JPS63130356A - 圧電素子駆動装置 - Google Patents
圧電素子駆動装置Info
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- JPS63130356A JPS63130356A JP61277946A JP27794686A JPS63130356A JP S63130356 A JPS63130356 A JP S63130356A JP 61277946 A JP61277946 A JP 61277946A JP 27794686 A JP27794686 A JP 27794686A JP S63130356 A JPS63130356 A JP S63130356A
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- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims description 3
- 238000007599 discharging Methods 0.000 claims description 3
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- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 9
- 230000002457 bidirectional effect Effects 0.000 description 5
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 5
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
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- 230000001960 triggered effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03K—PULSE TECHNIQUE
- H03K3/00—Circuits for generating electric pulses; Monostable, bistable or multistable circuits
- H03K3/02—Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses
- H03K3/53—Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses by the use of an energy-accumulating element discharged through the load by a switching device controlled by an external signal and not incorporating positive feedback
- H03K3/57—Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses by the use of an energy-accumulating element discharged through the load by a switching device controlled by an external signal and not incorporating positive feedback the switching device being a semiconductor device
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
- B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
- B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
- B41J2/22—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by selective application of impact or pressure on a printing material or impression-transfer material
- B41J2/23—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by selective application of impact or pressure on a printing material or impression-transfer material using print wires
- B41J2/30—Control circuits for actuators
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
- H02N2/02—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors
- H02N2/06—Drive circuits; Control arrangements or methods
- H02N2/065—Large signal circuits, e.g. final stages
- H02N2/067—Large signal circuits, e.g. final stages generating drive pulses
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/80—Constructional details
- H10N30/802—Circuitry or processes for operating piezoelectric or electrostrictive devices not otherwise provided for, e.g. drive circuits
Landscapes
- Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
- Dot-Matrix Printers And Others (AREA)
- Impact Printers (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
本発明は電力効率を改善した圧電素子駆動装置に関する
。
。
従来、ドツトマトリックス型のプリンタにおけるワイヤ
の駆動又はインクジェット型のプリンタにおけるインク
粒子発生機構の駆動に圧電素子を用いることが提案され
ている。その圧電素子は閥えば第７図に示す駆動回路に
より駆動される。即ち、圧電素子２はトランジスタ３を
介して直流電源１に接続されており、圧電素子２はトラ
ンジスタ３が印字開始信号Ｓ１によって導通することに
より、直流電源１の電圧が印加される。電圧が印加され
ると圧電素子２は伸長又は縮小し、その変位が伝達機構
により拡大されて印字機構、例えばワイヤが駆動される
。ところが、圧電素子２はキャパシタを構成しており、
トランジスタ３がオフしても、電荷が充電されているた
め伸長又は縮小したままとなり、印字機構の変位は元・
に戻らない。 このため、圧電素子２に並列にトランジスタ４を抵抗１
０を介して接続し、印字動作の終了後に印字終了信号Ｓ
２によりトランジスタ４を一定時間オンさせて、圧電素
子２に蓄積された電荷を放電させて印加電圧を零にし、
印字機構の変位を元に復帰させている。
の駆動又はインクジェット型のプリンタにおけるインク
粒子発生機構の駆動に圧電素子を用いることが提案され
ている。その圧電素子は閥えば第７図に示す駆動回路に
より駆動される。即ち、圧電素子２はトランジスタ３を
介して直流電源１に接続されており、圧電素子２はトラ
ンジスタ３が印字開始信号Ｓ１によって導通することに
より、直流電源１の電圧が印加される。電圧が印加され
ると圧電素子２は伸長又は縮小し、その変位が伝達機構
により拡大されて印字機構、例えばワイヤが駆動される
。ところが、圧電素子２はキャパシタを構成しており、
トランジスタ３がオフしても、電荷が充電されているた
め伸長又は縮小したままとなり、印字機構の変位は元・
に戻らない。 このため、圧電素子２に並列にトランジスタ４を抵抗１
０を介して接続し、印字動作の終了後に印字終了信号Ｓ
２によりトランジスタ４を一定時間オンさせて、圧電素
子２に蓄積された電荷を放電させて印加電圧を零にし、
印字機構の変位を元に復帰させている。
ところが、圧電素子２に蓄積された電荷は放電時に抵抗
損として失われ、圧電素子２を再度駆動する場合には直
流電源１から再度充電している。 このため、印字機構の駆動に際し電力損失が大きくなり
、電力効率が良くないという問題があった。
損として失われ、圧電素子２を再度駆動する場合には直
流電源１から再度充電している。 このため、印字機構の駆動に際し電力損失が大きくなり
、電力効率が良くないという問題があった。
本発明は、上記の問題点を解決するために成されたもの
であり、その目的とするところは、駆動時に圧電素子に
充電される電荷を電源に回生す゛ることにより、圧電素
子の電力効率を改善することである。
であり、その目的とするところは、駆動時に圧電素子に
充電される電荷を電源に回生す゛ることにより、圧電素
子の電力効率を改善することである。
上記問題点を解決するための発明の構成は、圧電素子と
直流電源との間に介在され、直流電源の電力を圧電素子
に供給するためのスイッチング動作を行う第１スイッチ
素子と前記圧電素子に蓄積された電力を直流電源に回生
ずるためのスイッチング動作を行う第２スイッチ素子と
を有し、電圧を制御信号に応答して昇降圧すると共に電
力を双方向に伝達するＤＣ−ＤＣコンバータと、圧電素
子の端子間電圧を検出する電圧検出回路と、圧電素子の
駆動信号に応答し、圧電素子を充電する時は電圧検出回
路により検出された端子間電圧が所定値に達するまで第
１スイッチ素子をオンオフ制御し、圧電素子を放電する
時は第２スイッチ素子をオンオフ制御するコンバータ制
御装置とを設けたことである。
直流電源との間に介在され、直流電源の電力を圧電素子
に供給するためのスイッチング動作を行う第１スイッチ
素子と前記圧電素子に蓄積された電力を直流電源に回生
ずるためのスイッチング動作を行う第２スイッチ素子と
を有し、電圧を制御信号に応答して昇降圧すると共に電
力を双方向に伝達するＤＣ−ＤＣコンバータと、圧電素
子の端子間電圧を検出する電圧検出回路と、圧電素子の
駆動信号に応答し、圧電素子を充電する時は電圧検出回
路により検出された端子間電圧が所定値に達するまで第
１スイッチ素子をオンオフ制御し、圧電素子を放電する
時は第２スイッチ素子をオンオフ制御するコンバータ制
御装置とを設けたことである。
圧電素子に高電圧を印加して圧電素子を駆動する場合に
は、電圧検出回路により検出される圧電素子の端子間電
圧が所定値に達するまで、双方向ＤＣ−ＤＣＣ一式−タ
のうち直流電源の電力を圧電素子に供給するためのスイ
ッチング動作を行う第１スイッチ素子がオンオフ制御さ
れる。次に圧電素子を駆動後、圧電素子に充電された電
荷を放電し圧電素子の変位を元に戻す場合には、双方向
ＤＣ−ＤＣＣ一式−タのうち圧電素子から直流電源に電
力を回生ずるためのスイッチング動作を行う第２スイッ
チ素子がオンオフ制御される。その結果、駆動時に圧電
素子に蓄積された電荷は、駆動後直流電源に回生される
ので、電力損失が少なく圧電素子駆動回路の電力効率が
向上する。また、駆動時には圧電素子の端子間電圧が所
定値に達した時に第１スイッチ素子のオンオフ制御が停
止されるので、スイッチング損失が抑えられる。
は、電圧検出回路により検出される圧電素子の端子間電
圧が所定値に達するまで、双方向ＤＣ−ＤＣＣ一式−タ
のうち直流電源の電力を圧電素子に供給するためのスイ
ッチング動作を行う第１スイッチ素子がオンオフ制御さ
れる。次に圧電素子を駆動後、圧電素子に充電された電
荷を放電し圧電素子の変位を元に戻す場合には、双方向
ＤＣ−ＤＣＣ一式−タのうち圧電素子から直流電源に電
力を回生ずるためのスイッチング動作を行う第２スイッ
チ素子がオンオフ制御される。その結果、駆動時に圧電
素子に蓄積された電荷は、駆動後直流電源に回生される
ので、電力損失が少なく圧電素子駆動回路の電力効率が
向上する。また、駆動時には圧電素子の端子間電圧が所
定値に達した時に第１スイッチ素子のオンオフ制御が停
止されるので、スイッチング損失が抑えられる。
以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説明する。第
１図は本発明の具体的な一実施例にかかる圧電素子駆動
回路の回路図である。第１図の昇降圧が可能でかつ電力
が双方向に伝達できるＤＣ−ＤＣコンバータは、第５図
に示す単方向の昇降圧可能なりＣ−ＤＣコンバータを基
本回路として、伝送方向の異なる２つのＤＣ−ＤＣコン
ノく一夕の基本回路をコイルを共通として並列に接続し
たものである。第５図の基本回路は、直流電源１とスイ
ッチ素子であるトランジスタ３０とコイル５０とダイオ
ード４０とから成る。トランジスタ３０が制御信号Ｓ１
によりデユーティ制御される。トランジスタ３０がオン
の時、直流電源１からコイル５０に電流が流れ、直流電
源１から供給された電力はコイル５０に磁気エネルギー
として蓄えられる。 次にトランジスタ３０がオフの時に、コイル５０に蓄え
られたエネルギーは、負荷りとダイオード４０を流れる
。このオンオフサイクルの繰り返しにより、負荷りには
平均化された直流電流が供給される。負荷りが抵抗負荷
の場合には、一定の負荷電流が流れるため、トランジス
タ３０を一定のデユーティ比で制御すれば、負荷の端子
間電圧は一定値°となる。しかし、負荷が容債負荷の場
合には、消費電流がないため、電圧は上昇してしまい所
定値に制御することはできない。また、圧電素子を作動
状態にした後、圧電素子に充電された電荷を直流電源１
に回生ずれば、エネルギー損失が少なくなる。 そこで、ｍ１図に示すように、単方向に電力を伝送する
昇降圧可能なりＣ−ＤＣコンバータを並列接続した双方
向に電力の伝送ができる昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータを
構成した。 ２は圧電素子である。トランジスタ３１とコイル５０と
ダイオード４１が、直流電源ｌから圧電素子２に電力を
供給する単方向の昇降圧可能なりＣ−ＤＣコンバータＡ
を構成し、トランジスタ３２とコイル５０とダイオード
４２が、圧電素子２から直流電源１に電力を回生ずる単
方向の昇降圧可能なりＣ−ＤＣコンバータＢを構成して
いる。 そして、直流電源の電力を圧電素子に供給するためのス
イッチング動作を行う第１スイッチ素子はトランジスタ
３１で構成され、圧電−素子に蓄積された電力を直流電
源に回生ずるためのスイッチング動作を行う第２スイッ
チ素子はトランジスタ３２で構成される。これらの両Ｄ
Ｃ−ＤＣコンバータが、コイル５０を共通として並列接
続されている。ただし、ＤＣ−ＤＣコンバータの入力電
圧Ｅ１と出力電圧Ｅ２の極性は反対であるため、ダイオ
ード４１．４２とトランジスタ３１．３２はそれぞれ導
通方向が逆になるように接続されている。 また、圧電素子２の端子間電圧Ｅ２を検出する電圧検出
回路りきしてコンパレータ７０が設けられている。その
コンパレータ７０の非反転入力端子には圧電素子２の端
子電圧−Ｅ２が入力し、その反転入力端子には抵抗７１
と抵抗７２で分圧して得られた基準電圧Ｅｔが入力して
いる。そして、コンパレータ７０の出力は、圧電素子２
の端子間電圧Ｅ２が基準電圧Ｅｔの絶対値を越えると低
レベルとなる。 また、コンバータ制御装置Ｅとして、矩形波発振器８０
と、その矩形波発振器８０の出力及び駆動信号ｖ１を入
力するＡＮＤゲート８１と、そのＡＮＤゲート８１の出
力とコンパレータ７０の出力を入力するＮＡＮＯゲート
８２と、駆動信号■１を入力し一定のパルス幅のパルス
信号を出力する単安定マルチバイブレータ８４と、その
単安定マルチバイブレータ８４の出力と発振器８０の出
力を入力するへＮＯゲート８３と、そのＡＮＤゲート８
３の出力をコントロール端子に入力するアナログスイッ
チ８５が設けられている。そして、ＮＡＮＤゲート８２
の出力はトランジスタ３１のベースに入力し、アナログ
スイッチ８５の一方の信号端子は接地され、他方の信号
端子はトランジスタ３２のベースに接続されている。 次に作用を第８図のタイミングチャートに基づいて説明
する。駆動信号■１は時刻ｔ１で立ち上がり、時刻ｔ３
で立ち下がる信号である。駆動信号の立ち上がりは圧電
素子２に電荷を充電してワイヤを駆動するタイミングを
意味し、駆動信号の立ち下がりは圧電素子２に蓄積され
ている電荷を電源に回生じワイヤを元の位置に復帰させ
るタイミングを意味する。ＡＮＤゲート８１の出力■２
は駆動信号■１が高レベルの期間だけ矩形波発振器８０
の出力と等しくなり、他の期間では低し、ベルである。 また、コンパレータ７０の出力■３は圧電素子２の端子
電圧−Ｅ２が基準電圧Ｅｔを負方向に越える時刻ｔ２ま
で）ヨ高レベルであるので、ＮＡＮＤゲート８２の出力
■４は、時刻ｔ２まではＡＮＤゲート８１の°出力ｖ２
の反転波形となる。従って、トランジスタ３１のベース
電圧は時刻ｔ１までは高レベルであるのでトランジスタ
３１はオフであるが、時刻ｔｉから時刻ｔ２の間はトラ
ンジスタ３１０ペース電圧は振動するのでトランジスタ
３１はオンオフを繰り返す。すると、上記したように、
コイル５０と圧電素子２とダイオード４１の回路により
、圧電素子２の端子間電圧Ｅ２は徐々に増加し、端子電
圧−Ｅ２は基準電圧Ｅｔに向かって減少する。 端子電圧−Ｅ２が基準電圧Ｅｔを越える時刻ｔ２を過ぎ
るとトランジスタ３１のベース電圧は高レベルとなり、
トランジスタ３１はオフ状態となる。 この時、圧電素子２の端子間電圧Ｅ２は１Ｅｔｌに保持
される。 時刻ｔ３になると、単安定マルチバイブレータ８４は駆
動信号の立ち下がりでトリガされるため、その出力■５
は一定の幅を持ったパルス、即ち時刻ｔ３から時刻ｔ４
の間で高レベルとなる。従って、ＡＮＤゲート８３の出
力■６は時刻ｔ３から時刻ｔ４の間、矩形波発振器８０
の出力と同一波形となる。 従って、アナログスイッチ８５はこの期間オンオフしト
ランジスタ３２のベース電圧は振動的にアース電位とな
るので、トランジスタ３２はオンオフする。すると、圧
電素子２に六方向に充電されていた電荷は、コイル５０
とトランジスタ３２の回路で振動電流となり、その振動
電流はコイル５０に発生する逆起電力によりコイル５０
とダイオード４２の回路を通り直流電源１に回生される
。 時刻ｔ３から時刻ｔ４の期間は圧電素子２の端子間電圧
Ｅ２がほぼ０ボルトとなる期間に設定されており、時刻
ｔ３でアナログスイッチ８５はオフとなり、従ってトラ
ンジスタ３２のベースは開放されるのでトランジスタ３
２はオフする。このようにして、圧電素子の駆動の１サ
イクルが終了する。 このような制御のため、圧電素子２の端子間電圧Ｅ２が
所定値となり、圧電素子２の変位が完了するとトランジ
スタ３１はオフするので、トランジスタ３１のスイッチ
ングロスが抑えられる。尚、上記実施例で示した第１図
の電圧検出回路りとコンバータ制御袋ｆｆ１Ｅの回路構
成は、−例であってこの構成に限定されない。 また、第２図は、双方向に電力の伝送と電圧の昇降圧が
可能なりＣ，ＤＣコンバータの他の構成を示した回路図
である。第２図のＤＣ−ＤＣコンバータは、第６図に示
す単方向の昇降圧可能なりＣ−ＤＣコンバータを基本回
路として、伝送方向の異なる２つのＤＣ−ＤＣコンバー
タの基本回路をコイルとキャパシタを共通として並列に
接続したものである。第６図の基本回路は、直流電源１
とスイッチ素子であるトランジスタ３３とコイル５１．
５２とキャパシタ６０とダイオード４３とから成る。ト
ランジスタ３３が制御信号Ｓ２によりデユーティ制御さ
れる。トランジスタ３３がオンの時、直流電源１からコ
イル５１に電流が流れ、直流電源１から供給された電力
はコイル５１の磁気エネルギーとして蓄えられる。次に
トランジスタ３３がオフの時に、コイル５１とキャパシ
タ６０とダイオード４３を電流が流れ、コイル５１に蓄
えられたエネルギーは、キャパシタ６０に静電エネルギ
ーとして貯蔵される。次にトランジスタ３３が再びオン
となると、キャパシタ６０にＭＭされた電荷はトランジ
スタ３３、負荷Ｌ１コイル５２、キャパシタ６０の閉回
路を流れ、電流が負荷りに流れる。このオンオフサイク
ルの繰り返しにより、負荷りには平均した直流電流が供
給される。負荷りが抵抗負荷の場合には、一定の負荷電
流が流れるため、トランジスタ３３を一定のデユーティ
比で制御すれば、負荷の端子間電圧は一定値となる。し
かし、負荷が容量負荷の場合には、消費電流がないため
、電圧は上昇してしまい所定値に制御することはできな
い。また、圧電素子を作動状態にした後、圧電素子に充
電された電荷を直流電源１に回生ずれば、エネルギー損
失が少なくなる。 そこで、第２図に示すように、単方向に電力を伝送する
昇降圧可能なりＣ−ＤＣコンバータを並列接続した双方
向に電力の伝送ができる昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータを
構成することができる。トランジスタ３４とコイル５１
．５２とキャパシタ６０とダイオード４４が、直流電源
１がら圧電素子２に電力を供給する単方向の昇降圧可能
ＤＣ−ＤＣコンバータＡを構成し、トランジスタ３５と
コイル５１．５２とキャパシタ６０とダイオード４５が
、圧電素子２から直流電源１に電力を回生ずる単方向の
昇降圧可能ＤＣ，−ＤＣコンバータＢを構成している。 そして、直流電源の電力を圧電素子に供給するためのス
イッチング動作を行う第１スイッチ素子はトランジスタ
３４で構成され、圧電素子に蓄積された電力を直流電源
に回生ずるためのスイッチング動作を行う第２スイッチ
素子はトランジスタ３５で構成される。これらの両ＤＣ
−ＤＣコンバータは、コイル５１．５２、キャパシタ６
０を共通として並列接続されている。ただし、ＤＣ−Ｄ
Ｃコンバータの入力電圧Ｅ１と出力電圧Ｅ２は極性が反
対であるため、ダイオード４４．４５とトランジスタ３
４．３５はそれぞれ導通方向が逆向きとなるように接続
されている。 また、圧電素子２の端子間電圧Ｅ２を検出する電圧検出
回路りと、電圧検出回路りの出力と駆動信号■１を入力
しトランジスタ３４とトランジスタ３５をオンオフ制御
するコンバータ制御袋ＨＥが設けられている。電圧検出
回路りとコンバータ制御装置Ｅは、第１図の回路とほぼ
同様な回路で構成でき同様に作用する。即ち、駆動信号
■１の立ち上がりに同期して、トランジスタ３５がオフ
の状態でトランジスタ３４のみがオンオフ制御されると
、コイル５１とトランジスタ３４とキャパシタ６０とダ
イオード４４とコイル５２の回路により、直流電源１の
電圧Ｅｌが昇圧され圧電素子２に印加される。そして、
端子間電圧Ｅ２が基準電圧Ｅｔの絶対値より大きくなる
とトランジスタ３４はオフとなり、圧電素子２は基準電
圧Ｅｔに充電される。次に駆動信号■１の立ち下がりに
同期して、トランジスタ３４がオフ状態でトランジスタ
３５のみがオンオフ制御されると、コイル５２とトラン
ジスタ３５とキャパシタ６０とダイオード４５と一コイ
ル５１の回路により、圧電素子２に充電されている電荷
は直流電源１に回生される。 圧電素子２の端子間電圧Ｅ２がほぼ０ボルトとなると、
トランジスタ３５はオフとなる。このように、圧電素子
２を充電し、又圧電素子２に充電された電荷を直流電源
１に回生ずることができる。 第３図、第４図はドツトマトリック型のプリンタの駆動
回路である。ＤＣ−ＤＣＣコンバータラワイヤを駆動す
る各圧電素子で共通化したものである。回路Ｃ１におけ
る圧電素子２１はトランジスタ７１とダイオード８１の
並列回路を介してＤＣ−ＤＣコンバータＣＮＶに接続さ
れている。そして圧電素子２１とトランジスタ７１とダ
イオード８１で構成される回路Ｃ１と同一の回路が各ワ
イヤ数だけ設けられている。トランジスタ７１は圧電素
子２１に接続されているワイヤを駆動する時にターンオ
ンするトランジスタで、駆動される圧電素子を選択する
ためのものである。また、ダイオード°８１はワイヤの
インパクト終了後に、圧電素子２１に充電されている電
荷を電源１に回生ずる時にトランジスタ７１をバイパス
させるためのものである。ＤＣ−ＤＣコンバータＣＭＶ
は、駆動信号ｖ１の立ち上がりに同期して、出力電圧が
所定の基準電圧となるまで、トランジスタ３１又は３４
のみをオンオフ制御し、その後、駆￥ＩＪ儒号■１の立
ち下がりに同期して、圧電素子２１の端子間電圧Ｅ２が
ほぼ０ボルトとなるまで、トランジスタ３２又は３５の
みをオンオフ制御する。 このように、選択された圧電素子だけを充電し、各圧電
素子に充電された電荷を一斉に直流電源１に回生ずるこ
とができる。
１図は本発明の具体的な一実施例にかかる圧電素子駆動
回路の回路図である。第１図の昇降圧が可能でかつ電力
が双方向に伝達できるＤＣ−ＤＣコンバータは、第５図
に示す単方向の昇降圧可能なりＣ−ＤＣコンバータを基
本回路として、伝送方向の異なる２つのＤＣ−ＤＣコン
ノく一夕の基本回路をコイルを共通として並列に接続し
たものである。第５図の基本回路は、直流電源１とスイ
ッチ素子であるトランジスタ３０とコイル５０とダイオ
ード４０とから成る。トランジスタ３０が制御信号Ｓ１
によりデユーティ制御される。トランジスタ３０がオン
の時、直流電源１からコイル５０に電流が流れ、直流電
源１から供給された電力はコイル５０に磁気エネルギー
として蓄えられる。 次にトランジスタ３０がオフの時に、コイル５０に蓄え
られたエネルギーは、負荷りとダイオード４０を流れる
。このオンオフサイクルの繰り返しにより、負荷りには
平均化された直流電流が供給される。負荷りが抵抗負荷
の場合には、一定の負荷電流が流れるため、トランジス
タ３０を一定のデユーティ比で制御すれば、負荷の端子
間電圧は一定値°となる。しかし、負荷が容債負荷の場
合には、消費電流がないため、電圧は上昇してしまい所
定値に制御することはできない。また、圧電素子を作動
状態にした後、圧電素子に充電された電荷を直流電源１
に回生ずれば、エネルギー損失が少なくなる。 そこで、ｍ１図に示すように、単方向に電力を伝送する
昇降圧可能なりＣ−ＤＣコンバータを並列接続した双方
向に電力の伝送ができる昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータを
構成した。 ２は圧電素子である。トランジスタ３１とコイル５０と
ダイオード４１が、直流電源ｌから圧電素子２に電力を
供給する単方向の昇降圧可能なりＣ−ＤＣコンバータＡ
を構成し、トランジスタ３２とコイル５０とダイオード
４２が、圧電素子２から直流電源１に電力を回生ずる単
方向の昇降圧可能なりＣ−ＤＣコンバータＢを構成して
いる。 そして、直流電源の電力を圧電素子に供給するためのス
イッチング動作を行う第１スイッチ素子はトランジスタ
３１で構成され、圧電−素子に蓄積された電力を直流電
源に回生ずるためのスイッチング動作を行う第２スイッ
チ素子はトランジスタ３２で構成される。これらの両Ｄ
Ｃ−ＤＣコンバータが、コイル５０を共通として並列接
続されている。ただし、ＤＣ−ＤＣコンバータの入力電
圧Ｅ１と出力電圧Ｅ２の極性は反対であるため、ダイオ
ード４１．４２とトランジスタ３１．３２はそれぞれ導
通方向が逆になるように接続されている。 また、圧電素子２の端子間電圧Ｅ２を検出する電圧検出
回路りきしてコンパレータ７０が設けられている。その
コンパレータ７０の非反転入力端子には圧電素子２の端
子電圧−Ｅ２が入力し、その反転入力端子には抵抗７１
と抵抗７２で分圧して得られた基準電圧Ｅｔが入力して
いる。そして、コンパレータ７０の出力は、圧電素子２
の端子間電圧Ｅ２が基準電圧Ｅｔの絶対値を越えると低
レベルとなる。 また、コンバータ制御装置Ｅとして、矩形波発振器８０
と、その矩形波発振器８０の出力及び駆動信号ｖ１を入
力するＡＮＤゲート８１と、そのＡＮＤゲート８１の出
力とコンパレータ７０の出力を入力するＮＡＮＯゲート
８２と、駆動信号■１を入力し一定のパルス幅のパルス
信号を出力する単安定マルチバイブレータ８４と、その
単安定マルチバイブレータ８４の出力と発振器８０の出
力を入力するへＮＯゲート８３と、そのＡＮＤゲート８
３の出力をコントロール端子に入力するアナログスイッ
チ８５が設けられている。そして、ＮＡＮＤゲート８２
の出力はトランジスタ３１のベースに入力し、アナログ
スイッチ８５の一方の信号端子は接地され、他方の信号
端子はトランジスタ３２のベースに接続されている。 次に作用を第８図のタイミングチャートに基づいて説明
する。駆動信号■１は時刻ｔ１で立ち上がり、時刻ｔ３
で立ち下がる信号である。駆動信号の立ち上がりは圧電
素子２に電荷を充電してワイヤを駆動するタイミングを
意味し、駆動信号の立ち下がりは圧電素子２に蓄積され
ている電荷を電源に回生じワイヤを元の位置に復帰させ
るタイミングを意味する。ＡＮＤゲート８１の出力■２
は駆動信号■１が高レベルの期間だけ矩形波発振器８０
の出力と等しくなり、他の期間では低し、ベルである。 また、コンパレータ７０の出力■３は圧電素子２の端子
電圧−Ｅ２が基準電圧Ｅｔを負方向に越える時刻ｔ２ま
で）ヨ高レベルであるので、ＮＡＮＤゲート８２の出力
■４は、時刻ｔ２まではＡＮＤゲート８１の°出力ｖ２
の反転波形となる。従って、トランジスタ３１のベース
電圧は時刻ｔ１までは高レベルであるのでトランジスタ
３１はオフであるが、時刻ｔｉから時刻ｔ２の間はトラ
ンジスタ３１０ペース電圧は振動するのでトランジスタ
３１はオンオフを繰り返す。すると、上記したように、
コイル５０と圧電素子２とダイオード４１の回路により
、圧電素子２の端子間電圧Ｅ２は徐々に増加し、端子電
圧−Ｅ２は基準電圧Ｅｔに向かって減少する。 端子電圧−Ｅ２が基準電圧Ｅｔを越える時刻ｔ２を過ぎ
るとトランジスタ３１のベース電圧は高レベルとなり、
トランジスタ３１はオフ状態となる。 この時、圧電素子２の端子間電圧Ｅ２は１Ｅｔｌに保持
される。 時刻ｔ３になると、単安定マルチバイブレータ８４は駆
動信号の立ち下がりでトリガされるため、その出力■５
は一定の幅を持ったパルス、即ち時刻ｔ３から時刻ｔ４
の間で高レベルとなる。従って、ＡＮＤゲート８３の出
力■６は時刻ｔ３から時刻ｔ４の間、矩形波発振器８０
の出力と同一波形となる。 従って、アナログスイッチ８５はこの期間オンオフしト
ランジスタ３２のベース電圧は振動的にアース電位とな
るので、トランジスタ３２はオンオフする。すると、圧
電素子２に六方向に充電されていた電荷は、コイル５０
とトランジスタ３２の回路で振動電流となり、その振動
電流はコイル５０に発生する逆起電力によりコイル５０
とダイオード４２の回路を通り直流電源１に回生される
。 時刻ｔ３から時刻ｔ４の期間は圧電素子２の端子間電圧
Ｅ２がほぼ０ボルトとなる期間に設定されており、時刻
ｔ３でアナログスイッチ８５はオフとなり、従ってトラ
ンジスタ３２のベースは開放されるのでトランジスタ３
２はオフする。このようにして、圧電素子の駆動の１サ
イクルが終了する。 このような制御のため、圧電素子２の端子間電圧Ｅ２が
所定値となり、圧電素子２の変位が完了するとトランジ
スタ３１はオフするので、トランジスタ３１のスイッチ
ングロスが抑えられる。尚、上記実施例で示した第１図
の電圧検出回路りとコンバータ制御袋ｆｆ１Ｅの回路構
成は、−例であってこの構成に限定されない。 また、第２図は、双方向に電力の伝送と電圧の昇降圧が
可能なりＣ，ＤＣコンバータの他の構成を示した回路図
である。第２図のＤＣ−ＤＣコンバータは、第６図に示
す単方向の昇降圧可能なりＣ−ＤＣコンバータを基本回
路として、伝送方向の異なる２つのＤＣ−ＤＣコンバー
タの基本回路をコイルとキャパシタを共通として並列に
接続したものである。第６図の基本回路は、直流電源１
とスイッチ素子であるトランジスタ３３とコイル５１．
５２とキャパシタ６０とダイオード４３とから成る。ト
ランジスタ３３が制御信号Ｓ２によりデユーティ制御さ
れる。トランジスタ３３がオンの時、直流電源１からコ
イル５１に電流が流れ、直流電源１から供給された電力
はコイル５１の磁気エネルギーとして蓄えられる。次に
トランジスタ３３がオフの時に、コイル５１とキャパシ
タ６０とダイオード４３を電流が流れ、コイル５１に蓄
えられたエネルギーは、キャパシタ６０に静電エネルギ
ーとして貯蔵される。次にトランジスタ３３が再びオン
となると、キャパシタ６０にＭＭされた電荷はトランジ
スタ３３、負荷Ｌ１コイル５２、キャパシタ６０の閉回
路を流れ、電流が負荷りに流れる。このオンオフサイク
ルの繰り返しにより、負荷りには平均した直流電流が供
給される。負荷りが抵抗負荷の場合には、一定の負荷電
流が流れるため、トランジスタ３３を一定のデユーティ
比で制御すれば、負荷の端子間電圧は一定値となる。し
かし、負荷が容量負荷の場合には、消費電流がないため
、電圧は上昇してしまい所定値に制御することはできな
い。また、圧電素子を作動状態にした後、圧電素子に充
電された電荷を直流電源１に回生ずれば、エネルギー損
失が少なくなる。 そこで、第２図に示すように、単方向に電力を伝送する
昇降圧可能なりＣ−ＤＣコンバータを並列接続した双方
向に電力の伝送ができる昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータを
構成することができる。トランジスタ３４とコイル５１
．５２とキャパシタ６０とダイオード４４が、直流電源
１がら圧電素子２に電力を供給する単方向の昇降圧可能
ＤＣ−ＤＣコンバータＡを構成し、トランジスタ３５と
コイル５１．５２とキャパシタ６０とダイオード４５が
、圧電素子２から直流電源１に電力を回生ずる単方向の
昇降圧可能ＤＣ，−ＤＣコンバータＢを構成している。 そして、直流電源の電力を圧電素子に供給するためのス
イッチング動作を行う第１スイッチ素子はトランジスタ
３４で構成され、圧電素子に蓄積された電力を直流電源
に回生ずるためのスイッチング動作を行う第２スイッチ
素子はトランジスタ３５で構成される。これらの両ＤＣ
−ＤＣコンバータは、コイル５１．５２、キャパシタ６
０を共通として並列接続されている。ただし、ＤＣ−Ｄ
Ｃコンバータの入力電圧Ｅ１と出力電圧Ｅ２は極性が反
対であるため、ダイオード４４．４５とトランジスタ３
４．３５はそれぞれ導通方向が逆向きとなるように接続
されている。 また、圧電素子２の端子間電圧Ｅ２を検出する電圧検出
回路りと、電圧検出回路りの出力と駆動信号■１を入力
しトランジスタ３４とトランジスタ３５をオンオフ制御
するコンバータ制御袋ＨＥが設けられている。電圧検出
回路りとコンバータ制御装置Ｅは、第１図の回路とほぼ
同様な回路で構成でき同様に作用する。即ち、駆動信号
■１の立ち上がりに同期して、トランジスタ３５がオフ
の状態でトランジスタ３４のみがオンオフ制御されると
、コイル５１とトランジスタ３４とキャパシタ６０とダ
イオード４４とコイル５２の回路により、直流電源１の
電圧Ｅｌが昇圧され圧電素子２に印加される。そして、
端子間電圧Ｅ２が基準電圧Ｅｔの絶対値より大きくなる
とトランジスタ３４はオフとなり、圧電素子２は基準電
圧Ｅｔに充電される。次に駆動信号■１の立ち下がりに
同期して、トランジスタ３４がオフ状態でトランジスタ
３５のみがオンオフ制御されると、コイル５２とトラン
ジスタ３５とキャパシタ６０とダイオード４５と一コイ
ル５１の回路により、圧電素子２に充電されている電荷
は直流電源１に回生される。 圧電素子２の端子間電圧Ｅ２がほぼ０ボルトとなると、
トランジスタ３５はオフとなる。このように、圧電素子
２を充電し、又圧電素子２に充電された電荷を直流電源
１に回生ずることができる。 第３図、第４図はドツトマトリック型のプリンタの駆動
回路である。ＤＣ−ＤＣＣコンバータラワイヤを駆動す
る各圧電素子で共通化したものである。回路Ｃ１におけ
る圧電素子２１はトランジスタ７１とダイオード８１の
並列回路を介してＤＣ−ＤＣコンバータＣＮＶに接続さ
れている。そして圧電素子２１とトランジスタ７１とダ
イオード８１で構成される回路Ｃ１と同一の回路が各ワ
イヤ数だけ設けられている。トランジスタ７１は圧電素
子２１に接続されているワイヤを駆動する時にターンオ
ンするトランジスタで、駆動される圧電素子を選択する
ためのものである。また、ダイオード°８１はワイヤの
インパクト終了後に、圧電素子２１に充電されている電
荷を電源１に回生ずる時にトランジスタ７１をバイパス
させるためのものである。ＤＣ−ＤＣコンバータＣＭＶ
は、駆動信号ｖ１の立ち上がりに同期して、出力電圧が
所定の基準電圧となるまで、トランジスタ３１又は３４
のみをオンオフ制御し、その後、駆￥ＩＪ儒号■１の立
ち下がりに同期して、圧電素子２１の端子間電圧Ｅ２が
ほぼ０ボルトとなるまで、トランジスタ３２又は３５の
みをオンオフ制御する。 このように、選択された圧電素子だけを充電し、各圧電
素子に充電された電荷を一斉に直流電源１に回生ずるこ
とができる。
本発明は圧電素子を昇降圧可能でかつ双方向に電力を伝
送できるＤＣ−ＤＣコンバータを用いて駆動しているの
で、駆動時に圧電素子に充電された電荷を電源に回生ず
ることができ、電力効率が向上する。また、駆動時には
圧電素子の端子間電圧が所定値に達するまで、双方向Ｄ
Ｃ−ＤＣコンバータのうち直流電源の電力を圧電素子に
供給するための第１スイッチ素子のみをオンオフ制御し
、圧電素子の端子間電圧が所定値になった場合にはその
第１スイッチ素子のスイッチング動作を停止させている
ので、駆動時のスイッチング損失が抑制される。
送できるＤＣ−ＤＣコンバータを用いて駆動しているの
で、駆動時に圧電素子に充電された電荷を電源に回生ず
ることができ、電力効率が向上する。また、駆動時には
圧電素子の端子間電圧が所定値に達するまで、双方向Ｄ
Ｃ−ＤＣコンバータのうち直流電源の電力を圧電素子に
供給するための第１スイッチ素子のみをオンオフ制御し
、圧電素子の端子間電圧が所定値になった場合にはその
第１スイッチ素子のスイッチング動作を停止させている
ので、駆動時のスイッチング損失が抑制される。
第１図は本発明の具体的な一実施例にかかる圧電素子駆
動回路の回路図。第２図は他の実施例にかかる圧電素子
駆動回路の回路図。第３図、第４図は複数の圧電素子を
選択的に駆動する圧電素子駆動回路の回路図。第５図は
ｖＪ１図の駆動回路の基本となるＤＣ−ＤＣコンバータ
の回路図。第６図は第２図の駆動回路の基本となるＤＣ
−ＤＣコンバータの回路図。第７図は従来の圧電素子駆
動回路の回路図。第８図は第１図の回路の作動を説明す
るタイミングチャートである。 ｌ゛°直流電源 ２．２１ 圧電素子 ３０１３１．３
２．３３．３４．３５ トランジスタ ５０．５１．５
２− コイル ６０ キャパシタ ７０−・−コン）＜
レータ ８１．８３− ＡＮＤゲート８２ °°ＮＡ
ＮＤゲート ８４ 単安定マルチバイブレータ ８５
アナログスイッチ Ｃ１〜Ｃｎ−回路 第１図 第４図 第５図 第６図 第７図 第８図
動回路の回路図。第２図は他の実施例にかかる圧電素子
駆動回路の回路図。第３図、第４図は複数の圧電素子を
選択的に駆動する圧電素子駆動回路の回路図。第５図は
ｖＪ１図の駆動回路の基本となるＤＣ−ＤＣコンバータ
の回路図。第６図は第２図の駆動回路の基本となるＤＣ
−ＤＣコンバータの回路図。第７図は従来の圧電素子駆
動回路の回路図。第８図は第１図の回路の作動を説明す
るタイミングチャートである。 ｌ゛°直流電源 ２．２１ 圧電素子 ３０１３１．３
２．３３．３４．３５ トランジスタ ５０．５１．５
２− コイル ６０ キャパシタ ７０−・−コン）＜
レータ ８１．８３− ＡＮＤゲート８２ °°ＮＡ
ＮＤゲート ８４ 単安定マルチバイブレータ ８５
アナログスイッチ Ｃ１〜Ｃｎ−回路 第１図 第４図 第５図 第６図 第７図 第８図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 圧電素子と直流電源との間に介在され、直流電源の電
力を圧電素子に供給するためのスイッチング動作を行う
第１スイッチ素子と前記圧電素子に蓄積された電力を直
流電源に回生するためのスイッチング動作を行う第２ス
イッチ素子とを有し、電圧を制御信号に応答して昇降圧
すると共に電力を双方向に伝達するＤＣ−ＤＣコンバー
タと、前記圧電素子の端子間電圧を検出する電圧検出回
路と、 前記圧電素子の駆動信号に応答し、前記圧電素子を充電
する時は前記電圧検出回路により検出された前記端子間
電圧が所定値に達するまで前記第１スイッチ素子をオン
オフ制御し、前記圧電素子を放電する時は前記第２スイ
ッチ素子をオンオフ制御するコンバータ制御装置と を有する圧電素子駆動装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61277946A JPS63130356A (ja) | 1986-11-20 | 1986-11-20 | 圧電素子駆動装置 |
| GB8726588A GB2198604B (en) | 1986-11-15 | 1987-11-13 | Piezoelectric element drive circuit |
| US07/443,091 US4947074A (en) | 1986-11-15 | 1989-11-27 | Piezoelectric element drive circuit |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61277946A JPS63130356A (ja) | 1986-11-20 | 1986-11-20 | 圧電素子駆動装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63130356A true JPS63130356A (ja) | 1988-06-02 |
Family
ID=17590477
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61277946A Pending JPS63130356A (ja) | 1986-11-15 | 1986-11-20 | 圧電素子駆動装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63130356A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5167459A (en) * | 1989-03-16 | 1992-12-01 | Fujitsu Limited | Apparatus for driving printing head of wire-dot impact printer |
| JP2002010655A (ja) * | 2000-04-01 | 2002-01-11 | Robert Bosch Gmbh | 圧電素子を充電するための装置および圧電素子を充電する方法 |
| JP2002027766A (ja) * | 2000-04-01 | 2002-01-25 | Robert Bosch Gmbh | 圧電素子の充電のための装置及び方法 |
| JP2002034271A (ja) * | 2000-04-01 | 2002-01-31 | Robert Bosch Gmbh | システムパラメータを制御するための方法及び装置 |
| JP2007268754A (ja) * | 2006-03-30 | 2007-10-18 | Fuji Xerox Co Ltd | 液滴吐出ヘッドの駆動装置、駆動方法、及び液滴吐出装置 |
-
1986
- 1986-11-20 JP JP61277946A patent/JPS63130356A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5167459A (en) * | 1989-03-16 | 1992-12-01 | Fujitsu Limited | Apparatus for driving printing head of wire-dot impact printer |
| JP2002010655A (ja) * | 2000-04-01 | 2002-01-11 | Robert Bosch Gmbh | 圧電素子を充電するための装置および圧電素子を充電する方法 |
| JP2002027766A (ja) * | 2000-04-01 | 2002-01-25 | Robert Bosch Gmbh | 圧電素子の充電のための装置及び方法 |
| JP2002034271A (ja) * | 2000-04-01 | 2002-01-31 | Robert Bosch Gmbh | システムパラメータを制御するための方法及び装置 |
| JP2007268754A (ja) * | 2006-03-30 | 2007-10-18 | Fuji Xerox Co Ltd | 液滴吐出ヘッドの駆動装置、駆動方法、及び液滴吐出装置 |
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