JPH0692158B2 - 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するものである。

（従来の技術） 圧電素子の運動変換装置としては、例えば、すでに同一
出願人によって開発がなされた特願昭62−277169号、特
願昭62−268496号等に開示されたものがある。

また、このような圧電素子の運動変換装置は、第９図に
示すように、圧電素子１の伸縮に基づいて可動子５を変
位させ、フレーム２と可動子５との相互に一端部が固着
された一対の板ばね6,7を撓ませることで、これら両板
ばね6,7の他端部に跨って結合された傾動体８を傾動さ
せるようになっている。

また、前記フレーム２の基部３、圧電素子１、及び可動
子７の組付状態を維持したり、あるいは圧電素子１の伸
縮運動を可動子５に確実に伝達させるために、前記基部
３、可動子５及び圧電素子１の相互の対向面はそれぞれ
接着剤等によって一体状に結合されている。

（発明が解決しようとする課題） ところで、前記したように構成される運動変換装置にお
いて、可動子５及び運動変換機構（一対の板ばね6,7と
傾動体８とを主体として構成される）の質量に基づく慣
性力によって、圧電素子１の伸縮運動に対し、可動子５
の往復運動に遅れが生じる。特に、圧電素子１に対し電
圧の印加が断たれ、同圧電素子１が元の状態に収縮さ
れ、可動子５が元の位置まで復帰する際、前記圧電素子
１の収縮に比し、可動子５の復帰が遅れる場合がある。
すると、圧電素子１には可動子５の復帰遅れに伴って引
張力が作用する。そして、引張力に脆い特性を有する圧
電セラミックより圧電素子１が構成されている場合に
は、前記引張力によって圧電素子１が損傷されるという
問題点があった。

この発明の目的は、圧電素子の伸縮運動と可動子の往復
運動との動的な差が原因となって圧電素子に作用する引
張力を可及的に軽減することで、圧電素子の損傷を防止
することができる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メインフレームと、
前記圧電素子の伸縮方向他端に配設された可動子と、前
記メインフレーム及び可動子に一端がそれぞれ固着され
た１対の板ばねと、これら一対の板ばねの他端に設けら
れた傾動体と、を備えた運動変換装置であって、前記基
部、可動子及び圧電素子の相互の対向面のうち、少なく
とも１箇所の対向面に接離可能な非結合部を設け、前記
圧電素子が伸長するとき前記非結合部である対向面を圧
接させて前記可動子を一対の板ばねに抗して変位させ、
前記圧電素子が収縮するとき前記可動子の復帰の遅れに
基づいて前記非結合部である対向面を離間するように構
成した。

（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、圧電素子に所要の電圧が印加され、同圧電素子が
伸びると、その圧縮素子の伸長方向に可動子が変位され
ながら一対の板ばねが撓み、傾動体が傾動される。

前記圧電素子に対する電圧の印加が断たれ、同圧電素子
が元の状態に収縮され、可動子が元の位置まで復帰する
際、前記可動子や傾動体の質量にもとづく慣性力によっ
て、その可動子の復帰が遅れるのにともなって、非結合
部である対向面が離間する。このため、前記可動子の復
帰の遅れが原因となって前記圧電素子に作用する引張力
を可及的に軽減することができる。

（実施例） 以下、この発明の一実施例を第１図〜第８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１図と第２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）を後述する温度補償材12及び予圧部材13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。ま
た、前記メインフレーム２の両側面には、圧電素子１の
リード線14を案内するための案内溝2aや、重量軽減のた
めの凹部2bが形成されている。

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の板幅はメインフレーム２並びに可動子５の
板厚よりも所定量だけ幅広に形成され、各板ばね6,7の
幅方向両側縁がメインフレーム２並びに可動子５の板厚
面よりそれで突出した状態でろう付けされることで、メ
インフレーム２並びに可動子５に対する各板ばね6,7の
固着力が高められている。さらに、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。また、前記両板
ばね6,7の対向面反対側には、前記メインフレーム２及
び可動子５の上端面から傾動体８の下端部にわたる範囲
において、凹部6a,7aがそれぞれ形成され、これによっ
て薄肉部とされた部分をそれぞれ弾性変形部6b,7bとし
ている。さらに、可動子５側に固着された板ばね７の弾
性変形部7bの板厚t2は、メインフレーム２側に固着され
た板ばね６の弾性変形部6bの板厚t1よりも厚肉に設定さ
れており、可動子５側の板ばね７の弾性強度が高められ
ている。これによって可動子５側の板ばね７の座屈や折
損が積極的に防止され、耐久性の向上が図られている。

前記傾動体８には、前記両板ばね6,7の配置方向に平行
してアーム取付溝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。なお、前記傾動体８は、第１図
に示すように、両板ばね6,7の幅方向両側部に対する部
分が切欠き状に削除されており、軽量化が図られてい
る。さらに、傾動アーム10には軽量化のための大小の貫
通孔９が適宜に貫設されている。

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。

そして、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４図に示すよう
に、一枚の弾性変形可能な板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。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
ット溶接等によって固着され、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等によっ
て固着されている。さらに、可動子５の両側面に固着さ
れた各縦リンク部19の先端に跨って結合部26が一体に形
成され、この結合部26は可動子５の上端面に所定隙間を
隔てて配置される。

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され
ている。これ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。

また、この実施例において、前記リンクプレート17並び
に連結プレート30が配置される部位において、そのプレ
ートの厚さに相当する分だけメインフレーム2,サブフレ
ーム４及び可動子５の板厚が軽減されており、これによ
ってメインフレーム２及びサブフレーム４の板厚内にお
いてリンクプレート17及び連結プレート30が組付けら
れ、装置の小型化が図られている。さらに、リンクプレ
ート17の各ヒンジ部22〜25及び各横リンク部20,21が配
置される部位において、前記各ヒンジ部及び各横リンク
部がサブフレーム４の側面に接触することがないように
には同サブフレーム４の延出端部薄肉部4aが形成されて
いる。

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、メインフ
レーム２の基部３と可動子５との間に、圧電素子１及び
温度補償材12が予圧部材13によって所定圧力だけ予圧さ
れた状態で組付けられる。

なお、予圧部材13は上板13aと両側板13bとを備えて逆Ｕ
字状に形成される。そして、予圧部材13は、前記基部３
の上面に跨って上下動自在に嵌込まれた後、温度補償材
12の下面を前記予圧部材13の上板13a上面に当接させる
とともに、予圧部材13を押上げながら温度補償材12上の
圧電素子１の他端面を後述する接離層31,32を介して可
動子５の下面に所定荷重で圧接させた状態のもとで、前
記予圧部材13の両側板13bが前記基部３の両側面にスポ
ット溶接によって固着固着される。また、前記温度度補
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。

さて、前記基部３に固着の予圧部材13、温度補償材12、
圧電素子１及び可動子５との相互の対向面のうち、少な
くとも１箇所の対向面には接離可能な非結合部33が設け
られている。この実施例において、圧電素子１と可動子
５との相互の対向面に非結合部33が設けられている。さ
らに、前記非結合部33には例えばジルコニアセラミック
のような耐摩耗性に優れる材質よりなる一対の接離層3
1,32が設けられる。そして、これら一対の接離層31,32
の対向面は接離可能に当接し、同接離層31,32の対向面
の反対側は圧電素子１の端面と可動子５の下面とにそれ
ぞれ接着剤によって一体状に結合されている。

また、圧電素子１と温度補償材12との相互の対向面並び
に温度補償材12と予圧部材13との相互の対向面は接着剤
によってそれぞれ一体状に結合されている。

また、この実施例において、可動子５の下部の幅方向両
縁部には切欠き状の凹部5aがそれぞれ形成され、これに
よって幅が狭められた部分を弾性伸縮部5bとしている。
さらに、前記可動子５の弾性伸縮部5bは板ばね７の弾性
変形部7bよりも剛性が高くかつ圧電素子１の伸縮方向に
微量に弾性伸縮可能に形成されている。

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５が変位され
る。すると、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、傾動体８が傾動される。

前記圧電素子１の伸びに基づいて可動子５が変位される
ときには、四節の平行リンク機構16を構成している各リ
ンクプレート17によって可動子５が圧電素子１の伸縮方
向と平行に案内される。このため、可動子５の傾きが原
因となる両板ばね6,7の撓み量の不足が防止されること
から、傾動体８を所定の傾動角度位置まで傾動させるこ
とができる。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。このようにして、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よりも大きくか
つ不足なく撓むことで、傾動体８を所定角度位置まで確
実に傾動させることができるとともに、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、これに
よって印字不良を防止することができる。

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は元の状態に収縮される。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1
1が後退復帰される。

前記圧電素子１が元の状態に収縮され、可動子５が元の
位置に復帰される際、可動子５、板ばね6,7、傾動体
８、傾動アーム10及び印字ワイヤ11の各質量に基づく慣
性力によって、前記圧電素子１の収縮よりも可動子５の
復帰が遅れる。すると、前記可動子５の復帰の遅れに伴
って一対の接離層31,32がその対向面において微量に離
反する。このため、前記可動子５の復帰の遅れが原因と
なって圧電素子１に作用する引張力が可及的に軽減され
る。

なお、前述した実施例においては、圧電素子１と可動子
５との相互の対向面に非結合部33を設けたが、これに限
るものではない。

例えば、第５図に示すように、メインフレーム２の基部
３に固着された予圧部材13と、圧電素子１の一端に接着
剤によって結合された温度補償材12との相互の対向面に
接離可能な非結合部33を設けてもよい。さらに、前記非
結合部33に耐摩耗性並びに断熱性を有するジルコニアセ
ラミックよりなる接離層31,32を設けた場合には、温度
補償材12に伝導される圧電素子１の発生熱を前記接離層
31,32の断熱性によって遮断することができる。このた
め、圧電素子１からの発生熱によって温度補償材12が効
率よく伝導加熱され、温度補償材12の補償機能を有効に
働かせることができる。

また、前記実施例においては、非接合部33に設けられて
いる接離層31,32をジルコニアセラミックより形成した
が、これに限るものではない。例えば、第６図に示すよ
うに、薄肉の合成樹脂フィルムより接離層31,32を形成
してもよい。

さらに、前記実施例では非結合部33に一対の接離層31,3
2を設けたが、これに限るものではない。例えば第７図
に示すように、非結合部33に一枚の接離層31を設けても
よい。

さらに、接離層31,32を設けることなく、例えばメイン
フレーム２の基部３、可動子５、圧電素子１等の相互の
対向面のうち、少なくとも１箇所の対向面を接離可能に
直接当接させてもよい。

また、前記実施例においては、メインフレーム２の基部
３の予圧部材13と圧電素子１との間に温度補償材12を組
付けたが、これに限るものではない。例えば、第８図に
示すように、可動子５と圧電素子１との間に温度補償材
12や接離層31,32を組付けてもよい。

さらに、前記実施例においては、メインフレーム２の基
部３、圧電素子１、可動子５等の相互の対向面のうち、
１箇所のみに接離可能な非結合部33を設け、その他の対
向面は接着剤によって一体状に結合したが、これに限る
ものではなく、非結合部33を２箇所以上の複数箇所に設
けてもよい。

（発明の効果） 以上述べたように、この発明によれば、圧電素子が元の
状態に収縮され、可動子が元の位置まで復帰する際、前
記可動子や傾動体の質量にもとづく慣性力によって、そ
の可動子の復帰が遅れるのにともない、非結合部である
対向面が離間する。このため、、前記可動子の復帰の遅
れが原因となって前記圧電素子に作用する引張力を可及
的に軽減することができる。この結果、引張力に脆い特
性を有する圧電セラミックより圧電素子を構成した場合
にも、その圧電素子の損傷を防止して耐久性の向上を図
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８図はこの発明の一実施例を示すもの
で、第１図は印字ヘッドに作用される圧電素子の運動変
換装置を示す斜視図、第２図は同じく側面図、第３図は
第２図のIII−III線断面図、第４図は四節の平行リンク
機構を示す斜視図、第５図、第６図、第７図及び第８図
は他の実施例をそれぞれ示す側面図である。第９図は先
行技術のものを示す側面図である。 １……圧電素子 ２……メインフレーム 6,7……板ばね ８……傾動体 10……傾動アーム 12……温度補償材 31,32……接離層 33……非結合部

Claims (1)

【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
   有するメインフレームと、前記圧電素子の伸縮方向他端
   に配設された可動子と、前記メインフレーム及び可動子
   に一端がそれぞれ固着された１対の板ばねと、これら一
   対の板ばねの他端に設けられた傾動体と、 を備えた運動変換装置であって、 前記基部、可動子及び圧電素子の相互の対向面のうち、
   少なくとも１箇所の対向面に接離可能な非結合部を設
   け、前記圧電素子が伸長するとき前記非結合部である対
   向面を圧接させて前記可動子を一対の板ばねに抗して変
   位させ、前記圧電素子が収縮するとき前記可動子の復帰
   の遅れるのにともなって前記非結合部である対向面を離
   間するように構成したことを特徴とする圧電素子の運動
   変換装置。