JPH0440935Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、プリンタヘツドを圧電素子で駆動す
るようにした圧電アクチユエータ励振駆動装置に
関する。

〔従来の技術〕

従来のこの種の圧電アクチユエータ励振駆動装
置は第６図に示したように構成されている。第６
図において、駆動信号入力端子１にトランジスタ
２のベースが接続され、またトランジスタ２のエ
ミツタはアースされ、そのコレクタは抵抗３を介
してトランジスタ４のベースに接続されている。
また、トランジスタ４のエミツタは励振電圧入力
端子５に接続され、そのコレクタはトランジスタ
６のコレクタに接続されるとともに、抵抗７を介
して圧電素子８の一方の電極に接続され、また他
方の電極はアースされ、さらに圧電素子８は励振
機構９に接続されている。また、駆動信号入力端
子１はインバータ１０を介してトランジスタ６の
ベースに接続され、そのエミツタはアースされて
いる。

この従来の圧電アクチユエータ励振駆動装置で
は、駆動信号入力端子１から第７図ａに示すよう
な駆動信号を入力すると、トランジスタ２が導通
し、また駆動信号はインバータ１０で反転される
ので、トランジスタ６は不導通となり、トランジ
スタ２の導通、トランジスタ６の不導通によりト
ランジスタ４を導通して励振電圧入力端子５から
抵抗７を介して圧電素子８に充電電流｛第７図
ｂ｝が流れ、第７図ｃに示すように充電され、圧
電素子８を駆動し、この圧電素子８に接続された
励振機構９を作動すると、第７図ｄに示すように
励振機構９の拡大フレームの先端が変位する。ま
た、駆動信号入力端子１から駆動信号を反転した
制動信号を入力されると、トランジスタ２，４が
不導通となり、トランジスタ６が導通するので、
圧電素子８に充電された電荷は抵抗７を介してト
ランジスタ６からアースに流れる。

このように構成した圧電アクチユエータ励振駆
動装置では、圧電素子８を駆動するとき（充放電
するとき）、第７図ｂに示すように圧電素子８に
過大な電流が流れ、時には10A以上にも達する。
従つて、この過大な電流を流すための大きなトラ
ンジスタ４，６が必要となる。また圧電素子８を
駆動するたびに充電された電荷を抵抗７で消費す
るため、消費電力が大となるという欠点がある。

この欠点を解消するために、第８図に示した圧
電アクチユエータ励振駆動装置が提案されている
（特開昭59−198885号公報参照）。第８図におい
て、１は駆動信号入力端子、２，４，６はトラン
ジスタ、３は抵抗、８は圧電素子、９は励振機
構、１０はインバータでありこれらの構成は第６
図の構成と同じであるので説明は省略するが、こ
の装置では、トランジスタ４のコレクタとトラン
ジスタ６のコレクタの間にダイオード１１と抵抗
１２が接続され、またダイオード１１と抵抗１２
の接続点にコイル１３を介して圧電素子８が接続
され、またダイオード１１と抵抗１２の接続点と
励振電圧入力端子５の間に、ダイオード１１と逆
向きにダイオード１４が接続されている。

この装置では、抵抗７の代りにコイル１３が接
続されているため、第９図ａに示すように駆動信
号が入力されると、充電電流は第９図ｂに示すよ
うにコイル１３によつて徐々に上昇して下降する
ため、充電電流が制限され、電流が約２〜4A位
に減少する。従つて、充放電電流が減少するの
で、トランジスタ４，６は容量が小さくてもす
み、また抵抗７がなくなるので、不要な発熱も減
少するという利点がある。さらに、放電電流の一
部がダイオード１４を介して励振電圧入力端子５
から電源に回生されるので、消費電力が少なくな
るという利点がある。

〔考案が解決しようとする問題点〕

しかしながら、充電電流が制限されるため、第
９図ｃに示すように圧電素子８の充電電圧もなだ
らかになり、さらに第９図ｄに示すように励振機
構９の拡大フレーム先端の変位もなだらかにな
る。即ち、圧電素子８に直列にコイル１３を接続
し、過渡現象時に発生する周波数が励振機構９の
拡大フレームの固有振動数に等しくなるようにコ
イル１３のＬの値を選定し、コイル１３と圧電素
子８によるLCの直列回路で圧電素子８を充電す
ると、第９図ｃのようにゆるやかに充電され、圧
電素子８はゆるやかに変位する。その結果、第９
図ｄに示すように拡大フレームの先端変位が減少
（約80％）し、先端変位の遅れの増大（約150％）
による先端変位を動作する時間が増大する。

これに対して、第１０図に示すようにコイル１
３と圧電素子８によるLCの周波数が拡大フレー
ムの固有振動の２倍になるようにコイル１３のＬ
の値を選定すると、第１０図ａの駆動信号に対し
て、第１０図ｂの充電電流周期は1/2倍となり、
第１０図ｃに示すように圧電素子８は急速に充放
電される。そのため、拡大フレームの先端変位の
応答は早くなるが（第７図の115％）、第１０図ｄ
に示すように拡大フレームの変位量はさらに小さ
くなる（第７図の約73％）。従つて励振機構９の、
拡大フレームの先端の変位が減少するため、プラ
テンとワイヤ先端の距離を短くする必要がある。

そのため、キヤリツジが左右に動く際、非印字
時でもワイヤの先端がリボンをこすつてしまい、
紙を汚すという問題があり、さらにキヤリツジを
左右に動かすガイドとプラテンの平行度の精度を
上げなくてはならなくなり、装置のコストが上が
るという問題がある。また、拡大フレームの先端
の変位が減少により、インパクト力も減少し、重
ねてコピーする枚数が減少するという問題があつ
た。

［問題点を解決するための手段］ 本考案は、上記問題点を解決するために、マイ
クロコンピユータから駆動信号及び制御信号を予
め決められたタイミングでスイツチング装置に入
力し、該スイツチング装置をオン、オフすること
により、Ｂ−Ｈ曲線において非飽和領域が急峻
で、飽和領域の広いコア入りコイルを介して圧電
アクチユエータに励振電圧を印加することを特徴
とする。

〔作用〕

本考案によれば、Ｂ−Ｈ曲線において非飽和領
域が急峻で、飽和領域の広い鉄心入りコイルを使
用することにより、圧電素子の電圧をすばやく立
上げ、しばらくその電位を保ち、その後に立ち上
げるような台形状の波形になるように充放電を行
うことができ、それにより拡大フレームの先端の
変位の速度が早く、変位量を大きくすることがで
きる。

〔実施例〕

第１図は、本考案の１実施例の圧電アクチユエ
ータ励振駆動装置のブロツク図で、マイクロコン
ピユータ１５の駆動信号及び制動信号の信号線１
６，１７はスイツチング装置１８に接続され、ま
た励振電源１９はスイツチング装置１８に接続さ
れ、またスイツチング装置１８の出力線２０及び
入力線２１はフエライトコア２２と鉄心（フエラ
イト）２３を使用したコア入りコイル２４を介し
て圧電機構２６に接続され、また圧電素子２５は
励振機構２６に接続されている。

第２図は、フエライトコア２２及び鉄心２３を
使用した第１図のコア入りコイル２４（以下コイ
ルという）のＢ−Ｈ曲線で、曲線Ａ，Ｂ，Ｃはコ
イル２４のフエライトコア２２と鉄心２３のエア
ギヤツプが30μ、50μ、100μにおける曲線を示し
たおり、曲線Ａ，Ｂ，Ｃはそれぞれ非飽和領域で
急峻に立ち上がり、飽和領域でゆるやかな曲線と
なつている。

また第３図は、第１図のフエライトコア入りコ
イルのＢ−Ｈ曲線説明図で、区間，は非飽和
領域、区間，は飽和領域である。

次に、本実施例の動作を第４図及び第５図の波
形図により説明する。まず、第１図の圧電アクチ
ユエータ励振駆動装置において、マイクロコンピ
ユータ１５から信号線１６を介してスイツチング
装置１８にある一定のレベルの駆動信号を入力し
た場合、充電電流Ｉ、圧電素子２５の電圧Vc、
コイル２４の電圧V_Lは第４図ｂ，ｃ，ｄで示さ
れる。これらの波形で、圧電素子２５の電圧Vc
の周期を励振機構２６の拡大フレームの固有振動
数の周期より短くすると、拡大フレームの先端の
変位は応答が早くなるが、先端の変位量がすくな
くなることは前述の通りである。

そこで、圧電素子２５の電圧Vcをすばやく立
ち上げ、しばらくその電位を保ち、その後立ち下
げるようにした台形状の電圧を作り出せば、励振
機構の拡大フレームの応答速度を早くし、先端の
変位量を大きく取ることができる。この電圧Vc
の波形をコイル２４のＬの飽和を用いて実現す
る。

第５図は、第３図のＢ−Ｈ曲線を持つフエライ
トコアのコイルによつて、圧電素子２５に台形の
電圧を印加する状態の各部の波形図で、第４図と
同様に第５図ａは駆動信号波形、第５図ｂは充電
電流波形、第５図ｃは圧電素子２５の電圧波形、
第５図ｄはコイル２４の電圧である。まず、第３
図のＢ−Ｈ曲線において、区間では充電電流が
少しずつ増加して、第５図ｄに示すようにコイル
２４は徐々に飽和する。区間でコイル２４のＬ
が飽和すると、発生する逆起電圧は非飽和時に比
べて小さくなり、充電電流は急速に増加する。こ
の充電電流の増加により、第５図ｃに示すように
圧電素子２５は急速に充電され、その結果、第５
図ｂに示すように充電電流は減少する。この充電
電流の減少によりコイル２４に励振電源１９の電
圧と同方向の逆起電圧が発生し、電流電圧以上の
電圧で圧電素子２５を充電する。そして、さらに
充電電流が減少し、飽和の状態から回復する。区
間で非飽和の状態に戻り、微少な電流で充電が
続き、やがて圧電素子２５は放電へと転じ、圧電
素子２５の充電電流は信号線２０を介して励振電
源１９へ回生される。この時、区間に比べて区
間は殆ど圧電素子２５の電圧Vcに変化がない。
この後、充電電流Ｉは回生方向で増加し、コイル
２４のＬは再び飽和に至る。区間では、区間
と同じように急速に充電電流が増加し、放電が終
了すると、再び飽和状態から回復する。

なお、区間，のVcの傾き（即ち充電電流
Ｉの最大値）及び飽和／非飽和の状態変化はコイ
ル２４のコア２２、鉄心２３のＢ−Ｈ曲線により
決定する。そして、区間〜の時間が励振機構
２６の拡大フレームの固有励振数の同期と一致す
るようにコイル２４を設計する。

本実施例は、このようにＢ−Ｈ曲線において非
飽和領域が急峻で、飽和領域の広い鉄心入りコイ
ル２４を使用することにより、圧電素子の電圧を
すばやく立上げ、しばらくその電位を保ち、その
後に立ち下げるような台形状の波形になるように
圧電素子２５の拡大フレームの先端の変位の速度
を早くすることができ、また、変位量を大きくす
ることができる。

〔考案の効果〕

以上の説明から明らかなように、本考案は、Ｂ
−Ｈ曲線において非飽和領域が急峻で、飽和領域
の広いコア入りコイルを使用することにより、圧
電素子の電圧をすばやく立上げ、しばらくその電
位を保ち、その後に立ち下げるような台形状の波
形になるように充放電を行うことができるので、
拡大フレームの先端の変位の応答遅れがなく、ま
た先端の変位量を大きくすることができ、従つて
プラテンとワイヤ先端の距離を長くすることがで
き、従来例のように非印字時にワイヤの先端でリ
ボンをこするようなことがなく、またキヤリツジ
のガイドとプラテンの平行度の精度を上げる必要
がなく、コストが安くなる。また、拡大フレーム
の変位量が増加することによりインパクトが増加
し、コピーの枚数も増加し、さらに応答が速くな
るので、プリンタの印字速度が速くなるという利
点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の１実施例の圧電アクチユエー
タ励振駆動装置のブロツク図、第２図は第１図の
装置のコイルのコアと鉄心のギヤツプとＢ−Ｈ曲
線の関係を示した図、第３図は第１図のコイルの
コアのＢ−Ｈ曲線を示した図、第４図は第１図の
装置の各部の波形図で、ａは駆動信号、ｂは充電
電流、ｃは圧電素子の電圧、ｄはコイル電圧をそ
れぞれ示した図、第５図は第３図の特性のコイル
を使用した第１図の装置の各部の波形図で、ａは
駆動信号、ｂは充電電流、ｃは圧電素子の電圧、
ｄはコイル電圧をそれぞれ示した図、第６図は従
来の圧電アクチユエータ励振駆動装置の回路図、
第７図は第６図の回路の各部の波形図で、ａは駆
動信号、ｂは充電電流、ｃは圧電素子の電圧、ｄ
は拡大フレームの先端変位をそれぞれ示した図、
第８図は従来の圧電アクチユエータ励振駆動装置
の回路図、第９図は第８図の回路の各部の波形図
で、ａは駆動信号、ｂは充電電流、ｃは圧電素子
の電圧、ｄは拡大フレームの先端変位をそれぞれ
示した図、第１０図は第８図の回路で条件を変更
した場合の各部の波形図で、ａは駆動信号、ｂは
充電電流、ｃは圧電素子の電圧、ｄは拡大フレー
ムの先端変位をそれぞれ示した図である。 １５……マイクロコンピユータ、１６，１７…
…信号線、１８……スイツチング装置、１９……
励振電源、２０……出力線、２１……入力線、２
２……フエライトコア、２３……鉄心、２４……
コア入りコイル、２５……圧電素子、２６……励
振機構。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. マイクロコンピユータから駆動信号及び制動信
   号を予め決められたタイミングでスイツチング装
   置に入力し、該スイツチング装置をオン、オフす
   ることにより、Ｂ−Ｈ曲線において非飽和領域が
   急峻で、飽和領域の広いコア入りコイルを介して
   圧電アクチユエータに励振電圧を印加することを
   特徴とする圧電アクチユエータ励振駆動装置。