JPH06978A - 圧電素子容量のバラツキ補正駆動方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 圧電素子の容量にバラツキがあっても、圧電
素子による駆動量をほぼ一定に補正することができる圧
電素子駆動回路における圧電素子容量のバラツキ補正駆
動方式を提供すること。 【構成】 圧電素子１の充電電圧が充電電圧測定手段４
により測定され、充放電時間補正手段５に与えられる。
充放電時間補正手段５は圧電素子の充電電圧から圧電素
子の充電時間および放電時間の補正値を求めて、圧電素
子駆動信号発生手段３に出力する。圧電素子駆動信号発
生手段３は充放電時間補正手段５より与えられた充電時
間、放電時間を持つ充電信号、放電信号を出力し、圧電
素子駆動回路２により圧電素子を駆動する。圧電素子の
インピーダンスのバラツキによる圧電素子の駆動量の差
をなくすことができるので、プリンタのヘッド・ピン駆
動において、印字の濃淡むら等を防ぐことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば、プリント・ヘ
ッドの駆動等に用いられる圧電素子駆動回路における圧
電素子容量のバラツキ補正駆動方式に関するものであ
り、特に、本発明は、圧電素子のインピーダンス（特に
容量分）にバラツキがあっても、圧電素子による駆動量
をほぼ一定に補正することができる圧電素子容量のバラ
ツキ補正駆動方式に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】圧電素子に電荷を充放電することによ
り、プリント・ヘッド等の被駆動体を駆動する圧電素子
駆動回路が知られている。図７は上記した従来の圧電素
子駆動回路を示す図であり、同図において、Ｅは電源、
Ｔ１０はトランス、Ｍ１０は圧電素子、ＴＲ１０および
ＴＲ２０はトランジスタ、Ｄ１０およびＤ２０はダイオ
ード、Ｓ１０は充電信号、Ｓ２０は放電信号、２１は圧
電素子の充放電信号を出力するプロセッサ、２２はプロ
セッサ２１の出力に応じて圧電素子駆動回路のトランジ
スタＴＲ１０およびＴＲ２０の駆動信号を出力する論理
回路部、２１ａ，２１ｂはそれぞれプロセッサ２１のプ
ログラム等を格納したＲＯＭ、ＲＡＭである。

【０００３】図６は図５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）は圧電素子Ｍ１０の電圧ＶＭ
１である。次に、図６を用いて図７の圧電素子駆動回路
の動作を説明する。図７において、プロセッサ２１が圧
電素子の充放電信号を出力すると、論理回路部２２はプ
ロセッサ２１の出力に応じて、圧電素子駆動回路のトラ
ンジスタＴＲ１０およびＴＲ２０を駆動する図６
（ａ），（ｂ）に示す充電信号Ｓ１０および放電信号Ｓ
２０を出力する。

【０００４】充電信号Ｓ１０はトランジスタ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る。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はトランスＴ１０の２
次側に転流する。この電流は「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６（ｃ）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。

【０００５】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、例えば、プリ
ンタのヘッド・ピン等の被駆動部材を駆動する。次い
で、論理回路部２２より、図６（ｂ）に示す放電信号Ｓ
２０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Ｍ
１０→トランスＴ１０の２次側→トランジスタＴＲ２０
→圧電素子Ｍ１０」の経路で放電し、圧電素子Ｍ１０の
端子電圧ＶＭ１は図６（ｃ）に示すように低下する。

【０００６】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。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記した従
来の圧電素子駆動回路においては、論理回路部２２が出
力する充電時間ｔ1 、放電時間ｔ2 （図６）は一定であ
るため、圧電素子Ｍ１０のインピーダンス（特に容量
分）にバラツキがあると圧電素子に充電される電圧に差
が生ずる。

【０００８】図６（ｃ）の，，は圧電素子の容量
にバラツキがある時の圧電素子充電電圧を示したもので
あり、同図のは圧電素子の容量が小さい場合、は圧
電素子の容量が大きい場合を示している。図６（ｃ）に
示すように、圧電素子の充電電圧に差が生ずると、圧電
素子に接続された移動体の駆動量に差が生ずる。

【０００９】例えば、上記圧電素子をプリント・ヘッド
の駆動に用いる場合には、圧電素子はプリント・ヘッド
の各ヘッド・ピン分用意され、各圧電素子は各ヘッド・
ピンに接続され、各ヘッド・ピンは圧電素子に充電され
る電圧値に比例して伸び縮みする。従って、上記のよう
に、圧電素子の容量にバラツキがあると、ヘッド・ピン
の突出量に差が生じ、印字に濃淡が生ずる等、印字品質
の低下を招く恐れがある。

【００１０】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、圧電素子の容量にバラ
ツキがあっても、圧電素子による駆動量をほぼ一定に補
正することができる圧電素子容量のバラツキ補正駆動方
式を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】図１は本発明の基本構成
図である。上記課題を解決するため、本発明の請求項１
の発明は、充放電により被駆動部材を駆動する圧電素子
１と、充電信号が入力されている期間、圧電素子１を充
電し、放電信号が入力されている期間、圧電素子１を放
電させる圧電素子駆動回路２と、圧電素子駆動回路２に
充電信号および放電信号を出力する圧電素子駆動信号発
生手段３と、圧電素子１の充電電圧を測定する充電電圧
測定手段４と、測定した圧電素子１の充電電圧から圧電
素子１の充電時間および放電時間を求め圧電素子駆動信
号発生手段３に出力する充放電時間補正手段５とを備
え、充放電時間補正手段５により求めた充電時間および
放電時間に基づき圧電素子１を充電および放電させるこ
とにより、圧電素子容量のバラツキにより生ずる被駆動
部材の駆動量のバラツキを補正するようにしたものであ
る。

【００１２】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１をプリンタのヘッド・ピンの駆
動に適用したものである。本発明の請求項３の発明は、
請求項１または請求項２の発明において、圧電素子１の
ピーク電圧を求めるピーク値ホルダ４ａを充電電圧測定
手段４に設け、ピーク値ホルダの出力を充放電時間補正
手段５に与えるように構成したものである。

【００１３】

【作用】請求項１の発明において、圧電素子１の充電電
圧が充電電圧測定手段４により測定され、充放電時間補
正手段５に与えられる。充放電時間補正手段５は圧電素
子の充電電圧から圧電素子の充電時間および放電時間の
補正値を求めて、圧電素子駆動信号発生手段３に出力す
る。

【００１４】圧電素子駆動信号発生手段３は充放電時間
補正手段５より与えられた充電時間、放電時間を持つ充
電信号、放電信号を出力し、圧電素子駆動回路２により
圧電素子１を駆動する。充電電圧測定手段４と充放電時
間補正手段５とを設け、圧電素子１の充電電圧により圧
電素子１の充電時間および放電時間を補正するようにし
たので、圧電素子１のインピーダンスのバラツキによる
圧電素子の駆動量の差をなくすことができる。

【００１５】請求項２の発明においては、請求項１の発
明をプリンタのヘッド・ピンの駆動に適用したので、ヘ
ッド・ピンの突出量の差により印字に濃淡が生ずる等の
印字品質の低下を防ぐことができる。請求項３の発明に
おいては、充電電圧測定手段４に圧電素子１のピーク電
圧を求めるピーク値ホルダ４ａを設けたので、充放電時
間補正手段５により充電電圧のピーク値を求める必要が
なく、充放電時間補正手段５における処理量を減少させ
ることができる。

【００１６】

【実施例】図２は本発明の１実施例を示す図であり、同
図において、図７に示したものと同一のものには同一の
符号が付されており、同図は図７の従来例のものに、圧
電素子の端子電圧を検出するためのダイオードＤ３０，
ブリーダ抵抗Ｒ１，Ｒ２およびアナログ／デジタル変換
器２３を付加し、アナログ／デジタル変換回路２３の出
力をプロセッサ２１に入力するように構成したものであ
る。

【００１７】図２において、圧電素子Ｍ１０の電圧はダ
イオードＤ３０，ブリーダ抵抗Ｒ１，Ｒ２を介してｎビ
ットのアナログ／デジタル変換器２３に入力される。ア
ナログ／デジタル変換器２３には、ピーク値ホルダが設
けられており、入力された圧電素子Ｍ１０の端子電圧の
ピーク電圧をデジタル信号に変換し、プロセッサ２３に
出力する。

【００１８】プロセッサ２３はＲＯＭ２１ａもしくはＲ
ＡＭ２１ｂに予め用意されたテーブルを参照して、アナ
ログ／デジタル変換器２３より入力された圧電素子Ｍ１
０の充電電圧のピーク電圧に対応した圧電素子の充電時
間、放電時間を求め、論理回路２２に出力する。論理回
路２２はプロセッサ２３の出力に応じた時間だけ、圧電
素子駆動回路のトランジスタＴＲ１１，ＴＲ２０をオン
にして圧電素子Ｍ１０の充電および放電を制御し、例え
ばプリンタのヘッド・ピンを駆動する。

【００１９】図３は上記したＲＯＭ２１ａもしくはＲＡ
Ｍ２１ｂに予め用意されたテーブルの一例を示す図であ
り、テーブルには、８ビットのアナログ／デジタル変換
器２３の出力電圧と、それに対応した圧電素子の充電時
間ｔ1 、放電時間ｔ2 が格納されており、プロセッサ２
３は図３のテーブルを参照して読み込んだアナログ／デ
ジタル変換器２３の出力電圧のピーク値より圧電素子Ｍ
１０の充電時間Ｔa1ないしＴam、放電時間Ｔb1ないしＴ
bmを求め、論理回路２２に出力する。

【００２０】図４は論理回路２２が出力する充電時間、
放電時間と圧電素子の端子電圧の関係を示す図であり、
同図（ａ）は充電時間と放電時間、同図（ｂ）は圧電素
子の端子電圧を示す。同図において、実線で示した充電
時間Ｔa2、放電時間Ｔb2、圧電素子端子電圧Ｖa2を標準
値とすると、圧電素子の容量が標準値より小さい場合に
は、同図の点線で示すように、充電時間Ｔamを標準の充
電時間Ｔa2より短くし、また、圧電素子のピーク電圧保
持時間を他と等しくするため、放電時期を早めて標準の
放電時間Ｔb2より短かい放電時間Ｔbmで放電させる。そ
の結果、圧電素子の端子電圧は同図（ｂ）の点線Ｖamに
示すようになり、標準の圧電素子端子電圧Ｖa2とほぼ等
しくなる。

【００２１】また、圧電素子の容量が標準値より大きい
場合には、同図の一点鎖線で示すように、充電時間Ｔa1
を標準の充電時間Ｔa2より長くし、また、圧電素子のピ
ーク電圧保持時間を他と等しくするため放電時期を遅ら
せて、標準の放電時間Ｔb2より長い放電時間Ｔb1で放電
させる。その結果、圧電素子の端子電圧は同図（ｂ）の
一点鎖線Ｖa1に示すようになり、上記と同様、標準の圧
電素子端子電圧Ｖa2とほぼ等しくなる。

【００２２】図５は本発明の他の実施例を示す図であ
り、本実施例においては、複数の圧電素子に対して、１
つのアナログ／デジタル変換器を用いて、充電時間、放
電時間の補正値を求める実施例を示したものである。同
図において、Ｍ１ないしＭｎは圧電素子、Ｄ１ないしＤ
ｎはダイオード、２３はアナログ／デジタル変換器であ
り、アナログ／デジタル変換器２３の出力は、図２に示
したように充電時間、放電時間の補正値を求めるプロセ
ッサに接続されている。

【００２３】同図において、各圧電素子の充電時間、放
電時間の補正値を求める場合には、図示しない圧電素子
駆動回路を順次動作させることにより、各圧電素子を順
次駆動し、それぞれの圧電素子の充電電圧を求め、アナ
ログ／デジタル変換器２３によりデジタル信号に変換す
る。プロセッサはアナログ／デジタル変換器２３により
デジタル信号に変換された各圧電素子の充電電圧より、
前記した手法により各圧電素子の充電時間、放電時間の
補正値を求める。

【００２４】本実施例によれば、各圧電素子毎にアナロ
グ／デジタル変換器２３を設ける必要がないので、構成
を簡単にすることができる。なお、上記図２，図５に示
した実施例においては、アナログ／デジタル変換器２３
にピーク値ホルダーを設け、圧電素子の端子電圧のピー
ク値をデジタル信号に変換しプロセッサに与えるように
構成したが、アナログ／デジタル変換器２３によりデジ
タル信号に変換した圧電素子の端子電圧をプロセッサに
入力し、プロセッサにおいて、端子電圧のピーク値を求
めるように構成することもできる。

【００２５】このように構成することにより、プロセッ
サにおけるデータ処理量は増加するが、ピーク値ホルダ
を省略することができる。上記した圧電素子の充電時
間、放電時間の補正は具体的には、次の方法で行うこと
ができる。 製品出荷前に、各圧電素子に図２に示すダイオード
Ｄ３０，フリーダ抵抗Ｒ１，Ｒ２，アナログ／デジタル
変換器２３を取り付けて各圧電素子の充電時間、放電時
間の補正値を求めてＲＯＭ２１ａもしくはＲＡＭ２１ｂ
に記憶させ、補正が終了後ダイオードＤ３０，フリーダ
抵抗Ｒ１，Ｒ２，アナログ／デジタル変換器２３を除去
する。

【００２６】上記方法を取ることにより、圧電素子のイ
ンピーダンス（容量）のバラツキに依存せず、安定な充
電電圧値をうることができ、例えば、圧電素子を用いた
プリント・ヘッドにおいては、濃淡むら等をなくした良
好な印字品質を得ることができる。また、この方法によ
れば、製品にはダイオードＤ３０，フリーダ抵抗Ｒ１，
Ｒ２，アナログ／デジタル変換器２３を取り付ける必要
がないので、製品をコンパクトにすることができる。 各圧電素子に図２に示すダイオードＤ３０，フリー
ダ抵抗Ｒ１，Ｒ２，アナログ／デジタル変換器２３を取
り付けておき、装置の電源投入時、圧電素子の動作に影
響がない程度の（プリント・ヘッドにおいては印字しな
い程度の）一定の充放電信号を与え、圧電素子を動作さ
せる。そして、その時の圧電素子端子電圧を求め、前記
したようにテーブルを参照して充電時間、放電時間の補
正値を求め、動作時、上記補正値により圧電素子を駆動
する。

【００２７】上記方法においては、装置の電源投入時、
毎回、圧電素子の充電時間、放電時間の補正を行うの
で、圧電素子が経時変化したり、劣化した場合において
も、圧電素子の充電電圧をほぼ一定に保つことが可能と
なり、例えば、圧電素子を用いたプリント・ヘッドにお
いては、圧電素子の経時変化、劣化があっても、濃淡む
ら等をなくした良好な印字品質を得ることができる。

【００２８】

【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、充電電圧測定手段と充放電時間補正
手段とを設け、圧電素子の充電電圧により圧電素子の充
電時間および放電時間を補正するようにしたので、圧電
素子のインピーダンスのバラツキによる圧電素子の駆動
量の差をなくすことができ、圧電素子をプリンタのヘッ
ド・ピンの駆動に用いた場合には、ヘッド・ピンの突出
量の差により印字に濃淡が生ずる等の印字品質の低下を
防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基本構成図である。

【図２】本発明の実施例を示す図である。

【図３】充放電時間の補正量を求めるためのテーブルの
一例を示す図である。

【図４】充電時間、放電時間と圧電素子の端子電圧の関
係を示す図である。

【図５】本発明の他の実施例を示す図である。

【図６】従来例の動作を示す図である。

【図７】従来例を示す図である。

【符号の説明】 Ｔ１０ トランス Ｍ１，Ｍ２，Ｍｎ，Ｍ１０ 圧電素子 ＴＲ１０，ＴＲ２０ トランジスタ Ｄ１，Ｄ２，Ｄｎ，Ｄ１０，Ｄ２０，Ｄ３０ ダイオー
ド ２１ プロセッサ ２２ 論理回路部 ２３ アナログ／デジタル変換器

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 充放電により被駆動部材を駆動する圧電
   素子(1) と、 充電信号が入力されている期間、圧電素子(1) を充電
   し、放電信号が入力されている期間、圧電素子(1) を放
   電させる圧電素子駆動回路(2) と、 圧電素子駆動回路(2) に充電信号および放電信号を出力
   する圧電素子駆動信号発生手段(3) と、 圧電素子(1) の充電電圧を測定する充電電圧測定手段
   (4) と、 測定した圧電素子(1) の充電電圧から圧電素子(1) の充
   電時間および放電時間を求め、圧電素子駆動信号発生手
   段(3) に出力する充放電時間補正手段(5) とを備え、 充放電時間補正手段(5) により求めた充電時間および放
   電時間に基づき圧電素子(1) を充電および放電させるこ
   とにより、圧電素子容量のバラツキにより生ずる被駆動
   部材の駆動量のバラツキを補正することを特徴とする圧
   電素子容量のバラツキ補正駆動方式。
2. 【請求項２】 圧電素子(1) によりプリンタのヘッド・
   ピンを駆動することを特徴とする請求項１の圧電素子容
   量のバラツキ補正駆動方式。
3. 【請求項３】 圧電素子(1) のピーク電圧を求めるピー
   ク値ホルダ(4a)を充電電圧測定手段(4) に設け、ピーク
   値ホルダの出力を充放電時間補正手段(5) に与えること
   を特徴とする請求項１または請求項２の圧電素子容量の
   バラツキ補正駆動方式。