JP2555670B2 - 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、主として印字ヘッドに採用される圧電素
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としては、例えば、すでに同
一出願人によって開発がなされた実願昭62−165955号の
ものがある。

また、このような運動変換機構においては、第７図と
第８図に示すように、圧電素子１に沿って延在するフレ
ーム２と、前記圧電素子１の伸縮方向一端に固着された
可動子５との対向面2a,5aに、一対の板ばね6,7の一端部
がそれぞれ固着される。これら両板ばね6,7はその互い
の対向面に接触した状態で圧電素子１の伸縮方向に延在
し、その両板ばね6,7の他端に跨って傾動部材８が固着
されている。そして、圧電素子１の伸縮に基づく可動子
５の変位にともなって、可動子５側の板ばね７がフレー
ム２側の板ばね６に面接触しながら押上げられること
で、前記両板ばね6,7が、そのたわみ部6a,7aにおいてた
わみ、これによって傾動部材８が傾動されるようになっ
ている。

（発明が解決しようとする課題） ところで、圧電素子１の伸縮に基づく可動子５の変位
にともなって、可動子５側の板ばね７がフレーム２側の
板ばね６に面接触しながら押上げられることで、両板ば
ね6,7がそのたわみ部6a,7aにおいてたわむ構造において
は、組付精度の都合上両板ばね6,7の可動子５側端部が
開きぎみに組付けられるため、１ストロークの動作中
に、両板ばねのたわみ部6a,7aが大きな力で相互に摩擦
し合ったり、解離し合ったりする現象が実験により確め
られた。そして、両板ばね6,7の前記相互の接触面に生
じる摩擦力が原因となって、その相互の接触面が摩耗さ
れたり、時には、相互の接触面に焼付現象が発生して作
動不良をきたす場合もあり、耐久性に問題点があった。

この発明は、前記した問題点に鑑み、両板ばねのたわ
み部分に生じる摩擦力を軽減して、焼付きや摩耗を防止
し、耐久性の向上を図ることを、その目的とするもので
ある。

（課題を解決するための手段） 前記目的を達成するために、この発明は、電圧の印加
により伸縮する圧電素子と、その伸縮方向とほぼ平行に
延在するフレームと、前記圧電素子の伸縮方向の一端に
固着された可動子と、その可動子と前記フレームにそれ
ぞれ一端側が固着され、前記伸縮方向に延在する一対の
板ばねと、その両板ばねの他端に結合され、前記圧電素
子の伸縮に基づく両板ばね同士の相対移動による両板ば
ねのたわみにより傾動される傾動部材と、から構成さ
れ、前記両ばねの少なくとも前記傾動部材（８）側の端
部を相互に接触させるとともに、その両板ばねのたわみ
部分の対向面に、同たわみ部分の相互の接触を避けるた
めの非接触部を形成したものである。

（作 用） したがって、この発明は、両板ばねのたわみ部分の対
向面に形成した非接触部によって、両板ばねのたわみ部
分の相互の接触が避けられる。このため、両板ばねの相
互のたわみ部分における焼付けや摩耗が防止される。

また両板ばねの少なくとも一方の端部を相互に接触さ
せることにより、たわみ部分の相互の接触を避けなが
ら、たわみ部分がきわめて高い精度で近接配置され、圧
電素子の伸縮が高い拡大率でかつ製品によるばらつきも
なく拡大変換される。

（実施例） 以下、この発明の一実施例を第１図〜第７図にしたが
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図において、電圧の印加によって伸
縮する圧電素子１は、積層状をなす圧電セラミックより
構成されている。

前記圧電素子１を支持するためのフレーム２は、その
圧電素子１の伸縮方向とほぼ平行して延在する縦長四角
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２の一端部には圧電素子１の一端（下端）を一対のく
さび部材13,14を介して支持するための基部３が横方向
に突設されている。

前記圧電素子１の他端（上端）には、フレーム２の立
上り部の上端部と対向した状態において、可動子５が接
着剤などによって固着されている。前記可動子フレーム
２との対向面2a,5aには、一対の板ばね6,7がその一端部
においてろう付け等によって固着されている。可動子５
に固着された板ばね７は、フレーム２に固着された板ば
ね６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。

前記両板ばね6,7は、第３図と第４図に示すように、
その先端がフレーム２並びに可動子５の上端面より所定
長さだけ突出して圧電素子１の伸縮方向に延在してい
る。そして、両板ばね6,7の先端部に跨って傾動部材８
が固着されている。さらに、両板ばね6,7は、前記フレ
ーム２並びに可動子５の上端面から傾動部材８の下面の
間を弾性変形可能なたわみ部6a,7aとしている。

前記両板ばね6,7のたわみ部6a,7aの対向面には、これ
ら両たわみ部6a,7aの相互の接触を避けるための切欠き
状の非接触部6b,7bが形成されている。また、両板ばね
6,7のたわみ部6a,7aの対向面反対側には溝6c,7cが形成
されている。そして、これら溝6c,7cによってその両た
わみ部6a,7aの板厚がそれぞれ軽減されることで、両板
ばね6,7がそのたわみ部6a,7aにおいてのみ湾曲部にたわ
むようになっている。

前記両板ばね6,7の先端部に固着される傾動部材８
は、その基部の剛性の高いホルダ９と、先端側の軽量な
アーム10とを主体として構成されている。

前記ホルダ９は、その下面に凹設された溝に前記両板
ばね6,7の先端部がそれぞれ挿入された状態において、
両板ばね6,7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９の前側面に凹設された溝にはアーム
10の基部が挿入されてろつ付けによって固着されてい
る。アーム10の先端には印字ワイヤ11の基端がろう付け
によって固着されている。

前記圧電素子１の伸縮方向と平行に可動子５を変位さ
せるために、前記フレーム２と可動子５との間には、圧
電素子１の伸縮方向に弾性伸縮可能な連結部材12が配設
されている。この連結部材12は、前記フレーム２と反対
側において、圧電素子１の積層方向に沿って縦長で、そ
の下端がフレーム２の支持部３端面に固着され、上端部
が可動子５の端面に固着されている。

また、前記圧電素子１の一端とフレーム２の基部３と
の間には、上下一対のくさび部材13,14が配設されてい
る。

また、この実施例において、上下の両くさび部材13,1
4は、圧電素子１の負の温度線膨脹率特性とは逆の正の
温度線膨脹率特性を有する材料、例えば亜鉛材によって
構成されている。そして、周囲の温度変化による圧電素
子１の収縮を、上下の両くさび部材13,14の上下方向の
伸びによって修正し、圧電素子１の上面高さを一定に保
つようになっている。

上述したように構成されるこの実施例において、圧電
素子１の両電極間に電圧が印加されると、圧電素子１
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、これに基づいて可動子58が変位
される。すると、可動子５の変位力を受け可動子５側の
板ばね７が、フレーム２側の板ばね６に沿って押上げら
れ、両板ばね6,7がその各たわみ部6a,7bにおいて大きく
たわむことで、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、傾動部材18が傾動される。
そして、傾動部材８のアーム10先端の印字ワイヤ11が、
所定数の案内部材15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。

前記可動子５側の板ばね７がフレーム２側の板ばね６
に沿って押上げられ、これら両板ばね6,7がその各たわ
み部6a,7aにおいて湾曲状にたわむときには、前記各た
わみ部6a,7aの対向面に形成した非接触部6b,7bによって
各たわみ部6a,7aの相互間に生じる摩擦力が可及的に軽
減される。

このため、両板ばね6,7の各たわみ部6a,7aの対向面間
に生じる焼付きや摩耗が防止されるとともに、圧電素子
１の伸縮に基づく可動子５の変位力が両板ばね6,7に良
好に伝達される。この結果、両板ばね6,7が、その各た
わみ部6a,7abにおいて所定量だけかつ不足なく円滑にた
わむ。そして、両板ばね6,7の各たわみ部6a,7aの不足の
ないたわみによって、傾動部材８を所定角度傾動させる
ことで、圧電素子１の伸びが著しく拡大されて印字ワイ
ヤ11に伝達される。

また、この実施例と先行技術のものとの各板ばねを第
３図と第９図並びに下記の表１で示すものを使用し、両
板ばね6,7と傾動部材８から成る可動部分の固有振動数
と印字ワイヤ11の先端部のストロークとを比較試験した
結果、下記の表１で示すとおりの値が得られた。

なお、先行技術のものにおいては、両板ばね6,7間に
焼付きや摩耗が生じていない使用初期のものを示す。

したがって、この実施例においては、両板ばね6,7の
たわみ部6a,7aの対向面に、わずかな間隔（0.2mm）で非
接触部6b,7bを形成して、両たわみ部6a,7aの対向面間に
生じる摩擦力を可及的に軽減することで、拡大率（圧電
素子１の伸縮量に対する印字ワイヤ11のストローク）を
高めることができるとともに、前記両たわみ部6a,7aの
対向面間に生じる焼付きや摩耗を防止して、前記拡大率
を長期間にわたって保持することが可能となった。

なお、両板ばね6,7のたわみ部6a,7aの長さｌ及び肉厚
t2や非接触部6b,7bの間隔Ｓ及び長さl2等は限定するも
のではなく、以下、変更例１〜４に述べるように適宜に
変更してもよい。

変更例１においては、両板ばね6,7の各たわみ部6a,7a
に形成された非接触部6b,7bの間隔Ｓを0.6mmに設定し、
他は前述の実施例と同様に構成したものであり、次の表
２で示すような結果が得られた。

変更例２においては、第５図に示すように、両板ばね
6,7の各たわみ部6a,7aの対向面反対側に形成される溝を
なくし、非接触部6b,7bの間隔Ｓを広げたものであり、
次表２で示すような結果が得られた。

変更例３においては、第６図に示すように、一枚のば
ね板材16の一端から他端に向けかつ板厚の中央部に割溝
17を形成して他端部において相互に一体に接続した一対
の板ばね6,7を構成するとともに、その割溝17を非接触
部6b,7bとし、さらに、両板ばね6,7の対向面反対側に溝
6c,7cを形成して、両板ばね6,7にたわみ部6a,7aを形成
したものであり、次の表２で示すような結果が得られ
る。

したがって、表1,表２から明らかなように、前記実施
例と変更例１と３においては、圧電素子１の伸縮量に対
する印字ワイヤ11のストロークを先行技術のものと比し
高めることができる。

これは、両板ばね6,7のたわみ部6a,7a間の距離を小さ
くすれば、てこの原理により傾動部材８の拡大率が大き
くなるが、圧電素子１に対する負荷も大きくなり、先行
技術のものでは圧電素子１の伸びが抑えられて、ストロ
ークを大きくできない。しかし、上記のように両たわみ
部6a,7aの肉厚の中心間距離を0.4〜0.8mmとすること
で、傾斜部材８の拡大率は少し小さくなるが、圧電素子
に対する負荷が軽減され、圧電素子１が十分に伸長さ
れ、結果として大きなストロークを得ることができたと
考えられる。

変更例２のようにたわみ部6a,7aの肉厚の中心間距離
をさらに大きくすると、振動部材８の拡大率が著しく小
さくなり、ストロークが抑えられてしまう。

また、固有振動数が大きくなると、傾動部材８の復帰
スピードが速くなり、傾動部材の駆動周期、つまり印字
ヘッドでは印字スピードが向上する。

印字ヘッドはストローク、固有振動数とも大きいこと
が好ましいが、変更例1,4が最適と思われる。上記のよ
うに、板ばね６、７を接触または一体に形成すること
で、少なくとも傾動部材８側の端部で両者を相互に接触
させることにより、たわみ部分の相互の接触を避けなが
ら、たわみ部分がきわめて高い精度で近接配置される。

（発明の効果） 以上述べたように、この発明によれば、両板ばねのた
わみ部分の対向面に形成した非接触部によって、両板ば
ねのたわみ部分の相互の接触を避けることで、両板ばね
の相互のたわみ部分における焼付けや摩耗を防止して耐
久性の向上を図ることができる。また両板ばねの少なく
とも傾動部材側の端部を相互に接触させることにより、
たわみ部分の相互の接触を避けながら、たわみ部分をき
わめて高い精度で近接配置でき、圧電素子の伸縮を高い
拡大率でかつ製品によるばらつきもなく拡大変換するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

図面の第１図で第７図はこの発明の一実施例を示すもの
で、第１図は印字ヘッドに採用した圧電素子の運動変換
機構を示す斜視図、第２図は同じく側面図、第３図は一
対の板ばねを拡大して示す斜視図、第４図は要部を拡大
して示す側面図、第５図は変更例２の板ばねを示す斜視
図、第６図は変更例３の板ばねを示す斜視図である。第
７図と第８図は先行技術のものを示し、第７図は側面
図、第８図は板ばねの斜視図である。 １……圧電素子 ２……フレーム ５……可動子 6,7……板ばね 6a,7a……たわみ部 6b,7b……非接触部

Claims (1)

(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（１）
   と、 その伸縮方向とほぼ平行に延在するフレーム（２）と、 前記圧電素子の伸縮方向の一端に固着された可動子
   （５）と、 その可動子（５）と前記フレーム（２）にそれぞれ一端
   側が固着され、前記伸縮方向に延在する一対の板ばね
   （６、７）と、 その両板ばね（６、７）の他端に結合され、前記圧電素
   子の伸縮に基づく両板ばね同士の相対移動による両板ば
   ねのたわみにより傾動される傾動部材（８）と、 から構成され、前記両板ばね（６、７）の少なくとも前
   記傾動部材（８）側の端部を相互に接触させるととも
   に、その両板ばね（６、７）のたわみ部分（6a、7a）の
   対向面に同たわみ部分の相互の接触を避けるための非接
   触部（6b、7b）を形成したことを特徴とする圧電素子の
   運動変換機構。