JPH07106638B2 - 圧電素子駆動回路 - Google Patents

圧電素子駆動回路

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JPH07106638B2
JPH07106638B2 JP62036644A JP3664487A JPH07106638B2 JP H07106638 B2 JPH07106638 B2 JP H07106638B2 JP 62036644 A JP62036644 A JP 62036644A JP 3664487 A JP3664487 A JP 3664487A JP H07106638 B2 JPH07106638 B2 JP H07106638B2
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Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】
本発明は圧電素子によって駆動されたアクチュエータの
圧電素子の残留歪みの温度変化に基づく動作不安定性を
改善した圧電素子駆動回路に関する。
【従来技術】
従来、圧電素子の電歪を拡大機構により拡大してドット
プリンタのインパクトワイヤを駆動するようにした装置
が知られている。 ところが、圧電素子は電圧を印加していない時の変位、
即ち、残留歪みに大きな負の温度依存性があるが、一定
の電圧の印加により生じる圧電素子の変位量は一定であ
るため、アクチュエータのストロークは不変でも、アク
チュエータの初期位置と終期位置が使用環境の温度に依
存して推移するという問題があった。 このため、一定の電圧で圧電素子を駆動しても、インパ
クトワイヤの印字圧が使用環境の温度に依存して変化
し、印字されるドットパターンに濃淡が発生していた。
【発明が解決しようとする問題点】
このような問題を解決するために、従来では、圧電素子
の残留歪みの温度特性と逆の正の温度特性を有する金属
等を圧電素子に貼付したり拡大機構に介在させたりし
て、残留歪みの温度特性を補償させるようにしていた。 このため、拡大機構の設計や調整が困難になっていた。
【発明の目的】
本発明は上記の問題点を解決するためになされたもので
あり、その目的とするところは、簡便な装置で圧電素子
の残留歪みの温度特性を補償することである。
【問題点を解決するための手段】
上記の問題点を解決するために本発明の圧電素子駆動回
路は、歪量が駆動電圧の印加により制御される圧電素子
と、当該圧電素子の歪みにより駆動されるインパクトワ
イヤと、前記圧電素子の近辺に配設された温度センサ
と、前記圧電素子に印加される駆動電圧が前記温度セン
サにより検出された温度に応じて決定される所定の電圧
になるように制御する電圧制御手段とを備えている。
【作用】
アクチュエータの終期位置が温度によらず一定となるよ
うに圧電素子の作用面の変位量を制御すれば、例えば、
ドットプリンタの印字圧は温度によらず一定となり、圧
電素子の残留歪みの温度特性に依存したアクチュエータ
の動作不安定性が改善される。 そこで、圧電素子の残留歪みの温度特性を予め測定して
おけば、温度センサにより検出された圧電素子の温度か
ら圧電素子の作用面の初期位置を知ることができる。圧
電素子の作用面の変位の初期位置が分かれば、所定の終
期位置までの変位量が分かる。そして、圧電素子の作用
面の変位量は印加電圧の大きさに比例することから、そ
の変位量を発生させるに必要な印加電圧の大きさを知る
ことができる。 本発明の電圧制御手段は温度センサの出力信号から、圧
電素子の作用面の変位が所定の終期位置となる印加電圧
を求め、圧電素子にその電圧を印加するようにしてい
る。
【実施例】
以下、本発明を具体的な一実施例に基づいて説明する。 本実施例は圧電素子をインパクト型ドットプリンタのイ
ンパクトワイヤの駆動源に用いたものである。 第1図において、1は直流電源、2は圧電素子、3、4
はトランジスタ、5はコイル、6はダイオードである。
トランジスタ3とコイル5とダイオード6で昇降圧可能
なDC−DCコンバータを構成している。即ち、トランジス
タ3がオンの期間コイル5に電源1から電流が流れ、電
源1から供給された電力はコイル5に磁気エネルギーと
して蓄えられる。そして、トランジスタ3がオフの期間
に圧電素子2、ダイオード6、コイル5と電流が流れ、
コイル5に蓄積されたエネルギーは圧電素子2に蓄積さ
れる。そして、トランジスタ3のオンオフの繰り返しに
より、圧電素子2は電源1の電圧E1の向きと逆向きの端
子電圧E2に充電される。圧電素子2は容量性の負荷であ
るため、端子電圧E2は時間と共に上昇するので、圧電素
子2の端子電圧E2はトランジスタ3の制御時間を一定と
すれば、トランジスタ3のデューティ比を制御すること
により変化させることができる。また、トランジスタ4
は圧電素子2に充電された電荷をコイル5を介して放電
させ圧電素子2の変位を初期位置へ復帰させるためのも
のである。 このような構成の駆動回路において、圧電素子2の温度
を検出する温度センサ7が圧電素子2の近辺に配設され
ており、その温度センサ7の出力信号は増幅器8とA/D
変換器9で処理され、電圧制御装置10に入力している。 電圧制御装置10は1チップのマイクロコンピュータで構
成されており、内蔵のROMに温度とトランジスタ3のデ
ューティ比との関係を示したテーブルが記憶されてい
る。 マイクロコンピュータは、第2図に示す処理手順に従っ
て処理を実行する。 まず、ステップ100で、A/D変換器9から温度信号が入力
される。次に、ステップ102でテーブルから検出された
温度に対応するデューティ比が検索され、ステップ104
でそのデューティ比からトランジスタ3のオン時間Ton
とオフ時間Toffが設定される。次に、ステップ106で減
算タイマにトランジスタ3の制御に要する一定の時間が
設定される。 次に、ステップ108で高レベル信号S1がトランジスタ3
のベースに出力され、次のステップ110でステップ104で
設定されたオン時間Tonだけ待機する。これらのステッ
プ108と110の処理によりトランジスタ3はオン時間Ton
だけ導通することになる。 次に、ステップ112で低レベル信号S1がトランジスタ3
に出力され、ステップ114においてステップ104で設定さ
れたオフ時間Toffだけ待機し、次のステップ116におい
てステップ106で設定された時間が経過したか否かが判
定される。これらのステップ112と114の処理によりトラ
ンジスタ3はオフ時間Toffだけ遮断されることになる。 次に、ステップ116で一定時間経過していないと判定さ
れた場合は、ステップ108へ戻り次のサイクルのデュー
ティ制御が行われ、結局、ステップ106で設定された一
定の制御時間が経過するまでデューティ制御が繰り返さ
れる。 この結果、圧電素子2の端子電圧E2はデューティ比に対
応した電圧となる。そして、デューティ比は温度に応じ
た最適値に設定されているので、印加電圧も温度に応じ
て変化することになり、電圧の印加により生じる圧電素
子2の作用面の変位の終期値は温度によらず一定とな
る。このため印字圧は一定となり、印字品質が向上す
る。 次に、ステップ118で印字が充分に行われるために一定
時間待機した後、ステップ120でトランジスタ4をオン
にする制御信号S2をそのベースに出力し、圧電素子2に
充電されている電荷を放電させ、圧電素子2の作用面の
変位を初期位置に復帰させる。その後、ステップ122で
圧電素子2の作用面の変位が完全に初期位置に復帰され
るまで一定時間待機した後、1回のインパクト動作が終
了する。 尚、上記実施例において制御時間を一定としてデューテ
ィ比を変化させることにより、温度に応じた印加電圧を
得るようにしているが、圧電素子2の端子電圧E2を検出
する電圧検出器を設け、この検出された端子電圧E2が温
度に応じた値となるまで、一定のデューティ比で制御す
るようにしてもよい。 第2実施例として第3図に示す駆動回路により圧電素子
2を駆動することもできる。この場合には、圧電素子2
は抵抗13を介して電源1により充電される。この時、圧
電素子2の端子電圧E2は抵抗13の抵抗値Rと圧電素子2
の容量Cで決定される時定数CRで電圧E1に向かって上昇
する。 電圧制御装置20は第1実施例と同様に1チップのマイク
ロコンピュータで構成されており、内蔵のROMには温度
とその温度に対応する圧電素子の印加電圧との関係がテ
ーブルに作成されている。マイクロコンピュータは第4
図に示す処理手順に従って処理を実行する。 まず、ステップ200で温度信号がA/D変換器9から入力さ
れ、ステップ202で検出温度に対応した電圧値ESがテー
ブルから検索され、ステップ204でトランジスタ11がオ
ンされる。次に、ステップ206で圧電素子2の端子電圧E
2がA/D変換器15から入力され、ステップ208で端子電圧E
2と電圧値ESとが比較される。端子電圧E2が電圧値ESよ
り低い場合には、ステップ206へ復帰し上記の端子電圧E
2の入力と比較の処理が実行され、端子電圧E2が電圧値E
Sに等しくなると、ステップ210へ移行して、トランジス
タ11がオフに制御される。 そして、次にステップ212で印字が充分に行われるまで
一定時間待機した後、ステップ214でトランジスタ12を
一定時間オンとして圧電素子2に充電された電荷をトラ
ンジスタ12を介して放電させ、圧電素子2の作用面の変
位が初期位置に復元される。 また、第3実施例として第5図に示す駆動回路により圧
電素子2を駆動することもできる。この場合には、圧電
素子2はトランジスタ31がオンの期間はトランジスタ31
とコイル34を介して充電され、トランジスタ31がオフと
なるとダイオード33を介してコイル34に蓄えられている
エネルギーにより充電される。そして、充電電流は変流
器35により検出され、その信号が積分回路36で積分さ
れ、充電電流の積分値が求められる。その積分値はA/D
変換器37を介して電圧制御装置30に入力している。充電
完了後の圧電素子2の端子電圧E2は、充電電流の積分値
で知ることができる。したがって、マイクロコンピュー
タで構成された電圧制御装置30は第2実施例と同様にし
て、温度と充電電流の積分値との関係をテーブルに記憶
しており、検出温度から対応する充電電流の積分値の目
標値を検索し、検出された充電電流の積分値がその検索
された目標値に等しくなるまで、トランジスタ31をオン
とすることにより、圧電素子2の端子電圧E2を検出温度
に対応して制御することができる。 また、第4実施例として第6図に示す駆動回路で圧電素
子2を駆動することもできる。この駆動回路は第5図の
駆動回路と同一の回路構成である。この実施例では、充
電電流の積分値を検出する代わりに、瞬時の充電電流を
変流器35と増幅器43とA/D変換器44で検出し、圧電素子
2の端子電圧E2を増幅器41とA/D変換器42で検出してい
る。この駆動回路では充電電流の特性はコイル34と圧電
素子2の共振特性となり、トランジスタ31がオフした後
にも、圧電素子2にはコイル34に蓄積されたエネルギー
も充電されるため、圧電素子2の端子電圧E2の最終値
は、トランジスタ31がオフした瞬時におけるコイル34と
圧電素子2とに充電されたエネルギーの総和で決定され
る。そして、この瞬時における各エネルギーは、コイル
35を流れる瞬時電流と圧電素子2の瞬時の端子電圧E2を
検出すれば、コイル35の既知のインダクタンスと圧電素
子2の既知のキャパシタンスを用いて求めることができ
る。 そこで、電圧制御装置40は検出温度によって決定される
圧電素子2の端子電圧E2の目標値をテーブルを検索して
求め、圧電素子2の端子電圧E2の最終値がその目標値に
等しくなる条件を満たすコイル34を流れる瞬時電流と圧
電素子2の瞬時の端子電圧E2が検出された時にトランジ
スタ31をオフにするように制御している。このような制
御により、圧電素子2の端子電圧2の最終値を温度に応
じて変化させることができる。 尚、上記各実施例における電圧制御装置は、1チップの
マイクロコンピュータと同等の機能を有する回路構成で
あってもよい。
【発明の効果】
本発明は圧電素子の温度を検出してその検出温度から決
定される電圧値で圧電素子を駆動しているので、電圧の
印加により生じる圧電素子の変位の終期値を温度によら
ず常に一定とすることができる。したがって、圧電素子
の残留歪みの温度依存性を補償し、圧電素子により駆動
されるアクチュエータの動作不安定性を改善することが
できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は第1実施例に係る圧電素子駆動回路の構成を示
した回路図。第2図は同実施例で使用されたマイクロコ
ンピュータの処理手順を示したフローチャート。第3図
は第2実施例に係る圧電素子駆動回路の構成を示した回
路図。第4図は同実施例で使用されたマイクロコンピュ
ータの処理手順を示したフローチャート。第5図は第3
実施例に係る圧電素子駆動回路の構成を示した回路図。
第6図は第4実施例に係る圧電素子駆動回路の構成を示
した回路図。 1……電源、2……圧電素子、3、4、11、12、31、32
……トランジスタ、10、20、30、40……電圧制御装置、
34……コイル、7……温度センサ、9、15、37、42、44
……A/D変換器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 B41J 29/00 H01L 41/09 H01L 41/08 K B41J 29/00 U

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】歪量が駆動電圧の印加により制御される圧
    電素子と、 当該圧電素子の歪みにより駆動されるインパクトワイヤ
    と、 前記圧電素子の近辺に配設された温度センサと、 前記圧電素子に印加される駆動電圧が前記温度センサに
    より検出された温度に応じて決定される所定の電圧にな
    るように制御する電圧制御手段と を備えたことを特徴とする圧電素子駆動回路。
JP62036644A 1987-02-19 1987-02-19 圧電素子駆動回路 Expired - Fee Related JPH07106638B2 (ja)

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