JPH0392360A - 圧電素子の運動変換装置における圧電素子の組付方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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ざれる圧電素子
の運動変換装置に閏し、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、圧電素子、及び温度補償材の相互間に隙
間が生じると、この隙間に相当する分だけ可動子の変位
聞に不足が生じ、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Ｎ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ｍ構に不足なく正確に伝達さ
せるためには、フレームの基部と可動子との間に圧電素
子並びに温度補償材を隙間なく組付けるとともに、圧電
素子に所定の圧縮荷重を負荷する必要性がある。

このため、例えば既に同一出願人によって出願がなされ
た特願昭６３−２２８１１４号のものがある。

すなわち、第１１図に示すように、フレーム２の基８ｌ
Ｓ３外側面に沿って予圧部材１３が移動可能に嵌込まれ
、予圧部材１３と可動子５との間に圧電素子１並びに温
度補償材１２が組込まれる。そして、押上げ治具３２を
用いて予圧部材１３を押上げながら圧電素子１の伸縮方
向の他端面を可動子５の下面に所定荷重で圧接させ、前
記圧電素子１に所定の圧縮荷重を負荷した状態のもとで
、前記予圧部材１３の両側板１３ｂを前記基部３の外側
面にスポット溶接、レーザ溶接によって固肴３４するこ
とで圧電素子１が組付けら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、予圧部材１３を用いて圧電素子１に所定の圧
縮荷重を負荷する構造のものにおいては、部品点数が多
くなり、構造が複雑化しコスト高となる。

この発明の目的は、前記した問題点に鑑み、予圧部材を
用いることなく圧電素子に所定の圧縮荷重を付加するこ
とができ、部品点数を少なくして構造を簡単化し、コス
１・低減を図ることができる圧電素子の運動変換装置に
おける圧電素子の組付方法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、電圧の印加に
より伸縮する柱状の圧電素子と、その圧電素子の伸縮方
向一端を支持するフレームと、前記圧電素子の他端に配
置された可動子と、その可動子によって動作される運動
変換機構と、前記フレームと圧電素子との間及び可動子
と圧電素子との間のいずれか一方に配置され、圧電素子
と反対の温［［脹特性を有する温度補償材と、を備える
圧電素子の運動変換装置において、前記フレームと可動
子との間に旺電素子と温度補償材を組込む第１の工程と
、前記温度補償材に前記圧電素子の伸縮方向と直交する
押圧力を印加し、前記伸縮方向と同方向に温度補償材を
塑性変形させる第２の工程と、前記塑性変形に伴う可動
子または運動変換機構の変位量を測定する第３の工程と
、前記変位吊が所定値に達したとき、前記押圧力の印加
を停止する第４の工程とを備えた構或にしたものである
。

［作　用］ 前記したように構成される圧電素子の相付方法において
、フレームと可動子との間に圧電素子と共に組込まれる
温度補償材を圧電素子の伸縮方向と同方向に塑性変形さ
せ、その塑性変形に伴う可動子または運動変換機構の変
位量が所定値に達したときに前記温度補償材に対する押
圧力の印加を停止することで、予圧部材を用いることな
く圧電素子に所定の圧縮力を負荷することができる。

［実施例］ 以下、この発明の一実施例を第１図〜第１０図に従って
説明する。

第６図において、電圧の印加によって伸縮する圧電索子
１は、積層状をなす圧電セラミックより柱状に構成され
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の伸縮方向一端（下端）を後
述する温度補償材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。

前記フレーム２の立上り部の上端部に対向する位置にお
いて、前記圧電素子１の伸縮に基づいて変位される可動
子５と、フレーム２との対向而には、一対の板はね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、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の延出端部には傾動休８が両板ばね
６．７と一体に結合された状態で形或されている。

前記傾動体８には、傾動アーム１０がその基部において
固着されている。前記傾動アーム１０の先端部には印字
ワイヤ１１の基端部が固着されている。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
換機構が構或されている。

前記フレーム２の基部３にはサブフレーム４がその一端
部において一休に形成ざれている。そして、サブフレー
ム４は、圧電素子１の他側（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８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るもので、
一対のリンクプレート１７と、これら両リンクプレート
１７を一休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をもって架設ざれた横リンク部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。そし
て、両リンクプレート１７の各一方の縦リンク部１８は
、サブフレーム４の両側面にスポット溶接ざれ、各他方
の縦リンク部１９は、可動子５の両側面にそれぞれスポ
ット溶接されている。特に、この実施例においては、サ
ブフレーム４並びに可動子５の前記溶接部に相当する位
置において、予め、第９図に示すように凸部３５が形成
される。そして、各凸部３５に対応する位置において前
記各縦リンク部１８．１９の両外側面にスポット電極３
６が当てられ、電極３６によって押圧力を与えながら溶
接される。サブフレーム４及び可動子５が焼結金属によ
って製作されている場合、金属組織内の空孔が電極の押
圧力によってつぶされ、表面にへこみを生じることがあ
るが、第１０図に示すように、前記凸部３５によりその
へこみａを補償することによって、両リンクプレート１
７にそりや歪みを発生させることなく、その各縦リンク
部１８，１９がサブフレーム４並びに可動子５に溶接さ
れる。

さらに、前記各一方の縦リンク部の下部には前記フレー
ム２の側面まで連結プレート３０が延出されている。そ
して、各連結プレート３０の両端部はフレーム２とサブ
フレーム４との側面にそれぞれスポット溶接されている
。また、前記溶接部に相当する位置においてもフレーム
２並びにサブフレーム４に予めプロジェクション溶接用
の凸部３５が形成される。

第２図に示すように、前記サブフレーム４と可動子５と
の間に前記リンクプレート１７及び連結プレート３０が
組付けられた後、次に述べる各工程を経てフレーム２の
基部３と可動子５との間に、温度補償材１２、圧電素子
１及び上下の耐摩耗性の高いジルコニアセラミクス製の
板３７．３８が組付けられる。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
構戒されている。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。

次に、前記基部３と可動子５との間に圧電素子１及び温
度補償材１２を組付ける工程を順次に説明する。

まず、第１の工程として、第１図と第３図に示すように
、フレーム２の基部３と可動子５との間に温度補償村１
２、圧電素子１及び上下の耐摩耗性の板３７．３８を組
込む。前記温度補償材１２には、フレーム２の基部３の
板厚よりも適宜に大きい立方形のアルミ製ブロックが用
いられる。また、基部３、温度補償材１２、圧電素子１
、上下の耐摩耗性の板３７．，３８及び可動子５の相互
の対向面には、上下の耐摩耗性の板３７．３８の対向面
を除いて熱硬化性の接着剤が予め塗布される。

さらに、前記フレーム２の基部３と可動子５との間の距
離しは温度補償材１２、圧電素子１及び上下の耐摩耗性
の板３７．３８の各高さを加えた和の高さ日よりも適宜
に大きく設定され、前記基部３と可動子５との間に前記
各部材１２．１．３７，３８が容易に組込めるようにな
っている。

次に、第２の工程として第４図と第５図に示すように、
平押し治具の一対の加圧体３９の押圧面を前記ｍ度補償
材１２の両側面に対向させた状態のもとで、前記一対の
加圧体３９を相互に接近する方向に逐次前進させ、前記
温度補償材１２の両側面に対し、前記圧電素子１の伸縮
方向と直交する押圧力を印加する。そして、前記加圧体
３９による押圧力によって前記圧電素子１の伸縮方向と
同方向に前記編度補償材１２を塑性変形させる。

これによって、フレームの基部３、温度補償材１２、圧
電素子１、耐摩耗性の板３７．３８及び可動子５の相互
の対向面が隙間なく当接するとともに、両板ばね６．７
を僅かに撓ませながら可動子５が変位ざれる。そして両
板ばね６．７やリンクプレート１７の弾発力によって圧
電素子１に圧縮荷重が負荷される。

第３の工程として、上記第２の工程中、加圧体３９によ
って押圧力を加えながら、傾動アーム１０の近傍に配置
された図示しないレーザ測定器等の測定装置によって傾
動アーム１０の傾動角度の変位量を測定する。なお、こ
の第３の工程において可動子５の変位を測定してもよい
。

第４の工程として、前記傾動アーム１０の傾動角度の変
位社（又は可動子５の変位母）が所定値に達したところ
で、前記一対の加圧休３９の前進運動に基づく温度補償
材１２に対する押圧力の印加を停止し、前記一対の加圧
体３９を元の位若まで後退させる。

最後に、加熱炉中で、基部３、温度′４償材１２、圧電
素子１、上下の耐摩耗性の板３７．３８及び可動子５の
相互の対向面に塗布された熱硬化性接肴剤を加熱硬化さ
せることで、圧電素子１の組付け工程が完了する。

前記したように圧電素子１が組付けられる運動変換装置
において、フレーム２の基部３、温度補償材１２、圧電
素子１、耐摩耗性の板３７．３８及び可動子５の対向面
をｌＩｉｉ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正確に負
荷することができる。

この結果、電圧の印加による圧電素子１の伸び（第６図
において矢印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、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がフレ
ーム２側の板ばね６に向けて大きく撓むことで、第６図
において矢印Ｐ方向に回転モーメントが生じ、傾動アー
ム１０が傾動される。くして、傾動アーム１０先端の印
字ワイヤ１１が所定数の案内部材（図示しない〉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及び傾動アーム１０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、上記実施例においては、フレーム２の基部３と圧
電素子１との間に温度補償材１２を組込んだが、それに
限るものではなく、可動子５と圧Ｔｉ素子１との間に温
度補償材１２を組込んでもよい。さらに、上下の耐摩耗
性の板３７．３８は設けなくてもよい。

［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
子との間に圧電素子と共に組込まれる４度補償材を、可
動子又は運動変換機構の変位量が所定値に達するまで圧
電素子の伸縮方向と同方向に塑性変形させることで、予
圧部材を用いることなく圧電素子に所定の圧縮荷重を負
荷することができる。この結果、運動変換装置の構或部
品の点数を少なくして構造を簡単化することができ、コ
スト低減を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

図面の第１図〜第１０図はこの発明の一実滴例を示すも
ので、第１図はフレームと可動子との間に圧電素子と温
度補償材とを組込んだ状態を示す正断面図、第２図はフ
レームと可動子との間に圧電素子と温度補償材とが組込
まれていない状態を示す側面図、第３図はフレームと可
動子との間に圧電素子と温度補償材とを組込んだ状態を
示す側面図、第４図は温度補償材に押圧力を印加して同
潟度補償材を塑性変形させた状態を示す正断面図、第５
図は同じく側面図、第６図は圧電素子の運動変換装霞を
示す側面図、第７図は第６図のＶｌ−Ｖｌ線断面図、第
８図は平行リンク機構を示す斜視図、第９図と第１０図
は可動子とサブフレームとの間に平行リンク機構をスポ
ット溶接する過程を順次に示す説明図である。 第１１図は先行技術のものを示す側面図である。 １・・・圧電素子 ２・・・フレーム ３・・・基　　　部 ５・・・可　動　子 ６．７・・・板　ば　ね ８・・・傾　動　体 １０・・・傾動アーム １２・・・温度補償材 ３つ・・・加　圧　休

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 電圧の印加により伸縮する柱状の圧電素子と、その圧電
   素子の伸縮方向一端を支持するフレームと、 前記圧電素子の他端に配置された可動子と、その可動子
   によつて動作される運動変換機構と、前記フレームと圧
   電素子との間及び可動子と圧電素子との間のいずれか一
   方に配置され、圧電素子と反対の温度膨脹特性を有する
   温度補償材と、を備える圧電素子の運動変換装置におい
   て、前記フレームと可動子との間に圧電素子と温度補償
   材を組込む第１の工程と、 前記温度補償材に前記圧電素子の伸縮方向と直交する押
   圧力を印加し、前記伸縮方向と同方向に温度補償材を塑
   性変形させる第２の工程と、前記塑性変形に伴う可動子
   または運動変換機構の変位量を測定する第３の工程と、 前記変位量が所定値に達したとき、前記押圧力の印加を
   停止する第４の工程と、 を備えた圧電素子の組付方法。