JPH065941A

JPH065941A - 圧電素子駆動回路

Info

Publication number: JPH065941A
Application number: JP4161390A
Authority: JP
Inventors: Koichi Minami; 康一南
Original assignee: PFU Ltd
Current assignee: PFU Ltd
Priority date: 1992-06-19
Filing date: 1992-06-19
Publication date: 1994-01-14
Anticipated expiration: 2013-09-03
Also published as: JP2792582B2

Abstract

(57)【要約】【目的】インダクタを用いた回路構成の簡単な圧電素
子駆動回路を提供すること。【構成】充電信号Ｓ１オンすると、トランジスタＴＲ
１がオンになり、電源ＥよりトランジスタＴＲ１を介し
てインダクタＬ１に電流が流れ、インダクタＬ１にエネ
ルギーが蓄積される。充電信号Ｓ１がオフすると、イン
ダクタＬ１に蓄積されたエネルギーはダイオードＤ２を
介して圧電素子Ｍ１に放出され圧電素子を充電する。イ
ンダクタＬ１の電流が０になると、圧電素子Ｍ１に充電
された電荷はインダクタＬ１とダイオードＤ３を介して
電源Ｅに戻り、圧電素子Ｍ１に充電されていた電荷は放
電される。また、トランジスタをダイオードＤ３と直列
に、もしくは、ダイオードＤ２と並列に設け、放電信号
により上記トランジスタをオンにすることにより、圧電
素子電圧の保持時間を制御することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はドットインパクト型プリ
ンタの印字ワイヤの駆動等に用いられる圧電素子駆動回
路に関し、特に本発明は、回路構成が簡単で、効率の良
い圧電素子駆動回路に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１２はトランスを用いた圧電素子の駆
動回路の従来例を示す図である。同図において、Ｅは電
源、Ｔ１０はトランス、Ｍ１０は印字ワイヤ駆動用の圧
電素子、ＴＲ１０およびＴＲ２０はトランジスタ、Ｄ１
０およびＤ２０はダイオード、Ａ１０およびＡ２０はト
ランジスタ駆動バッファ、Ｓ１０は充電信号、Ｓ２０は
放電信号である。

【０００３】図１３は図１２に示す駆動回路の動作を示
すタイムチャートであり、（ａ）は充電信号Ｓ１０，
（ｂ）は放電信号Ｓ２０，（ｃ）はトランスＴ１０の１
次側電流ｉ１，（ｄ）はトランスＴ１０の２次側電流ｉ
２，（ｅ）は圧電素子Ｍ１０の電圧ＶＭ１である。次
に、図１２および図１３を用いて図１２の圧電素子駆動
回路の動作を説明する。

【０００４】図１２において、図示しない制御回路より
印字パターンに応じて印字ワイヤ駆動信号が出力される
と、図１２の圧電素子駆動回路に図１３（ａ）に示す充
電信号Ｓ１０が加わる。充電信号Ｓ１０はトランジスタ
駆動バッファＡ１０を介してトランジスタＴＲ１０のゲ
ートに加わり、トランジスタＴＲ１０はオンになる。ト
ランジスタＴＲ１０がオンになると、「電源Ｅ→トラン
スＴ１０の１次側→トランジスタＴＲ１０→電源Ｅ」の
経路で電流が流れ、トランスＴ１０の１次側には図１３
（ｃ）に示すように電流ｉ１が流れる。ここで、充電信
号の幅をｔ、電源電圧をＥ、トランス１次側のインダク
タンスをＬ１とすると、トランスＴ１０の１次側の電流
のピーク値はｉｐはｉｐ＝Ｅ・ｔ／Ｌ１となる。

【０００５】充電信号Ｓ１０がオフになると、トランジ
スタＴＲ１０がオフになるため、トランスＴ１０の１次
側に流れていた電流ｉ１はトランスＴ１０の２次側に転
流し、トランスＴ１０の２次側には図１３（ｄ）に示す
電流ｉ２が流れる。この電流ｉ２は「トランスＴ１０の
２次側→圧電素子Ｍ１０→ダイオードＤ２０→トランス
Ｔ１０の２次側」の経路で流れ、図１３（ｅ）に示すよ
うに圧電素子Ｍ１０の端子電圧ＶＭ１は上昇する。すな
わち、トランスＴ１０の１次側に流れていた電流による
エネルギーはトランスＴ１０やダイオードＤ２０等によ
るロスを除いた部分が圧電素子Ｍ１０に移動し、圧電素
子Ｍ１０の端子電圧として現れる。

【０００６】圧電素子Ｍ１０は電圧が印加されると機械
的に変位し、アクチュエータ部を介して印字ワイヤを駆
動し、印刷用紙にドットを印字する。次いで、前述した
図示しない制御回路より、図１３（ｂ）に示す放電信号
Ｓ２０が加わると、トランジスタＴＲ２０がオンにな
り、圧電素子Ｍ１０に蓄積されていた電荷は、「圧電素
子Ｍ１０→トランスＴ１０の２次側→トランジスタＴＲ
２０→圧電素子Ｍ１０」の経路で放電し、圧電素子Ｍ１
０の端子電圧ＶＭ１は図１３（ｅ）に示すように低下す
る。

【０００７】圧電素子Ｍ１０の端子電圧ＶＭ１がほぼ０
になった時点で放電信号Ｓ２０はオフとなり、トランジ
スタＴＲ２０はオフとなる。トランジスタＴＲ２０がオ
フとなると、トランスＴ１０の２次側に流れていた電流
はトランスＴ１０の１次側に転流し、「トランスＴ１０
の１次側→電源Ｅ→ダイオードＤ１０→トランスＴ１０
の１次側」の経路で流れる。一般に電源Ｅには容量の大
きなコンデンサが設けられており、上記放電により生じ
た余分の電荷は電源Ｅに設けられたコンデンサに戻され
る。また、圧電素子Ｍ１０に蓄積されていたエネルギー
が放電することにより、圧電素子の機械的変位は元に戻
る。

【０００８】図１４はインダクタを用いた圧電素子の駆
動回路の従来例を示す図である。同図において、Ｅは電
源、Ｌ１１はインダクタ、Ｍ１１は印字ワイヤ駆動用の
圧電素子、ＴＲ１１ないしＴＲ６１はトランジスタ、Ｄ
１１ないしＤ４１はダイオード、Ａ１１ないしＡ４１は
トランジスタ駆動バッファ、Ｒ１１ないしＲ４１は抵
抗、Ｓ１１は充電信号、Ｓ２１は放電信号である。

【０００９】図１５は図１４に示す駆動回路の動作を示
すタイムチャートであり、（ａ）は充電信号Ｓ１１，
（ｂ）は放電信号Ｓ２１，（ｃ）は電源Ｅの電流ｉ１，
（ｄ）は圧電素子Ｍ１１の電流ｉ２，（ｅ）は圧電素子
Ｍ１０の電圧ＶＭ２である。次に、図１４および図１５
を用いて図１４の圧電素子駆動回路の動作を説明する。

【００１０】図１４において、前記したのと同様に、図
１５（ａ）に示す充電信号Ｓ１１が加わると、充電信号
Ｓ１１はトランジスタ駆動バッファＡ１１およびＡ４１
を介してトランジスタＴＲ５１およびＴＲ２１に加わ
り、トランジスタＴＲ１１およびＴＲ２１はオンにな
る。トランジスタＴＲ１１およびＴＲ２１がオンになる
と、「電源Ｅ→トランジスタＴＲ１１→インダクタＬ１
１→トランジスタＴＲ２１→電源Ｅ」の経路で電流が流
れ、インダクタＬ１１には図１５（ｃ）に示すように電
流ｉ１が流れる。ここで、充電信号の幅をｔ、電源電圧
をＥ、インダクタのインダクタンスをＬ１とすると、図
１２の場合と同様、インダクタＬ１１の電流のピーク値
はｉｐはｉｐ＝Ｅ・ｔ／Ｌ１となる。

【００１１】充電信号Ｓ１１がオフになると、トランジ
スタＴＲ２１，ＴＲ５１およびＴＲ１１がオフになるた
め、インダクタＬ１１に流れていた電流は「インダクタ
Ｌ１１→ダイオードＤ３１→圧電素子Ｍ１１→ダイオー
ドＤ４１→インダクタＬ１１」の経路で図１５（ｄ）に
示す電流ｉ２が流れ、図１５（ｅ）に示すように圧電素
子Ｍ１０の端子電圧ＶＭ２は上昇する。

【００１２】その結果、図１２の駆動回路の場合と同
様、圧電素子Ｍ１０は機械的に変位し、印刷用紙にドッ
トを印字する。次いで、図１５（ｂ）に示すように放電
信号Ｓ２１が図１４の回路に加わると、トランジスタＴ
Ｒ６１，ＴＲ３１およびＴＲ４１がオンになり、圧電素
子Ｍ１１に蓄積されていた電荷は、「圧電素子Ｍ１１→
トランジスタＴＲ３１→インダクタＬ１１→トランジス
タＴＲ４１→圧電素子Ｍ１１」の経路で放電し、圧電素
子Ｍ１１の端子電圧ＶＭ２は図１５（ｅ）に示すように
低下する。

【００１３】圧電素子Ｍ１１の端子電圧ＶＭ２がほぼ０
になった時点で放電信号Ｓ２１はオフとなり、トランジ
スタＴＲ６１，ＴＲ３１およびＴＲ４１はオフとなる。
トランジスタＴＲ６１，ＴＲ３１およびＴＲ４１がオフ
となると、インダクタＬ１１に流れていた電流は「イン
ダクタＬ１１→ダイオードＤ１１→電源Ｅ→ダイオード
Ｄ２１→インダクタＬ１１」の経路で流れ、圧電素子Ｍ
１１に蓄積されていた余分のエネルギーは電源Ｅに戻さ
れる。また、圧電素子Ｍ１１に蓄積されていたエネルギ
ーが放電することにより、圧電素子の機械的変位は元に
もどる。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、図１２に示
したトランスを用いた従来の圧電素子駆動回路において
は、次の欠点があった。エネルギーを蓄える手段として、トランスを用いて
いるが、トランスは構造が複雑で値段が高い。トランスにはリーケージ・インダクタンスがあるた
め、これに蓄えられるエネルギーの処理回路が必要であ
り、効率も低下する。ノイズの発生も大きい。駆動用のトランジスタＴＲ１０，ＴＲ２０は両方と
も高耐圧品が必要である。

【００１５】また、図１４に示したインダクタを用いた
従来の圧電素子駆動回路においては、次の欠点があっ
た。素子数が多く回路構成が複雑である。トランジスタの数が多いため信号線の数が多い。本発明は上記した従来技術の欠点を改善するためになさ
れたものであって、インダクタを用いた回路構成の簡単
な圧電素子駆動回路を提供することを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の請求項１の発明は、図１に示すように、電
源ＥにインダクタＬ１とトランジスタＴＲ１とを直列接
続するとともに、インダクタＬ１と並列に、ダイオード
Ｄ２と電気エネルギーを機械的変位に変換して印字ワイ
ヤ等の負荷を駆動する圧電素子Ｍ１との直列接続体を接
続する。

【００１７】そして、充電信号オン時、トランジスタＴ
Ｒ１をオンにして、電源ＥよりトランジスタＴＲ１を介
してインダクタに電流を流して、インダクタＬ１にエネ
ルギーを蓄積し、充電信号オフ時、インダクタＬ１に蓄
積されたエネルギーを圧電素子Ｍ１に直列に接続された
ダイオードＤ２を介して圧電素子Ｍ１に放出して圧電素
子を充電することにより、圧電素子に接続された負荷を
駆動するようにしたものである。

【００１８】本発明の請求項２の発明は、請求項１の発
明において、圧電素子Ｍ１に直列に接続されたダイオー
ドＤ２と圧電素子Ｍ１との接続点と電源Ｅ間に、ダイオ
ードＤ２と同一極性に接続した第２のダイオードＤ３を
接続するとともに、第３のダイオードＤ１をトランジス
タＴＲ１と並列に接続し、圧電素子Ｍ１に充電された電
荷をインダクタＬ１と第２のダイオードＤ３、第３のダ
イオードＤ１を介して電源Ｅに戻すことにより、圧電素
子Ｍ１に充電されていた電荷を放電させるようにしたも
のである。

【００１９】本発明の請求項３の発明は、請求項２の発
明において、インダクタＬ１を第１および第２のインダ
クタに分割し、一方のインダクタと並列に第４のダイオ
ードＤ４を接続したものである。本発明の請求項４の発
明は、請求項２の発明において、第２のダイオードＤ３
に直列に第２のトランジスタＴＲ２を接続し、放電時、
第２のトランジスタＴＲ２をオンにすることにより、圧
電素子Ｍ１に充電された電荷をインダクタＬ１、第２の
ダイオードＤ３、第３のダイオードＤ１および第２のト
ランジスタＴＲ２を介して電源Ｅに戻すことにより、圧
電素子Ｍ１に充電されていた電荷を放電させるようにし
たものである。

【００２０】本発明の請求項５の発明は、請求項１の発
明において、圧電素子Ｍ１に直列に接続されたダイオー
ドＤ２に並列に第２のトランジスタＴＲ２を接続すると
ともに、第３のダイオードＤ１をトランジスタＴＲ１と
並列に接続し、放電時、第２のトランジスタＴＲ２をオ
ンにすることにより、圧電素子Ｍ１に充電された電荷を
インダクタＬ１および第２のトランジスタＴＲ２を介し
て放電させるようにしたものである。

【００２１】

【作用】本発明の請求項１の発明においては、充電信号
オン時、トランジスタＴＲ１をオンにして、電源Ｅより
トランジスタＴＲ１を介してインダクタに電流を流し
て、インダクタＬ１にエネルギーを蓄積し、充電信号オ
フ時、インダクタＬ１に蓄積されたエネルギーを圧電素
子Ｍ１に直列に接続されたダイオードＤ２を介して圧電
素子Ｍ１に放出して圧電素子を充電するようにしたの
で、インダクタＬ１と１つのトランジスタＴＲ１とダイ
オードＤ２とを用いる簡単な回路構成で、圧電素子の充
電回路を構成することができる。

【００２２】本発明の請求項２の発明においては、圧電
素子Ｍ１に充電された電荷をインダクタＬ１と第２のダ
イオードＤ３、第３のダイオードＤ１を介して電源Ｅに
戻しているので、スイッチング素子を用いることなく、
簡単な回路構成で圧電素子Ｍ１の放電回路を構成するこ
とができる。本発明の請求項３の発明においては、イン
ダクタＬ１を第１および第２のインダクタに分割し、一
方のインダクタに並列に第４のダイオードＤ４を接続し
たので、第１のインダクタと第２のインダクタのインダ
クタンス値を適当に選定することにより、充電時間、放
電時間を設定することができる。

【００２３】本発明の請求項４の発明においては、圧電
素子Ｍ１に充電された電荷をインダクタＬ１、第２のダ
イオードＤ３、第３のダイオードＤ１および第２のトラ
ンジスタＴＲ２を介して電源Ｅに戻すことにより、圧電
素子Ｍ１を放電させるようにしたので、第２のトランジ
スタＴＲ２をオンにするまで、圧電素子Ｍ１の電位を保
持することができる。本発明の請求項５の発明において
は、圧電素子Ｍ１に充電された電荷をインダクタＬ１、
第３のダイオードＤ１および第２のトランジスタＴＲ２
を介して放電させるようにしたので、請求項４の発明と
同様、第２のトランジスタＴＲ２をオンにするまで、圧
電素子Ｍ１の電位を保持することができる。

【００２４】

【実施例】図１は本発明の第１の実施例を示す図であ
る。同図において、Ｅは電源、Ｌ１はインダクタ、Ｍ１
は印字ワイヤ駆動用の圧電素子、ＴＲ１はトランジス
タ、Ｄ１，Ｄ２およびＤ３はダイオード、Ａ１はトラン
ジスタ駆動バッファ、Ｓ１は充電信号である。同図にお
いて、電源Ｅと直列にインダクタＬ１と、ダイオードＤ
１が並列に接続されたトランジスタＴＲ１が接続され、
トランジスタＴＲ１のゲートにはトランジスタ駆動バッ
ファＡ１を介して充電信号Ｓ１が入力される。また、イ
ンダクタＬ１と並列に、圧電素子Ｍ１とダイオードＤ２
の直列接続体が接続され、さらに、圧電素子Ｍ１とダイ
オードＤ２の接続点と、電源Ｅの負極間にダイオードＤ
３が接続されている。

【００２５】図５の実線は図１に示す第１の実施例の動
作を示すタイム・チャートであり、（ａ）は充電信号Ｓ
１、（ｂ）は電源電流ｉ１、（ｃ）は圧電素子Ｍ１の電
流ｉ２、（ｄ）は圧電素子Ｍ１の電圧ＶＭを示す。次
に、図１の動作を図５を用いて説明する。充電信号Ｓ１
が入力されるとトランジスタＴＲ１がオンとなり、「電
源Ｅ→インダクタＬ１→トランジスタＴＲ１」の経路で
図５（ｂ）に示す電流ｉ１が流れる。インダクタＬ１の
インダクタンスをＬ、充電信号Ｓ１の幅をｔ、電源電圧
をＥとすると、電流ｉ１のピーク値はｉ＝Ｅｔ／Ｌとな
る。

【００２６】充電信号Ｓ１がオフになると、トランジス
タＴＲ１はオフとなり、電流は「インダクタＬ１→圧電
素子Ｍ１→ダイオードＤ２」の経路で流れ、圧電素子Ｍ
１の電圧ＶＭは図５（ｄ）に示すように上昇する。すな
わち、インダクタＬ１に蓄えられていたエネルギーは回
路ロス分を除いた部分が圧電素子Ｍ１に移動し、圧電素
子では、素子内部のロスと機械エネルギーを除いた部分
がその端子電圧ＶＭとして表れる。

【００２７】インダクタＬ１に流れる電流が「０」にな
ると、圧電素子Ｍ１に充電されていた電荷は「圧電素子
Ｍ１→インダクタＬ１→電源Ｅ→ダイオードＤ３」の経
路で放電され、圧電素子Ｍ１の変位は元に戻る。図５
（ｄ）に示すように圧電素子Ｍ１の電圧ＶＭが「０」に
戻った時点で、電流は「インダクタＬ１→電源Ｅ→ダイ
オードＤ１」に切り替わり、電流が「０」になるまで続
く。したがって、圧電素子Ｍ１に蓄えられていた余分の
エネルギーは電源Ｅに戻される。

【００２８】図２は本発明の第１の実施例の変形例を示
す図であり、本実施例は図１の実施例において、インダ
クタＬ１を電源の負極側に設けるとともに、トランジス
タＴＲ１を電源の正極側に設け、トランジスタＴＲ１駆
動用のトランジスタＴＲ２を追加したものであり、その
他の構成は図１の実施例と同様である。同図において、
充電信号Ｓ１が入力されるとトランジスタＴＲ２、ＴＲ
１がオンとなり、「電源Ｅ→トランジスタＴＲ１→イン
ダクタＬ１」の経路で図５（ｂ）に示す電流ｉ１が流れ
る。インダクタＬ１のインダクタンスをＬ、充電信号Ｓ
１の幅をｔ、電源電圧をＥとすると、電流ｉ１のピーク
値はｉ＝Ｅｔ／Ｌとなる。

【００２９】充電信号Ｓ１がオフになると、トランジス
タＴＲ２、ＴＲ１はオフとなり、電流は「インダクタＬ
１→ダイオードＤ２→圧電素子Ｍ１」の経路で流れ、圧
電素子Ｍ１の電圧ＶＭは図５（ｄ）に示すように上昇す
る。すなわち、インダクタＬ１に蓄えられていたエネル
ギーは回路ロス分を除いた部分が圧電素子Ｍ１に移動
し、圧電素子では、素子内部のロスと機械エネルギーを
除いた部分がその端子電圧ＶＭとして表れる。

【００３０】インダクタＬ１に流れる電流が「０」にな
ると、圧電素子Ｍ１に充電されていた電荷は「圧電素子
Ｍ１→ダイオードＤ３→電源Ｅ→インダクタＬ１」の経
路で放電され、圧電素子Ｍ１の変位は元に戻る。図５
（ｄ）に示すように圧電素子Ｍ１の電圧ＶＭが「０」に
戻った時点で、電流は「インダクタＬ１→ダイオードＤ
１→電源Ｅ」に切り替わり、電流が「０」になるまで続
く。したがって、圧電素子Ｍ１に蓄えられていた余分の
エネルギーは電源Ｅに戻される。

【００３１】図３は本発明の第２の実施例を示す図であ
り、図１と同一のものには同一の符号が付されており、
同図においては、図１の実施例のものにおいて、インダ
クタＬ１に中間タップを設け、インダクタＬ１をインダ
クタＬ１’およびインダクタＬ１”に分割し、インダク
タＬ１’に並列にダイオードＤ４を設けたものであり、
その他の構成は図１の実施例と同じである。

【００３２】図５の点線は、本実施例の動作を示すタイ
ム・チャートであり、図３の実施例の動作を図５のタイ
ム・チャートを用いて説明する。図３において、充電信
号Ｓ１が入力されるとトランジスタＴＲ１がオンとな
り、「電源Ｅ→ダイオードＤ４→インダクタＬ１”→ト
ランジスタＴＲ１」の経路で図５（ｂ）に示す電流ｉ１
が流れる。インダクタＬ１”のインダクタンスをＬ、充
電信号Ｓ１の幅をｔ、電源電圧をＥとすると、電流ｉ１
のピーク値はｉ＝Ｅｔ／Ｌとなる。

【００３３】充電信号Ｓ１がオフになると、トランジス
タＴＲ１はオフとなり、電流は「インダクタＬ１”→圧
電素子Ｍ１→ダイオードＤ２→ダイオードＤ４」の経路
で流れ、圧電素子Ｍ１の電圧ＶＭは図５（ｄ）に示すよ
うに上昇する。すなわち、インダクタＬ１”に蓄えられ
ていたエネルギーは回路ロス分を除いた部分が圧電素子
Ｍ１に移動し、圧電素子では、素子内部のロスと機械エ
ネルギーを除いた部分がその端子電圧ＶＭとして表れ
る。

【００３４】インダクタＬ１”に流れる電流が「０」に
なると、圧電素子Ｍ１に充電されていた電荷は「圧電素
子Ｍ１→インダクタＬ１”→インダクタＬ１’→電源Ｅ
→ダイオードＤ３」の経路で放電され、圧電素子Ｍ１の
変位は元に戻る。圧電素子Ｍ１の電圧ＶＭが「０」に戻
った時点で、電流は「インダクタＬ１”→インダクタＬ
１’→電源Ｅ→ダイオードＤ１」に切り替わり、電流が
「０」になるまで続く。したがって、圧電素子Ｍ１に蓄
えられていた余分のエネルギーは電源Ｅに戻される。

【００３５】図４は本発明の第２の実施例の変形例を示
す図であり、本実施例は図３の実施例において、インダ
クタＬ１’，Ｌ１”を電源の負極側に設けるとともに、
トランジスタＴＲ１を電源の正極側に設け、トランジス
タＴＲ１駆動用のトランジスタＴＲ２を追加したもので
あり、その他の構成は図３の実施例と同様である。同図
において、充電信号Ｓ１が入力されるとトランジスタＴ
Ｒ２、ＴＲ１がオンとなり、「電源Ｅ→トランジスタＴ
Ｒ１→インダクタＬ１”→ダイオードＤ４」の経路で図
５（ｂ）に示す電流ｉ１が流れる。インダクタＬ１”の
インダクタンスをＬ、充電信号Ｓ１の幅をｔ、電源電圧
をＥとすると、電流ｉ１のピーク値はｉ＝Ｅｔ／Ｌとな
る。

【００３６】充電信号Ｓ１がオフになると、トランジス
タＴＲ２、ＴＲ１はオフとなり、電流は「インダクタＬ
１”→ダイオードＤ４→ダイオードＤ２→圧電素子Ｍ
１」の経路で流れ、圧電素子Ｍ１の電圧ＶＭは図５
（ｄ）に示すように上昇する。すなわち、インダクタＬ
１”に蓄えられていたエネルギーは回路ロス分を除いた
部分が圧電素子Ｍ１に移動し、圧電素子では、素子内部
のロスと機械エネルギーを除いた部分がその端子電圧Ｖ
Ｍとして表れる。

【００３７】インダクタＬ１”に流れる電流が「０」に
なると、圧電素子Ｍ１に充電されていた電荷は「圧電素
子Ｍ１→ダイオードＤ３→電源Ｅ→インダクタＬ１’→
インダクタＬ１”」の経路で放電され、圧電素子Ｍ１の
変位は元に戻る。圧電素子Ｍ１の電圧ＶＭが「０」に戻
った時点で、電流は「インダクタＬ１’→インダクタＬ
１”→ダイオードＤ１→電源Ｅ」に切り替わり、電流が
「０」になるまで続く。したがって、圧電素子Ｍ１に蓄
えられていた余分のエネルギーは電源Ｅに戻される。

【００３８】上記第２の実施例およびその変形例におい
ては、圧電素子Ｍ１の充電時間はインダクタＬ１”のイ
ンダクタンス値で定まり、圧電素子Ｍ１の放電時間は、
インダクタＬ１”＋インダクタＬ１’のインダクタンス
値で定まるので、インダクタＬ１”とインダクタＬ１’
のインダクタンス値を適当に選定することにより、充電
時間、放電時間を設定することができる。

【００３９】図６は本発明の第３の実施例を示す図であ
り、図１と同一のものには同一の符号が付されており、
同図においては、図１の実施例のものにおいて、ダイオ
ードＤ３に直列にトランジスタＴＲ２を設け、トランジ
スタＴＲ２にトランジスタ駆動バッファＡ２を介して放
電信号Ｓ２を入力するように構成したものであり、その
他の構成は図１の実施例と同じである。

【００４０】図８は図６に示す第３の実施例の動作を示
すタイム・チャートであり、（ａ）は充電信号Ｓ１、
（ｂ）は放電信号Ｓ２、（ｃ）は電源電流ｉ１、（ｄ）
は圧電素子Ｍ１の電流ｉ２、（ｅ）は圧電素子Ｍ１の電
圧ＶＭを示す。次に、図６の動作を図８を用いて説明す
る。充電信号Ｓ１が入力されるとトランジスタＴＲ１が
オンとなり、「電源Ｅ→インダクタＬ１→トランジスタ
ＴＲ１」の経路で図８（ｃ）に示す電流ｉ１が流れる。
インダクタＬ１のインダクタンスをＬ、充電信号Ｓ１の
幅をｔ、電源電圧をＥとすると、電流ｉ１のピーク値は
ｉ＝Ｅｔ／Ｌとなる。

【００４１】充電信号Ｓ１がオフになると、トランジス
タＴＲ１はオフとなり、電流は「インダクタＬ１→圧電
素子Ｍ１→ダイオードＤ２」の経路で流れ、圧電素子Ｍ
１の電圧ＶＭは図８（ｅ）に示すように上昇する。すな
わち、インダクタＬ１に蓄えられていたエネルギーは回
路ロス分を除いた部分が圧電素子Ｍ１に移動し、圧電素
子では、素子内部のロスと機械エネルギーを除いた部分
がその端子電圧ＶＭとして表れる。

【００４２】放電信号Ｓ２が入力されるとトランジスタ
ＴＲ２がオンとなり、圧電素子Ｍ１に充電されていた電
荷は「圧電素子Ｍ１→インダクタＬ１→電源Ｅ→トラン
ジスタＴＲ２→ダイオードＤ３」の経路で放電され、圧
電素子Ｍ１の変位は元に戻る。圧電素子Ｍ１の電圧ＶＭ
が「０」に戻った時点で、電流は「インダクタＬ１→電
源Ｅ→ダイオードＤ１」に切り替わり、電流が「０」に
なるまで続く。したがって、圧電素子Ｍ１に蓄えられて
いた余分のエネルギーは電源Ｅに戻される。

【００４３】図７は本発明の第３の実施例の変形例を示
す図であり、本実施例は図６の実施例において、インダ
クタＬ１を電源の負極側に設けるとともに、トランジス
タＴＲ１を電源の正極側に設け、トランジスタＴＲ１駆
動用のトランジスタＴＲ３を追加したものであり、その
他の構成は図６の実施例と同様である。同図において、
充電信号Ｓ１が入力されるとトランジスタＴＲ３、ＴＲ
１がオンとなり、「電源Ｅ→トランジスタＴＲ１→イン
ダクタＬ１」の経路で図８（ｃ）に示す電流ｉ１が流れ
る。インダクタＬ１のインダクタンスをＬ、充電信号Ｓ
１の幅をｔ、電源電圧をＥとすると、電流ｉ１のピーク
値はｉ＝Ｅｔ／Ｌとなる。

【００４４】充電信号Ｓ１がオフになると、トランジス
タＴＲ３、ＴＲ１はオフとなり、電流は「インダクタＬ
１→ダイオードＤ２→圧電素子Ｍ１」の経路で流れ、圧
電素子Ｍ１の電圧ＶＭは図８（ｅ）に示すように上昇す
る。すなわち、インダクタＬ１に蓄えられていたエネル
ギーは回路ロス分を除いた部分が圧電素子Ｍ１に移動
し、圧電素子では、素子内部のロスと機械エネルギーを
除いた部分がその端子電圧ＶＭとして表れる。

【００４５】放電信号Ｓ２が入力されるとトランジスタ
ＴＲ２がオンとなり、圧電素子Ｍ１に充電されていた電
荷は「圧電素子Ｍ１→ダイオードＤ３→トランジスタＴ
Ｒ２→電源Ｅ→インダクタＬ１」の経路で放電され、圧
電素子Ｍ１の変位は元に戻る。圧電素子Ｍ１の電圧ＶＭ
が「０」に戻った時点で、電流は「インダクタＬ１→ダ
イオードＤ１→電源Ｅ」に切り替わり、電流が「０」に
なるまで続く。したがって、圧電素子Ｍ１に蓄えられて
いた余分のエネルギーは電源Ｅに戻される。

【００４６】上記第３の実施例およびその変形例におい
ては、放電信号Ｓ２が入力されトランジスタＴＲ２がオ
ンになるまで、圧電素子Ｍ１の電荷は放電しないので、
圧電素子Ｍ１の電位を保持することができる。図９は本
発明の第４の実施例を示す図であり、図６と同一のもの
には同一の符号が付されており、同図においては、図６
の実施例のものにおいて、ダイオードＤ３を除去し、ト
ランジスタＴＲ２をダイオードＤ２と並列に設けるとと
もに、トランジスタＴＲ３を設け、トランジスタＴＲ３
にトランジスタ駆動バッファＡ２を介して放電信号Ｓ２
を入力し、トランジスタＴＲ２を駆動するように構成し
たものであり、その他の構成は図６の実施例と同じであ
る。

【００４７】図１１は図９に示す第４の実施例の動作を
示すタイム・チャートであり、（ａ）は充電信号Ｓ１、
（ｂ）は放電信号Ｓ２、（ｃ）は電源電流ｉ１、（ｄ）
は圧電素子Ｍ１の電流ｉ２、（ｅ）は圧電素子Ｍ１の電
圧ＶＭを示す。次に、図９の動作を図１１を用いて説明
する。充電信号Ｓ１が入力されるとトランジスタＴＲ１
がオンとなり、「電源Ｅ→インダクタＬ１→トランジス
タＴＲ１」の経路で図１１（ｂ）に示す電流ｉ１が流れ
る。インダクタＬ１のインダクタンスをＬ、充電信号Ｓ
１の幅をｔ、電源電圧をＥとすると、電流ｉ１のピーク
値はｉ＝Ｅｔ／Ｌとなる。

【００４８】充電信号Ｓ１がオフになると、トランジス
タＴＲ１はオフとなり、電流は「インダクタＬ１→圧電
素子Ｍ１→ダイオードＤ２」の経路で流れ、圧電素子Ｍ
１の電圧ＶＭは図１１（ｅ）に示すように上昇する。す
なわち、インダクタＬ１に蓄えられていたエネルギーは
回路ロス分を除いた部分が圧電素子Ｍ１に移動し、圧電
素子では、素子内部のロスと機械エネルギーを除いた部
分がその端子電圧ＶＭとして表れる。

【００４９】放電信号Ｓ２が入力されるとトランジスタ
ＴＲ３、トランジスタＴＲ２がオンとなり、圧電素子Ｍ
１に充電されていた電荷は「圧電素子Ｍ１→インダクタ
Ｌ１→トランジスタＴＲ２」の経路で放電され、圧電素
子Ｍ１の変位は元に戻る。圧電素子Ｍ１の電圧ＶＭが
「０」に戻った時点で、放電信号をオフにすると、トラ
ンジスタＴＲ３、トランジスタＴＲ２がオフになり、電
流は「インダクタＬ１→電源Ｅ→ダイオードＤ１」に切
り替わり、電流が「０」になるまで続く。したがって、
圧電素子Ｍ１に蓄えられていた余分のエネルギーは電源
Ｅに戻される。

【００５０】図１０は本発明の第４の実施例の変形例を
示す図であり、本実施例は図９の実施例において、イン
ダクタＬ１を電源の負極側に設けるとともに、トランジ
スタＴＲ１を電源の正極側に設け、また、トランジスタ
ＴＲ２を電源の負極側に設け、その駆動用トランジスタ
ＴＲ３を除去するとともに、トランジスタＴＲ１駆動用
のトランジスタＴＲ３を追加したものであり、その他の
構成は図９の実施例と同様である。

【００５１】同図において、充電信号Ｓ１が入力される
とトランジスタＴＲ３、ＴＲ１がオンとなり、「電源Ｅ
→トランジスタＴＲ１→インダクタＬ１」の経路で図１
１（ｂ）に示す電流ｉ１が流れる。インダクタＬ１のイ
ンダクタンスをＬ、充電信号Ｓ１の幅をｔ、電源電圧を
Ｅとすると、電流ｉ１のピーク値はｉ＝Ｅｔ／Ｌとな
る。

【００５２】充電信号Ｓ１がオフになると、トランジス
タＴＲ３、ＴＲ１はオフとなり、電流は「インダクタＬ
１→ダイオードＤ２→圧電素子Ｍ１」の経路で流れ、圧
電素子Ｍ１の電圧ＶＭは図１１（ｅ）に示すように上昇
する。すなわち、インダクタＬ１に蓄えられていたエネ
ルギーは回路ロス分を除いた部分が圧電素子Ｍ１に移動
し、圧電素子では、素子内部のロスと機械エネルギーを
除いた部分がその端子電圧ＶＭとして表れる。

【００５３】放電信号Ｓ２が入力されるとトランジスタ
ＴＲ２がオンとなり、圧電素子Ｍ１に充電されていた電
荷は「圧電素子Ｍ１→トランジスタＴＲ２→インダクタ
Ｌ１」の経路で放電され、圧電素子Ｍ１の変位は元に戻
る。圧電素子Ｍ１の電圧ＶＭが「０」に戻った時点で、
放電信号をオフにすると、トランジスタＴＲ２がオフに
なり、電流は「インダクタＬ１→ダイオードＤ１→電源
Ｅ」に切り替わり、電流が「０」になるまで続く。した
がって、圧電素子Ｍ１に蓄えられていた余分のエネルギ
ーは電源Ｅに戻される。

【００５４】上記第４の実施例およびその変形例におい
ては、放電信号Ｓ２が入力されトランジスタＴＲ２がオ
ンになるまで、圧電素子Ｍ１の電荷は放電しないので、
図６に示した実施例のものと同様、圧電素子Ｍ１の電位
を保持することができる。

【００５５】

【発明の効果】以上説明したことから明らかなように、
本発明においては、構造が複雑で価格が高いトランスを
用いることなく、インダクタを用いて簡単な構成の圧電
素子駆動回路を構成することができるので、圧電素子駆
動回路のコストを低減化することができるとともに、そ
の信頼性を向上することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す図である。

【図２】第１の実施例の変形例を示す図である。

【図３】本発明の第２の実施例を示す図である。

【図４】第２の実施例の変形例を示す図である。

【図５】本発明の第１、第２の実施例およびその変形例
の動作を示す図である。

【図６】本発明の第３の実施例を示す図である。

【図７】第３の実施例の変形例を示す図である。

【図８】本発明の第３の実施例およびその変形例の動作
を示す図である。

【図９】本発明の第４の実施例を示す図である。

【図１０】第４の実施例の変形例を示す図である。

【図１１】本発明の第４の実施例およびその変形例の動
作を示す図である。

【図１２】トランスを用いた圧電素子駆動回路の従来例
を示す図である。

【図１３】トランスを用いた圧電素子駆動回路の動作を
示す図である。

【図１４】インダクタを用いた圧電素子駆動回路の従来
例を示す図である。

【図１５】インダクタを用いた圧電素子駆動回路の動作
を示す図である。

【符号の説明】

Ｅ電源Ｌ１，Ｌ１’，Ｌ１” インダクタＭ１圧電素子ＴＲ１，ＴＲ２，ＴＲ３トランジスタＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４ダイオードＡ１，Ａ２トランジスタ駆動バッファＳ１充電信号Ｓ２放電信号

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電源(E) にインダクタ(L1)とトランジス
タ(TR1) とを直列接続するとともに、インダクタ(L1)と並列に、ダイオード(D2)と電気エネル
ギーを機械的変位に変換して印字ワイヤ等の負荷を駆動
する圧電素子(M1)との直列接続体を接続し、充電信号オン時、トランジスタ(TR1) をオンにして、電
源(E) よりトランジスタ(TR1) を介してインダクタに電
流を流して、インダクタ(L1)にエネルギーを蓄積し、充電信号オフ時、インダクタ(L1)に蓄積されたエネルギ
ーを圧電素子(M1)に直列に接続されたダイオード(D2)を
介して圧電素子(M1)に放出して圧電素子を充電すること
により、圧電素子に接続された負荷を駆動することを特徴とする
圧電素子駆動回路。
【請求項２】圧電素子(M1)に直列に接続されたダイオ
ード(D2)と圧電素子(M1)との接続点と電源(E) の間に、
ダイオード(D2)と同一極性に接続した第２のダイオード
(D3)を接続するとともに、第３のダイオード(D1)をトラ
ンジスタ(TR1) と並列に接続し、圧電素子(M1)に充電された電荷をインダクタ(L1)と第２
のダイオード(D3)、第３のダイオード(D1)を介して電源
(E) に戻すことにより、圧電素子(M1)に充電されていた
電荷を放電させることを特徴とする請求項１の圧電素子
駆動回路。
【請求項３】インダクタ(L1)を第１および第２のイン
ダクタ(L1',L1") に分割し、一方のインダクタと並列に
第４のダイオード(D4)を接続したことを特徴とする請求
項２の圧電素子駆動回路。
【請求項４】第２のダイオード(D3)に直列に第２のト
ランジスタ(TR2) を接続し、放電時、第２のトランジスタ(TR2) をオンにすることに
より、圧電素子(M1)に充電された電荷をインダクタ(L
1)、第３のダイオード(D1)、第２のダイオード(D3)およ
び第２のトランジスタ(TR2) を介して電源(E) に戻すこ
とにより、圧電素子(M1)に充電されていた電荷を放電さ
せることを特徴とする請求項２の圧電素子駆動回路。
【請求項５】圧電素子(M1)に直列に接続されたダイオ
ード(D2)に並列に第２のトランジスタ(TR2) を接続する
とともに、第３のダイオード(D1)をトランジスタ(TR1)
と並列に接続し、放電時、第２のトランジスタ(TR2) をオンにすることに
より、圧電素子(M1)に充電された電荷をインダクタ(L
1)、第３のダイオード(D1)および第２のトランジスタ(T
R2) を介して放電させることを特徴とする請求項１の圧
電素子駆動回路。