JPH02301170A - Drive circuit of piezoelectric element - Google Patents
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Landscapes
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
本発明は圧電素子の駆動四路に関するものであり、特に
圧電素子の駆動回路に損傷が生じたときに二次災害を生
じさせない技術に関するものである。[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to a four-way drive circuit for a piezoelectric element, and particularly relates to a technology that prevents secondary damage from occurring when a drive circuit for a piezoelectric element is damaged. It is.
［従来技術］
圧電素子はコイルと共に充電と放電とを繰り返しつつ所
定の周期数で共振し得るものであるが、この圧電素子の
１回の変位における変位状態継続時間が一定時間以上で
あることが望ましい場合がある。圧電素子をプリンタの
印字ヘッド等のアクチュエータに使用する場合がその一
例である。[Prior Art] A piezoelectric element is capable of resonating at a predetermined number of cycles while repeating charging and discharging together with a coil, but the duration of the displacement state in one displacement of the piezoelectric element is not less than a certain period of time. May be desirable. One example is when piezoelectric elements are used in actuators such as print heads of printers.
そこで、本出願人はこのような事情に鑑み、圧電素子の
作動応答性を悪化させることなく変位状態継続時間を大
きな値に設定でき、その変位量が常に一定であるような
圧電素子の駆動回路を開発し、特願昭６３−２７３９２
１号として出願中である。この駆動回路の一例を第５図
に示す。In view of these circumstances, the present applicant has developed a piezoelectric element drive circuit that allows the displacement state duration time to be set to a large value without deteriorating the operational response of the piezoelectric element, and in which the amount of displacement is always constant. Developed and patent application No. 63-27392
The application is currently being filed as No. 1. An example of this drive circuit is shown in FIG.
この開発装置においては、直流電源Ｅ１トランジスタＴ
Ｒ２１、コイルしおよび圧電素子Ｐが順次直列に接続さ
れ、直流電源Ｅの負極側と圧電素子Ｐの負極となるべき
電極側とが接地されている。In this developed device, the DC power supply E1 transistor T
R21, the coil, and the piezoelectric element P are sequentially connected in series, and the negative electrode side of the DC power source E and the electrode side of the piezoelectric element P that should become the negative electrode are grounded.
トランジスタＴＲ２１の順方向は直流電源Ｅの正極側か
ら圧電素子Ｐの正極となるべき電極側に向かう順方向（
以下、回路の順方向という）とされている。圧電素子Ｐ
の正極となるべき電極側はトランジスタＴＲ２２を経て
直流電源Ｅの正極側に接続されている。トランジスタＴ
Ｒ２２の順方向は回路の順方向とされている。The forward direction of the transistor TR21 is the forward direction (
(hereinafter referred to as the forward direction of the circuit). Piezoelectric element P
The electrode side which should become the positive electrode is connected to the positive electrode side of the DC power supply E via the transistor TR22. transistor T
The forward direction of R22 is the forward direction of the circuit.
さらに、圧電素子の正極となるべき電極側は抵抗Ｒおよ
びトランジスタＴＲ２４を経て接地され、トランジスタ
ＴＲ２４の順方向は抵抗Ｒから接地点に向かう向きとさ
れている。また、トランジスタＴＲ２２にはダイオード
Ｄ２２が並列に接続されており、そのダイオードＤ２２
の順方向はトランジスタＴＲ２２の順方向と逆方向とさ
れている。Furthermore, the electrode side of the piezoelectric element that should become the positive electrode is grounded via a resistor R and a transistor TR24, and the forward direction of the transistor TR24 is directed from the resistor R toward the ground point. Further, a diode D22 is connected in parallel to the transistor TR22, and the diode D22
The forward direction of is opposite to the forward direction of the transistor TR22.
そして、トランジスタＴＲ２１とコイルＬの接続点はダ
イオードＤ２３を経て接地されている。ダイオードＤ２
３の順方向は接地点からトランジスタＴＲ２１とコイル
Ｌの接続点に向かう方向とされている。The connection point between the transistor TR21 and the coil L is grounded via a diode D23. Diode D2
The forward direction of No. 3 is the direction from the ground point to the connection point between the transistor TR21 and the coil L.
トランジスタＴＲ２１、ＴＲ２２、ＴＲ２４の遮断状態
と導通状態との切り換えはトランジスタ制御回路ＴＣ（
以下、単に制御回路ＴＣという）によって行われる。制
御回路ＴＣはそれに駆動指令が入力されれば、トランジ
スタＴＲ２１を遮断状態から導通状態に切り換え、その
結果、直流電源Ｅの電荷がトランジスタＴＲ２１および
コイルＬを経て圧電素子Ｐに移動し、圧電素子Ｐがコイ
ルＬと共に共振しつつ充電され、圧電素子Ｐの電圧Ｖｐ
が０の値から上昇を開始し、やがて電源電圧Ｖｅと略等
しい大きさに到達する。The transistor control circuit TC (
This is performed by a control circuit (hereinafter simply referred to as control circuit TC). When a drive command is input to the control circuit TC, the transistor TR21 is switched from the cutoff state to the conduction state, and as a result, the charge of the DC power supply E moves to the piezoelectric element P via the transistor TR21 and the coil L, and the piezoelectric element P is charged while resonating with the coil L, and the voltage Vp of the piezoelectric element P increases.
starts rising from a value of 0, and eventually reaches a level approximately equal to the power supply voltage Ve.
制御回路ＴＣは、圧電素子Ｐの電圧Ｖｐが電源電圧Ｖｅ
に等しい大きさに到達するはずである時期を経た一時期
であって、駆動指令の入力時から所定時間経過時にトラ
ンジスタＴＲ２１を遮断状態に復帰させる。そして、ト
ランジスタＴＲ２２を遮断状態から導通状態に切り換え
る。その結果、コイルＬ１ダイオードＤ２２、直流電源
ＥおよびダイオードＤ２３を含む閉回路によって、コイ
ルＬの電気エネルギが直流電源Ｅに返還される。このコ
イルＬの電気エネルギがすべて直流電源Ｅに返還された
後は、圧電素子Ｐの電気エネルギが消費されれば、その
消費分が直流ＷＳ源Ｅからの電荷がトランジスタＴＲ２
２を経て圧電素子Ｐに供給されることによって補われる
から、圧電素子Ｐの電圧Ｖｐは略一定の大きさに保たれ
る。In the control circuit TC, the voltage Vp of the piezoelectric element P is set to the power supply voltage Ve.
The transistor TR21 is returned to the cut-off state at a certain time after the time when the drive command is supposed to reach a size equal to , and when a predetermined time has elapsed since the input of the drive command. Then, the transistor TR22 is switched from the cutoff state to the conduction state. As a result, the electrical energy of the coil L is returned to the DC power source E through a closed circuit including the coil L1 diode D22, the DC power source E, and the diode D23. After all the electric energy of this coil L is returned to the DC power source E, if the electric energy of the piezoelectric element P is consumed, the electric charge from the DC WS source E is transferred to the transistor TR2.
2, the voltage Vp of the piezoelectric element P is maintained at a substantially constant level.
制御回路ＴＣはまた、コイルＬの電気エネルギが完全に
消滅することとなるべき時期を経た一時期であって、駆
動指令の入力時から所定時間経過時にトランジスタＴＲ
２を遮断状態に復帰させる。The control circuit TC also controls the transistor TR when a predetermined period of time has elapsed since the input of the drive command, after the period when the electric energy of the coil L should have completely disappeared.
2 to return to the cut-off state.
そして、トランジスタＴＲ４を遮断状態から導通状態に
切り換える。その結果、圧電素子Ｐに充電された電荷が
放電される。Then, the transistor TR4 is switched from the cutoff state to the conduction state. As a result, the charge stored in the piezoelectric element P is discharged.
［発明が解決しようとする課題］
以上の説明から明らかなよデに、開発装置においては、
圧電素子Ｐの充電完了から放電開始まで、圧電素子Ｐを
最大変位状態に保つことによって、圧電素子Ｐが駆動対
象物に一定の大きさの駆動力を一定時間にわたって加え
得るように設計されている。[Problem to be solved by the invention] As is clear from the above explanation, the developed device has the following problems:
The piezoelectric element P is designed to be able to apply a fixed amount of driving force to the driven object over a fixed period of time by keeping the piezoelectric element P in a maximum displacement state from the completion of charging to the start of discharging. .
しかし、本出願人によるその後の研究により、開発装置
には次のような問題があることが判明した。すなわち、
なんらかの事情でトランジスタ制御口ＩＴｃまたはトラ
ンジスタＴＲ２１に異常が生じ、駆動指令が制御回路Ｔ
Ｃに与えられてもトランジスタＴＲ２１が導通状態に切
り換わらず、トランジスタＴＲ２１およびコイルＬを経
て圧電素子Ｐｌ：電荷が与えられなかった場合、駆動指
令が与えられた時間ｔｌ後にトランジスタＴＲ２２が遮
断状態から導通状態に切り換えられたときに、直流電源
ＥよりトランジスタＴＲ２２および圧電素子Ｐに瞬時に
大きな電流が流れ、トランジスタＴＲ２２や圧電素子Ｐ
が破損する。圧電素子Ｐが破損した場合は、この圧電素
子Ｐがプリンタの印字ヘッドに使用されていれば、高価
な印字ヘッドを交換しなければならなくなる。However, subsequent research by the applicant revealed that the developed device had the following problems. That is,
For some reason, an abnormality occurs in the transistor control port ITc or the transistor TR21, and the drive command is sent to the control circuit T.
Even if a charge is applied to C, the transistor TR21 does not switch to the conductive state, and the piezoelectric element Pl passes through the transistor TR21 and the coil L. If no charge is applied, the transistor TR22 changes from the cut-off state after the time tl when the drive command is applied. When switched to the conductive state, a large current instantly flows from the DC power supply E to the transistor TR22 and the piezoelectric element P, and the transistor TR22 and the piezoelectric element P
is damaged. If the piezoelectric element P is damaged, if this piezoelectric element P is used in the print head of a printer, the expensive print head must be replaced.
以上説明したような問題に鑑み、本発明は、圧電素子の
駆動回路に異常が生じても、圧電素子Ｐを破損する等の
二次災害を生じさせない圧電素子の駆動回路を提供する
ことを目的とする。In view of the problems described above, an object of the present invention is to provide a piezoelectric element drive circuit that does not cause secondary damage such as damage to the piezoelectric element P even if an abnormality occurs in the piezoelectric element drive circuit. shall be.
［課題を解決するための手段］
本発明の要旨は、前述の直流電源、コイルおよび圧電素
子を備えた圧電素子駆動回路に、（ａ）常には前記充電
を阻止する状態にあるが、駆動指令の入力に伴って充電
を許容する状態となり、圧電素子の電圧が電源電圧以下
の一定値に達した時期を経た一時期に原状態に復帰する
第１の状態制御手段と、
（ｂ）常には前記放電を阻止する状態にあるが、前記第
１の状態制御手段が原状態に復帰する時期を経た所定期
間経過時に放電を許容する状態となり、少なべとも第１
の状態制御手段が次に充電を許容する状態になる時期ま
でには原状態に復帰する第２の状態制御手段と、
（ｃ）圧電素子の電圧が一定値を越えることとなるべき
直流電源からの過剰の電気エネルギを前記コイルに環流
することにより、圧電素子の電圧が一定値を越えないよ
うにする電圧制御手段と、（ｄ）常には前記充電を阻止
する状態にあるが、第１の状態制御手段が圧電素子の充
電を阻止する状態にあり、第２の状態制御手段が圧電素
子の放電を阻止する状態にある時に充電を許容する状態
となる第３の状態制御手段と、
（ｅ）第３の状態制御手段と直列に接続される過電流保
護手段と
を設けたことにある。[Means for Solving the Problems] The gist of the present invention is to provide a piezoelectric element drive circuit including the above-mentioned DC power supply, a coil, and a piezoelectric element, (a) which is always in the state of blocking the charging, but when a drive command is issued. (b) a first state control means that enters a state in which charging is permitted in response to an input of the piezoelectric element, and returns to the original state at a certain time after the voltage of the piezoelectric element reaches a certain value below the power supply voltage; The state is in a state where discharge is prevented, but when a predetermined period elapses after the time when the first state control means returns to the original state, the state is changed to a state where discharge is allowed, and at least the first state control means
(c) a second state control means that returns to its original state by the time when the state control means next enters a state that allows charging; and (c) a direct current power supply that causes the voltage of the piezoelectric element to exceed a certain value. (d) voltage control means for preventing the voltage of the piezoelectric element from exceeding a certain value by circulating excess electrical energy of the piezoelectric element into the coil; a third state control means that is in a state that allows charging when the state control means is in a state to prevent charging of the piezoelectric element and the second state control means is in a state to prevent discharge of the piezoelectric element; ) The third state control means and the overcurrent protection means are connected in series.
［作用］
本発明にかかる圧電素子の駆動回路においては、駆動指
令の入力に伴って圧電素子の充電が開始され、圧電素子
の電圧が電源電圧以下の一定値に達した時期を経た一時
期に充電が阻止される。圧電素子の電圧が一定値に達し
てから充電が阻止されるまでの期間においては、圧電素
子の電気エネルギが消費されてもその消費分が直流電源
によって補われるとともに、電圧制御手段によって圧電
素子の電圧が一定値を越えないように制御されるから、
圧電素子の電圧が当該期間に一定に保たれることとなる
。そして、駆動素子の入力時から所定期間経過時に圧電
素子の放電が開始され、圧電素子の変位が消滅させられ
る。[Function] In the piezoelectric element drive circuit according to the present invention, charging of the piezoelectric element is started in response to input of a drive command, and charging is started at a certain point after the voltage of the piezoelectric element reaches a certain value below the power supply voltage. is prevented. During the period from when the voltage of the piezoelectric element reaches a certain value until charging is stopped, even if the electrical energy of the piezoelectric element is consumed, the consumed amount is compensated for by the DC power supply, and the voltage control means Since the voltage is controlled so that it does not exceed a certain value,
The voltage of the piezoelectric element will be kept constant during this period. Then, when a predetermined period of time has elapsed since the input of the drive element, the piezoelectric element starts discharging, and the displacement of the piezoelectric element disappears.
また、第１の状態制御手段に異常が生じ、圧電素子の充
電が正規に行われていない状態で、圧電素子の電気エネ
ルギの消費分を補う充電を行うために、第３の状態制御
手段が充電を許容する状態となったとき、直流電源から
圧電素子に向かって流れる大電流が過電流保護手段によ
り遮断され、圧電素子の破損が防止きれる。Further, in a state where an abnormality occurs in the first state control means and the piezoelectric element is not normally charged, the third state control means is configured to perform charging to compensate for the electrical energy consumption of the piezoelectric element. When charging is allowed, the large current flowing from the DC power source toward the piezoelectric element is cut off by the overcurrent protection means, thereby preventing damage to the piezoelectric element.
［実施例］
以下、本発明を、インパクト型ドツトプリンタ用印字ヘ
ッドの印字ワイヤを駆動する圧電型アクチュエータの駆
動源である圧電素子の駆動回路に適用した場合における
２、３の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。[Examples] Hereinafter, a few examples will be described based on the drawings in which the present invention is applied to a drive circuit for a piezoelectric element that is a drive source for a piezoelectric actuator that drives a print wire of a print head for an impact-type dot printer. This will be explained in detail.
圧電型アクチュエータは第２図に示すように、多数の圧
電素子Ｐが一直線方向（図において上下方向）に沿って
積層されて成る積層圧電素子１０を備えている。積層圧
電素子１０は、各々が積層圧電素子１０と平行に延び、
かつ積層圧電素子１０を中心として積層方向と直角な方
向に並ぶ２つのフレーム１２．１４に支持されている。As shown in FIG. 2, the piezoelectric actuator includes a laminated piezoelectric element 10 in which a large number of piezoelectric elements P are laminated in a straight line direction (vertical direction in the figure). Each of the laminated piezoelectric elements 10 extends parallel to the laminated piezoelectric element 10,
The laminated piezoelectric element 10 is supported by two frames 12 and 14 arranged in a direction perpendicular to the lamination direction.
積層圧電素子１０の両端面にはそれぞれ、共に直方体状
を成す可動子１６と温度補償材１８とが固着されている
。可動子１６には一対の板ばねの一方２０が固着され、
また他方の板ばね２２がフレーム１２の而２４に固着さ
れている。温度補償材１８はピン２８を介してフレーム
１２の基部２６に取り付けられている。A movable member 16 and a temperature compensating member 18, both of which have a rectangular parallelepiped shape, are fixed to both end faces of the laminated piezoelectric element 10, respectively. One side 20 of a pair of leaf springs is fixed to the mover 16,
Further, the other leaf spring 22 is fixed to the base 24 of the frame 12. Temperature compensator 18 is attached to base 26 of frame 12 via pin 28 .
前記フレーム１４は積層圧電素子１０より長い長手形状
を成す弾性伸縮可能な板材で構成されており、フレーム
１４はフレーム１２の温度補償材１８に近接する部分と
可動子１６とを連結している。フレーム１４の機能は後
に説明する。The frame 14 is made of an elastically expandable plate having a longitudinal shape longer than the laminated piezoelectric element 10, and connects a portion of the frame 12 close to the temperature compensation material 18 and the movable element 16. The function of frame 14 will be explained later.
一対の板ばね２０．２２の、積層圧電素子１０の側の端
部とは反対側の端部（図において上側の端部）に固着さ
れている。保持部材３４からはアーム３６が延び出させ
られており、このアーム３６の先端に印字ワイヤ３８が
固定されている。この印字ワイヤ３８は印字リボンを介
して印字用紙に対向させられている。The pair of leaf springs 20 and 22 are fixed to the end opposite to the end on the side of the laminated piezoelectric element 10 (the upper end in the figure). An arm 36 extends from the holding member 34, and a printing wire 38 is fixed to the tip of the arm 36. This printing wire 38 is opposed to the printing paper via a printing ribbon.
したがって、積層圧電素子１０が伸びて板ばね２０が板
ばね２２に対して相対的に上方へ滑り、保持部材３４が
図において反時計方向に回動させられると、印字ワイヤ
３８が印字リボンを介して印字用紙に押し付けられ、印
字用紙上にドツトが印刷される。この状態から積層圧電
素子１０が縮めば、保持部材３４が時計方向に回動させ
られる結果、印字ワイヤ３８が非作用位置に復帰する。Therefore, when the laminated piezoelectric element 10 is stretched and the leaf spring 20 slides upward relative to the leaf spring 22, and the holding member 34 is rotated counterclockwise in the figure, the print wire 38 is moved through the print ribbon. is pressed against the printing paper, and dots are printed on the printing paper. When the laminated piezoelectric element 10 contracts from this state, the holding member 34 is rotated clockwise, and as a result, the printing wire 38 returns to the non-operating position.
印字ワイヤ３８の非作用位置は、フレーム１４に固定の
低反発性ゴム製ストッパ４０にアーム３６が当接するこ
とによって規定される。The non-active position of the printing wire 38 is defined by the abutment of the arm 36 against a low resilience rubber stopper 40 fixed to the frame 14.
以上の説明から明らかなように、圧電型アクチュエータ
は、積層圧電素子１０の変位を一対の板ばね２０． ２
２．保持部材３４およびアーム３６によって拡大して印
字ワイヤ３８に伝達するものなのである。As is clear from the above description, the piezoelectric actuator uses a pair of leaf springs 20 to control the displacement of the laminated piezoelectric element 10. 2
2. It is expanded by the holding member 34 and the arm 36 and transmitted to the printing wire 38.
なお、本実施例においては、積層圧電素子１０の伸びに
応じてフレーム１４が弾性的に伸びる結果、可動子１６
が傾くのを阻止している。In addition, in this embodiment, as a result of the frame 14 being elastically extended in accordance with the extension of the laminated piezoelectric element 10, the mover 16
prevents it from tilting.
第１図に本発明を具体化した積層圧電素子１０の駆動回
路を示す。この実施例においては、直流電源Ｅ１第１の
状態制御手段であるトランジスタＴＲＩ、コイルしおよ
び圧電素子Ｐが順次直列に接続され、直流電源Ｅの負極
側と圧電素子Ｐの負極となるべき電極側とが接地されて
いる。トランジスタＴＲＩの順方向は直流電源Ｅの正極
側から圧電素子Ｐの正極となるべき電極側に向かう順方
向（以下、回路の順方向という）とされている。FIG. 1 shows a drive circuit for a laminated piezoelectric element 10 embodying the present invention. In this embodiment, a DC power source E1, a transistor TRI, which is a first state control means, a coil, and a piezoelectric element P are connected in series, and the negative electrode side of the DC power source E and the electrode side that should become the negative electrode of the piezoelectric element P are connected in series. and is grounded. The forward direction of the transistor TRI is the forward direction from the positive electrode side of the DC power source E toward the electrode side that should become the positive electrode of the piezoelectric element P (hereinafter referred to as the forward direction of the circuit).
圧電素子Ｐの正極となるべき電極側は第３の状態制御手
段であるトランジスタＴＲ３および過電流保護装置Ｆ１
を経て直流電源Ｅの正極側に接続されている。トランジ
スタＴＲ３の順方向は回路の順方向とされている。The electrode side of the piezoelectric element P that should become the positive electrode is connected to a transistor TR3, which is a third state control means, and an overcurrent protection device F1.
It is connected to the positive electrode side of the DC power supply E through the . The forward direction of the transistor TR3 is the forward direction of the circuit.
この過電流保護装置Ｆ１は開閉装置の一種で、通常は閉
じているが、−室以上の電流がこの過電流保護装置Ｆ１
流れると、以後電流を流さないように開く開閉装置であ
る。This overcurrent protection device F1 is a type of switchgear, and is normally closed, but if the current exceeds the - room, this overcurrent protection device F1
When a current flows, it is a switchgear that opens so that the current no longer flows.
さらに、トランジスタＴＲＩとコイルＬの接続点は第２
の状態制御手段であるトランジスタＴＲ２を経て接地さ
れている。トランジスタＴＲ２の順方向はトランジスタ
ＴＲＩとコイルＬの接続点から接地点に向かう方向とさ
れている。トランジスタＴＲＩ、ＴＲ２にはそれぞれダ
イオードＤ１、Ｄ２が並列に接続されており、そのそれ
ぞれのダイオードの順方向はそれぞれのダイオードに並
列に接続されているトランジスタの順方向と逆方向とさ
れている。そして、直流型１１ｉｉｔＥの正極側と圧電
素子Ｐの正極となるべき電極側とは電圧制御手段である
ダイオードＤ３で接続されており、そのダイオードＤ３
の順方向は回路の順方向と逆方向となっている。また、
圧電素子Ｐには並列にダイオ−、ドＤ４が接続されてお
り、その順方向は圧電素子Ｐの負極となるべき電極側か
ら正極となるべき電極側に向かう順方向とされている。Furthermore, the connection point between the transistor TRI and the coil L is the second
It is grounded via a transistor TR2 which is a state control means. The forward direction of the transistor TR2 is the direction from the connection point between the transistor TRI and the coil L toward the ground point. Diodes D1 and D2 are connected in parallel to the transistors TRI and TR2, respectively, and the forward direction of each diode is opposite to the forward direction of the transistor connected in parallel to each diode. The positive electrode side of the DC type 11iitE and the electrode side that should become the positive electrode of the piezoelectric element P are connected by a diode D3, which is a voltage control means.
The forward direction of is opposite to the forward direction of the circuit. Also,
A diode D4 is connected in parallel to the piezoelectric element P, and its forward direction is a forward direction from the electrode side of the piezoelectric element P that should become the negative electrode to the electrode side that should become the positive electrode.
なお、図には１個の圧電素子Ｐが代表して描かれており
、積層圧電素子１０を構成する多数の圧電素子Ｐは互い
に並列に接続されている。Note that one piezoelectric element P is depicted as a representative in the figure, and a large number of piezoelectric elements P forming the laminated piezoelectric element 10 are connected in parallel to each other.
トランジスタＴＲＩ、ＴＲ２、ＴＲ３の遮断状態と導通
状態との切り換えはトランジスタ制御回路ＴＣ（以下、
単に制御回路ＴＣという）によって行われる。制御回路
ＴＣはそれにドツト印刷指令（ドツトを印刷すべき旨の
指令）が入力されれば、トランジスタＴＲＩを遮断状態
から導通状態に切り換え、その結果、直流型ＩＩＡＥの
電気エネルギがトランジスタＴＲＩおよびコイルＬを経
て圧？ＩＳ素子Ｐに移動し、圧電素子ＰがコイルＬと共
に共振しつつ充電され、圧電素子Ｐの電圧Ｖｐが第３図
のグラフに示すように、０の値から上昇を開始し、やが
て電ａｉ！Ｓ圧Ｖｅと略等しい大きさに到達する。それ
以後、ダイオードＤ１の圧電素子Ｐ側の電圧が直流電源
Ｅ側の電圧より高くなると、コイルＬから圧電素子Ｐに
向かう電流がダイオードＤ３およびトランジスタＴＲＩ
を経てコイルしに環流し、それに伴う電気エネルギがコ
イルＬに蓄積されるので、圧電素子Ｐには蓄積されず、
圧電素子Ｐの電圧Ｖｐは電源電圧Ｖｅより大きくならな
い。The transistor control circuit TC (hereinafter referred to as
(simply referred to as control circuit TC). When a dot printing command (command to print dots) is input to the control circuit TC, the transistor TRI is switched from the cutoff state to the conduction state, and as a result, the electric energy of the DC type IIAE is transferred to the transistor TRI and the coil L. Pressure after? The piezoelectric element P is charged while resonating with the coil L, and the voltage Vp of the piezoelectric element P begins to rise from a value of 0 as shown in the graph of FIG. 3, and eventually the voltage ai! It reaches a size approximately equal to the S pressure Ve. After that, when the voltage on the piezoelectric element P side of the diode D1 becomes higher than the voltage on the DC power supply E side, the current flowing from the coil L to the piezoelectric element P flows through the diode D3 and the transistor TRI.
The electrical energy is circulated through the coil and is stored in the coil L, so it is not stored in the piezoelectric element P.
The voltage Vp of the piezoelectric element P does not become larger than the power supply voltage Ve.
この状態で、圧電素子Ｐに蓄積されている電気エネルギ
が消費されても、その消費分は直流電源Ｅからトランジ
スタＴＲＩおよびコイルＬを経て圧電素子Ｐに供給され
ることによって補われるから、圧電素子Ｐの電圧Ｖｐは
一定の大きさに保たれる。In this state, even if the electrical energy stored in the piezoelectric element P is consumed, the consumed amount is compensated for by being supplied from the DC power supply E to the piezoelectric element P via the transistor TRI and the coil L. The voltage Vp of P is kept constant.
制御回路ＴＣは、圧電素子Ｐの電圧Ｖｐが電源電圧Ｖｅ
に等しい大きさに到達するはずである時期を経た一時期
であって、ドツト印刷指令の入力時から所定時間ｔ１経
過時にトランジスタＴＲＩを遮断状態に復帰させる。そ
して、トランジスタＴＲ３を遮断状態から導通状態に切
り換える。その結果、コイルＬ１ダイオードＤ３、直流
電源ＥおよびダイオードＤ２を含む閉回路によって、コ
イルＬの電気エネルギが直流電源Ｅに返還される。In the control circuit TC, the voltage Vp of the piezoelectric element P is set to the power supply voltage Ve.
When a predetermined time t1 has elapsed since the dot printing command was input, the transistor TRI is returned to the cut-off state. Then, the transistor TR3 is switched from the cutoff state to the conduction state. As a result, the electrical energy of the coil L is returned to the DC power source E through a closed circuit including the coil L1 diode D3, the DC power source E, and the diode D2.
このコイルＬの電気エネルギがすべて直流電源Ｅに返還
された後、圧電素子Ｐの電気エネルギが消費されれば、
その消費分は直流電源ＥからトランジスタＴＲ３を経て
圧電素子Ｐに供給されることによって補われるから、圧
電素子Ｐの電圧Ｖｐは一定の大きさに保たれる。After all the electrical energy of this coil L is returned to the DC power source E, if the electrical energy of the piezoelectric element P is consumed,
The consumption amount is compensated for by being supplied from the DC power supply E to the piezoelectric element P via the transistor TR3, so the voltage Vp of the piezoelectric element P is kept at a constant level.
制御回路ＴＣはまた、コイルＬの電気エネルギがすべて
直流電源Ｅに返還される時期を経た一時期であって、ド
ツト印刷指令の入力時から所定時間ｔ２経過時にトラン
ジスタＴＲ３を遮断状態に復帰させる。そして、トラン
ジスタＴＲ２を遮断状態から導通状態に切り換える。そ
の結果、圧電素子Ｐ１コイルＬおよびトランジスタＴＲ
２を含む閉回路で、圧電索子Ｐの電気エネルギをコイル
Ｌとの共振によってコイルＬの電気エネルギに変換する
。圧電素子Ｐの全ての電気エネルギがコイルＬの電気エ
ネルギに変換されると、圧電素子Ｐの電圧ＶｐがＯとな
る。このとき電圧検知回路Ｓによって圧電素子Ｐの電圧
ＶｐがＯとなったことが検知され、検知信号が制御回路
ＴＣに与えられる。この検知信号が与えられると制御回
路ＴＣはトランジスタＴＲ２を遮断状態に復帰させる。The control circuit TC also returns the transistor TR3 to the cut-off state when a predetermined time t2 has elapsed since the input of the dot printing command, which is a period after all the electric energy of the coil L is returned to the DC power supply E. Then, the transistor TR2 is switched from the cutoff state to the conduction state. As a result, piezoelectric element P1 coil L and transistor TR
2, the electrical energy of the piezoelectric cord P is converted into the electrical energy of the coil L by resonance with the coil L. When all the electrical energy of the piezoelectric element P is converted into the electrical energy of the coil L, the voltage Vp of the piezoelectric element P becomes O. At this time, the voltage detection circuit S detects that the voltage Vp of the piezoelectric element P has become O, and a detection signal is given to the control circuit TC. When this detection signal is applied, the control circuit TC returns the transistor TR2 to the cut-off state.
すると、コイルＬの電気エネルギはコイルＬ１ダイオー
ドＤ１、直流電源ＥおよびダイオードＤ４の閉回路によ
って直流電源Ｅに返還される。Then, the electrical energy of the coil L is returned to the DC power source E through a closed circuit of the coil L1 diode D1, the DC power source E, and the diode D4.
しかしながら、なんらかの事情でトランジスタ制御回路
ＴＣまたはトランジスタＴＲＩに異常が生じ、駆動指令
が与えられてもトランジスタＴＲ１が導通状態に切り換
わらず、トランジスタＴＲ１およびコイルＬを経て圧電
素子Ｐに電荷が与えられなかった場合、駆動指令が与え
られた時間ｔｌ後にトランジスタＴＲ３が遮断状態から
導通状態に切り換えられると、直流電源Ｅよりトランジ
スタＴＲ３および圧電素子Ｐに瞬時に大きな電流が流れ
ようとする。しかし、このとき、トランジスタＴＲ３に
直列に接続されている過電流保護装置Ｆ１が直流電源Ｅ
とトランジスタＴＲ３間を遮断するので圧電素子Ｐには
大きな電流は流れず、トランジスタＴＲ３や圧電素子Ｐ
が破損することがない。したがって、圧電素子Ｐが破損
しないため、この圧電素子Ｐが使用されている高価な印
字ヘッドも破損することがない。However, for some reason, an abnormality occurs in the transistor control circuit TC or the transistor TRI, and even if a drive command is given, the transistor TR1 does not switch to a conductive state, and no charge is applied to the piezoelectric element P via the transistor TR1 and the coil L. In this case, when the transistor TR3 is switched from the cut-off state to the conductive state after the time tl when the drive command is given, a large current will instantly flow from the DC power supply E to the transistor TR3 and the piezoelectric element P. However, at this time, the overcurrent protection device F1 connected in series with the transistor TR3
Since the transistor TR3 and the transistor TR3 are cut off, a large current does not flow through the piezoelectric element P, and the transistor TR3 and the piezoelectric element P
will not be damaged. Therefore, since the piezoelectric element P is not damaged, the expensive print head in which this piezoelectric element P is used is also not damaged.
なお、インパクト型ドツトプリンタ用印字ヘッドの印字
ワイヤを駆動する圧電型アクチュエータの駆動源である
圧電素子の駆動回路など、複数の圧電素子Ｐを複数の駆
動回路で駆動する場合は、複数の駆動回路の過電流保護
装置Ｆ１を共用してもよい。Note that when multiple piezoelectric elements P are driven by multiple drive circuits, such as a drive circuit for a piezoelectric element that is a drive source for a piezoelectric actuator that drives the print wire of a print head for an impact-type dot printer, The overcurrent protection device F1 may be shared.
第４図は、過電流保護装置Ｆ１を共用した場合の一実施
例である。これは前述した実施例（第１図に示す）にお
けるトランジスタＴＲ２に直列に設けられている過電流
保護装置Ｆ１が他の駆動回路と共用されている。その他
の部材は第１図に示す実施例と同一なので、同一番号を
付し、詳細な説明は省略する。また、図面中の駆動回路
ＤＣＩ、ＤＣ２、ＤＣ３は同一であるが、簡略化のため
駆動回路ＤＣ１のみ回路の詳細を示すことにする。FIG. 4 shows an embodiment in which the overcurrent protection device F1 is shared. This is because the overcurrent protection device F1 provided in series with the transistor TR2 in the above-described embodiment (shown in FIG. 1) is shared with another drive circuit. Since the other members are the same as those in the embodiment shown in FIG. 1, they are given the same numbers and detailed explanations will be omitted. Further, although the drive circuits DCI, DC2, and DC3 in the drawings are the same, for the sake of simplification, only the drive circuit DC1 will be shown in detail.
ここで、駆動回路ＤＣ１、ＤＣ２、ＤＣ３のうちのいず
れかのトランジスタ制御回路ＴＣまたはトランジスタＴ
ＲＩに損傷が生じ、駆動指令が与えられてもトランジス
タＴＲＩが導通状態に切り換わらず、トランジスタＴＲ
ＩおよびコイルＬを経て圧電素子Ｐに電荷が与えられな
かった場合、駆動指令が与えられてから時間ｔ１後にト
ランジスタＴＲ３を遮断状態から導通状態に切り換える
と、直流電源ＥよりトランジスタＴＲ３および圧電素子
Ｐに瞬時に大きな電流が流れようとする。Here, the transistor control circuit TC or the transistor T of any one of the drive circuits DC1, DC2, and DC3
Damage occurs to RI, and even if a drive command is given, transistor TRI does not switch to a conductive state, and transistor TR
If no charge is applied to the piezoelectric element P via I and the coil L, if the transistor TR3 is switched from the cutoff state to the conduction state after time t1 after the drive command is given, the DC power supply E will cause the transistor TR3 and the piezoelectric element P to A large current attempts to flow instantaneously.
駆動口″［ＤＣｌ、ＤＣ２、ＤＣ３のうちのいずれか一
回路でもこのような状態になれば、駆動回路ＤＣ１、Ｄ
Ｃ２、ＤＣ３で共用している過電流保護装置Ｆ１が直流
電源ＥとトランジスタＴＲ３間を遮断するので圧電素子
Ｐには大きな電流は流れず、トランジスタＴＲ３や圧電
素子Ｐが破損することがない。したがって、圧電素子Ｐ
が破損しないため、この圧電素子Ｐが使用されている高
価な印字ヘッドも破損することがない。このように過７
ヒ流保護装置Ｆ１を共用しても本発明の効果を得ること
が出来、過電流保護装置Ｆ１を共用しているために安価
に実現することもできる。もちろん、この例では共用さ
れる駆動回路はＤＣＩ、ＤＣ２、Ｄ−Ｃ３の３回路であ
ることを示したが、共用される駆動回路の個数は何回路
でもよい。If any one of the circuits among the drive ports DC1, DC2, and DC3 is in this state, the drive circuits DC1 and D
Since the overcurrent protection device F1 shared by C2 and DC3 cuts off between the DC power supply E and the transistor TR3, a large current does not flow through the piezoelectric element P, and the transistor TR3 and the piezoelectric element P are not damaged. Therefore, piezoelectric element P
Since the piezoelectric element P is not damaged, an expensive print head using this piezoelectric element P is also not damaged. In this way, the past seven
Even if the overcurrent protection device F1 is shared, the effects of the present invention can be obtained, and since the overcurrent protection device F1 is shared, it can also be realized at low cost. Of course, in this example, three drive circuits, DCI, DC2, and DC3, are shared, but any number of drive circuits may be shared.
さらに、以上説明した実施例は、圧電素子Ｐの放電時に
、特願昭６３−１１．４３９７号の第６図および第８図
にそれぞれ示す実施例のように、圧電素子Ｐの電気エネ
ルギをコイルＬとの共振を伴って直流電源Ｅに返還する
ことによって放電させる形式の駆動回路に本発明を適用
したものであるが、第５図のように、圧電素子Ｐの電気
エネルギをコイルＬとの共振を伴うことなく抵抗Ｒに移
動させ、この抵抗Ｒに消費させる形式の駆動回路に本発
明を適用することもできる。その場合は、たとえば、第
５図における駆動回路の直流電源ＥとダイオードＤ２２
との接続点とトランジスタＴＲ２２との間にトランジス
タＴＲ２２に直列に過電流保護装置Ｆ１を設ければよい
。Further, in the embodiment described above, when the piezoelectric element P is discharged, the electrical energy of the piezoelectric element P is transferred to the coil as in the embodiment shown in FIGS. 6 and 8 of Japanese Patent Application No. 11.4397. The present invention is applied to a drive circuit of the type in which the electric energy of the piezoelectric element P is discharged by returning it to the DC power source E with resonance with the coil L, as shown in FIG. The present invention can also be applied to a drive circuit of a type in which the voltage is transferred to the resistor R without resonance and is consumed by the resistor R. In that case, for example, the DC power supply E and diode D22 of the drive circuit in FIG.
An overcurrent protection device F1 may be provided in series with the transistor TR22 between the connection point with the transistor TR22 and the transistor TR22.
なお、これらの実施例では過電流保護装置Ｆ１は直ａ電
源ＥとトランジスタＴＲ３との間にトランジスタＴＲ３
に直列に設けて説明したが、異常が生じて直流電源Ｅよ
りトランジスタＴＲ３および圧電素子Ｐに瞬時に大きな
電流が流れようとしたときに過電流保護装置Ｆ１が直流
電源ＥとトランジスタＴＲ３間を遮断すればよいので、
直流電源Ｅ、 トランジスタＴＲ３および圧電素子Ｐ
の閉回路のどの位置でも、過電流保護装置Ｆ１は直列に
設ければよい。In addition, in these embodiments, the overcurrent protection device F1 includes a transistor TR3 between the direct a power supply E and the transistor TR3.
As explained above, when an abnormality occurs and a large current is instantaneously flowing from the DC power supply E to the transistor TR3 and the piezoelectric element P, the overcurrent protection device F1 cuts off the connection between the DC power supply E and the transistor TR3. All you have to do is
DC power supply E, transistor TR3 and piezoelectric element P
The overcurrent protection device F1 may be provided in series at any position in the closed circuit.
もちろん、これらの他、当業者の知識に基づいて種々の
変形、改良等を施した態様で本発明を実施できる。Of course, in addition to these, the present invention can be practiced with various modifications, improvements, etc. based on the knowledge of those skilled in the art.
［発明の効果］
以上説明したように、本発明によれば、圧電素子の駆動
回路に損傷が生じても、二次災害を生じさせない圧電素
子の駆動回路を実現することができる。[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, it is possible to realize a piezoelectric element drive circuit that does not cause secondary damage even if the piezoelectric element drive circuit is damaged.
第１図は本発明をインパクト型ドツトプリンタの印字ヘ
ッド用圧電型アクチュエータの圧電素子の駆動回路に適
用した場合における一実施例の、その駆動回路を示す電
気回路図、第２図は上記圧電型アクチュエータを示す正
面図、第３図は本実施例の駆動回路における圧電素子の
電圧変化を示すグラフである。第４図は複数の圧電素子
の駆動回路の過電流保護装置を共用した実施例における
電気回路図、第５図は本出願人が先に開発した圧電素子
の駆動回路を示す電気的回路図である。
図中、１０は積層圧電素子、Ｅは直流電源、ＴＲ１はト
ランジスタ（第１の状態制御手段）、ＴＲ２はトランジ
スタ（第２の状態制御手段）、ＴＲ３はトランジスタ（
第３の状態制御手段）、Ｌはコイル、Ｐは圧電素子、Ｄ
３はダイオード（電圧制御手段）、Ｆｌは過電流保護装
置（過電流保護手段）である。FIG. 1 is an electric circuit diagram showing a drive circuit of a piezoelectric element of a piezoelectric actuator for a print head of an impact-type dot printer according to an embodiment of the present invention, and FIG. FIG. 3 is a graph showing voltage changes of the piezoelectric element in the drive circuit of this embodiment. FIG. 4 is an electrical circuit diagram of an embodiment in which an overcurrent protection device is shared between drive circuits for multiple piezoelectric elements, and FIG. 5 is an electrical circuit diagram showing a drive circuit for piezoelectric elements that was previously developed by the applicant. be. In the figure, 10 is a multilayer piezoelectric element, E is a DC power supply, TR1 is a transistor (first state control means), TR2 is a transistor (second state control means), and TR3 is a transistor (
third state control means), L is a coil, P is a piezoelectric element, D
3 is a diode (voltage control means), and Fl is an overcurrent protection device (overcurrent protection means).
Claims (1)
つ前記コイルと共に所定の周波数で共振し得る圧電素子
とを備え、かつそれらが互いに直列に接続されている圧
電素子の駆動回路にあって、常には前記充電を阻止する
状態にあるが、駆動指令の入力に伴って充電を許容する
状態となり、圧電素子の電圧が電源電圧以下の一定値に
達した時期を経た一時期に原状態に復帰する第１の状態
制御手段と、 常には前記放電を阻止する状態にあるが、前記第１の状
態制御手段が原状態に復帰する時期を経た所定期間経過
時に放電を許容する状態となり、少なくとも第１の状態
制御手段が次に充電を許容する状態になる時期までには
原状態に復帰する第２の状態制御手段と、 圧電素子の電圧が一定値を越えることとなるべき直流電
源からの過剰の電気エネルギを前記コイルに還流するこ
とにより、圧電素子の電圧が一定値を越えないようにす
る電圧制御手段と、 常には前記充電を阻止する状態にあるが、第１の状態制
御手段が圧電素子の充電を阻止する状態にあり、第２の
状態制御手段が圧電素子の放電を阻止する状態にある時
に充電を許容する状態となる第３の状態制御手段と、 第３の状態制御手段と直列に接続される過電流保護手段
と を含むことを特徴とする圧電素子の駆動回路。1. A piezoelectric element drive circuit that includes a DC power source, a coil, and a piezoelectric element that can resonate at a predetermined frequency with the coil while repeatedly charging and discharging, and in which these are connected in series, is in a state that prevents charging, but when a drive command is input, it becomes a state that allows charging, and returns to its original state after a period when the voltage of the piezoelectric element reaches a certain value below the power supply voltage. The first state control means is always in a state of inhibiting the discharge, but when a predetermined period of time has elapsed after the time when the first state control means returns to the original state has elapsed, the state of at least the first state control means is in a state of allowing the discharge. a second state control means that returns to its original state by the time the state control means next enters a state that allows charging; and a second state control means that returns to its original state by the time the state control means next enters a state that allows charging; voltage control means for preventing the voltage of the piezoelectric element from exceeding a certain value by circulating energy to the coil; and a first state control means for controlling the piezoelectric element, which is normally in a state of blocking the charging. a third state control means that is in a state of inhibiting charging and enters a state of allowing charging when the second state control means is in a state of inhibiting discharging of the piezoelectric element; and in series with the third state control means. A drive circuit for a piezoelectric element, characterized in that it includes a connected overcurrent protection means.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP89121841A JPH02301170A (en) | 1989-05-16 | 1989-05-16 | Drive circuit of piezoelectric element |
| US07/426,773 US5147141A (en) | 1988-10-28 | 1989-10-26 | Driver circuit for piezoelectric actuator, and dot-matrix head and printer using piezoelectric or other actuator having discharge control means |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP89121841A JPH02301170A (en) | 1989-05-16 | 1989-05-16 | Drive circuit of piezoelectric element |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02301170A true JPH02301170A (en) | 1990-12-13 |
Family
ID=14821259
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP89121841A Pending JPH02301170A (en) | 1988-10-28 | 1989-05-16 | Drive circuit of piezoelectric element |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02301170A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5350962A (en) * | 1990-07-11 | 1994-09-27 | Brother Kogyo Kabushiki Kaisha | Driving device for piezoelectric element |
-
1989
- 1989-05-16 JP JP89121841A patent/JPH02301170A/en active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5350962A (en) * | 1990-07-11 | 1994-09-27 | Brother Kogyo Kabushiki Kaisha | Driving device for piezoelectric element |
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