＬ２に蓄えられたエネル
ギにより、ダイオードＤ３から直流電源Ｅへと回生電流
が流れ、放電コイルＬ２に蓄えられたエネルギが０とな
るまで流れる。

【００１８】このように本実施例の圧電素子駆動回路に
おいては、圧電素子Ｃｐの充電と放電とを各々異なるコ
イルＬ１，Ｌ２を用いて行うように構成されているた
め、圧電素子充電後の回生期間中に放電を開始すること
ができる。また図２では示さなかったが、圧電素子放電
後の回生期間中に充電を開始することができる。このた
め本実施例によれば、従来の回路に比べ、圧電素子の伸
縮周期を短くすることが可能となる。つまり従来の回路
では、圧電素子の充電と放電とを同一のコイルを用いて
行うようにしているので、例えば図２に点線で示す如
く、圧電素子の放電を、充電後のコイルの回生電流が流
れなくなる時点ｔ５まで行うことができず、従って放電
を時点ｔ７まで終了することができなかったが、本実施
例によれば、この時間を短縮することができるのであ
る。従って本実施例の圧電素子駆動回路をドットインパ
クト型のプリンタに適用した場合には、印字を良好に行
うことができると共に、印字速度を向上することができ
るようになる。

【００１９】また充電コイルと放電コイルとを個々に設
けているため、充電による圧電素子両端電圧の電圧上昇
の時定数及び放電による圧電素子両端電圧の電圧下降の
時定数を、各コイルのインダクタンスにより各々異なる
値に設定することができる。このため本実施例の圧電素
子駆動回路をドットインパクト型のプリンタに適用した
場合には、印字ヘッドの２次バウンド等の問題を解決す
ることが可能となる。即ち、放電開始時間を比較的自由
に設定できるため、印字ワイヤを後退させたときに、そ
の後方に位置するストッパとの衝突によって生じるバウ
ンドと、次回の印字のための印字ワイヤの前進とを同期
させることが可能となる。

【００２０】ここで上記実施例では、充電コイルＬ１及
び放電コイルＬ２を圧電素子Ｃｐの正極に直接接続する
よう構成したが、例えば図３に示す如く、充電コイルＬ
１及び放電コイルＬ２を、夫々、スイッチＳ３及びＳ４
を介して圧電素子Ｃｐの正極に接続し、図４に示す如
く、これらスイッチＳ３及びＳ４を、夫々、充電スイッ
チＳ１及び放電スイッチＳ２と同じタイミングで開閉す
るようにすれば、充電コイルＬ１及び放電コイルＬ２に
流れる電流ＩL1及びＩL2を完全に分離して、充電及び放
電の開始タイミングをより早くすることができる。

【００２１】つまり、上記実施例では、ＩL1＝ＩL2とな
るまでの期間（図２に示す時点ｔ３から時点ｔ４までの
期間）は放電を開始することができなかったが、図４か
ら明らかなように、スイッチＳ３，Ｓ４を設けることに
より、放電スイッチＳ２をＯＮした時点ｔ１３から速や
かに放電を開始することができる。また同様に、放電終
了後の回生期間中に充電を開始する際にも、充電スイッ
チＳ１をＯＮした時点ｔ１６から速やかに充電を開始す
ることができる。

【００２２】従って、このようにスイッチＳ３及びＳ４
を設けることにより、上記実施例の駆動回路に比べ、圧
電素子の伸縮周期をより短くすることが可能となる。ま
た上記実施例の駆動回路のように、充電コイルＬ１及び
放電コイルＬ２を圧電素子Ｃｐの正極に直接接続するよ
う構成する場合、各コイルは必ずしも独立している必要
はなく、中間タップをとったコイルを使用することもで
きる。但しこの場合、巻き線の巻方向が同一であること
が必要である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施例の圧電素子駆動回路の構成を表す電気
回路図である。

【図２】 図１の圧電素子駆動回路の動作を表すタイム
チャートである。

【図３】 圧電素子駆動回路の他の構成例を表す電気回
路図である。

【図４】 図３の圧電素子駆動回路の動作を表すタイム
チャートである。

【図５】 従来の圧電素子駆動回路の構成を表す電気回
路図である。

【符号の説明】

Ｃｐ…圧電素子 Ｅ…直流電源 Ｌ１…充電コイル
Ｌ２…放電コイル Ｓ１…充電スイッチ Ｓ２…放電スイッチ Ｄ１〜
Ｄ４…ダイオード

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外部からの充電指令により、充電コイル
   を介して圧電素子と直流電源とを接続し、圧電素子を充
   電する充電手段と、 該充電により上記充電コイルに蓄えられたエネルギを直
   流電源に回生する第１の回生手段と、 外部からの放電指令により、上記充電によって圧電素子
   に蓄積された電荷を放電コイルを介して放電させる放電
   手段と、 該放電により上記放電コイルに蓄えられたエネルギを直
   流電源に回生する第２の回生手段と、 を備えたことを特徴とする圧電素子駆動回路。