JPH05185614A - 圧電素子の固定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 治具を用いて支持フレームの一部を変形さ
せ、圧電素子に予圧をかけることで組み込み固定をする
際、治具の押圧力による支持フレームの一部の変形が圧
電素子に予圧をかける方向に効率よくでき、支持フレー
ムを必要以上に変形させることがない。 【構成】 支持フレームの一部に設けられた突起部１２
ｄに圧電素子１１を当接させ、突起部１２ｄを圧電素子
１１の伸縮方向に直交する押圧力をかけて変形させるこ
とにより、圧電素子１１に予圧をかけて該素子１１を支
持フレームに固定する際に、圧電素子１１の方向への変
形量が他方へのそれよりも多くすることができる形状の
治具２１を用いることにより、支持フレームそのものに
生じる変形を必要最小限にし、組立効率の向上を図る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ドットインパクトプリ
ンタ用の印字ヘッドに適用され、印字媒体に印打する印
字ワイヤを駆動する圧電素子の固定方法に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来、ドットインパクトプリンタの印字
ヘッドにおける印字ワイヤの駆動源として、電圧の印加
により伸縮する圧電素子を用いたものがある。この種の
印字ヘッドは各印字ピンとなる印字ワイヤごとに圧電素
子を持つ複数の印字ユニットからなる。そして、各印字
ユニットは、印字媒体に印打する印字ワイヤごとに設け
られた圧電素子と、この圧電素子の伸縮変位を印字ワイ
ヤに伝達する運動伝達機構と、これら圧電素子と運動伝
達機構を支持する支持フレームとを有している。

【０００３】上記の印字ユニットにおける圧電素子は運
動伝達機構と共に支持フレームに組み込み固定するが、
この際に圧電素子に予めある程度の圧力（予圧）をかけ
ておくが、圧電素子の良好な伸縮動作特性を得るために
必要であることが知られている。

【０００４】そこで、例えば特開平３−９２３６０号公
報に示されるように、圧電素子、運動伝達機構等の部材
を支持フレームに組み込むに際して、所定の温度膨脹特
性を有した温度補償材を圧電素子の後端に所定の予圧を
付加して組み込むようにしたものがある。この組み込み
方法によれば、温度補償材を組み込んだ後、治具を用い
て温度補償材に圧電素子の伸縮方向と直交する押圧力を
付与し、圧電素子の伸縮方向と同方向に塑性変形させ
る。

【０００５】そして、この時、圧電素子に所定電圧を印
加したときの運動伝達機構の変位量を測定し、これが所
定変位量に達したとき、前記押圧力の付与を停止すると
いう方法により支持フレームに圧電素子、運動伝達機構
等の部材を隙間なく組み込み固定するといったものであ
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
温度補償材を組み込むことなく、圧電素子の後端部を支
持しておく部材として支持フレームと一体に突起部を設
け、この突起部を治具を用いて潰すことで圧電素子に予
圧をかける方法も考えられる。すなわちこの方法では、
支持フレームに圧電素子を固定する際に突起部の側面に
対して、凸状の面あるいは突起部の被変形面に対して平
行な面を持った治具を当接させ、圧電素子の伸縮方向に
対して直交する押圧力をかけて、突起部を圧電素子の伸
縮方向と同方向に変形させることで圧電素子に予圧をか
ける。

【０００７】しかしながら、突起部と接触する治具の面
形状が、圧電素子の長手方向において対称な形を持って
いる場合、押された部分はやはり対称な形で変形するた
め、圧電素子に予圧をかける方向に突起部が変形すると
同時に、この予圧をかける方向と逆の方向にも同じだけ
押圧力がかかる。従って、突起部を一体に有する支持フ
レームそのものが必要以上に変形してしまうといった問
題がある。

【０００８】本発明は、上述した問題点を解決するもの
で、治具を用いて支持フレームの一部を変形させ、圧電
素子に予圧をかけることで組み込み固定をする際、治具
の押圧力による支持フレームの一部の変形が圧電素子に
予圧をかける方向に効率よくでき、支持フレームを必要
以上に変形させることがなく部品の耐久性向上を図るこ
とができる圧電素子の固定方法を提供することを目的と
する。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、電圧の印加により伸縮する圧電素子と、該
圧電素子の伸縮変位を印字媒体に印打する印字ワイヤに
伝達する運動伝達機構と、前記圧電素子の側方に沿って
その長手方向に配設して前記圧電素子の後端部と前記運
動伝達機構とを支持する支持フレームとから印字ユニッ
トが構成され、この印字ユニットの複数個を所定位置に
配設してなるドットインパクトプリンタ用の印字ヘッド
における前記圧電素子を前記支持フレームに組み込み固
定する方法であって、前記支持フレームの一部を治具に
て押圧し変形させることで前記圧電素子に予圧をかけて
固定するに際し、該治具の支持フレームとの接触面を該
支持フレームの被変形面に対して傾斜を持たせ、圧電素
子の方向への変形量が他方へのそれよりも多くなるよう
にしたものである。

【００１０】

【作用】上記の構成によれば、支持フレームに圧電素子
を組み込み固定するに際して、支持フレームとの接触面
が支持フレームの被変形面に対して傾斜を持つ治具を用
いて、支持フレームの一部を圧電素子の伸縮方向に直交
する押圧力をかけて変形させることによって、圧電素子
の方向への変形量を他方へのそれよりも多くする。これ
により、支持フレームに生じる変形を必要最小限にし、
組立効率の向上が図れる。

【００１１】

【実施例】本発明の一実施例について、図面を参照して
説明する。図１は印字ヘッドの構成を示す断面図であ
り、図２はその印字ヘッドに配設されている印字ユニッ
トの構成を示す側面図である。図１において、ヘッド本
体１は、複数個の印字ユニット２と、この複数の印字ユ
ニット２を放射状に位置決め支持する円環状のリング３
が固定された円盤状のユニット保持部材４（以下、基板
という。）と、印字ユニット２の外周を覆う円筒状のカ
ップ形状をなすカバー５とを主体として構成されてい
る。

【００１２】前記円盤状の基板４の前側面には、各印字
ユニット２の印字ワイヤ６を移動案内するための所定数
の案内板７が内設された中空状のノーズ部８が突設さ
れ、さらに、基板４の内面側には、ゴムスペーサ９を挾
んでリング３がねじ等によって締着されている。さらに
複数個の印字ユニット２がリング３にねじ等により放射
状に配設固定ている。

【００１３】次に、図２において、各印字ユニット２は
電圧の印加により伸縮するように圧電セラミックを積層
状に接着した圧電素子１１を支持フレーム１２に支持さ
せてなり、支持フレーム１２の上部には圧電素子１１の
伸縮を拡大して印字ワイヤ６に伝達するための運動伝達
機構１３が配設支持されている。さらに、支持フレーム
１２は圧電素子１１の長手方向両側及び後端部を囲むよ
うに、メイン支柱部１２ａと副支柱部１２ｂと後端部１
２ｃとでコの字型に一体形成されており、さらに、後端
部１２ｃの上部には突起部１２ｄが一体に形成されてい
る。この突起部１２ｄの両側面にはメイン支柱部１２ａ
と副支柱部１２ｂとの間に隙間があり、この隙間がある
ことにより、後述するように突起部１２ｄを延ばすこと
ができるようになっている。

【００１４】運動伝達機構１３は以下の構成でなる。圧
電素子１１の前記突起部１２ｄに接しない他端面には、
四節リンク機構１４により圧電素子１１の伸長方向に対
してのみ移動可能な可動子１５が圧着されている。この
可動子１５は、その片側がメイン支柱部１２ａの一側上
部と所定の間隔を持って対向している。支持フレーム１
２ａと可動子１５との対向面には略π字型の対をなす第
１、第２板ばね１６、１７を固着するためのばね取り付
け面が、圧電素子１１の伸縮方向に平行に形成されてい
る。

【００１５】フレーム１２ａのばね取り付け面には、第
１板ばね１６がその一側板面に面当たりした状態にて、
ろう付け等によって固着されている。可動子１５のばね
取り付け面には、第２板ばね１７がその一側板面に面当
たりした状態にて、ろう付け等によって固着されてい
る。第１、第２板ばね１６、１７は、その上部の先端連
設部１８で一体とされ、この一体とされた部分が傾動部
材１９に形成された溝に挿入され、ろう付け等によって
固着されている。

【００１６】さらに、傾動部材１９の先端には印字ワイ
ヤ６の基端がろう付け等によって固着されている。また
傾動部材１９には、第１、第２板ばね１６、１７の弾性
によって傾動部材１９の復帰時に当接支持するためにバ
ックストッパ２０ａが配設され、同様に副支柱部１２ｂ
に低反発ゴム樹脂又は金属製のバックストッパ２０ｂが
配設されている。

【００１７】本実施例の印字ヘッドは上述したように構
成され、印字のデータに基づく信号が制御回路から各印
字ユニット２に出力され、その圧電素子１１の両電極間
に電圧が印加されると、圧電素子１１は、その積層方
向、すなわち図１、図２において矢印Ｐ方向に所定長さ
だけ伸び、これに伴って可動子１５が四節リンク機構１
４に案内されながら矢印Ｐ方向に押し上げられる。これ
により、可動子１５に固着している第２板ばね１７が撓
み、同時に第１板ばね１６も撓む。

【００１８】この動作により、傾動部材１９に矢印Ｘ方
向に回転モーメントが生じ、傾動部材１９が傾動され、
その結果、印字ワイヤ６が駆動され、その先端は印字位
置まで前進される。このようにして、第２板ばね１７が
湾曲状に撓むことにより、傾動部材１９が傾動し、圧電
素子１１の伸びが著しく拡大されて印字ワイヤ６に伝達
される。

【００１９】なお、圧電素子１１の電荷が放電される
と、圧電素子１１は元の状態に短縮される。すると、可
動子１５、第１板ばね１６、第２板ばね１７、傾動部材
１９が元の状態に短縮され、ワイヤ６が後退復帰され
る。この時、傾動部材１９側のバックストッパ２０ａと
副支柱部１２ｂ側のバックストッパ２０ｂが当接し傾動
部材１９は停止する。この際、圧電素子１１は急速に伸
縮するが可動子１５は僅かに遅れて復帰し、圧電素子１
１と可動子１５の間に間隙が瞬時形成され、圧電素子１
１に引っぱり応力が働くことが阻止される。

【００２０】次に、本実施例に用いられる圧電素子１１
を支持フレームに組み込み固定する方法を図３を参照し
て説明する。図３は本実施例における治具２１を用いて
前記支持フレーム１２を変形させる場合を示す図２のＡ
−Ａ線断面図である。これらの図において、圧電素子１
１を支持フレーム１２に固定する際に変形させる部分は
同フレーム１２の後端部１２ｃから圧電素子１１の方向
に伸びた一体の突起部１２ｄである。なお図３における
実線は変形前の突起部１２ｄ、二点鎖線は変形後の突起
部１２ｄを示す。

【００２１】図３に示すように、治具２１の突起部１２
ｄとの接触面は圧電素子１１の方向に鈍角の傾斜角を持
った台形形状をしている。上記の治具２１を用いて圧電
素子１１を組み込み固定する方法は、突起部１２ｄと可
動子１５との間に圧電素子１１を組み込む。なお突起部
１２ｄの圧電素子１１との接触面から、可動子１５の圧
電素子１１との接触面までの間隔は、予め圧電素子１
１、可動子１５が容易に組み込めるように適宜に大きく
設定されている。

【００２２】次に、治具２１の突起部１２ｄとの接触面
を突起部１２ｄの変形させる面に対向させ、治具２１に
より圧電素子１１の伸縮方向と直交する所定の押圧力を
印加すると、実線で示される突起部１２ｄが二点鎖線で
示されるように圧電素子に予圧をかける方向に変形す
る。

【００２３】ここで、突起部１２ｄの変形は鋭角の側よ
り圧電素子１１に予圧をかける方向で大きく生じ、その
反対側における突起部１２ｄの変形は小さく抑えること
ができる。以上のように、治具２１により押圧力を印加
することにより、圧電素子１１の伸縮方向に突起部１２
ｄが塑性変形し、すでに組み込まれている圧電素子１１
に予圧をかける。そして圧電素子１１は支持フレーム１
２に固定されることになり、さらに可動子１５は圧電素
子１１に隙間なく当接する。従って、圧電素子１１の伸
縮変位に対して可動子１５及び印字ワイヤ６の印打駆動
に不足が生じることが減少される。

【００２４】次に、前述の図３の方法において用いた治
具とは形状が異なる治具を用いたときの、突起部１２ｄ
の変形の相違を図４を用いて説明する。図４は圧電素子
１１の長手方向において上下対称である治具２２を用い
て、突起部１２ｄを変形させる場合を示す図２のＡ−Ａ
線断面図である。なお図３同様に、図４における実線は
変形前の突起部１２ｄ、二点鎖線は変形後の突起部１２
ｄを示す。

【００２５】図４に示す治具２２は、圧電素子１１の長
手方向において上下対称の形状のため、治具２２により
圧電素子１１の伸縮方向と直交する所定の押圧力を付加
すると、実線で示される突起部１２ｄが二点鎖線で示さ
れるように変形する。すなわち突起部１２ｄが圧電素子
１１に予圧をかける方向に変形する量と同量だけ反対側
にも変形し、支持フレーム１２そのものを変形させてし
まうことになり、この支持フレーム１２の変形が印字ヘ
ッド１の組み込み性の悪化等のトラブルとなる可能性が
ある。

【００２６】一方、図３に示す治具２１は前述のように
治具２１の突起部１２ｄとの接触面は圧電素子１１の方
向に鈍角の傾斜角を持った台形形状をしているため、突
起部１２ｄの変形は鋭角の側より圧電素子１１に予圧を
かける方向で大きく生じ、その反対側における突起部１
２ｄの変形は小さく抑えることができる。従って、治具
２１にかける押圧力を効率よく圧電素子１１に予圧をか
ける方向に利用することができる。

【００２７】さらに、本発明は上述に限られず種々の変
形が可能で、例えば、突起部１２ｄの部分に、圧電素子
１１の温度特性とは逆の温度膨脹特性を有した温度補償
材を圧電素子１１の後端に組み込み、支持フレームを変
形させ圧電素子１１に予圧をかけることで、周囲の温度
変化による圧電素子１１の伸縮を、温度補償材の上下の
伸びによって修正するようにしてもよい。

【００２８】また、圧電素子１１と可動子１５の接触面
間に耐摩耗性の部材を組み込むことで、圧電素子１１及
び可動子１５の部品耐久性が向上し、これらの部材の摩
耗による、印字駆動の誤差を減少させることができる。
さらに、治具２１は上述の形状に限られず、少なくとも
治具の形状は、突起部１２ｄの圧電素子１１に予圧をか
ける方向の変形量が他方への変形量より多くなるよう押
圧ができる形状であればよい。

【００２９】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、支持フレ
ームとの接触面が支持フレームの被変形面に対して傾斜
を持った治具を用いて、支持フレームの一部を変形させ
るため、支持フレームに必要以上の変形を起こさせるこ
となく支持フレームにかける治具の押圧力を効率よく圧
電素子の予圧をかける方向に利用でき、圧電素子を適正
に固定することができる。また、支持フレームに生じる
変形を必要最小限とすることができ、組み立ての効率向
上と部品の耐久性向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による印字ヘッドの構造を示
す断面図である。

【図２】本実施例による印字ユニットを示す側面図であ
る。

【図３】本実施例の方法によって圧電素子を固定する状
態を示す部分断面図である。

【図４】本実施例の方法で用いた治具とは異なる形状の
治具を用いて圧電素子を固定する状態を示す部分断面図
である。

【符号の説明】

１ 印字ヘッド ２ 印字ユニット ６ 印字ワイヤ １１ 圧電素子 １２ フレーム １２ｄ 突起部 １３ 運動伝達機構 １５ 可動子 ２１ 治具

Claims (1)

【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、
   該圧電素子の伸縮変位を印字媒体に印打する印字ワイヤ
   に伝達する運動伝達機構と、前記圧電素子の側方に沿っ
   てその長手方向に配設して前記圧電素子の後端部と前記
   運動伝達機構とを支持する支持フレームとから印字ユニ
   ットが構成され、この印字ユニットの複数個を所定位置
   に配設してなるドットインパクトプリンタ用の印字ヘッ
   ドにおける前記圧電素子を前記支持フレームに組み込み
   固定する方法であって、前記支持フレームの一部を治具
   にて押圧して変形させることで前記圧電素子に予圧をか
   けて固定するに際し、該治具の支持フレームとの接触面
   を該支持フレームの被変形面に対して傾斜を持たせ、圧
   電素子の方向への変形量が他方へのそれよりも多くなる
   ようにしたことを特徴とする圧電素子の固定方法。