JP2555608B2 - 圧電素子の変位変換装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、圧電素子の変位変換装置に関し、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変位変換機
構に関するものである。

（従来の技術） 圧電素子の変位変換装置には、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、圧電素子の伸びによって一対の板ばねを弾
性変形させ、傾動部材を傾動させるように構成したもの
においては、板ばねの反力を受けて圧電素子に曲げモー
メントが発生する。そして、この曲げモーメントによっ
て圧電素子の一側に圧縮荷重が他側に引張荷重が作用す
る。このため、圧電素子を引張荷重にもろい圧電セラミ
ックより構成すると、前記引張荷重を受けて圧電素子が
破損される場合がある。

そこでこの発明では、圧電素子に作用する引張荷重を
軽減して耐久性の向上を図ることを、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、その圧電素子を伸縮方向の一端において固着す
る支持部を有し、その支持部から前記伸縮方向に延在す
るフレームと、前記圧電素子の伸縮方向の他端に固着さ
れた可動子と、前記可動子と前記フレームとに変位可能
に連結され、前記圧電素子の伸縮に基づいて変位する作
動部材と、前記圧電素子に対してその伸縮方向に抗する
弾性を有し、前記圧電素子の伸縮方向に延在すると共
に、両端が前記圧電素子の伸縮方向両端の部材に固着さ
れた連結部材とを備える構成にしたものである。

（作 用） 上記構成によれば、電圧の印加によって圧電素子が連
結部材の弾性に抗して伸縮し、可動子を介して作動部材
を変位させる。このようにして、連結部材の弾性によ
り、圧電素子には圧縮力が与えられるので、引張荷重が
軽減され、圧電素子の破損が防止される。

（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との対向面に
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の先端部には作動部材
すなわち傾動部材10が固着されている。傾動部材10は、
その基部の剛性の高いホルダ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の前面側に凹設された溝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。

電圧の印加による前記圧電素子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番ばね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。

またこの実施例では、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
を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。

さて、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。

さらに、この実施例では、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固着される。これによ
って、フレーム１の支持部４の支持面4aや、可動子５下
面の仕上加工が容易で、かつ高精度に仕上げることがで
きる。このため、電圧の印加による圧電素子２の伸縮を
可動子５及び第２板ばね９に確実に伝達させることがで
きる。

（発明の効果） 以上述べたように、この発明によれば、電圧の印加に
より圧電素子が連結部材の弾性に抗して伸縮し、可動子
を介して作動部材を変位させるものである。この結果圧
電素子には圧縮力が与えられるので、引伸荷重の発生を
防止することができるため、引張り荷重にもろい特性を
もつ圧電セラミックによって圧電素子を構成しても、そ
の圧電素子の破損を防止することができるという効果が
ある。

【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 ８……第１板ばね ９……第２板ばね 10……傾動部材 16……連結部材

Claims (6)

(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、 その圧電素子を伸縮方向の一端において固着する支持部
   を有し、その支持部から前記伸縮方向に延在するフレー
   ムと、 前記圧電素子の伸縮方向の他端に固着された可動子と、 前記可動子と前記フレームとに変位可能に連結され、前
   記圧電素子の伸縮に基づいて変位する作動部材と、 前記圧電素子に対してその伸縮方向に抗する弾性を有
   し、前記圧電素子の伸縮方向に延在すると共に、両端が
   前記圧電素子の伸縮方向両端の部材に固着された連結部
   材と を備える圧電素子の変位変換装置。
2. 【請求項２】前記フレームと可動子とは別体に製作さ
   れ、前記連結部材の両端に一体に接合されている特許請
   求の範囲第１項に記載の圧電素子の変位変換装置。
3. 【請求項３】前記連結部材は、前記フレームと圧電素子
   とに沿う平面と平行な方向において幅広く、それと直角
   な方向において薄い断面を有している特許請求の範囲第
   １項に記載の圧電素子の変位変換装置。
4. 【請求項４】前記連結部材は、前記圧電素子に常時圧縮
   力を与えている特許請求の範囲第１項に記載の圧電素子
   の変位変換装置。
5. 【請求項５】前記作動部材は、前記可動子と前記フレー
   ムとに一対の板ばねを介して連結されている特許請求の
   範囲第１項に記載の圧電素子の変位変換装置。
6. 【請求項６】前記一対の板ばねは、前記連結部材の配置
   されている圧電素子の側面とは反対側において、前記可
   動子と前記フレームとにそれぞれ固着されている特許請
   求の範囲第１項に記載の圧電素子の変位変換装置。