JPS626328B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の分野 本発明は電磁アクチユエータに関し、特に印刷
ハンマ等に使用される電磁アクチユエータに一定
のエネルギを供給する駆動回路に関する。

技術背景 印刷ハンマを作動するのに特に適する電磁アク
チユエータの制御は大変重要である。印刷のよう
な仕事を行なうのにコイルの付勢を利用する場合
には、コイルが付勢される毎にそのコイルに同じ
エネルギ総量を与えられるのが非常に望ましい。
この事はハンマが印刷媒体を一定の力で衝撃する
のを保証する。或る種の印刷ハンマ制御系ではハ
ンマ駆動器をいつも同じ期間作動することが望ま
しく又必要でもある。また印刷時に使用される用
紙の厚さが様々であることを考慮に入れてエネル
ギレベルを容易に調整できる事が望ましい。正確
なハンマ制御を得るために従来技法でも多くの技
法が使用されてきた。本願の関連出願に印刷ハン
マの種々の駆動回路を示す従来技法を説明した。
またその関連出願では、チヨツプ回路の比較器へ
の閾値信号を与えるのに使用される基準電圧を調
整することによつて駆動電圧の変動が補償され
る。その駆動回路は一定の動作期間にわたつてコ
イルを付勢する。作動期間中の初期の期間に、電
源の大きさに依存して電流が急速に増加する。電
磁コイル中の電流は、供給電圧と、インダクタン
スや抵抗のような種々の回路動作パラメータとに
依存する割合で所定の値まで急速に増加する。チ
ヨツプ回路は、電圧及び回路パラメータが変わる
のに応じて変り得るよう立上り期間の終りに働ら
くようになる。その関連出願は、立上り期間中、
ハンマに与えられるエネルギ量の変化を補償する
ようチヨツプ速度を調整する。或る種の応用例、
特に非常に短い動作期間が必要な応用例の場合、
供給電圧の変動を補償するよう基準電圧を調整す
るのが常にできるとは限らない。

IBM Technical Disclosure Bulletinの第15巻
第９号、1973年２月発行の第2695頁及び第2696頁
には、モータの電流をプログラムするためのチヨ
ツモチータ駆動回路及び波形発生器を用いたDC
モータ・トルク制御装置が開示されている。

またIBM Technical Disclosure Bulletinの第
23巻第10号、1981年３月発行の第4805頁乃至第
4808頁には、衝撃型プリンタ・ハンマ用の総エネ
ルギ量可変の付勢制御装置が開示されている。こ
れは、マイクロプロセツサの制御下の波形発生器
が作動増幅器に特別仕立ての波形を供給するもの
で、コイル回路中のトランジスタに該作動増幅器
がバイアスを与え、これによつてコイル中の電流
が上記の特別仕立ての波形の外形に従うようにし
たものである。チヨツプ回路は使用されない。

発明の概要 本発明によれば、電磁アクチユエータのコイル
に供給される一定の総エネルギ量が、その一定の
動作期間のうちの立上り期間中並びに安定状態中
即ちその一定の動作期間のうちの残りの期間中の
両方の間制御されるような定エネルギ駆動回路が
提供される。基本的には、この駆動回路は、動作
期間の異なる期間中、２個のチヨツプ回路が個別
に動作するよう相互作用乃至相互結合されたもの
を使用する。第１のチヨツプ回路は、立上り期間
中に動作し、コイル中の電流が立上り期間の終り
に常に同じピーク電流レベルまで、制御された速
度で立上るようにする。第２のチヨツプ回路は、
立上り期間の終りに所定のピーク電流レベルに応
答して作用することになり、その動作期間の残り
の期間中、所定の平均値でそのコイルの電流を維
持するよう動作する。そのコイルがアクチユエー
タを作動するよう付勢される度毎に総エネルギを
一定値に制御するようこの２個の相互作用するチ
ヨツプ回路が協働する。従つて印刷媒体を活字に
向かつて打撃するのに常に一定の力が配されるよ
う印刷ハンマを作動することができる。更に、
種々の厚さの印刷用紙を使用するためにエネルギ
を所定量より多くの又は少なく供給できるようそ
の平均レベルを調整する手段が設けられ得る。

実施例の説明 第１図に示すように、印刷ハンマ等の為の電磁
アクチユエータのコイル１０は、（第１）スイツ
チ・トランジスタ１１及び感知抵抗１２に、該ス
イツチ・トランジスタ１１のエミツタが正の供給
電圧＋Ｖ１に、また感知抵抗１２がアースに接続
されるという態様で直列回路として接続される。
スイツチ・トランジスタ１１のベースは、スイツ
チ動作の為に抵抗１３を介して第２スイツチ・ト
ランジスタ１４のコレクタに接続される。第２ス
イツチ・トランジスタ１４のエミツタはアースさ
れ、またそのベースは接続点１５のところでイン
バータ１６を介して入力端子１７に接続され、プ
リンタ制御装置のような外部源からの負になるオ
ン切換信号を受取る。接続点１５及びバイアス電
圧＋Ｖに接続された抵抗１８は第２スイツチ・ト
ランジスタ１４の為のスイツチ電圧レベルを設定
する。

本発明によれば、入力である「オン切換」信号
が端子１７に与えられるとき一定の動作期間中、
コイル１０及び感知抵抗１２中の電流の流れを制
御する２個のチヨツプ回路が設けられる。第１の
チヨツプ回路は、感知抵抗１２のコイル側に接続
点２０のところでマイナス入力を結合させた比較
器１９を含む。比較器１９のプラス入力は、コン
デンサ２２及び抵抗２３を端子２４のところで一
定の基準電圧Ｖ_Rに接続させたRC回路の接続点２
１に接続される。接続点２１はまたトランジスタ
２５のコレクタに接続される。トランジスタ２５
のエミツタはアースされ、そのベースは入力端子
１７に接続される。トランジスタ２５はその入力
信号に反転させ、これによつてRC回路により発
生される基準電圧波形を、感知抵抗１２による降
下電圧と比較する為の比較器１９のプラス入力に
与えるのを制御する。端子１７のところの入力信
号が高レベル（０ではない負の電位）のとき、ト
ランジスタ２５は導通（閉）となり、これによつ
てRC回路の接続点２１をアース電位にする。コ
ンデンサ２２が帯電されず、零電位が比較器１９
のプラス入力に与えられる。端子１７のところの
入力信号が低レベル、即ち零になると、トランジ
スタ２５が非導通（開）になり、接続点２１をア
ースから切離し、コンデンサ２２を抵抗２３と直
列に接続する。コンデンサ２２はこれによつて
RCの値及び電圧Ｖ_Rに依存する速度で帯電し始め
る。尚、電圧Ｖ_Rは比較器１９の入力に基準波形
として与えられるような、接続点２１のところの
対応する電圧を発生する。端子１７に与えられる
信号の一定の動作期間のうちの立上り期間中、第
２スイツチ・トランジスタ１４がインバータ１６
からの高レベル信号で導通されるときスイツチ用
のトランジスタ１４及び１１の為のサイクル信号
を与えるよう比較器１９の出力が接続点１５に接
続される。

本発明を実施する際、RC時定数の値はコイル
１０に与えられるエネルギが一定の立上り期間に
わたつて一定量になるよう選択される。コイル回
路及び電力源のパラメータの変動が周囲の状況を
変えることによつて生じるか否かに拘らず上記の
ことが得られることが、本発明では基本である。
上記のことを得るためには、抵抗２３及びコンデ
ンサ２２の為のRC時定数の値がコイル１０の最
大インダクタンスLmax及び最少抵抗Rminの比に
等しくされる。

RC＝Ｌｍａｘ／Ｒｍｉｎ 上式のRC時定数は、コイル１０の最悪の場合
の時定数の負荷を表わす。従つて本発明によれ
ば、コイル１０の立上り電流は、どのような場合
でもまたどのように負荷パラメータが変動して
も、この最小の速度よりは増すよう制御される。
その結果、コイル１０は接続点２１のところで
RC回路により比較器１９へ与えられる波形電圧
の指数関数的曲線に常時追従する能力がある。

本発明を実施するのに使用される回路パラメー
タの１例は下記の通りである。

抵抗２３＝51KΩ コンデンサ２２＝0.027μＦ Rmin（コイル１０）＝1.3Ω Lmax（コイル１０）＝５ｍＨ Ｖ_R＝15V ＋Ｖ１＝60V ＋Ｖ＝5V 比較器１９は「National Semiconductor
Linear Databook」に記され、ナシヨナル・セミ
コンダクタ社で製造されるLM339という型の回
路であつても良い。このような回路は、±10ｍＶ
の範囲にわたつてそれを切換えさせる20ｍＶの内
部ヒステリシスをもたせる（それをシユミツト・
トリガのように高レベルにつなげることにより）
よう構成される。

第２のチヨツプ回路は、感知抵抗１２のコイル
側に接続点２０のところで比較器１９のマイナス
入力との接続線とともに共通接続される比較器２
６のプラス端子を含む。斯してコイル１０及び抵
抗１２より成るコイル回路中の電流を表わす電圧
を、両比較器１９及び２６は受けることになる。
比較器２６のマイナス入力は、アースにつながる
抵抗２８及び抵抗２９，３０から成る抵抗回路網
の接続点２７に接続される。比較器２６の出力は
トランジスタ３１のベースに接続される。トラン
ジスタ３１のエミツタはアースに、またそのコレ
クタは接続点１５に接続される。トランジスタ３
１は比較器２６から発生されるサイクル信号のイ
ンバータとして基本的には動作する。抵抗３２は
接続点３３のところで比較器２６の出力に、また
バイアス電圧＋Ｖにも接続され、トランジスタ３
１の為のゲートレベルを制御する。コイル１０及
び感知抵抗１２の電流レベルを表わす電流感知信
号は、感知抵抗１２による降下電圧の大きさに依
存する。この降下電圧は、最初に第２スイツチ・
トランジスタ１４によつてトランジスタ１１が導
通にされるとき、コイル１０から感知抵抗１２を
介してアースへ流れる電流に正比例し、その後ト
ランジスタ１４が非導通にされ、コイル１０から
逆向きの電流がブロツク用ダイオード３５を介し
てアースに流れるときの電流に正比例する。前述
の関連出願で説明したように基準信号は、コイル
１０に流れる高低２つの電流レベルに対応する接
続点２７のところの２つの閾値電圧である。これ
らの電圧は抵抗２８，２９及び３０より成る抵抗
回路網の組合せ抵抗により生じる電圧降下と端子
２４に与えられる一定の基準電圧Ｖ_Rとによつて
決まる。抵抗２８及び２９は、Ｖ_Rからアースへ
の電圧を決める分圧器として基本的には働らく。
抵抗３０は比較器２６からの帰還回路の一部であ
る分岐抵抗であり、それを含めた抵抗回路網の全
抵抗を上下させ接続点２７のところの基準電圧を
これに従つて比較器２６のマイナス入力のところ
の電圧レベルをため高レベルと低レベルとの間で
周期的に変わるようにする。具体的には、分岐抵
抗３０は閾値スイツチ・トランジスタ３４のコレ
クタに直列に接続される。該トランジスタ３４の
エミツタはアースされ、そのベースは比較器２６
の出力のところの接続点３３に接続される。接続
点３３のところの比較器２６からのサイクル信号
は、トランジスタ３４を切換え、これによつて高
レベルと低レベルとの間で上記の回路網の抵抗が
周期的に変るよう抵抗３０を周期的にアースす
る。この結果、接続点２７のところの比較器２６
のマイナス入力への閾値電圧が周期的に変わる。
接続点３３のところに比較器２６で発生されるサ
イクル信号は、トランジスタ３１によつて反転さ
れると同時に、接続点１５のところでスイツチ用
の第２スイツチ・トランジスタ１４に与えられ
る。これにより、インバータ１６を介して発生さ
れる入力である「オン切換」信号によつて能動化
されるとき、トランジスタ１４を開閉し、コイル
１０を駆動電圧＋Ｖ１に周期的に結合される。こ
の様にして、立上り期間に続く動作期間の残りの
期間、コイル中の平均的なピーク電流値が制御さ
れ得る。本発明を実施する際に有用な、比較器２
６及びそれに関連する抵抗及びトランジスタの特
定のパラメータは、前述の関連出願を参照された
い。

第１図の回路の動作は第２図にも関係するが、
その説明は下記のとおりである。

端子１７のところの入力信号が高レベルになる
とき及びＴ＝０という動作の開始前は、インバー
タ１６が低レベル信号を接続点１５に与え、トラ
ンジスタ３１の状態や比較器１９からの出力信号
に関係なくトランジスタ１４をオフに保持する。
この結果、トランジスタ１１は非導通にされ、供
給電圧＋Ｖ１からコイル１０及び感知抵抗１２を
切離す。コイル１０及び感知抵抗１２に電流が流
れないので、接続点２０のところの０という電圧
が比較器１９のマイナス入力及び比較器２６のプ
ラス入力の両方に与えられる。同時にトランジス
タ２５は接続点２１をアースにつなげ、コンデン
サ２２が帯電しないようにし、これによつて０ボ
ルトを比較器１９のプラス入力に与える。また動
作の開始前に、接続点２７のところの正の電圧が
比較器２６のマイナス入力に与えられる。接続点
２０のところに電圧が現われないので比較器２６
は接続点３３のところに低レベルのサイクル信号
しか生じず、トランジスタ３４を非導通にさせて
おき、接続点２７の閾値電圧が高レベルになるよ
う分岐抵抗３０を抵抗回路網から切離す。比較器
２６からの出力が０ボルトの場合、トランジスタ
３１は非導通であり、動作前は低レベルにあるイ
ンバータ１６の状態を接続点１５の電圧レベルで
調べることができる。端子１７のところの入力信
号がＴ＝０のとき低レベルに、即ち０ボルトに切
換ることによつて動作が開始する。この結果、ト
ランジスタ２５が非導通にされ、コンデンサ２２
が前述のようにRCの速度で帯電し始めるのを可
能にする。同時にインバータ１６からの高レベル
信号が接続点１４に与えられる。この結果トラン
ジスタ１４及び１１が導通され、電流がコイル１
０及び感知抵抗１２を通つて流れるようにする。
コイル１０中の電流は、時定数Ｌ／（Ｒ＋0.5
Ω）に従い最終的な値、即ち（V₁−Ｖ_ce）／（Ｒ
＋0.5Ω）に向かつて増す。コイル電流が増す
と、接続点２０のところで比較器１９のマイナス
入力に印加される抵抗１２にかかる電位も増す。
同時に、RC時定数に依存する接続点２１のとこ
ろの電圧も指数開数的に増大し、比較器１９のプ
ラス入力に印加される。接続点２０のところの電
圧が接続点２１のところの電圧を、例えば＋10ｍ
Ｖというような所定の値だけ超えると、比較器１
９からの出力が低レベルになりトランジスタ１４
を非導通にする。この結果、トランジスタ１１も
非導通になり、コイル１０を電圧源＋Ｖ１から切
離す。コイル１０の電流は、ブロツク用ダイオー
ド３５を介してアースへ流れることにより直ぐに
減衰し始める。従つて接続点２０の電圧も指数関
数的に下る。その間に、コンデンサ２２は帯電し
始め、接続点２１の電圧をRC時定数の速度で上
昇させる。接続点２１の電圧が接続点２０の減衰
する電圧を、例えば＋10ｍＶというような所定の
差の分だけ超えるとき、比較器１９が状態を切換
え、接続点１５のところでトランジスタ１４に高
レベル信号を与える。この結果、再びトランジス
タ１１を電圧源＋Ｖ１に結合させ、これによつて
コイル１０及び抵抗１２を通つて順方向に電流が
流れ始める。この過程は、第２図に示されるよう
な動作期間の立上り期間ｔ_r全体の間何回も繰返
される。

立上り期間ｔ_rの終りに、接続点２０の電圧は
接続点２７の電圧、即ち比較器２６に与えられた
閾値電圧に等しくなるレベルまで増加している筈
である。この時点で、比較器２６は高レベルにな
る出力信号を発生し、これによつてトランジスタ
３１をオンに切換え、接続点１５がアース電位に
なるようにする。この結果トランジスタ１４は非
導通になり、トランジスタ１１を非導通にしてコ
イル１０を電源＋Ｖ１から切離す。同時に比較器
２６がトランジスタ３４をオンに切換え、抵抗３
０をアース電位にし、これによつて接続点２７の
閾値電圧を組合せ抵抗２８，２９及び３０に基づ
く低いレベルに減少させる。コイル１０が電源＋
Ｖ１から切離されると、コイル１０中の電流は減
衰し始め、ダイオード３５を経てアースへ流れ
る。接続点２０の電圧が接続点２７のところの低
レベル閾値電圧の値まで減衰するとき、比較器２
６は切換り、トランジスタ３１を切離すよう低レ
ベルになる出力信号を生じ、これによつて接続点
１５が上昇してトランジスタ１４をオンにできる
ようにする。動作期間の残りの期間中は、比較器
２６がコイル１０中の電流を今述べたような態様
でチヨツプするよう引継ぐ。この期間中、比較器
１９はオフのままである。これは接続点２０に現
われる最大電圧を超える飽和レベルまでコンデン
サ２２が帯電し続けるという事実のためである。
比較器２６がコイル１０中の電流をチヨツプし続
けるので、第２図に示すような曲線の高レベルの
ピーク及び低レベルのピーク間の平均電流が維持
される。比較器２６に見られるような大きな電圧
差の故に、そのチヨツプ周波数は比較器１９の周
波数よりもはるかに遅くなり得る。所定の動作期
間の終りに、端子１７のところの入力信号は高レ
ベルになり、インバータ１６で接続点１５の信位
を降下させる。これは比較器２６を介してのチヨ
ツプ回路によるそれ以上の動作を全て終了させ、
トランジスタ１４を非導通にし、スイツチ・トラ
ンジスタ１１を非導通にして、電源＋Ｖ１からコ
イル１０を切離す。そこでコイル１０に貯蔵され
る残りのエネルギがダイオード３５を介して放電
する。立上り期間ｔ_rが一定であり、立上りの平
均電流が上昇期間の終りの所定の電圧レベルまで
そのRC時定数に従うので、期間ｔ_r中にコイル１
０に与えられるエネルギ量は一定である。同様
に、比較器２６及び関連回路によるコイル１０の
電流のチヨツプがその期間ｔ_rの終りに、所定の
電流レベルで生じるので、その動作期間の残りの
期間中のチヨツプも同様に、コイル１０に与えら
れる低エネルギを制御する。従つてコイル１０へ
の全エネルギは、それが一定の動作期間の間付勢
されるときは何時でも一定である。これらのチヨ
ツプ回路は両方ともコイルのインダクタンス及び
抵抗の変動を、電圧＋Ｖ１の変動とともに調整す
る固有の能力がある。この様にして、非常に正確
なエネルギ量が各動作期間毎にコイル１０へ与え
られる。

第３図の代替実施例では、コイル１０の立上り
期間中の電流をチヨツプするため比較器１９に制
御波形を発生するRC回路に代えて、比較器１９
のプラス入力への接続点２１に結合される端子３
６に定電流ICを供給する電流源を使用してい
る。第３図の代替実施例は、基準波形が直線的な
傾きを有すること及び比較器１９がそのような直
線的な傾斜電圧に対しトランジスタ１４を周期的
に動作させることを除けば全ての点で第１図の回
路について説明したのとほぼ同じ態様で動作す
る。

端子３６に結合される電流源を第４図に示す。
この図ではツエナーダイオード３７が、調整され
る供給電圧＋Ｖ２に対し正確な基準電圧として働
らく。抵抗３８及び３９は作動増幅器４０のプラ
ス入力に与えられる基準電圧を降下させる。作動
増幅器４０はその出力を電流源トランジスタ４３
及び４４のベースに結合することによつてエミツ
タの抵抗４１及び４２に同じ電圧を生じさせる。

電流源トランジスタ４４のコレクタがコンデン
サ２２に帯電用の定電流ICを供給するため端子
３６に結合される。もう１つの電流源トランジス
タ４３はそのコレクタを２ビツトのDAC（デジ
タルアナログ変換器）４５に結合させる。２ビツ
トのDAC４５は端子４６及び４７で印字力制御
入力を受ける。DAC４５の出力は作動増幅器４
８に結合される。作動増幅器のプラス入力はアー
スされ、その出力は抵抗４９を介してそのマイナ
ス入力に帰還結合される。作動増幅器４８からの
出力は、前述のように比較器２６の周期的な電圧
レベルを制御するため一定の基準電圧Ｖ_Rを供給
するよう端子２４に結合される。DAC４５は、
端子４６及び４７に２進的な組合せ入力信号を受
けるとき、基準電圧Ｖ_Rのレベルを増減させるよ
う働らき、これによつてコイル１０へ供給される
エネルギレベルを制御するための好適な手段を提
供する。

特定の電流源回路では、下記のパラメータが適
用される。作動増幅器４０及び４８は「National
Semiconductor Linear Databook」に記され、ナ
シヨナル・セミコンダクタ社で製造された324作
動増幅器であつた。抵抗３８及び３９は夫々3K
Ωの定格であつた。電流源トランジスタ４３，４
４はテキサス・インストルメンツ社で製造され、
「Transistor and Diode Databook」に記された
2N717トランジスタである。抵抗４１及び４２は
夫々1.5KΩ及び15KΩである。DAC４５はモト
ローラ社で製造された８ビツトのMC1408デジタ
ルアナログ変換器であつて、そのうちの２個の最
上位ビツトが使用され、他の６個のビツトは使用
されない。作動増幅器４８の帰還回路の抵抗４９
は3KΩであつた。この回路の場合、比較器１９
のプラス入力にコンデンサ２２によつて供給され
る傾斜電圧は毎秒7400Vの立上り時間を要した。
これは1.48×10⁴アンペア／秒を表わすようなパ
ラメータ用の傾斜電流に相当する。この回路の場
合、6Aのピーク電流へは400μＳ後に到達し得
る。

上述のデイジタル・アナログ変換器の場合、印
字力制御入力は3Vから6Vまで1V増分で不連続の
基準電圧レベルを生じるよう組合せ可能であつ
た。

斯して、印刷ハンマ等の為の電磁アクチユエー
タのコイルに印加される定エネルギを制御するの
に、従来より簡単な駆動回路が提供されたことが
理解されよう。動作期間のうちの安定状態期間中
及び立上り期間中の両方に於いてエネルギの量が
一定に制御され得るから、一定のエネルギが毎回
与えられる。この事はアクチユエータの制御及び
動作を非常に正確に行なわせ、印刷ハンマの場合
は印字の質を非常に良くする。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す回路図であ
る。第２図は第１図の回路による特定の動作期間
中のコイル中の電流波形を示すグラフである。第
３図は、本発明を実施するための第２の実施例を
示す回路図である。第４図は、第３図の回路で使
用される第２の波形発生器を示す図である。 １０……コイル、１１……（第１）スイツチ・
トランジスタ（スイツチ）、１４……（第２）ス
イツチ・トランジスタ（スイツチ）、１６……イ
ンバータ、１７……入力端子、１９……（第１回
路中の）比較器、２２……コンデンサ、２３……
抵抗、＋Ｖ１……電圧源、Ｖ_R……基準電圧、＋Ｖ
……バイアス電圧、２５，３１……（インバータ
の働らきをする）トランジスタ、２６……（第２
回路中の）比較器、２８，２９，３０……（抵抗
回路網中の）抵抗、３６……（定電流Ｉ_Cを受け
る）端子（第３図）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 印刷ハンマ等の動作コイル用の定エネルギ駆
   動回路にして、 一定の動作期間中に上記コイルに与えられる所
   定のエネルギ総量のうち、該動作期間のうちの立
   上り期間中に第１の一定量のエネルギを与えるよ
   う動作し得る第１チヨツパ回路と、 上記動作期間のうちの残りの期間中に第２の一
   定量のエネルギを与えるよう動作し得る第２チヨ
   ツパ回路と より成る定エネルギ駆動回路。