JPH0471858A - Driving device of piezoelectric element - Google Patents

Driving device of piezoelectric element

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JPH0471858A
JPH0471858A JP2186260A JP18626090A JPH0471858A JP H0471858 A JPH0471858 A JP H0471858A JP 2186260 A JP2186260 A JP 2186260A JP 18626090 A JP18626090 A JP 18626090A JP H0471858 A JPH0471858 A JP H0471858A
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piezoelectric element
coil
transistor
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accumulated
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Atsuo Sakaida
惇夫 坂井田
Yoshibumi Suzuki
義文 鈴木
Yoshiyuki Ikezaki
由幸 池崎
Akira Iriguchi
明 入口
Masashi Suzuki
正史 鈴木
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Abstract

PURPOSE:To realize low power consumption and low heating and besides to prevent needless displacement of a piezoelectric element by a method wherein electric charges accumulated in the piezoelectric element are effectively returned to a power source, and the electric charges remaining in the piezoelectric element are effectively released in non-excitation. CONSTITUTION:In the case where, for instance, the invention is applied to a driving circuit of a piezoelectric actuator of a dot printer, a circuit as given in the figure is formed, a control circuit 55 intercepts a transistor (Tr)2 by indication of drive, and makes Tr1 conduct. After accumulating enough charges in a piezoelectric element P, Tr1 is intercepted, and Tr3 is made to conduct. A current made to flow to a coil 53 is damped, the stand by Tr3 is intercepted for displacement time necessary for printing, and Tr2 is made to conduct. Though charges accumulated in the element P flow through a closed loop, consumption as heat hardly exists. All electric energy accumulated in the element P is accumulated in a coil L as magnetic energy adjacent to the coil 53 after specific time. When Tr2 is intercepted at this instant, all the accumulated electric energy is returned to a dc power source 51 via a diode D1 by action of the coil 53.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野コ 本発明は圧電素子の駆動装置に関し、更に詳細には低消
費電力、低発熱、低コストを実現し得る圧電素子の駆動
装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a drive device for a piezoelectric element, and more particularly to a drive device for a piezoelectric element that can realize low power consumption, low heat generation, and low cost.

[従来の技術] 圧電素子はコイルとともに充電及び放電を繰り返しつつ
所定の周波数で共振し得るものである。
[Prior Art] A piezoelectric element can resonate at a predetermined frequency while repeating charging and discharging together with a coil.

しかしプリンタにおける印字ワイヤの駆動に用いる場合
など、−回の変位における変位状態を所定の時間維持す
ることを必要とする場合もある。この様な場合の駆動装
置として、例えば特開昭63130357号公報に示さ
れる装置が公知である。
However, in some cases, such as when used to drive a print wire in a printer, it is necessary to maintain the displacement state of - times of displacement for a predetermined period of time. As a drive device in such a case, for example, a device disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 63130357 is known.

この装置は、第5図の様に構成される。即ち圧電素子1
02には、スイッチングトランジスタ103のエミッタ
ーコレクタ間を介して電源101の電源端子に接続され
る。このスイッチングトランジスタ103は駆動信号V
2が入力された場合に圧電素子102に電源電圧を印加
する。またこの圧電素子102にはダイオード110が
前記スイッチングトランジスタ103がオン状態におい
て逆方向に電圧がかかる向きに並列接続されている。さ
らに前記圧電素子102の非アース側端子には、コイル
105の一端が接続され、更にこのコイル105の他端
は、ダイオード109を介して前記電源101の電源端
子に接続されている。
This device is constructed as shown in FIG. That is, piezoelectric element 1
02 is connected to the power supply terminal of the power supply 101 via the emitter-collector of the switching transistor 103. This switching transistor 103 has a drive signal V
2 is input, a power supply voltage is applied to the piezoelectric element 102. Further, a diode 110 is connected in parallel to the piezoelectric element 102 in such a direction that a voltage is applied in the opposite direction when the switching transistor 103 is in an on state. Further, one end of a coil 105 is connected to the non-ground terminal of the piezoelectric element 102, and the other end of the coil 105 is connected to a power terminal of the power source 101 via a diode 109.

このダイオード109は、前記圧電素子102から電源
端子側にのみ電流を流す向きとなっている。
This diode 109 is oriented to allow current to flow only from the piezoelectric element 102 to the power supply terminal side.

前記ダイオード109とコイル105の接続線は、スイ
ッチングトランジスタ106のコレクタに接続されてい
る。このスイッチングトランジスタのエミッタはアース
に接続され、ベースはスイッチングトランジスタ108
のコレクタに接続されている。このスイッチングトラン
ジスタ108のエミッタは抵抗を介して圧電素子102
の非アース側端子に接続されている。前記スイッチング
トランジスタ108のエミッタはスイッチングトランジ
スタ107のコレクタに接続され、エミッタはアースに
接続されている。またこのスイッチングトランジスタ1
07のベースは解除信号■3が入力されている。
A connecting line between the diode 109 and the coil 105 is connected to the collector of the switching transistor 106. The emitter of this switching transistor is connected to ground, and the base of the switching transistor 108
connected to the collector. The emitter of this switching transistor 108 is connected to the piezoelectric element 102 via a resistor.
connected to the non-ground terminal of the The emitter of the switching transistor 108 is connected to the collector of the switching transistor 107, and the emitter is connected to ground. Also, this switching transistor 1
The release signal ■3 is input to the base of 07.

以上の様な装置において、駆動信号v2がノ\イとなる
と、スイッチングトランジスタ103が導通状態となる
。すると前記電源端子からの電荷は、スイッチングトラ
ンジスタ103を介して圧電素子102に充電され、圧
電素子102が変位する。
In the device as described above, when the drive signal v2 becomes negative, the switching transistor 103 becomes conductive. Then, the electric charge from the power supply terminal is charged to the piezoelectric element 102 via the switching transistor 103, and the piezoelectric element 102 is displaced.

圧電素子102の変位を解除するときは前記駆動信号V
2をロウとするとともに前記解除信号V3をハイとする
。すると新たな電荷の供給か遮断されるとともに、前記
スイッチングトランジスタ107が導通となる。すると
スイッチングトランジスタ108のベース電圧がOvと
なる。一方スイツチングトランジスタ108のエミッタ
は前記充電状態にある圧電素子に接続されているため所
定の電圧がかかっている。そのためスイッチングトラン
ジスタ108のベース−エミッタ間に所定の電圧がかか
りスイッチングトランジスタ108が導通状態となる。
When canceling the displacement of the piezoelectric element 102, the drive signal V
2 is set low, and the release signal V3 is set high. Then, the supply of new charge is cut off, and the switching transistor 107 becomes conductive. Then, the base voltage of the switching transistor 108 becomes Ov. On the other hand, since the emitter of the switching transistor 108 is connected to the charged piezoelectric element, a predetermined voltage is applied thereto. Therefore, a predetermined voltage is applied between the base and emitter of the switching transistor 108, and the switching transistor 108 becomes conductive.

従って、スイッチングトランジスタ106のベースに前
記圧電素子102の端子電圧と同等の電圧がかかり、ス
イッチングトランジスタ106か導通状態となる。従っ
て圧電素子102(ここではコンデンサと等価)とコイ
ル105が直列に並ぶ共振回路を構成することになる。
Therefore, a voltage equivalent to the terminal voltage of the piezoelectric element 102 is applied to the base of the switching transistor 106, and the switching transistor 106 becomes conductive. Therefore, the piezoelectric element 102 (here equivalent to a capacitor) and the coil 105 form a resonant circuit arranged in series.

そのためコイル105に流れる電流及び電圧はコイル1
05のインダクタンス及び圧電素子102のキャパシタ
ンスによって決まる所定の周期の正弦波となり、その位
相差は回路内の純抵抗成分を無視すれば90度となる。
Therefore, the current and voltage flowing through coil 105 are
It becomes a sine wave with a predetermined period determined by the inductance of the piezoelectric element 102 and the capacitance of the piezoelectric element 102, and its phase difference is 90 degrees if the pure resistance component in the circuit is ignored.

またこのとき回路内に純抵抗がほとんどないため回路内
の損失はない。このようにコイル105にかかる電圧は
正弦波状となるので、解除信号がハイとなった後、前記
周期の4分の1の時間が経過すると前記コイルにかかる
電圧が零となる。このとき前記スイッチングトランジス
タ108のエミッタがOVとなるため、該スイッチング
トランジスタ108かオフとなり、同時にスイッチング
トランジスタ106もオフとなる。するとコイル105
に蓄積された電流はすべてダイオード109を介して電
源に流れ込む。このため放電した電荷を熱消失すること
がなく、低発熱、低消費電力を実現する。
Also, at this time, there is almost no pure resistance in the circuit, so there is no loss in the circuit. Since the voltage applied to the coil 105 is sinusoidal in this way, the voltage applied to the coil becomes zero when a quarter of the period has elapsed after the release signal becomes high. At this time, since the emitter of the switching transistor 108 becomes OV, the switching transistor 108 is turned off, and at the same time, the switching transistor 106 is also turned off. Then coil 105
All of the current accumulated in the diode 109 flows into the power supply. Therefore, the discharged charges are not dissipated by heat, achieving low heat generation and low power consumption.

[発明が解決しようとする課題] このような圧電素子には所定の負荷が接続されるが、こ
のような負荷は比較的大きな質量を有する。またこのよ
うな圧電素子は板ばねの様な弾性部材により、変位を解
除する方向に付勢されている。また圧電素子は引っ張り
方向の応力に弱いため、励起を解除して伸縮させるとき
には可動子か圧電素子と機械的に切り放される構成した
ものもある。このため励起を解除すると、圧電素子の伸
縮の後微小時間遅れて可動子か板ばねにより戻る。
[Problems to be Solved by the Invention] A predetermined load is connected to such a piezoelectric element, and such a load has a relatively large mass. Further, such a piezoelectric element is biased in a direction to release the displacement by an elastic member such as a leaf spring. Furthermore, since the piezoelectric element is susceptible to stress in the tensile direction, some devices are constructed so that the movable element or the piezoelectric element is mechanically separated when the excitation is released and the piezoelectric element is expanded or contracted. Therefore, when the excitation is released, the movable element returns due to the leaf spring after a minute delay after the piezoelectric element expands and contracts.

このため励起解除後の微小時間後に前記圧電素子に可動
子が衝突し、圧電素子の電極に電荷が励起される。
Therefore, the movable element collides with the piezoelectric element a short time after the excitation is released, and charges are excited in the electrodes of the piezoelectric element.

しかしながら上記の如く構成した駆動装置を用いると、
前記圧電素子の両端子はスイッチングトランジスタ6が
オフとなるために電気的に遮断状態となっている。この
ため前記両端子に生じた電荷は前記圧電素子に蓄積され
る。従って、この蓄積された電荷により圧電素子にわず
かな変位が生じる。このため例えば圧電素子をプリンタ
における印字ワイヤの駆動機構に用いた場合等では、印
字ワイヤがわずかに突出した状態となり、印字リボン送
りに支障をきたす等の問題点が生じた。
However, when using the drive device configured as above,
Both terminals of the piezoelectric element are electrically cut off because the switching transistor 6 is turned off. Therefore, charges generated at both terminals are accumulated in the piezoelectric element. Therefore, this accumulated charge causes a slight displacement in the piezoelectric element. For this reason, for example, when a piezoelectric element is used in a printing wire drive mechanism in a printer, the printing wire becomes slightly protruded, causing problems such as interfering with printing ribbon feeding.

本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、
その目的は圧電素子に蓄積された電荷を効果的に電源に
帰還させ、低消費電力、低発熱を実現するとともに、非
励起時に圧電素子に残留する電荷を効果的に逃すことに
より、圧電素子の不要な変位を防止することである。
The present invention has been made to solve the above problems,
The purpose of this is to effectively return the electric charge accumulated in the piezoelectric element to the power supply to achieve low power consumption and low heat generation, and to effectively release the electric charge that remains in the piezoelectric element when not excited. The purpose is to prevent unnecessary displacement.

[課題を解決するための手段] 上記目的を達成するために本発明は、一方の端子Aが圧
電素子の端子Bに電気的に接続されるとともに、他方の
端子Cが電源と電気的に接続されたコイルと、該コイル
の端子Cと前記圧電素子の他方の端子りと電気的に接続
して前記圧電素子と前記コイルとで共振回路を構成する
スイッチ手段と、前記圧電素子の変位の解除が指示され
た場合に、スイッチ手段を導通させ、所定時間が経過し
た後、前記スイッチ手段を遮断する制御手段とを備える
ことを特徴とする。
[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, the present invention provides a method in which one terminal A is electrically connected to a terminal B of a piezoelectric element, and the other terminal C is electrically connected to a power source. a coil electrically connected to a terminal C of the coil and the other terminal of the piezoelectric element to configure a resonant circuit with the piezoelectric element and the coil; and release of displacement of the piezoelectric element. The present invention is characterized in that it includes a control means that turns on the switch means when instructed to do so, and shuts off the switch means after a predetermined period of time has elapsed.

[作用] 上記構成を有する本発明において、圧電素子を変位させ
る場合は、前記制御手段により第1のスイッチ手段を導
通させる。すると該第1のスイ・ソチ手段を介して電源
より電荷が圧電素子に流入し、圧電素子が変位する。こ
の導通時間は最低前記圧電素子に十分な電荷が蓄積され
るまで行われる。
[Operation] In the present invention having the above configuration, when the piezoelectric element is to be displaced, the first switch means is made conductive by the control means. Then, charge flows from the power supply into the piezoelectric element through the first switching means, and the piezoelectric element is displaced. This conduction time is continued until at least sufficient charge is accumulated in the piezoelectric element.

一方この圧電素子の変位を解除する場合は、前記第1の
スイッチ手段を遮断された状態で前記制御手段により前
記第2のスイ・ソチ手段を導通状態とする。この状態に
おいて前記圧電素子と前記コイルは共振回路を構成し、
前記圧電素子に蓄積されていた電荷は、コイルを介して
流出及び圧電素子に対する再蓄積を繰り返す。前記電荷
かコイル中を流れている状態時まで待機し、その後、第
2のスイッチ手段が導通した後所定の時間が経過したこ
とが示されると前記制御手段は第2のスイ・ソチ手段を
遮断する。すると前記コイルを流れる電流は、前記電源
に流入する。
On the other hand, when the displacement of the piezoelectric element is to be canceled, the second switch means is brought into conduction by the control means while the first switch means is cut off. In this state, the piezoelectric element and the coil constitute a resonant circuit,
The charge stored in the piezoelectric element repeatedly flows out through the coil and is stored again in the piezoelectric element. The control means waits until the electric charge is flowing through the coil, and then, when it is indicated that a predetermined period of time has elapsed after the second switch means is turned on, the control means cuts off the second switching means. do. The current flowing through the coil then flows into the power source.

[実施例] 以下、本発明を、インパクト型ド・ソトブリンク用印字
ヘッドの印字ワイヤを駆動する圧電型アクチュエータの
駆動源である圧電素子の駆動回路に適用した場合におけ
る実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
[Example] Hereinafter, an example in which the present invention is applied to a drive circuit for a piezoelectric element that is a drive source of a piezoelectric actuator that drives a print wire of a print head for an impact-type de-sotoblink will be described in detail based on the drawings. Explain.

圧電型アクチュエータは多数の第1図に示す圧電素子P
が一直線方向に沿って積層されて成る積層圧電素子10
を備えている。積層圧電素子10は、第2図に示す様に
各々が積層圧電素子10と平行に延び、かつ積層圧電素
子10を中心として積層方向と直角な方向に並ぶ2つの
フレーム12゜14に支持されている。
A piezoelectric actuator consists of a large number of piezoelectric elements P shown in FIG.
Laminated piezoelectric element 10 made up of layers laminated along a straight line direction
It is equipped with As shown in FIG. 2, the laminated piezoelectric element 10 is supported by two frames 12.degree. There is.

積層圧電素子10の両端面にはそれぞれ共に直方体状を
成す可動子16と温度補償材18とが固着されている。
A movable member 16 and a temperature compensating member 18, each having a rectangular parallelepiped shape, are fixed to both end faces of the laminated piezoelectric element 10, respectively.

可動子16の積層方向に平行な一側面が、互いに重ね合
わせられた一対の板ばね20.22を介してフレーム1
2の面24に対向させられ、また、温度補償材18の積
層圧電素子10との固着面とは反対側の背面が、フレー
ム12の面26に対向させられている。可動子16と板
ばね20、及び板ばね22とフレーム12の面24はそ
れぞれ互いに固着されているが、板ばね20.22同志
はそれらの面に沿って摺動可能に接触させられている。
One side surface of the mover 16 parallel to the stacking direction is connected to the frame 1 through a pair of leaf springs 20 and 22 that are stacked on top of each other.
2, and the back surface of the temperature compensating material 18 opposite to the surface to which the laminated piezoelectric element 10 is fixed is opposed to the surface 26 of the frame 12. The movable element 16 and the leaf spring 20, and the leaf spring 22 and the surface 24 of the frame 12 are respectively fixed to each other, but the leaf springs 20, 22 are brought into sliding contact along these surfaces.

また、フレーム12には、温度補償材18に接触してそ
れを可動子16に接近させるピン28が固定されている
。これにより、積層圧電素子10は、積層方向に僅かな
圧縮力が残る状態でフレーム12.14に取付けられて
いる。従って、積層圧電素子10に電圧が印加されて積
層圧電素子10が積層方向に延びれば、板ばね20か板
ばね22に対して相対的に正方向(図において上方)へ
移動し、一方、積層圧電素子10から電圧が除去されて
積層圧電素子10か縮めば、板ばね20が板ばね22に
対して逆方向へ移動することとなる。
Further, a pin 28 is fixed to the frame 12 to contact the temperature compensation material 18 and bring it closer to the movable element 16. Thereby, the laminated piezoelectric element 10 is attached to the frame 12.14 with a slight compressive force remaining in the lamination direction. Therefore, when a voltage is applied to the laminated piezoelectric element 10 and the laminated piezoelectric element 10 extends in the lamination direction, it moves in the positive direction (upward in the figure) relative to the leaf spring 20 or the leaf spring 22, and on the other hand, When the voltage is removed from the laminated piezoelectric element 10 and the laminated piezoelectric element 10 contracts, the leaf spring 20 moves in the opposite direction to the leaf spring 22.

尚、積層圧電素子10から完全に電圧が除去されても、
積層圧電素子10に正方向の残留歪が残り、しかも、こ
の残留歪は積層圧電素子10の温度が高い程小さくなる
。そのため、積層圧電素子10に印加される電圧の大き
さが一定に制御され、積層圧電素子10の変位量が一定
に制御されても、温度が高い場合には積層圧電素子10
の最大変位位置が正規位置に到達し得ず、温度が高い程
正規位置と最大変位位置との間に残る未到達距離が増大
する。このような事態の発生を回避するために前記温度
補償材18が設けられている。温度補償材18は、それ
の温度が高い程大きく膨張するものとされ、この温度補
償材18が、積層圧電素子10の変位方向に直列に配置
されている。つまり、積層圧電素子10の未到達距離を
、温度補償材18の膨張長さで補償することにより、温
度変化に起因して積層圧電素子10の最大変位位置が変
動することがないようにされているのである。
Note that even if the voltage is completely removed from the laminated piezoelectric element 10,
A residual strain in the positive direction remains in the laminated piezoelectric element 10, and this residual strain becomes smaller as the temperature of the laminated piezoelectric element 10 increases. Therefore, even if the magnitude of the voltage applied to the laminated piezoelectric element 10 is controlled to be constant and the amount of displacement of the laminated piezoelectric element 10 is controlled to be constant, if the temperature is high, the laminated piezoelectric element 10
The maximum displacement position cannot reach the normal position, and the higher the temperature, the greater the unreached distance remaining between the normal position and the maximum displacement position. The temperature compensating material 18 is provided to avoid such a situation. The temperature compensating material 18 expands more as its temperature increases, and the temperature compensating material 18 is arranged in series in the direction of displacement of the laminated piezoelectric element 10. In other words, by compensating for the unreached distance of the laminated piezoelectric element 10 with the expansion length of the temperature compensating material 18, the maximum displacement position of the laminated piezoelectric element 10 is prevented from changing due to temperature changes. There is.

前記フレーム14は積層圧電素子10より長い長手形状
を成す弾性変型可能な板材で構成されており、フレーム
14はフレーム12の温度補償材18に近接する部分と
可動子16とを連結している。フレーム14の機能は後
に説明する。
The frame 14 is made of an elastically deformable plate having a longitudinal shape longer than the laminated piezoelectric element 10, and connects a portion of the frame 12 close to the temperature compensation material 18 and the movable element 16. The function of frame 14 will be explained later.

一対の板ばね20,22の積層圧電素子10の側の端部
とは反対側の端部(図において上側の端部)に、直線的
に延びる溝32を有する保持部材34が嵌合されている
。溝32の幅は板ばね20゜22の板厚の和より大きく
されるとともに、各板ばね20.22とそれに対向する
溝32の側面とが互いに固着されている。保持部材34
からはアーム36か延び出させられており、このアーム
36の先端に印字ワイヤ38が固定されている。この印
字ワイヤ38は印字リボンを介して印字用紙に対向させ
られている。
A holding member 34 having a groove 32 extending linearly is fitted to the end of the pair of leaf springs 20 and 22 opposite to the end on the side of the laminated piezoelectric element 10 (the upper end in the figure). There is. The width of the groove 32 is made larger than the sum of the plate thicknesses of the leaf springs 20.22, and each leaf spring 20.22 and the side surface of the groove 32 facing the leaf spring 20.22 are fixed to each other. Holding member 34
An arm 36 extends out from the holder, and a printing wire 38 is fixed to the tip of the arm 36. This printing wire 38 is opposed to the printing paper via a printing ribbon.

従って、積層圧電素子10が延びて板ばね20が板ばね
22に対して相対的に上方へ滑り、保持部材34が図に
おいて溝32の中心線をほぼ中心として反時計方向に回
動させられると、印字ワイヤ38が印字リボンを介して
印字用紙に押し付けられ、印字用紙上にドツトが印刷さ
れる。この状態から積層圧電素子10が縮めば、保持部
材34が時計方向に回動させられる結果、印字ワイヤ3
8が非作用位置に復帰する。印字ワイヤ38の非作用位
置は、フレーム14に固定の低反発性ゴム製ストッパ4
0にアーム36が当接することによって規定される。
Therefore, when the laminated piezoelectric element 10 is extended and the leaf spring 20 slides upward relative to the leaf spring 22, and the holding member 34 is rotated counterclockwise approximately about the center line of the groove 32 in the figure. , the printing wire 38 is pressed against the printing paper via the printing ribbon, and dots are printed on the printing paper. When the laminated piezoelectric element 10 contracts from this state, the holding member 34 is rotated clockwise, and as a result, the printing wire 3
8 returns to the non-active position. The non-active position of the printing wire 38 is located at a low-repulsion rubber stopper 4 fixed to the frame 14.
It is defined by the arm 36 coming into contact with 0.

以上の説明から明らかなように、圧電型アクチュ゛エー
タは、積層圧電素子10の変位を一対の板ばね20,2
2、保持部材34及びアーム36によって拡大して印字
ワイヤ38に伝達するものなのである。
As is clear from the above description, the piezoelectric actuator uses a pair of leaf springs 20, 2 to control the displacement of the laminated piezoelectric element 10.
2, it is expanded by the holding member 34 and arm 36 and transmitted to the printing wire 38.

尚、印字ワイヤ38が印字用紙に押し付けられれば、可
動子16に、可動子16をそれの中心部をほぼ中心とし
て図において反時計方向に回動させる向きのモーメント
が生し、積層圧電素子10が積層方向と交差する方向に
屈曲させられるおそれがある。しかし、本実施例におい
ては、積層圧電素子10が延びれば、それに応じてフレ
ーム14が弾性的に延びる結果、可動子16にそれを時
計方向に回動させる向きのモーメントが生ずるから、互
いに逆向きのモーメントが相殺することとなり、積層圧
電素子10が屈曲することなく直線的に伸縮することが
可能となっている。
Note that when the printing wire 38 is pressed against the printing paper, a moment is generated in the movable element 16 in a direction that causes the movable element 16 to rotate counterclockwise in the figure approximately around its center, and the laminated piezoelectric element 10 may be bent in a direction that intersects with the stacking direction. However, in this embodiment, when the laminated piezoelectric element 10 extends, the frame 14 elastically extends accordingly, and as a result, a moment is generated in the movable element 16 in the direction of rotating it clockwise. The directional moments cancel each other out, making it possible for the laminated piezoelectric element 10 to expand and contract linearly without bending.

次に、積層圧電素子10の駆動回路を第1図に示す。こ
の実施例においては、出力電圧Eの直流電源51、トラ
ンジスタT r 1 、コイル53及び圧電素子Pが順
次直列に接続され、直流電源51の負極側と圧電素子P
の負極となるべき電極側とが接地されている。トランジ
スタTrlの順方向は直流電源51の正極側から圧電素
子Pの正極となるべき電極側に向かう順方向(以下、回
路の順方向という)とされている。
Next, a drive circuit for the laminated piezoelectric element 10 is shown in FIG. In this embodiment, a DC power supply 51 with an output voltage E, a transistor T r 1 , a coil 53 and a piezoelectric element P are connected in series, and the negative electrode side of the DC power supply 51 and the piezoelectric element P
The electrode side that should serve as the negative electrode is grounded. The forward direction of the transistor Trl is the forward direction from the positive electrode side of the DC power supply 51 to the electrode side that should become the positive electrode of the piezoelectric element P (hereinafter referred to as the forward direction of the circuit).

さらに、トランジスタTrlとコイル53の接続点はト
ランジスタTr2を経て接地されている。
Furthermore, the connection point between the transistor Trl and the coil 53 is grounded via the transistor Tr2.

トランジスタTr2の順方向はトランジスタTr1とコ
イル53の接続点から接地点に向かう方向とされている
。トランジスタTri、Tr2にはそれぞれダイオード
DI、D2か並列に接続されており、それぞれのダイオ
ードDI、D2の順方向はそれぞれのダイオードが並列
に接続されているトランジスタの順方向と逆方向とされ
ている。
The forward direction of the transistor Tr2 is the direction from the connection point between the transistor Tr1 and the coil 53 toward the ground point. Diodes DI and D2 are connected in parallel to transistors Tri and Tr2, respectively, and the forward direction of each diode DI and D2 is opposite to the forward direction of the transistor to which each diode is connected in parallel. .

そして、直流電源51の正極側と圧電素子Pの正極とな
るべき電極側とはダイオードD3で接続されており、そ
のダイオードD3の順方向は回路の順方向と逆方向とな
っている。またダイオードD3と逆方向にトランジスタ
Tr3が接続されている。また、圧電素子Pには並列に
ダイオードD4が接続されており、その順方向は圧電素
子Pの負極となるべき電極側から正極となるべき電極側
に向かう順方向とされている。尚、積層圧電素子10を
構成する多数の圧電素子Pは互いに並列に接続されてい
る。
The positive electrode side of the DC power supply 51 and the electrode side of the piezoelectric element P that should become the positive electrode are connected by a diode D3, and the forward direction of the diode D3 is opposite to the forward direction of the circuit. Further, a transistor Tr3 is connected in the opposite direction to the diode D3. Further, a diode D4 is connected in parallel to the piezoelectric element P, and its forward direction is a forward direction from the electrode side of the piezoelectric element P that should be the negative electrode to the electrode side that should be the positive electrode. Note that a large number of piezoelectric elements P constituting the laminated piezoelectric element 10 are connected in parallel to each other.

トランジスタTrl、Tr2.Tr3の遮断状態と導通
状態の切り換えはトランジスタ制御回路55(以下、単
に制御回路55という)によって行われる。この制御回
路55は、同時に本装置を搭載するインパクト型プリン
タの全体の制御をも担うもので、マイクロコンピュータ
より構成される。この制御回路55は、タイマー55a
を内蔵している。
Transistors Trl, Tr2. Switching between the cutoff state and the conduction state of Tr3 is performed by a transistor control circuit 55 (hereinafter simply referred to as control circuit 55). This control circuit 55 is also responsible for the overall control of the impact type printer in which this device is mounted, and is composed of a microcomputer. This control circuit 55 includes a timer 55a
Built-in.

次に制御回路55の制御について説明する。第3図は、
プリンタの所定のドツトを印字するための所定印字素子
の駆動の制御を抜粋して示すフローチャートである。尚
、この制御回路はこのフローチャートに示される制御の
他に、他の印字素子の駆動及び他のプリンタの制御をも
同時に行う。
Next, control of the control circuit 55 will be explained. Figure 3 shows
2 is a flowchart showing an excerpt of the control of driving a predetermined printing element for printing a predetermined dot of the printer. In addition to the control shown in this flowchart, this control circuit simultaneously drives other printing elements and controls other printers.

まず印字素子の駆動が指示されると、制御回路55はト
ランジスタTr2を遮断しくSl)、その直後にトラン
ジスタTriを導通状態とする(S2)。すると直流電
源51で発生した電荷は、トランジスタTrlとコイル
53を介して前記圧電素子Pに流れ込む。従ってこの圧
電素子Pか変位し、この変位は印字ワイヤ38を突出さ
せる。
First, when the printing element is instructed to be driven, the control circuit 55 turns off the transistor Tr2 (S1), and immediately thereafter turns on the transistor Tri (S2). Then, the charge generated by the DC power supply 51 flows into the piezoelectric element P via the transistor Trl and the coil 53. This piezoelectric element P is therefore displaced, and this displacement causes the printing wire 38 to protrude.

この印字ワイヤ38は印字リボンを介してプラテン上に
載置された印字用紙を押打する。
This printing wire 38 presses the printing paper placed on the platen through the printing ribbon.

制御回路51は圧電素子Pに十分な電荷か蓄積されるま
で待機する(S3)。すると、コイル53の作用により
、電流はダイオードD3及びトランジスタTrlを介し
た閉電流ループを流れ続け、コイル53を流れる電流が
保持される。
The control circuit 51 waits until a sufficient charge is accumulated in the piezoelectric element P (S3). Then, due to the action of the coil 53, the current continues to flow through the closed current loop via the diode D3 and the transistor Trl, and the current flowing through the coil 53 is maintained.

そして圧電素子Pに十分に電荷が蓄積された後、前記制
御装置51はトランジスタTrlを遮断するとともにト
ランジスタTr3を導通させる(S4)。すると、前記
コイル53の作用により該コイル53に電流が流れ続け
、その電流は、ダイオードD3.直流電源51.ダイオ
ードD2を介した閉電流ループ内を流れ続け、やがて減
衰する。
After a sufficient charge is accumulated in the piezoelectric element P, the control device 51 turns off the transistor Trl and turns on the transistor Tr3 (S4). Then, a current continues to flow through the coil 53 due to the action of the coil 53, and the current flows through the diode D3. DC power supply 51. It continues to flow in the closed current loop via diode D2 and eventually attenuates.

この間に圧電素子Pによりわずかに電流が消費されるが
、この電流は前記直流電源51からトランジスタTr3
を介して圧電素子Pに供給される。
During this time, a small amount of current is consumed by the piezoelectric element P, but this current is transferred from the DC power supply 51 to the transistor Tr3.
is supplied to the piezoelectric element P via.

つまりこの間前記圧電素子Pの変位は保持されたままと
なる。
That is, during this period, the displacement of the piezoelectric element P remains maintained.

制御回路55はコイル53に流される電流が減衰し、且
つ印字に必要な変位時間の間待機(S5)し、その後前
記制御回路55は、前記トランジスタTr3を遮断する
とともに微少時間おくれで前記トランジスタTr2を導
通させる(S6)。すると圧電素子に蓄積された電荷は
コイル53及びトランジスタTr2を介した閉電流ルー
プを流れる。このときこの閉電流ループ内に純抵抗はほ
とんどないので電気エネルギーの熱消費はほとんどない
。そして前記圧電素子Pに蓄積されていた電荷に起因す
る電気エネルギーは、後述する所定時間の後に、すべて
コイル53近傍の磁気エネルギーとしてコイルしに蓄積
される。
The control circuit 55 waits until the current flowing through the coil 53 is attenuated and the displacement time necessary for printing (S5), and then the control circuit 55 shuts off the transistor Tr3 and turns on the transistor Tr2 after a slight delay. is made conductive (S6). Then, the charge accumulated in the piezoelectric element flows through a closed current loop via the coil 53 and the transistor Tr2. At this time, there is almost no pure resistance in this closed current loop, so there is almost no heat consumption of electrical energy. All of the electrical energy resulting from the charges accumulated in the piezoelectric element P is accumulated in the coil as magnetic energy near the coil 53 after a predetermined period of time to be described later.

そして前記制御回路55は、この瞬間まで待機しくS7
)、前記トランジスタTr2を遮断する(S8)。する
と前記コイル53の作用により前記コイル53の電流が
流れ続けようとするため、この電流はダイオードD1を
介して前記直流電源Eに還元される。つまり前記コイル
しに蓄積された電気エネルギーはすべて直流電源51に
還元される。
Then, the control circuit 55 waits until this moment in step S7.
), the transistor Tr2 is cut off (S8). Then, because the current in the coil 53 tends to continue flowing due to the action of the coil 53, this current is returned to the DC power source E via the diode D1. In other words, all the electrical energy stored in the coil is returned to the DC power source 51.

前述の様にして圧電素子Pに蓄積されている電荷が直流
電源51に還元されるまで待機しくS9)制御回路55
は、前記トランジスタTr2を再び導通状態とする(S
 10)。これは以下に示す理由による。
The control circuit 55 waits until the charge accumulated in the piezoelectric element P is returned to the DC power supply 51 as described above.
makes the transistor Tr2 conductive again (S
10). This is for the reason shown below.

前記圧電素子Pは前記S6の処理により伸縮するが、前
記印字ワイヤは、前記プラテンにおける跳ね返り及び板
ばねの弾性により再び突出位置から退避位置に戻る。こ
のため前記S6より微小時間遅れて圧電素子Pに圧縮応
力がかかる。このため圧電素子Pは僅かに変位し電極に
電荷が生じる。
Although the piezoelectric element P is expanded and contracted by the process of S6, the printing wire returns from the protruding position to the retracted position due to the rebound on the platen and the elasticity of the leaf spring. Therefore, compressive stress is applied to the piezoelectric element P with a minute delay from S6. For this reason, the piezoelectric element P is slightly displaced and a charge is generated on the electrode.

また前記印字他の印字素子Pの駆動時の振動等が圧電素
子Pに伝達され、その振動に起因する応力も圧電素子P
にかかる。このため圧電素子Pには電荷が発生すること
になる。これらの電荷を逃さないと、この電荷は圧電素
子Pに蓄積され、圧電素子Pを変位させ、印字ヘッド面
より印字ワイヤを僅かに突出させた状態とする。そのた
めSIOにおいて圧電素子Pに蓄積された電荷を直流電
源に帰還させるのに十分に時間を経過した後に、前記制
御回路55は前記トランジスタTr2を再び導通状態と
する。このトランジスタTr2は次の印字ワイヤの駆動
時(Sl)まで導通状態とされる。次に87及びS9の
待機時間について説明する。
In addition, vibrations etc. during driving of the printing element P other than the above-mentioned printing are transmitted to the piezoelectric element P, and stress caused by the vibration is also transmitted to the piezoelectric element P.
It takes. Therefore, a charge is generated in the piezoelectric element P. If these charges are not released, they will accumulate in the piezoelectric element P, displacing the piezoelectric element P, and causing the print wire to slightly protrude from the print head surface. Therefore, after sufficient time has elapsed for the charge accumulated in the piezoelectric element P in the SIO to be returned to the DC power supply, the control circuit 55 again turns on the transistor Tr2. This transistor Tr2 is kept conductive until the next printing wire is driven (Sl). Next, the waiting times of 87 and S9 will be explained.

まず、トランジスタTr2を閉じると(時刻t−0)、
圧電素子P(キャパシタンスC)、コイル53及びトラ
ンジスタTr2より成る閉回路が形成され、圧電素子P
に蓄えられている静電エネルギーによって、圧電素子P
よりコイル53に電流が流れる。このトランジスタを閉
じる時刻をt−〇とし、コイル53にトランジスタTr
2側より圧電素子P側に流れる電流をi (t)とすれ
ば、トランジスタTr2などに抵抗成分がないと仮定す
ることによって、前述の閉回路より、キルヒホッフの第
2法則より次式を得ることができる。
First, when transistor Tr2 is closed (time t-0),
A closed circuit consisting of the piezoelectric element P (capacitance C), the coil 53 and the transistor Tr2 is formed, and the piezoelectric element P
Due to the electrostatic energy stored in the piezoelectric element P
A current flows through the coil 53. The time when this transistor is closed is set to t-〇, and the transistor Tr is connected to the coil 53.
If the current flowing from the 2 side to the piezoelectric element P side is i (t), then by assuming that there is no resistance component in the transistor Tr2 etc., the following equation can be obtained from Kirchhoff's second law from the above-mentioned closed circuit. I can do it.

ただし、ここで、Lはコイル53のインダクタンス、C
は圧電素子Pの静電容量を表す。
However, here, L is the inductance of the coil 53, and C
represents the capacitance of the piezoelectric element P.

いま、ここで圧電素子Pの電荷をq (t)とすると、
q (t)は次式となる。
Now, if the charge of the piezoelectric element P is q (t), then
q (t) becomes the following formula.

q(t)−J 1(t)dt        (2)i
(t) −dq(t)            (3)
dt これら(2)式及び(3)式を(1)式に代入すること
によって次式を得る。
q(t)-J 1(t)dt (2)i
(t) −dq(t) (3)
dt By substituting these equations (2) and (3) into equation (1), the following equation is obtained.

L   Q(t)十’  Q(t) −0(4)dt”
    c この微分方程式(4)式を解いて、q (t)を求める
。この式を解くために微分演算子pを導入する。この微
分演算子pは次式で表される。
L Q(t) 10' Q(t) −0(4)dt”
c Solve this differential equation (4) to find q (t). In order to solve this equation, a differential operator p is introduced. This differential operator p is expressed by the following equation.

p −d               (5)dt (5)式を(4)式に代入することにより次式を得る。p - d (5) dt By substituting equation (5) into equation (4), the following equation is obtained.

Ll)2+ 1−0 (6)式を解くと次式となる。Ll) 2+ 1-0 Solving equation (6) yields the following equation.

ただし、jは虚数単位である。ここで定数A1゜A2を
導入すれば、q (t)は次式で表されることになる。
However, j is an imaginary unit. If the constant A1°A2 is introduced here, q(t) will be expressed by the following equation.

(Jofi   1 (9)式、  (10)式、  (11)式によって、
(8)式は次のように変形される。
(Jofi 1 By equations (9), (10), and (11),
Equation (8) is transformed as follows.

9(t)−Acos  ωOt +Bs1n  ωo 
t    (12)この(12)式を(3)式に代入す
ることによって、次式を得る。
9(t)−Acos ωOt +Bs1n ωo
t (12) By substituting this equation (12) into equation (3), the following equation is obtained.

1(t)= ωo  [Bcos  (AJOt −A
sin  ωotコ次に、時刻t−Qにおける初期条件
について考える。時刻t−Q以前においては、印字を行
うために、圧電素子Pには電荷が蓄えられている。この
とき圧電素子Pの両端の電位差は電源電圧Eと等しくな
っている。圧電素子Pの静電容量はCであるので、時刻
t −Qにおける圧電素子Pに蓄えられている電荷は次
式で表される。
1(t)=ωo [Bcos (AJOt −A
sin ωot Next, consider the initial conditions at time tQ. Before time tQ, charge is stored in the piezoelectric element P in order to perform printing. At this time, the potential difference between both ends of the piezoelectric element P is equal to the power supply voltage E. Since the capacitance of the piezoelectric element P is C, the charge stored in the piezoelectric element P at time t-Q is expressed by the following equation.

いま、さらに次式を定義する。Now, further define the following equation.

A −A 、 +A 2 B =j(A +  A 2 ) また、時刻t−Qにおいて、トランジスタTr2を閉じ
るため、時刻1−0にはまだコイル53に電流が流れて
いないことになる。従って、時刻1−0におけるコイル
53に流れる電流は次式で表される。
A −A , +A 2 B =j(A + A 2 ) Furthermore, since the transistor Tr2 is closed at time tQ, current is not yet flowing through the coil 53 at time 1-0. Therefore, the current flowing through the coil 53 at time 1-0 is expressed by the following equation.

(14)式、  (15)式及びt−0を(12)式(
13)式に代入することによって、定数A及びBは次の
様になる。
(14), (15) and t-0 are replaced by (12) (
13) By substituting into the equation, the constants A and B become as follows.

A−CE                (1B)B
 −0(17) (16)式及び(17)式を(12)式及び(13)式
に与えることによって、次式が得られる。
A-CE (1B)B
-0(17) By giving equations (16) and (17) to equations (12) and (13), the following equation is obtained.

q(t)=CEcos ωo t          
 (18)i(t) −−(1,10CEs1n ωQ
 t        (19)一方、圧電素子Pの両端
の電位差をv (t)とすれば、v (t)は次式で表
される。
q(t)=CE cos ωo t
(18) i(t) --(1,10CEs1n ωQ
t (19) On the other hand, if the potential difference between both ends of the piezoelectric element P is v (t), then v (t) is expressed by the following equation.

(20)式に(18)式を代入すれば次式が得られる。By substituting equation (18) into equation (20), the following equation is obtained.

v(t)−Ecos  ω、) t         
     (21)従って、時刻、t−0にトランジス
タTr2を閉しると、圧電素子Pの両端の電位差v (
t)は、零に達するまで(21)式で表される値をとる
ことになる。
v(t)−Ecos ω,) t
(21) Therefore, when the transistor Tr2 is closed at time t-0, the potential difference v (
t) takes the value expressed by equation (21) until it reaches zero.

一方、圧電素子Pの両端の電位差v (t)が零に達す
る時刻は(21)式の左辺を零とした式を解くことによ
って得られることになる。
On the other hand, the time when the potential difference v (t) between both ends of the piezoelectric element P reaches zero can be obtained by solving the equation (21) with the left side set to zero.

Ecos  ω□ t −0(22) 2.2.2 2 ωo、   2  ω0゜ ここで、時刻1−0から最初に圧電素子Pの両端の電位
差v (t)が零に達するのは(24)式よ1 π り時刻を−・  であることがわかる。ω0の2 ω0 値は(11)式で定義したので、この値を代入すれば、
時刻t−”  mで得られる。
Ecos ω□ t -0 (22) 2.2.2 2 ωo, 2 ω0゜Here, the first time that the potential difference v (t) between both ends of the piezoelectric element P reaches zero from time 1-0 is (24) From the formula, it can be seen that the time 1 π is −・. The 2 ω0 value of ω0 was defined in equation (11), so by substituting this value, we get
Obtained at time t-''m.

この時刻t”i  にトランジスタTr2か開かれると
、コイル53の電流エネルギーによる電流1 (t)か
、トランジスタTr2を流れることかできなくなるため
、コイル53.ダイオードDI、直流電源51.ダイオ
ードD4から成る閉回路を電流は流れるようになる。時
刻t、をトランジスタTr2を開く時刻、すなわち次式
のように定義する。
If the transistor Tr2 is opened at this time t"i, the current 1 (t) due to the current energy of the coil 53 cannot flow through the transistor Tr2. Therefore, the current 1 (t) due to the current energy of the coil 53 cannot flow through the transistor Tr2. Current begins to flow in the closed circuit.Time t is defined as the time when transistor Tr2 is opened, that is, as in the following equation.

t 、 −W  ヱ        (25)一方、前
述の閉回路より、キルヒホツフの第2法則によって、次
式が成り立つ。
t , -W ヱ (25) On the other hand, from the above-mentioned closed circuit, the following equation holds true according to Kirchhoff's second law.

E −−L  di (t)       (26)t (26)式を解いて次式を得る。E--L di (t) (26) t Solving equation (26) yields the following equation.

1(t)−一どt+K         (27)(2
7)式の初期条件について考えると、(19)式のtに
(25)式のtlを代入すればよいことになる。従って
、時刻t、のi (t)の値1(tl)は次のようにな
る。
1(t)-1dt+K (27)(2
Considering the initial conditions of equation (7), it is sufficient to substitute tl of equation (25) for t of equation (19). Therefore, the value 1(tl) of i (t) at time t is as follows.

一ω、 CE   (2g) (28)式によって、(27)式の定数Kを消去すれば
1−1.以降のi  (t)は次式のようになることが
わかる。
-ω, CE (2g) Using equation (28), if we eliminate the constant K in equation (27), we get 1-1. It can be seen that the subsequent i (t) is as shown in the following equation.

1(t)=−E(t  t + ) +ωo CE  
  (29)次に(29)式より、i  (t)−0と
なるtを算出すると次のようになる。
1(t)=-E(t t + ) +ωo CE
(29) Next, from equation (29), t, which is i (t) - 0, is calculated as follows.

纏ω。LC+t。Mato ω. LC+t.

−fτC+l+       (30)従って、時刻1
−1.でトランジスタTr2を開くと時間 LCかかっ
てコイル53の電流エネルギーを直流電源51に回生ず
ることになる。
−fτC+l+ (30) Therefore, time 1
-1. When the transistor Tr2 is opened, it takes time LC to regenerate the current energy of the coil 53 to the DC power supply 51.

これらの動作の圧電素子Pの両端の電位差V(1)とコ
イル53に流れる電流i  (t)は第4図(a)のよ
うになる。
During these operations, the potential difference V(1) across the piezoelectric element P and the current i (t) flowing through the coil 53 are as shown in FIG. 4(a).

次にトランジスタTr2が閉じられている時間が“fl
Fでない場合について説明する。
Next, the time during which the transistor Tr2 is closed is “fl”
The case where it is not F will be explained.

まず、トランジスタTr2を1fE−でより長い時間開
じた場合について説明する。
First, a case where the transistor Tr2 is opened at 1fE- for a longer time will be described.

トランジスタTr2を時間1−0に閉じたとすると、時
刻”flFまでは、前述した例と全く同様になるため、
ここでは特に説明をしない。
Assuming that the transistor Tr2 is closed at time 1-0, it will be exactly the same as the above example until time "flF", so
No particular explanation will be given here.

時刻t−ij「正となると、圧電素子Pの両端の電位差
が零となる。すると、ダイオードD4か閉じるため、閉
回路はコイル53.スイッチング素子Tr2.ダイオー
ドD4で構成されるようになる。
When time t-ij becomes positive, the potential difference between both ends of the piezoelectric element P becomes zero. Then, the diode D4 closes, so that a closed circuit is composed of the coil 53, the switching element Tr2, and the diode D4.

トランジスタTr2やダイオードD4が理想的なスイッ
チング素子であるとすればコイル53の電流エネルギー
を消費する要因がないため、圧電素子Pの両端の電位差
v (t)及びコイル53の電流i  (t)は第4図
(b)の実線のようになる。
If the transistor Tr2 and the diode D4 are ideal switching elements, there is no factor that consumes the current energy of the coil 53, so the potential difference v (t) across the piezoelectric element P and the current i (t) of the coil 53 are as follows. It becomes like the solid line in FIG. 4(b).

しかしながら、実際はトランジスタTr2.ダイオード
D4.  コイル53などは抵抗成分を持つため、第4
図(b)の破線のように、トランジスタTr3が閉じら
れている間に、コイル53の電流エネルギーか消費され
、熱エネルギーに変換される。ただし、この変換される
熱エネルギーは微少であり、本実施例の駆動回路よりの
発熱の増加も微少であるため、大きな問題とはならない
However, in reality, transistor Tr2. Diode D4. Since the coil 53 etc. have a resistance component, the fourth
As shown by the broken line in Figure (b), while the transistor Tr3 is closed, the current energy of the coil 53 is consumed and converted into thermal energy. However, this converted thermal energy is minute, and the increase in heat generation from the drive circuit of this embodiment is also minute, so this does not pose a major problem.

それ以上閉じていた場合は、第4図(a)及び(b)の
実線のように、理想的に素子を使用した場合はトランジ
スタTr2を開いた時刻よりLC後にココイルLの電流
i  (t)が零となる。
If it is closed longer than that, as shown by the solid lines in Fig. 4 (a) and (b), if the element is ideally used, the current i (t) of the cocoil L after LC from the time when transistor Tr2 is opened. becomes zero.

従って、トランジスタTr2を開いた時刻よりLC後に
再びトランジスタTr2を閉じればよいことになる。
Therefore, it is sufficient to close the transistor Tr2 again LC after the time when the transistor Tr2 was opened.

次の個々の圧電素子Pの静電容量Cやコイル53のリア
クタンスの個体差などによりちょうどコイル53に流れ
る電流i  (t)が零になった時刻以外にトランジス
タTrlを閉じた場合について説明する。
Next, a case will be described in which the transistor Trl is closed at a time other than the time when the current i (t) flowing through the coil 53 becomes zero due to individual differences in the capacitance C of each piezoelectric element P or the reactance of the coil 53.

まず、コイルしにな流れる電流i (t)が零になる前
にトランジスタTr2を閉じた場合について説明する。
First, a case will be described in which the transistor Tr2 is closed before the current i (t) flowing through the coil becomes zero.

トランジスタTr2を閉じると、コイル53に流れる電
流i (t)は、コイル53.トランジスタTr2及び
ダイオードD4で構成される閉回路を流れる。これらコ
イル53.トランジスタTr1及びダイオードD4が理
想的に素子で抵抗成分がなければ、トランジスタTr2
を閉じた時点でコイル53に流れていた電流量がトラン
ジスタTr1を閉じている間じゅう、流れることになる
When the transistor Tr2 is closed, the current i (t) flowing through the coil 53 changes. It flows through a closed circuit composed of a transistor Tr2 and a diode D4. These coils 53. If the transistor Tr1 and the diode D4 are ideal elements and have no resistance component, the transistor Tr2
The amount of current that was flowing through the coil 53 at the time when the transistor Tr1 was closed continues to flow while the transistor Tr1 is closed.

しかしながら、これらの素子には通常抵抗成分があるた
め、コイル53の電流エネルギはこれらの抵抗成分によ
って熱エネルギに変換され、これらの素子より放熱され
る。しかしながら、トランジスタTrlかある程度の時
間開いており、ある程度のコイル′53の電流エネルギ
が直流電源Eに回生されており、すでにコイルしに流れ
る電流1(1)は小さいので、これらの素子が発熱する
量は小さいので、特に問題とならない。一方、コイル5
3に流れる電流i (t)か零になった後、ある程度の
時間か経過してからトランジスタTr2を閉した場合に
ついて説明する。
However, since these elements usually have resistance components, the current energy of the coil 53 is converted into thermal energy by these resistance components, and the heat is radiated from these elements. However, since the transistor Trl is open for a certain period of time and a certain amount of the current energy of the coil '53 is regenerated to the DC power supply E, the current 1 (1) already flowing through the coil is small, so these elements generate heat. Since the amount is small, it is not a particular problem. On the other hand, coil 5
A case will be described in which the transistor Tr2 is closed after a certain amount of time has passed after the current i (t) flowing through the transistor Tr2 becomes zero.

圧電素子Pに接続されている拡大機構の慣性力によって
圧電素子Pが圧迫され、圧電素子Pに発生する電圧は微
小でありかつ、そのうち短い時間の間に発生する成分は
さらに微小であるため、これらの機構がたとえばドツト
マトリクスプリンタに使用されたとしても、問題となる
程の量、変位しない。この電圧しトランジスタTrlが
閉じられると、前述したようにコイル53.トランジス
タTr2及びダイオードD4の抵抗成分によって放電さ
れるため、コイルしに流れる電流i  (t)が零にな
った後、ある程度時間か経過してからトランジスタTr
2を閉じても問題を生じない。
The piezoelectric element P is compressed by the inertial force of the expansion mechanism connected to the piezoelectric element P, and the voltage generated in the piezoelectric element P is minute, and the component that occurs during a short period of time is even minute, so If these mechanisms were used, for example, in a dot matrix printer, they would not be displaced by any significant amount. When this voltage is applied and the transistor Trl is closed, the coil 53. Since it is discharged by the resistance components of the transistor Tr2 and the diode D4, the transistor Tr is discharged after a certain period of time after the current i (t) flowing through the coil becomes zero.
No problem occurs even if 2 is closed.

以上説明した様に、トランジスタT「2を開いた後はぼ
 LCなる時間経過した後に再びトランジスタTr2を
閉じれば、コイル53に流れる電流がまだ零に達してい
ない、或いはすでに零に達しある程度時間が経過してい
るにかかわらずよいことになる。
As explained above, if the transistor Tr2 is closed again after a period of time LC has elapsed after opening the transistor T2, the current flowing through the coil 53 may have not yet reached zero, or may have already reached zero and a certain amount of time has elapsed. It's a good thing regardless of how much time has passed.

期間閉じる場合について説明する。The case where the period is closed will be explained.

時刻t−t1くij「石にトランジスタTr2を開くと
、その時刻t1におけるコイル53に流れる電流1(t
l)は(19)式より次のようになる。
When the transistor Tr2 is opened at the time t-t1, the current 1 (t
l) becomes as follows from equation (19).

−−(JQ CEs1n w(、t +  (31)一
方、時刻t−t1でトランジスタTr2が開かれると、
コイル53の電流エネルギーによって、コイル53.ダ
イオードD1.直流電源51及び圧電素子Pより成る閉
回路に電流が流れる。この閉回路について、キルヒホッ
フの第2法則より次式か成り立つ。
--(JQ CEs1n w(, t + (31) On the other hand, when transistor Tr2 is opened at time t-t1,
The current energy in coil 53 causes coil 53. Diode D1. A current flows through a closed circuit consisting of the DC power supply 51 and the piezoelectric element P. Regarding this closed circuit, the following formula holds from Kirchhoff's second law.

q(t  tl)を導入すれば次式が得られる。By introducing q(t tl), the following equation is obtained.

E =L    Q(t tt )十吉q(t−t +
 )   (33)di2に の微分方程式を解いてq (t)を求める。まず過渡項
qt(t  tt)は、E−0とおいたときの同次式(
4)式の解となる。従って、(12)式より次のように
なる。
E = L Q (t tt ) Tokichi q (t - t +
) (33) Solve the differential equation for di2 to find q (t). First, the transient term qt(t tt) is expressed by the homogeneous equation (
4) This is the solution to the equation. Therefore, from equation (12), it becomes as follows.

q(t−t 1 ) −Acos  tt)6 (t−
tt )+Bs1n  (JJO(t−tl)    
     (34)一方定常解qsは次のようになる。
q(t-t1) -Acos tt)6 (t-
tt )+Bs1n (JJO(t-tl)
(34) On the other hand, the steady solution qs is as follows.

qs−CE              (35)従っ
て一般解q(t  tt)は(34)、  (35)式
より次のようになる。
qs-CE (35) Therefore, the general solution q(t tt) is as follows from equations (34) and (35).

q(t−t + ) −qs+qt(t−t、 )−C
E+Acos  ω□ t +Bsjn  ωOt  
  (38)(36)式に(3)式を用いて次式を得る
q(t-t+)-qs+qt(t-t, )-C
E+Acos ω□ t +Bsjn ωOt
(38) Using equation (3) in equation (36), the following equation is obtained.

j(t−t + )−ωo IBcos (JQ (t
−t、 )Asin ω0 (t−t、 )l    
     (37)時刻1−1.の初期条件より次のよ
うになる。
j (t-t + )-ωo IBcos (JQ (t
−t, ) Asin ω0 (t−t, )l
(37) Time 1-1. From the initial conditions, we get the following.

CEcos ωot + =CE+A        
 (38)−ω(I CEs1n ωo t + −ω
□ B      (39)(3g)、  (39)式
より次のようになる。
CEcos ωot + =CE+A
(38) −ω(ICEs1n ωo t + −ω
□ B From (39) (3g) and equation (39), we get the following.

^ −CE(cos   ωQ  t−1)     
              (40)B −−CEs
in  ω□ t +          (41)(
40)、  (41)式を(3B)、  (37)式に
代入すれば次のようになる。
^ -CE (cos ωQ t-1)
(40)B --CEs
in ω□ t + (41)(
By substituting equations (40) and (41) into equations (3B) and (37), we get the following.

q(t−t + ) −CE+CE(cos  ωOt + −1)cos 
 ωo(t−tt )−CEsin  (IJOt +
  sinω0 (t−tt )    (42)1(
t−t 、) −−ωr) CEs1n ω0 (t−tt )−ω(
、CE(cosωo t + −1)sinωo (t
−tt ) (43)(42)式と(20)式より次の
式を得る。
q(t-t+)-CE+CE(cos ωOt+-1)cos
ωo(t-tt)−CEsin(IJOt+
sinω0 (t-tt) (42)1(
t-t,) −-ωr) CEs1n ω0 (t-tt)-ω(
, CE(cosωo t + −1) sinωo (t
-tt ) (43) The following equation is obtained from equations (42) and (20).

v(t−t + ) =E +E(cos ω□ t + −1)cosωo
 (t−tt )−Esjn ωOt  1 sjnω
o (t−tl)      (44)従って、圧電素
子Pの両端の電位差v (t)とコイル53の電流1 
(t)は第4図(C)のようになる。ここでv(t−t
l)か極小となる時刻t−t2ては次式が成り立つ。
v(t-t+)=E+E(cos ω□t+-1)cosωo
(t-tt)-EsjnωOt 1 sjnω
o (t-tl) (44) Therefore, the potential difference v (t) between both ends of the piezoelectric element P and the current 1 of the coil 53
(t) becomes as shown in FIG. 4(C). Here v(t-t
The following equation holds true at the time t-t2 when 1) becomes minimum.

(45)式の左辺は次の様に変形できる。The left side of equation (45) can be transformed as follows.

j(t−t 、 ) −ω□ CEs1nωQtleOSωo(t2t+)+
ω□ CE(1−cosω□ t + ) sin ’
L’O(t2−tt )−−ωOCE[’ sin (
AJOltl ”(t 2−tl)1+1slnωo 
1t2−tt )11+(JJOCEs1n (JJO
(t2−tl)=−ωQ CE[’ sin CIJO
I(t 2−tl)+t1 ] +1slnωo i(t 2−tt )”t + 1m
ωOCEs1n (AJO(tl −tl )−(JJ
OCEs1n ω0t2 −2ω。CEcos[’ωo  i(t  2 −tl
  )十t  2 11sin[’ω01(t 2−t
l )−t 2 )]一−2ω□ CEcosωO[t
l −’ t + 1、Sin 1(IJOt + 2                  (4B)いま
、次式が成り立っている。
j(t−t, ) −ω□ CEs1nωQtleOSωo(t2t+)+
ω□ CE (1-cosω□ t + ) sin '
L'O(t2-tt)--ωOCE[' sin (
AJOltl”(t 2-tl)1+1slnωo
1t2-tt )11+(JJOCEs1n (JJO
(t2-tl)=-ωQ CE[' sin CIJO
I(t2-tl)+t1] +1slnωo i(t2-tt)"t+1m
ωOCEs1n (AJO(tl −tl )−(JJ
OCEs1n ω0t2 −2ω. CEcos['ωo i(t 2 −tl
) 10t 2 11sin['ω01(t 2-t
l )-t 2 )]-2ω□ CEcosωO[t
l −' t + 1, Sin 1 (IJOt + 2 (4B) Now, the following equation holds true.

ω0≠0               (47)C≠
0                 (48)E≠O
(49) 従って、(45) 、  (4B)式より次のようにな
る。
ω0≠0 (47)C≠
0 (48)E≠O
(49) Therefore, from equations (45) and (4B), it becomes as follows.

cosω01t2−吉tt1 sin l ω□ t 1−0 従って、次の二つの式のどちらかが成り立つことになる
cosω01t2-yoshitt1 sin l ω□ t 1-0 Therefore, one of the following two equations will hold true.

cosωo(tl−’t +)−0(51)sin I
(JJ□t + −0 いま、ここで諭しているのは、トランジスタTr3をi
、/TEより短い時間開じている場合についてであるた
め、次式か成り立つ。
cosωo(tl-'t+)-0(51)sin I
(JJ□t + -0 Now, what I am telling you here is to
, /TE, the following equation holds true.

0<(IJOtl <π          (53)
従って、(52)式は成り立たず、(51)式が成り立
つことになる。従って、次のようになる。
0<(IJOtl<π (53)
Therefore, equation (52) does not hold true, and equation (51) holds true. Therefore, it becomes as follows.

ωo (12−とtel−π      (54)tl
−111+”   ) 2      ω0 次に、第4図(d)の様に時刻t−t2において、圧電
素子Pの両端の電位差v(t−tl)の値が零となるt
、を求めることにする。
ωo (12- and tel-π (54)tl
−111+” ) 2 ω0 Next, as shown in FIG. 4(d), at time t-t2, the value of the potential difference v(t-tl) between both ends of the piezoelectric element P becomes zero.
, we will find.

t”−tlにおけるv(t  tl)の値は次のように
なる。
The value of v(t tl) at t''-tl is as follows.

v(t−t 、)  t−tl 謬E+E(cos tL)□ t l−1)cosωg
 (tl −tl )−Esin ω□ t 2 11
stn(t 2−tl )E +Ecosωot+  ・eOsωo (tl =t+
 )−Ecosωo (tl−tl ) −Esinω012 ・sinωo (tl−tl )
E + ’ Ecos[ωt) lt+ −(t 2−t+
月]+ ’ Ecos[ωo lt+ ”(t 2−1
. )l]−Ecos ωo (tl−tl ) −1Ecos[ωo lt+ −(t 2−h )l]
+  I Ecos[(1,10th  +(t  2
 −ts  ))コ+Ecos  ωOt  2−Ec
os  ωo  (tl −tl  )E −2Esin ’(JJO ・  1 Sln   ω0 (t  2 ”(t  2−1+  )1ft  2−
 t  2−tl  )]・  1 ” Sin   ωot+ 2    2  ωo2 #S1n ωot+ −E−2E9stn   11sin ωOt +−E
−2Esin ωo t  、           
   (5B)(56)式が零となるため、次のように
なる。
v(t-t,) t-tl E+E(cos tL) □ t l-1) cosωg
(tl −tl )−Esin ω□ t 2 11
stn(t2-tl)E +Ecosωot+ ・eOsωo (tl =t+
)-Ecosωo (tl-tl) -Esinω012 ・sinωo (tl-tl)
E + ' Ecos [ωt) lt+ −(t 2−t+
month] + ' Ecos [ωo lt+ ” (t 2-1
.. )l]-Ecos ωo (tl-tl) -1Ecos[ωo lt+ -(t2-h)l]
+ I Ecos [(1,10th +(t 2
-ts))ko+Ecos ωOt 2-Ec
os ωo (tl −tl )E −2Esin ′(JJO ・1 Sln ω0 (t 2 ”(t 2−1+ )1ft 2−
t 2-tl )]・1 ” Sin ωot+ 2 2 ωo2 #S1n ωot+ -E-2E9stn 11sin ωOt +-E
−2Esin ωo t ,
(5B) Since equation (56) becomes zero, it becomes as follows.

E−2Esin (IJOt + −0(57)(49
)式より(57)式は次のようになる。
E-2Esin (IJOt + -0(57)(49
), equation (57) becomes as follows.

E sin  ω01l= ■ (53)式より次のようになる。E sin ω01l= ■ From equation (53), it is as follows.

t・−二、圧τ 3の電流i (t)か零になるまで(2+t)J己の時
間を要すが、第4図(d)のようにトランジスタTr2
をi7’ETの間のみ閉していると、コ従って、時刻t
−iJで以後にトランシタTr2を開けば、第4図(e
)のように、圧電素子の両端の電位差v (t)は零に
達することになる。
It takes (2 + t)J time for the current i (t) at voltage τ 3 to become zero, but as shown in FIG.
is closed only during i7'ET, then the time t
-iJ and then open the transistor Tr2, as shown in Fig. 4 (e
), the potential difference v (t) across the piezoelectric element reaches zero.

ところで、時刻t−”J正にトランジスタTr2を開い
たときのt2の値について考える。
By the way, let us consider the value of t2 when the transistor Tr2 is opened at time t-''J.

(59)式を(55)式に代入すれば次のようになる。Substituting equation (59) into equation (55) yields the following.

ところで、第4図(a)のようにトランジスタTr2を
一η7下の間、閉じていると、コイル5イル53の電流
i  (t)か零になるまてlf「での時間で済む。こ
のコイル53の電流i  (t)が零になるまで、次の
駆動が行えないので、このように”fE””6より短い
駆動時間であれば、圧電素子Pの駆動の高速化に有用と
なる。
By the way, if the transistor Tr2 is closed for a period of one η7 as shown in FIG. Since the next drive cannot be performed until the current i (t) of the coil 53 becomes zero, a drive time shorter than "fE"6 is useful for speeding up the drive of the piezoelectric element P. .

以上説明したように本発明では、必ずiI「[の時間、
トランジスタTr2を閉じている必要はなく、少なくと
も−f「ての時間、閉じていればよいことになる。
As explained above, in the present invention, the time of iI "[,
It is not necessary to keep the transistor Tr2 closed; it is sufficient to keep it closed for at least -f' time.

つまり、スイッチング素子Tr2を開いた後、i月=る
時間後にコイルLの電流1 (t)が零になることにな
る。
That is, after opening the switching element Tr2, the current 1 (t) in the coil L becomes zero after i months=time.

ところで前に述べたf「正なる時間と、この“fr〒の
比は約1:1.047になる。前に述べたようにこの時
間はちょうどfETなる時間である必要はないため、ス
イッチング素子Tr2を開0た後、はぼ LCなる時間
経過した後に再びスイッチング素子Tr2を閉じれば、
コイルしに流れる電流がまだ零に達していない、すでに
零に達しである程度時間が経過しているにかかわらずよ
いことになる。
By the way, the ratio of the above-mentioned positive time f and this fr〒 is approximately 1:1.047. As mentioned earlier, this time does not need to be exactly fET, so if switching element Tr2 is opened and then closed again after a period of time LC has elapsed,
This is true regardless of whether the current flowing through the coil has not yet reached zero or has already reached zero and a certain amount of time has passed.

尚、本発明は上記構成に限定されるものではなく他に種
々の変形が可能である。例えば、更に消費電力を低減す
るためにトランジスタTri乃至Tr3としてMOS型
の電界効果トランジスタを用いてもよい。また本実施例
では、S7及びS9においでタイマーを用いて待機の経
過を計時しているが、従来技術において示すように電流
値を検出してその電流値か零になった時点で88の処理
を行ってもよい。
Note that the present invention is not limited to the above configuration, and various other modifications are possible. For example, MOS field effect transistors may be used as the transistors Tri to Tr3 to further reduce power consumption. Further, in this embodiment, the timer is used in S7 and S9 to measure the progress of the standby period, but as shown in the prior art, when the current value is detected and the current value becomes zero, the process of 88 is performed. You may do so.

C発明の効果] 以上詳述したことから明らかなように本発明では圧電素
子の励起を解除した後に前記圧電素子に蓄積される電荷
を効率的に逃がすため、圧電素子に不要な電荷が蓄積さ
れることはない。そのため圧電素子に不要な変位が生じ
ることはない。従って上記圧電素子の駆動装置を用いた
圧電アクチュエータでは、低消費電力、低発熱を達成す
るとともに安定した駆動を行うことか可能となる。
C Effects of the Invention] As is clear from the detailed description above, in the present invention, the charges accumulated in the piezoelectric element are efficiently released after the excitation of the piezoelectric element is released, so that unnecessary charges are not accumulated in the piezoelectric element. It never happens. Therefore, no unnecessary displacement occurs in the piezoelectric element. Therefore, in a piezoelectric actuator using the piezoelectric element driving device described above, it is possible to achieve low power consumption and low heat generation, and to perform stable driving.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図乃至第4図は本発明の一実施例を示すもので、第
1図は本実施例の装置の電気的構成を示す図、第2図は
本実施例の駆動装置によって駆動されるインパクト型ド
ツトプリンタの印字素子の正面図、第3図は制御回路の
制御を抜粋して表すフローチャートの図、第4図は電流
及び電圧の変移を示す図である。 また第5図は従来の装置を示す回路図である。 図中、Tr2はスイッチ手段を構成するトランジスタ、
53はコイル、TCは制御手段を構成する制御回路であ
る。
FIGS. 1 to 4 show an embodiment of the present invention. FIG. 1 is a diagram showing the electrical configuration of the device of this embodiment, and FIG. 2 is a diagram showing the electrical configuration of the device of this embodiment. FIG. 3 is a front view of the printing element of the impact type dot printer, FIG. 3 is a flowchart showing an excerpt of the control of the control circuit, and FIG. 4 is a diagram showing changes in current and voltage. Further, FIG. 5 is a circuit diagram showing a conventional device. In the figure, Tr2 is a transistor constituting a switch means;
53 is a coil, and TC is a control circuit constituting a control means.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、一方の端子Aが圧電素子の端子Bに電気的に接続さ
れるとともに、他方の端子Cが電源と電気的に接続され
たコイルと、 該コイルの端子Cと前記圧電素子の他方の端子Dと電気
的に接続して前記圧電素子と前記コイルとで共振回路を
構成可能なスイッチ手段と、前記圧電素子の変位の解除
が指示された場合に、スイッチ手段を導通させ、所定時
間の経過した後前記スイッチ手段を遮断し、コイルに保
持された電気エネルギーが電源に還元された後に再び前
記スイッチ手段を導通する制御手段とを備えることを特
徴とする圧電素子の駆動装置。
[Claims] 1. A coil whose one terminal A is electrically connected to the terminal B of the piezoelectric element and whose other terminal C is electrically connected to a power supply; a switch means that can be electrically connected to the other terminal D of the piezoelectric element to configure a resonant circuit with the piezoelectric element and the coil; and a switch means that is electrically connected when the displacement of the piezoelectric element is instructed to be released. and control means for turning on the switching means again after a predetermined period of time has elapsed, and turning on the switching means again after the electrical energy held in the coil is returned to the power source. Device.
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