JP2556111B2 - 圧電素子の運動変換装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、主として印字ヘッドに採用される圧電素
子の運動変換装置に関し、フレームの基部と可動子との
間に組付けられる圧電素子の伸縮に基づく前記可動子の
変位量を運動変換機構において拡大するようになした圧
電素子の運動変換装置に関するものである。

（従来の技術） この種の圧電素子の運動変換装置において、フレーム
の基部、可動子、及び圧電素子の相互間に隙間が生じた
り、あるいは、圧電素子の伸縮方向に対し可動子が傾い
て変位されると、可動子の変位量に不足が生じ、圧電素
子の伸縮量に対する運動変換機構の拡大率が低下する。

前記圧電素子の伸縮量は微小であり、この微小な伸縮
量を可動子を介して運動変換機構に不足なく正確に伝達
させるためには、圧電素子に所定の圧縮荷重を負荷して
フレームの基部と可動子との間に圧電素子を隙間なく組
付けるとともに、圧電素子の伸縮方向に可動子を平行に
移動案内する必要性が生じる。

圧電素子に所定の圧縮荷重を負荷するために、例え
ば、既に同一出願人によって出願がなされた実願昭62−
165955号公報のものがある。すなわち、これにおいて
は、第７図に示すように、フレーム２の基部３と圧電素
子１との間に組付けられる一対のくさび部41,42のう
ち、一方のくさび部材41を圧電素子１の端面に接着剤に
よって固着し、他方のくさび部材42を、前記一方のくさ
び部材41と基部３との間に打込むことで、圧電素子１に
圧縮荷重を付加するようになっている。

また、圧電素子１の伸縮方向に可動子５を移動案内す
るために、可動子５とフレーム２の基部３との間に、弾
性変形可能な連結部材40が配設されている。なお、第７
図において、フレーム２と可動子５との間には、一対の
板ばね6,7が、その各一端部において結合され、両板ば
ね6,7の他端部には傾動体８が結合されている。そし
て、前記一対の板ばね6,7と傾動体８とを主体として運
動変換機構が構成されている。

（発明が解決しようとする課題） ところで、前記したものにおいては、部品点数が多く
なり構造が複雑化し、かつ組付け工数も多くなり、コス
ト高となる。

さらに、一対のくさび部材41,42は、そのくさび面41
a,42aの加工に高精度が要求され、相互のくさび面41a,4
2aの加工精度にバラツキが生じると、圧電素子１に対す
る圧縮荷重が片寄りして負荷されることとなる。また、
連結部材40によって、圧電素子１の伸縮方向へ可動子５
を平行に移動案内するためには、連結部材40のばね力
を、一対の板ばね6,7のばね力と均衡を保って過不足な
く設定しなければならず、その連結部材40のばね力の設
定が困難であった。

この発明の目的は、前記した問題点に鑑み、部品点数
を軽減して構造を簡単にし、しかも圧電素子に対し所望
とする圧縮荷重を負荷することができるとともに、圧電
素子の伸縮方向に可動子を安定よく平行に移動案内する
ことができる圧電素子の運動変換装置を提供することで
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、この発明は圧電素子の伸
縮方向一端を支持する基部を有するフレームと、前記圧
電素子の伸縮方向他端に配設された可動子と、前記フレ
ームと可動子との間に結合され、前記圧電素子の伸縮運
動を拡大する運動変換機構と、前記フレームに一側が結
合され、他端が前記可動子に結合されて同可動子を圧電
素子の伸縮方向へ移動案内する四節の平行リンクをなし
かつばね板材よりなるリンクプレートと、を備えた運動
変換装置であって、前記リンクプレートの各ヒンジ部の
弾性力において、常には前記可動子を圧電素子の圧縮方
向に弾発することで、圧電素子に所定の圧縮荷重を負荷
する構成にしたものである。

（作 用） 前記したように構成される圧電素子の運動変換装置に
おいて、圧電素子の伸縮に基づいて可動子が変位される
ときには、四節の平行リンクをなすリンクプレートによ
って可動子が平行に移動案内される。

特に、前記リンクプレートの各ヒンジ部の弾性力によ
って圧電素子に所定の圧縮荷重を負荷する構造上、圧電
素子に圧縮荷重を負荷するための専用の予圧部材を設定
する必要性が解消される。

（実施例） 以下、この発明の一実施例を第１図〜第６図に従って
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３図と第４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を支持するためのメインフレーム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
のメインフレーム２の一端部には圧電素子１の伸縮方向
一端（下端）を温度補償材12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。そして、圧電素子１
は、その一端に温度補償材12が接着剤によって固着され
た後、前記基部３と次に述べる可動子５との間に挿入さ
れて組付けられる。また、前記温度補償材12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、例えば亜鉛材やアルミ材によって構
成されている。そして、周囲の温度変化による圧電素子
１の伸縮を、温度補償材12の上下方向の伸びによって修
正し、圧電素子１の上面高さを常に一定に保つようにな
っている。

前記圧電素子１の伸縮方向他端（上端）には前記メイ
ンフレーム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が配設されている。前記可動子５とメイン
フレーム２との対向面には、一対の板ばね6,7がその一
端部においてろう付けによって固着されている。前記両
板ばね6,7は、所定の隙間を隔てて対向するとともに、
メインフレーム２及び可動子５の上端面より圧電素子１
の伸縮方向に所定長さだけ延出されている。そして、両
板ばね6,7の他端部（延出端部）には傾動体８が両板ば
ね6,7と一体に結合された状態で形成されている。

前記傾動体８には、アーム取付溝8aが凹設されてお
り、このアーム取付溝8aには傾動アーム10がその基部に
おいて挿入されかつろう付けによって固着されている。
前記傾動アーム10の先端部には切欠き状のワイヤ取付溝
10aが形成され、このワイヤ取付溝10aには、印字ワイヤ
11の基端部が挿入されかつろう付けによって固着されて
いる。そして、前記両板ばね6,7、傾動体８、傾動アー
ム10及び印字ワイヤ11によって圧電素子１の伸縮運動を
拡大する運動変換機構が構成されている。

前記メインフレーム２の基部３にはサブフレーム４が
その一端部において一体に形成されている。サブフレー
ム４は、圧電素子１の他側（メインフレーム２と反対
側）に沿ってかつ前記可動子５に対向する位置まで延出
されている。

前記サブフレーム４の延出端部と可動子５との間に
は、圧電素子１の伸縮に基づいて、その伸縮方向と平行
に可動子５を移動案内するための四節の平行リンク機構
16が配設されている。この平行リンク機構16は、第６図
に示すように、一枚の弾性変形可能な板ばね材をプレス
の打抜き加工並びに折曲げ加工することで形成された一
対のリンクプレート17と、これら両リンクプレート17を
一体に結合している結合部26を主体として構成されてい
る。

一対のリンクプレート17は、圧電素子１の伸縮方向と
平行する縦リンク部18,19と、これら両縦リンク部18,19
の間に弾性変形可能なヒンジ部22,23,24,25をもって架
設された横リンク部20,21とをそれぞれ備えて四節の平
行リンクをなしている。

前記両リンクプレート17の各一方の縦リンク部18は、
第１図と第２図に示すように、サブフレーム４の両側面
にスポット溶接等によって固着31される。さらに、前記
一方の縦リンク部18がサブフレーム４に固着31された
後、第１図に示すように各ヒンジ部22〜25を弾性変形さ
せながら圧電素子１の伸び方向に各他方の縦リンク部19
をその上端縁の結合部26において引上げた状態のもと
で、これら各他方の縦リンク部19が可動子５の両側面に
それぞれスポット溶接等によって固着32されている。そ
して、第２図に示すように、前記各ヒンジ部22〜25の弾
性復元力によって、常には、可動子５を圧電素子１の圧
縮方向に弾発することで、基部３、可動子５、圧電素子
１及び温度補償材12の相互の対向面が隙間なく当接され
るとともに、圧電素子１に所定の圧縮荷重が負荷される
ようになっている。

また、この実施例において、前記各一方の縦リンク部
18の下部には、連結プレート30がその一端部において一
体に形成されている。前記各連結プレート30は前記メイ
ンフレーム２の側面まで延出されている。さらに、各連
結プレート30の両端部は、前記他方の縦リンク部19が固
着32される以前において、メインフレーム２とサブフレ
ーム４との側面にそれぞれスポット溶接等によって固着
33,34されている。そして、前記連結プレート30によっ
てメインフレーム２に対しサブフレーム４が平行に保た
れるとともに、各フレーム2,4の剛性が高められてい
る。

なお、可動子５下面と圧電素子１の伸縮方向他端面と
の相互の対向面、並びに、温度補償材12下面と基部３上
面との相互の対向面は必要に応じて接着剤によって接着
される。

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の伸縮方向に可動子５を平行に移動案内するため
のリンクプレート17の各ヒンジ部22〜25の弾性力によっ
て可動子５を圧電素子１の圧縮方向に弾発することで、
基部３、可動子５、圧電素子１及び温度補償材12の相互
の対向面を隙間なく当接させることができるとともに、
圧電素子１に対し、その圧縮方向に所定の荷重を負荷す
ることができる。さらに、前記リンクプレート17によっ
て圧電素子１の伸縮方向に可動子５を平行に移動案内す
ることができる。この結果、電圧の印加による圧電素子
１の伸び（第４図においてＸ方向の伸び）に基づいて可
動子５を不足なくかつ確実に変位させることができる。
そして、この可動子５の変位力を受けて可動子５側の板
ばね７が、メインフレーム２側の板ばね６に沿って押上
げられ、両板ばね6,7が湾曲状に撓む、特に可動子５側
の板ばね７がメインフレーム２側の板ばね６に向けて大
きく撓むことで、第４図において矢印Ｐ方向に回転モー
メントが生じ、傾動体８が傾動される。そして、傾動体
８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。

圧電素子１に対する電圧の印加が断たれると、圧電素
子１は元の状態に短縮される。すると、可動子５、両板
ばね6,7及び傾動体８が元の状態に復帰され、印字ワイ
ヤ11が後退復帰される。

なお、前記実施例においては、リンクプレート17と連
結プレート30とを一体に形成したが、連結プレート30は
必ずしも設けなくともよい。

さらに、リンクプレート17の一方の縦リンク部18をサ
ブフレーム４にスポット溶接によって固着31した後、各
ヒンジ部22〜25を弾性変形させながら他方の縦リンク部
19を引上げた状態のもとで、その縦リンク部19を可動子
５にスポット溶接によって固着32したが、これに限るも
のではない。例えば、前記他方の縦リンク部19を可動子
５に固着した後、各ヒンジ部22〜25を弾性変形させなが
ら一方の縦リンク部18を引下げた状態のもので、その縦
リンク部18をサブフレーム４に固着31することで、圧電
素子１に所定の圧縮荷重を負荷するようにしてもよい。
ただし、この場合には、リンクプレート17と連結プレー
ト30とを別体に形成するか、あるいは、連結プレート30
を設けない構造とする。

（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
よる圧電素子の伸縮方向に可動子を平行に移動案内する
ためのリンクプレートの各ヒンジ部の弾性力によって、
可動子を圧電素子の圧縮方向に弾発することで、圧電素
子に所定の圧縮荷重を負荷する構成にしてあるから、圧
電素子に圧縮荷重を付加するための専用の予圧部材をフ
レームの基部と可動子との間に配設する必要性を解消す
ることができる。この結果、部品点数を減して構造を簡
単化することができ、この分だけ製作，組付けのコスト
低減を図ることができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

図面の第１図〜第６図はこの発明の一実施例を示すもの
で、第１図はリンクプレートと可動子とをスポット溶接
する状態を示す側面図、第２図はリンクプレートの弾性
力によって可動子を介して圧電素子に所定の圧縮荷重が
負荷される状態を示す側面図、第３図は印字ヘッドに作
用される圧電素子の運動変換装置を示す斜視図、第４図
は同じく側面図、第５図は第４図のＶ−Ｖ線断面図、第
６図は四節の平行リンク機構を示す斜視図である。第７
図は先行技術のものを示す断面図である。 １……圧電素子 ２……メインフレーム（フレーム） ３……基部 ４……サブフレーム（フレーム） ５……可動子 17……リンクプレート 18,19……縦リンク部 20,21……横リンク部 22,23,24,25……ヒンジ部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−36951（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−76272（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−107454（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−11381（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−131373（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−253461（ＪＰ，Ａ) 実開 平１−70543（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭63−70296（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】圧電素子の伸縮方向一端を支持する基部を
   有するフレームと、 前記圧電素子の伸縮方向他端に配設された可動子と、 前記フレームと可動子との間に結合され、前記圧電素子
   の伸縮運動を拡大する運動変換機構と、 前記フレームに一側が結合され、他端が前記可動子に結
   合されて同可動子を圧電素子の伸縮方向へ移動案内する
   四節の平行リンクをなしかつばね板材よりなるリンクプ
   レートと、 を備えた運動変換装置であって、 前記平行リンク機構の各ヒンジ部の弾性力において、常
   に前記可動子を圧電素子の圧縮方向に弾発することで、
   圧電素子に所定の圧縮荷重を付加する構成にしたことを
   特徴とする圧電素子の運動変換装置。