JP2897258B2 - Piezo actuator - Google Patents

Piezo actuator

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JP2897258B2
JP2897258B2 JP1167548A JP16754889A JP2897258B2 JP 2897258 B2 JP2897258 B2 JP 2897258B2 JP 1167548 A JP1167548 A JP 1167548A JP 16754889 A JP16754889 A JP 16754889A JP 2897258 B2 JP2897258 B2 JP 2897258B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は圧電アクチュエータに関し、特にプリンタや
リレーなどの動作機器の駆動源となる圧電アクチュエー
タに関するものである。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a piezoelectric actuator, and more particularly, to a piezoelectric actuator serving as a driving source of an operating device such as a printer or a relay.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来、プリンタやリレーなどの動作機器では、その駆
動源として電磁型のアクチュエータが広く用いられてい
る。この電磁型のアクチュエータは、コイルに電流を流
すことによって磁界を発生し、それによる磁力を利用し
て可動部材を駆動する構成となっている。このため、銅
損や鉄損が生じて大きな入力エネルギを必要とするばか
りでなく、発熱や磁気干渉を生ずる等の問題点を有して
いる。
2. Description of the Related Art Conventionally, electromagnetic actuators have been widely used as driving sources for operating devices such as printers and relays. This electromagnetic actuator is configured to generate a magnetic field by passing a current through a coil, and to drive a movable member using the magnetic force due to the magnetic field. For this reason, copper loss and iron loss occur, which not only requires large input energy, but also causes problems such as heat generation and magnetic interference.

そこで近年、電気・機械エネルギ変換効率が高く、か
つ低電力で駆動でき、しかも発熱量が少なく磁気干渉も
ない圧電素子を駆動源とするプリンタ用印字ハンマが提
案されてきている。第3図は従来の一例を示す圧電素子
を利用したプリンタ用印字ハンマの側面図である。この
印字ハンマは、第3図に示すように、圧電素子31の伸張
動作方向(矢印A方向)の先端に、板ばね32で支持され
たフライトハンマ33が接するように配置されている。ま
た、フライトハンマ33にはドットを印字するための印字
ワイヤ34が設けられてある。この印字ハンマにおいて、
圧電素子31に電圧を印加すると、フライトハンマ33は、
圧電素子31の高速な伸張動作により圧電素子31から力を
受けて加速され、圧電素子31を離れて飛行する。そして
印字ワイヤ34が前方にあるインクリボン35と紙36を介し
てプラテン37に衝突し紙36にドットを印字する。その
後、フライトハンマ33はプラテン37からの反発力と板ば
ね32の復帰力により圧電素子31の所へ戻ってくる。この
動作を繰り返すことにより文字や図形をドットの集合で
表記するものえある。
Therefore, in recent years, there has been proposed a printing hammer for a printer using a piezoelectric element having a high electric-mechanical energy conversion efficiency, a low power consumption, and a piezoelectric element which generates little heat and has no magnetic interference. FIG. 3 is a side view of a printing hammer for a printer using a piezoelectric element as an example of the related art. As shown in FIG. 3, the print hammer is arranged such that a flight hammer 33 supported by a leaf spring 32 is in contact with the tip of the piezoelectric element 31 in the extension operation direction (the direction of arrow A). The flight hammer 33 is provided with a printing wire 34 for printing dots. In this printing hammer,
When a voltage is applied to the piezoelectric element 31, the flight hammer 33
Due to the high-speed extension operation of the piezoelectric element 31, the piezoelectric element 31 is accelerated by receiving a force from the piezoelectric element 31, and flies away from the piezoelectric element 31. Then, the print wire 34 collides with the platen 37 via the ink ribbon 35 and the paper 36 in front, and prints dots on the paper 36. Thereafter, the flight hammer 33 returns to the piezoelectric element 31 by the repulsive force from the platen 37 and the return force of the leaf spring 32. By repeating this operation, some characters and figures are represented by a set of dots.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

上述したプリンタ用印字ハンマにおいて、印字動作の
高速化を図るためには、板ばね32とフライトハンマ33と
印字ワイヤ34とから構成される振動系の固有振動数を高
くする必要があり、そのためには板ばね32のばね定数を
高くしなければならない。しかし、板ばね32のばね定数
を高くすると、圧電素子31からフライトハンマ33に伝達
されるエネルギのうち、板ばね32の変形に費やされる割
合が増加するため、フライトハンマ33の運動エネルギは
減少し、印字されたドットの濃度が薄くなるという欠点
がある。そこで印字濃度を低下させずに印字動作の高速
化を達成するためには、圧電素子31からフライトハンマ
33に伝達されるエネルギを大きくする必要がある。この
伝達エネルギを大きくすると、板ばね32のばね定数を大
きくして高速化できかつ所要の印字濃度も確保できる。
伝達エネルギを大きくするためには、圧電素子31の発生
エネルギを大きくすればよく、印加電圧を高くすれば良
い。しかしながら、印加電圧を高めると圧電素子3の加
速度が大きくなって圧電素子31自身の慣性力によって生
じる引張応力が大きくなり信頼性が下がり破壊すること
もあるという問題点がある。
In the printing hammer for the printer described above, in order to speed up the printing operation, it is necessary to increase the natural frequency of the vibration system including the leaf spring 32, the flight hammer 33, and the printing wire 34. Must increase the spring constant of the leaf spring 32. However, when the spring constant of the leaf spring 32 is increased, the proportion of the energy transmitted from the piezoelectric element 31 to the flight hammer 33 that is consumed for deformation of the leaf spring 32 increases, so that the kinetic energy of the flight hammer 33 decreases. However, there is a disadvantage that the density of the printed dots is reduced. Therefore, in order to achieve a high-speed printing operation without lowering the printing density, a flight hammer is required from the piezoelectric element 31.
It is necessary to increase the energy transmitted to 33. When the transmitted energy is increased, the spring constant of the leaf spring 32 is increased to increase the speed, and a required print density can be secured.
In order to increase the transmitted energy, the energy generated by the piezoelectric element 31 may be increased, and the applied voltage may be increased. However, when the applied voltage is increased, the acceleration of the piezoelectric element 3 is increased, the tensile stress generated by the inertial force of the piezoelectric element 31 itself is increased, the reliability is reduced, and there is a problem that the piezoelectric element 31 may be broken.

本発明の目的は、これらの問題点を解決した圧電アク
チュエータを提供することにある。
An object of the present invention is to provide a piezoelectric actuator that solves these problems.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

本発明の特徴は、圧電素子と、内側から一方向に突出
しくびれ部をもつ一端部と該一端部と対向する他端部と
の間に前記圧電素子を配置しかつ該圧電素子を囲む枠状
のフレームとを備え、前記フレームのくびれ部を押しつ
ぶし塑性変形させ前記一端部を前記一方向に伸ばすこと
によって前記圧電素子を前記他端に押付け固定してなる
圧電アクチュエータである。
The feature of the present invention is that the piezoelectric element is disposed between a piezoelectric element, one end having a constricted portion projecting in one direction from the inside, and the other end facing the one end, and a frame shape surrounding the piezoelectric element. A piezoelectric actuator comprising: a frame; and pressing and fixing the piezoelectric element to the other end by crushing and plastically deforming a constricted portion of the frame to extend the one end in the one direction.

〔実施例〕〔Example〕

次に、本発明について図面を参照して詳細に説明す
る。第1図は本発明の第1の実施例を示す圧電アクチュ
エータの斜視図で、この圧電アクチュエータは、圧電素
子11と、くびれ部12を有するフレーム13より構成されて
いる。またフレーム13のくびれ部12を矢印B方向に押し
つぶし組成変形させることにより、フレーム13の圧電素
子接続面は矢印C方向に押し出され、圧電素子11はその
伸縮方向(矢印D方向)の両端がフレーム13内側に固定
される。その結果、フレーム13の内側に固定された圧電
素子11はフレーム13から圧縮応力を受けることになり、
圧電素子11の信頼性は大幅に上がる。また印加電圧を上
げることが出来るので、出力エネルギの増大を図ること
ができる。第2図は第1図に示した第1の実施例の圧電
アクチュエータを用いたプリンタ用印字ハンマの模式側
面図である。同図において、圧電アクチュエータは、第
1図の実施例と同様に構成されている。また、印字ハン
マは、板ばね23で支持されかつ印字ワイヤ24が接続され
たフライトハンマ25が、圧電素子11の伸張方向(矢印A
方向)の一端のフレーム13の所に接するように配置され
ている。この印字ハンマにおいて、圧電素子11に電圧を
印加すると、フライトハンマ25は圧電素子11の高速な伸
張動作により圧電素子11からの力を受けて加速され、フ
レーム13の所を離れる。そして、印字ワイヤ24が前方に
あるインクリボン26と紙27を介してプラテン28に衝突し
て紙27にドットを印字する。その後、フライトハンマ25
はプラテン28からの反発力と板ばね23の復帰力によりフ
レーム13の所へ戻ってくる。本実施例によれば、圧電素
子11は、フレーム13から圧縮応力を予め受けているた
め、電圧印加時に圧電素子11が伸張動作している時の圧
電素子11自身の慣性力も圧電素子11には引張応力として
は作用せず、信頼性の高い印字ハンマとなる。また、圧
電素子11への印加電圧を大きくして出力エネルギを増加
できるため、板ばね23のばね定数を上げることにより高
速化できる。
Next, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view of a piezoelectric actuator according to a first embodiment of the present invention. The piezoelectric actuator includes a piezoelectric element 11 and a frame 13 having a constricted portion 12. FIG. Also, by crushing the constricted portion 12 of the frame 13 in the direction of arrow B and deforming the composition, the connection surface of the piezoelectric element of the frame 13 is pushed out in the direction of arrow C, and the piezoelectric element 11 has both ends in the expansion and contraction direction (direction of arrow D). 13 Fixed inside. As a result, the piezoelectric element 11 fixed inside the frame 13 receives compressive stress from the frame 13,
The reliability of the piezoelectric element 11 is greatly improved. Further, since the applied voltage can be increased, the output energy can be increased. FIG. 2 is a schematic side view of a printing hammer for a printer using the piezoelectric actuator of the first embodiment shown in FIG. In the figure, the piezoelectric actuator is configured similarly to the embodiment of FIG. The print hammer is supported by a leaf spring 23 and connected to a print wire 24 by a flight hammer 25 in the direction of extension of the piezoelectric element 11 (arrow A).
(Direction) in contact with the frame 13 at one end. In this print hammer, when a voltage is applied to the piezoelectric element 11, the flight hammer 25 is accelerated by receiving the force from the piezoelectric element 11 due to the high-speed extension operation of the piezoelectric element 11, and leaves the frame 13. Then, the print wire 24 collides with the platen 28 via the ink ribbon 26 and the paper 27 in front, and prints dots on the paper 27. Then Flight Hammer 25
Returns to the frame 13 due to the repulsive force from the platen 28 and the return force of the leaf spring 23. According to the present embodiment, since the piezoelectric element 11 has received a compressive stress from the frame 13 in advance, the inertial force of the piezoelectric element 11 itself when the piezoelectric element 11 is performing the extension operation at the time of applying a voltage is also applied to the piezoelectric element 11. It does not act as a tensile stress, resulting in a highly reliable printing hammer. Further, since the output energy can be increased by increasing the voltage applied to the piezoelectric element 11, the speed can be increased by increasing the spring constant of the leaf spring 23.

このように、圧電素子を囲んだフレームのくびれ部を
押しつぶし塑性変形させて、圧電素子の伸縮方向の両端
をフレームの内側に固定することにより、圧電素子はフ
レームから圧縮応力を受けることになる。また圧電素子
に電圧が印加されて圧電素子が伸びた場合でも、フレー
ムは弾性変形するため圧電素子には常に圧縮応力が加わ
る。圧電素子は圧縮応力に対しては強く、引張応力に対
しては非常に弱い。本発明の圧電アクチュエータは、圧
電素子をフレームの内側に固定することにより、圧電素
子には常に圧縮応力が加わることになるので、圧電素子
の信頼性は大幅に上がる。そのため、印加電圧を従来の
場合より上げることができ、出力エネルギの増大を図る
ことができる。また、本発明の圧電アクチュエータで
は、圧電素子とフレームの固定は、フレームのくびれ部
を押しつぶし塑性変形させて行うため、圧電素子とフレ
ームの間のギャップはある程度(100μm位まで)大き
くても可能である。したがってフレームの製作精度はあ
まり要求されないため、低価格となる。
As described above, the constricted portion of the frame surrounding the piezoelectric element is crushed and plastically deformed, and both ends of the piezoelectric element in the direction of expansion and contraction are fixed inside the frame, so that the piezoelectric element receives compressive stress from the frame. Also, even when a voltage is applied to the piezoelectric element and the piezoelectric element expands, the frame is elastically deformed, so that a compressive stress is always applied to the piezoelectric element. Piezoelectric elements are strong against compressive stress and very weak against tensile stress. In the piezoelectric actuator of the present invention, by fixing the piezoelectric element inside the frame, a compressive stress is always applied to the piezoelectric element, so that the reliability of the piezoelectric element is greatly improved. Therefore, the applied voltage can be increased as compared with the conventional case, and the output energy can be increased. Further, in the piezoelectric actuator of the present invention, the fixing between the piezoelectric element and the frame is performed by crushing the plastic part of the frame by crushing the constricted part of the frame. is there. Therefore, the manufacturing accuracy of the frame is not so required, and the cost is low.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上説明したように本発明は、圧電素子を圧縮するよ
うにフレームで固定することによって、圧電素子の信頼
性は上がりかつ高速で伸縮する圧電アクチュエータが得
られるという効果がある。
As described above, according to the present invention, by fixing a piezoelectric element with a frame so as to compress it, there is an effect that the reliability of the piezoelectric element is increased and a piezoelectric actuator that expands and contracts at a high speed can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明の一実施例を示す圧電アクチュエータの
斜視図、第2図は第1図の圧電アクチュエータを用いた
プリンタ用印字ハンマを示す側面図、第3図は従来の一
例を示す圧電素子を利用したプリンタ用印字ハンマの側
面図である。 11,31……圧電素子、12……くびれ部、13……フレー
ム、23,32……板ばね、25,33……フライトハンマ、24,3
4……印字ワイヤ、26,35……インクリボン、27,36……
紙、28,37……プラテン。
FIG. 1 is a perspective view of a piezoelectric actuator showing one embodiment of the present invention, FIG. 2 is a side view showing a print hammer for a printer using the piezoelectric actuator of FIG. 1, and FIG. It is a side view of the printing hammer for printers using an element. 11,31… Piezoelectric element, 12… Constriction, 13… Frame, 23,32… Leaf spring, 25,33… Fly hammer, 24,3
4 …… Printing wire, 26,35 …… Ink ribbon, 27,36 ……
Paper, 28,37 …… Platen.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】圧電素子と、内側から一方向に突出しくび
れ部をもつ一端部と該一端部と対向する他端部との間に
前記圧電素子を配置しかつ該圧電素子を囲む枠状のフレ
ームとを備え、前記フレームのくびれ部を押しつぶし塑
性変形させ前記一端部を前記一方向に伸ばすことによっ
て前記圧電素子を前記他端に押付け固定してなることを
特徴とする圧電アクチュエータ。
A frame-like member surrounding said piezoelectric element, said piezoelectric element being disposed between a piezoelectric element, one end having a constricted portion projecting in one direction from the inside, and the other end facing said one end. A piezoelectric actuator, comprising: a frame, wherein the piezoelectric element is pressed and fixed to the other end by crushing and plastically deforming a narrow portion of the frame to extend the one end in the one direction.
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