JP2550583B2 - 圧電素子の運動変換機構 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、圧電素子の運動変換機構に関し、主とし
て、ワイヤドット形式の印字ヘッドにおいて、電圧の印
加による圧電素子の伸縮量を拡大し、これを印字ワイヤ
に伝達して進退させるようにした圧電素子の運動変換機
構に関するものである。

（従来の技術） 圧電素子の運動変換機構には、例えば、特開昭57−18
7980号公報に開示されたものがある。すなわち、これに
おいては、直角に交わる２つの取付面を有する取付部11
の一方の取付面に圧電体３の一端が固着される。圧電体
３の他端には板ばね材よりなる第１の結合部41がその一
端において固定され、この第１の結合部41の他端に可動
部21が取付けられている。また、取付部11の他方の取付
面に一端が固定された板ばね材よりなる第２の結合部51
の他端が前記可動部21と固定されている。そして、電圧
の印加による圧電体３の伸びによって、第1,第２の両結
合部41,51がその板ばね部分の略全体において撓み変形
されることで、可動部21が傾動される。

（発明が解決しようとする問題点） ところで、上述した従来のものにおいて、第1,第２の
両結合部41,51は、直角又は平行に離隔した状態におい
て、その各一端が圧電体３又は取付部11に固定され、両
結合部41,51の各他端が可動部21にそれぞれ固定される
構造となっている。このような構造にあっては、圧電体
３の伸び量に対する可動部21の変位拡大率を高めること
ができない。したがって、上述した従来のものを印字ヘ
ッドに用いた場合には、印字に必要な印字ワイヤのスト
ロークが十分に得られず、可動部21の長さを長くすれば
大型化しかつ重くなり、高速印字に対処することができ
なくなる等の問題点が生じる。

そこでこの発明では、電圧の印加による圧電素子の伸
縮に対する変位拡大率を高め、しかも高速運転ができる
ようにすることを、その解決すべき技術的課題とするも
のである。

（問題点を解決するための手段） そして、この発明は、電圧の印加により伸縮する圧電
素子と、その圧電素子の伸縮方向の一端に固着された可
動子と、前記圧電素子を他端において支持する支持部を
有し、その圧電素子の伸縮方向とほぼ平行に延在するフ
レームと、前記伸縮方向とほぼ平行に前記フレームと可
動子とに形成された対向面と、前記圧電素子の伸縮によ
って傾動運動する傾動部材と、前記フレームと傾動部
材、前記可動子と傾動部材をそれぞれ連結し、前記伸縮
方向に延在する一対の板ばねと、から構成され、前記一
対の板ばねは、前記フレームおよび可動子と傾動部材と
の間の変形部分において相互に固着されることなく、そ
れぞれ一端側が前記フレームと可動子との対向面に、他
端側が傾動部材に固着され、前記圧電素子の伸縮に基い
て可動子を介して一方の板ばねを他方の板ばねに沿って
変位させることにより前記変形部分を湾曲させて前記傾
動部材を傾動させる構成にしたものである。

（作 用） 上記構成によれば、フレームと可動子との対向面に、
一対の板ばねの各一端側を固着することで、一対の板ば
ね間の距離を可能な限り小さくでき、これにより変位拡
大率を高めることができる。またこれにともないフレー
ム及び可動子に対する各板ばねの固着面積を大きくなし
得ることによりフレーム及び可動子の剛性を高め、板ば
ねの変形にともなうフレーム及び可動子の変形や振動を
抑え、板ばねと傾動部材とからなる可動部分全体の固有
振動数を高めることが可能となる。これによって傾動部
材が駆動された後、元の状態に静止するまでに要する時
間を短縮化でき高速運転が実現できる。

（実施例） 以下、この発明の一実施例を図面にしたがって説明す
る。この実施例では印字ヘッドに採用したものを例示す
るものであって、第１図と第２図において、電圧の印加
により伸縮する圧電素子２を支持するためのフレーム１
は、その圧電素子２の伸縮方向とほぼ平行する縦長四角
形で所定板厚の金属板より構成されている。このフレー
ム１の一側下端部には圧電素子２の一端（下端）を温度
補償材３を介して支持する支持部４が横方向に突設され
ている。

圧電素子２は、積層状をなす圧電セラミックより構成
されており、電圧の印加によって積層方向（上下方向）
に伸縮される。この圧電素子２の一端面には、温度補償
材３が接着材等によって固着されている。そして圧電素
子２は、その温度補償材３において、前記支持部４の支
持面4a上に支持されている。

圧電素子２の他端面（上端面）には四角形状の可動子
５が接着材等によって固着されている。この可動子５
は、その一側がフレーム１の一側上部と所定の隙間をも
って対向している。フレーム１と可動子５の対向面に
は、一対をなす第1,第２の両板ばね8,9を固着するため
のばね取付面6,7が、圧電素子２の伸縮方向に平行して
それぞれ平坦面に形成されている。

フレーム１のばね取付面６には、第１板ばね８がその
一側板面が面当りした状態においてろう付け等によって
固着されている。

可動子５のばね取付面７には、第２板ばね９が、その
一側板面が面当りした状態においてろう付け等によって
固着されている。さらに、第２板ばね９は、前記第１板
ばね８とその対向面を互いに接触した状態において移動
可能に重合されている。

前記第1,第２の両板ばね8,9は、その各取付面6,7より
圧電素子２の伸縮方向に所定長さだけ延出されている。
そして、第1,第２の両板ばね8,9の先端部には傾動部材1
0が固着されている。傾動部材10は、その基部が剛性の
高いホルダ11と、先端側の軽量なアーム12とを主体とし
て構成されている。

前記ホルダ11は、その下面に凹設された溝13に第1,第
２の両板ばね8,9の先端部がそれぞれ挿入された状態に
おいて、両板ばね8,9の対向面反対側とろう付けによっ
て固着されている。ホルダ11の前側面に凹設された溝14
にはアーム12の基部が挿入されてろう付けによって固着
されている。アーム12の先端には印字ワイヤ15の基端が
ろう付けによって固着されている。

また、この実施例においては、電圧の印加による圧電
素子２の伸縮方向に可動子５を平行に移動させるため
に、フレーム１と可動子５との間には弾性変形可能な連
結部材16が配設されている。この連結部材16は、前記フ
レーム１と反対側において、圧電素子２の積層方向に沿
って縦長で、その下端部がフレーム１の支持部４端面に
固着され、上端部が可動子５の第２の板ばね９と反対側
の端面に固着されている。

さらに、連結部材16は、フレーム１の板面と平行する
平面において板幅を有しそれと直角な方向に薄肉の板材
より構成されている。そして、圧電素子２の伸びにとも
なう可動子５の移動力が第２板ばね９と連結部材16とに
ほぼ均等に作用するように、前記連結部材16の弾性力が
設定され、これによって可動子５が圧電素子２の伸縮方
向に平行移動されるようになっている。

また、この実施例では、前記連結部材16の上端部に、
傾動部材10が傾動復帰したときに、そのアーム12の一側
を当接支持するための低反発ゴムよりなるストッパ17が
配設されている。このストッパ17には、連結部材16に対
する接着溝18が形成されている。そして、連結部材16の
上端部に対し、ストッパ17がその接着溝18において嵌挿
され、ストッパ17の一側面に貫設された接着剤充填用の
孔19から接着剤を接着溝18に充填することで、連結部材
16にストッパ17が固着される。

なお、圧電素子２の下端面に接着された温度補償材３
は、周囲の温度変化による圧電素子２の収縮を、伸びに
よって修正し、圧電素子２の上面高さを一定高さに保持
している。

また、前記温度補償材３の下面を支持する支持部４に
は、その支持面4a上の温度補償材３の下面を僅かに突上
げることで、連結部材16及び第２ばね９のばね力を圧電
素子２に作用させ、この圧電素子２に対し常時圧縮力を
加えるための押上げピン20が打込まれた後、ビーム溶接
によって押上げピン20が支持部４と一体に固着されてい
る。

また、この実施例では、フレーム１と連結部材16とは
線膨脹率が同一の材料より構成され、温度変化に対処で
きるようになっている。

この実施例は上述したように構成される。したがっ
て、圧電素子２の両電極間に電圧が印加されると、圧電
素子２は、その積層方向、すなわち、第２図において矢
印Ｘ方向に所定長さだけ伸び、これにともなって可動子
５が移動される。すると、可動子５の移動力を受けて第
２板ばね９が、第１板ばね８に沿って押上げられ、同第
２板ばね９が可動子５と傾動部材10のホルダ11との間に
おいて湾曲状に弾性変形される。第２板ばね９の湾曲状
の弾性変形によって第２図において矢印Ｐ方向に回転モ
ーメントが生じ、これによって、第１板ばね８が若干、
弾性変形されるとともに、傾動部材10が傾動される。そ
して、傾動部材10先端の印字ワイヤ15が、所定数の案内
部材21に案内された状態で、その先端が印字位置まで前
進される。このようにして、第２の板ばね９の湾曲状の
弾性変形によって傾動部材10を傾動させることで、圧電
素子２の伸びが著しく拡大されて印字ワイヤ15に伝達さ
れる。

圧電素子２に対する電圧の印加が断たれると、圧電素
子２は元の状態に短縮される。すると、可動子５、第1,
第２の両板ばね8,9及び傾動部材10が元の状態に復帰さ
れ、印字ワイヤ15が後退復帰される。

さて、フレーム１と可動子５との対向面に、圧電素子
２の伸縮方向に平行する平坦なばね取付面6,7を形成
し、これら各ばね取付面6,7に、第1,第２の両板ばね8,9
の一側面を面当りさせて、ろう付け等によって固着する
ことで、フレーム１と可動子５に対する第1,第２の両板
ばね8,9の固着面積を積極的に大きくすることができ
る。この結果、フレーム１と可動子５に対し、第1,第２
の両板ばね8,9をそれぞれ強固にかつ安定よく固着する
ことができる。また両板ばね8,9の固着面積の増大にと
もないフレーム１と可動子５の体積が大きくなり、それ
によりフレーム１と可動子５の剛性を高めることができ
る。

さらに、第1,第２の両板ばね8,9の先端部を固着する
ホルダ11に、板ばね8,9とほぼ同じ幅をもたせ、そのホ
ルダ11の体積を大きくすることで、ホルダ11の剛性を高
めることができる。これらフレーム１、可動子５、ホル
ダ11の剛性が高いことにより、板ばね8,9の変形部分を
フレーム１、可動子５とホルダ11との間のみに限定で
き、変位拡大率の低下を抑えることができる。しかも、
板ばね8,9、フレーム１、可動子５、ホルダ11の余計な
振動がなくなり、傾動部材10が静止するまでの時間を短
く、すなわち傾動部材10と板ばね8,9とからなる可動部
分全体の固有振動数を高め、傾動部材10の高速運動を達
成することができる。

また、前記第1,第２の両板ばね8,9の対向面を互いに
接触させることで、第1,第２の両板ばね8,9を所定距離
もって離反させたものと異なり、圧電素子２の伸び量に
対する傾動部材10の変位拡大率を高めることができ、印
字に必要な印字ワイヤ15のストロークが充分に得られ
る。

また、この実施例では、フレーム１の支持部４端面
と、可動子５の第２板ばね９の反対側端面との間に弾性
変形可能な縦長の連結部材16の両端をそれぞれ固着し、
圧電素子２の伸びにともなう可動子５の移動力を第２板
ばね９と連結部材16とで均等に受けるように構成した。
このため、圧電素子２の伸縮方向に可動子５を平行移動
させることができ、圧電素子５に曲げモーメントが作用
することを防止することができる。この結果、引張荷重
にもろい特性をもつ圧電セラミックより圧電素子２を構
成した場合でも、その破損を防止して、耐久性の向上を
図ることができる。

なお、前記実施例においては、フレーム１、連結部材
16及び可動子５がそれぞれ別体に形成された後、これら
各部品がろう付け等によって一体状に組付けられるが、
前記フレーム１、連結部材16及び可動子５を一枚の金属
板による加工で一体に形成することも可能である。

（発明の効果） 以上述べたように、この発明によれば、フレームと可
動子との対向面に、一対の板ばねの各一端側を固着する
ことで、一対の板ばね間の距離を可能な限り小さくで
き、これにより変位拡大率を高めることができる。ま
た、これにともないフレーム及び可動子に対する各板ば
ねの固着面積を大きくなし得ることにより、フレーム及
び可動子の剛性を高め、板ばねの変形にともなうフレー
ム及び可動子の変形や振動を抑え、その結果、各板ばね
と傾動部材とからなる可動部分全体の固有振動数を高め
ることが可能となる。このようにして各板ばね及び傾動
部材の固有振動数を高めることで、傾動部材が駆動され
た後、元の状態に静止するまでに要する時間を短縮化す
ることができる。このため、この発明の圧電素子の運動
変換機構を、例えば印字ヘッドに採用した場合には、印
字の高速化を図ることができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

図面はこの発明の一実施例を示すもので、第１図は印字
ヘッドの要部を示す斜視図、第２図は側面図、第３図は
平面図である。 １……フレーム ２……圧電素子 ５……可動子 6,7……ばね取付面（対向面） ８……第１板ばね ９……第２板ばね 10……傾動部材

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電圧の印加により伸縮する圧電素子と、 その圧電素子の伸縮方向の一端に固着された可動子と、 前記圧電素子を他端において支持する支持部を有し、そ
   の圧電素子の伸縮方向とほぼ平行に延在するフレーム
   と、 前記伸縮方向とほぼ平行に前記フレームと可動子とに形
   成された対向面と、 前記圧電素子の伸縮によって傾動運動する傾動部材と、 前記フレームと傾動部材、前記可動子と傾動部材をそれ
   ぞれ連結し、前記伸縮方向に延在する一対の板ばねと、 から構成され、前記一対の板ばねは、前記フレームおよ
   び可動子と傾動部材との間の変形部分において相互に固
   着されることなく、それぞれ一端側が前記フレームと可
   動子との対向面に、他端側が傾動部材に固着され、 前記圧電素子の伸縮に基いて可動子を介して一方の板ば
   ねを他方の板ばねに沿って変位させることにより前記変
   形部分を湾曲させて前記傾動部材を傾動させることを特
   徴とする圧電素子の運動変換機構。
2. 【請求項２】前記面板ばねは、静止状態において、その
   対向面を互いに接触させている特許請求の範囲第１項に
   記載の圧電素子の運動変換機構。