JP2550583C - - 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５７−１８７９８０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、当該一対の板ばね間の距離を可能な限り小さく
できるように、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１０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１
７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１
１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 (1)

1. 【特許請求の範囲】 (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、当該一対の板ばね間の距離を可能な限り小さくできるように、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) 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。