JPS58163669A

JPS58163669A - インパクトプリンタヘツド

Info

Publication number: JPS58163669A
Application number: JP57046211A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Yano; 健矢野; Izumi Fukui; 福井　泉; Takeshige Hamatsuki; 浜付　武重; Sadayuki Takahashi; 高橋　貞行
Original assignee: NEC Corp; Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1982-03-25
Filing date: 1982-03-25
Publication date: 1983-09-28

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】本発明は、インパクトプリンタのヘッドに関し、特に圧
電または電歪セラミックを利用したヘッドに関する。

従来、この種のプリンタヘッドは、第１図（ａ）に示す
ように、ｌ端が同定された弾条の側面に横効果型の圧電
または電歪セラミックを貼布した電歪振動子１と、この
振動子１の先端部に取付けられたビン２とから構成され
、蚊電歪振動子ｌの厚さ方向に例えば＋２００ｖの電圧
を印加することによって生ずる横方向の伸縮により先端
部を図中左方向へ変位させることにより、ピン２でリボ
ン。

紙を介してプラテン７を衝撃して印字する構造である。

しかし、ビン２が所定の変位と速度を得るためには、あ
らかじめ逆極性のバイアス電圧を印加して、プラテン７
と反対の方向に電歪振動子ｌの先端部を図中αで示す位
置まで変位させた後、バイアス電圧と逆の電圧を加えて
図中βで示す位置まて変位させることによシビン２をプ
ラテン７Ｋｌｉ突させる必要がある。同図（ｂ）＃ｉ、
上述のプリンタヘッドを遣歯なケースに収容し、被数個
のヘッドを集めて複数本のピン２によって所定の印字が
できるようにしたものである。

上述の従来のプリンタヘッドは、駆動電力が少なく、簡
易な構造であるが、印字速度が遅く、かつ、圧電重要は
電歪セラミックの所要体積が大であるという欠点を有す
る。ここでいう圧電セラ叱ツタはジルコン・チタン酸鉛
に代表される圧電材料であ）、電歪セラミックとはマン
ガン・ニオブ酸鉛等の電歪材料である。圧電材料と電歪
材料との相異は、前者が分極を生ずるのに対し、後者社
分極を生じない点にある。ｔた、横効果とは、圧電体（
圧電材料および電歪材料を含むもの止す４）に印加され
る電界の方向と直角な方向の歪効果を意味する。

圧電体は、横効果と蟻効果を有し、その金の大きさは一
一の材質で比較したとき略ポアソン此の比率、すなわち
約１＝３てめる。これを圧電体に蓄えられる機械エネル
ギで比較すれば歪の２乗、すなわちｌ：９の比率となる
。このため、上述のように横効果を利用した従来のプリ
ンタヘッドは、圧電体の所要体積が大となるのである。

従って、この欠点を解決するためには縦効果を利用すれ
ばよいわけであるが、圧電体に加わる機械力が過大とな
って圧電体が破壊されるから容易でない。特に圧電体の
歪をテコ蝉によって拡大する機構を多段に設けるような
場合は、アーム等のｔ位によって圧電体に過大な引張力
が発生するため破壊されることになる。

本発明の目的は、上述の従来の欠点をＭ決し、圧電体（
圧電材料および電歪材料を含む）の縦効果を利用するこ
とにより圧電体の体積を減少し、しかも破壊されるおそ
れのないプリンタヘッドを提供することにある。

本発明のプリンタヘッドは、一端が固定部材に結合され
丸鉄効果圧電体と；一端部に近接して２個の結合部を有
しその１個は前記固定部材に結合し他の１ｌｌＦｉ前記
縦効果圧電体の他の一端に結合された第１のアームと、
近接した２個の結合部を有しその１個は餉記第１のアー
ムの他ｔＫ結合し他０１個は前記固定部材に結合した第
２のアームと、該第２のアームの他端に固着された衝撃
部材またはワイヤと、前記いずれかの部材間に介装され
直接または他の部材を介して前記圧電体に圧縮力を加え
る向きに付勢されたばねとを備えたことを特徴とする。

次に、本発明について、図面を参照して詳細に説明する
。

本発明は、圧電体の許容強度が、コンクリートと同様に
、圧縮力と引張力で非常に異なり、圧縮力では少くとも
２０００に９／ｊ以上の強度を有するのに対し、引張力
では通常３００に！Ｐ／ａｉｌｉ＆であり、籍に強い材
料でも５００〜７００に９／−１度にとどまる点に着目
し、圧電体に大なる引会力がかからないような構造とし
ている。

次に、本発明の原理について、第２図および第３図を参
照して説明する。＠２図において、縦効果圧電体（圧電
材料および電歪材料を含む）１Ｇの一端社、結合部材１
１を介して固定部材１３に結合され、電界を印加するこ
とによって図中上方ヘ伸長する縦効果圧電体である。第
１のアーム１４の一端部には、近接した２個の結合部材
１２および１５を有し、結合部材１２によって前記圧電
体１０の他の一端に結合され、結合部材１５によって前
記固定部材１３に結合される。従って、前記圧電体１０
が図中上方に伸長したとき、第１のアーム１４は結合部
材１５を支点として反時計方向に回転する力を受ける。

すなわち第１のアーム１４の上端部は矢印方向に変位す
る。結合部材１２゜１５＃ｉ近接しているから、圧電体
１０の僅かな伸長により第１のアーム１４の他端は大き
く変位することができる。第２のアーム１８ＦｉＬ字形
に形成され長い方のアーム片は、図中＃１埋水平に位鉦
し、短い方のアーム片のほぼ中央部が結合部材１７によ
って前記固定部材１３に結合され、かつ端部が結合部材
１６によって前記第２のアニムの上端部に結合されてい
る。従って第２のアーム１８／ｒｉ、前記ｖｇ１のアー
ム１４の上端部が左方に変位したとき上記結合部材１７
を支点として時計方向に回転力を受け、長い方のアーム
の先端部社図中上方へ変位する。上記２個の結合部材１
６．１７＃ｉ比較的＃Ｉ［Ｉ（アーム全長に対して）し
ているから、１１１１ｍのアーム１８０下瑠部の左方向
への変位は拡大されて長い方のアーム先端部へ伝えられ
る。該ｍｚｏアームの長い方のアーム先端部には、衝撃
１１１ｔｌｌ＃固着されて−る。従って、圧電体１Ｇの
伸長は、２段に拡大−されて衝撃部材１９に伝えられ、
衝撃部材１１１６矢印ム方向の変位によりプラテンを打
撃することができる。ＩＩＩＥＩＯアーム１４および第
２めアーム１８は、一端に加えられた変位を拡大して他
端に伝える構造であればよく、例えｄ棒状のテコであっ
てもよい。しかし、上述の構造は、コンパクトに形成す
る上から有利である。

上述の構造社、２段の拡大によ）、圧電体１ｏの伸長か
僅少でよいという効果がある。反面、圧電体１・には大
きな圧縮力がかかることＫするが、圧縮力に対する圧電
体１Ｇの強度は十分大であるから伺等岡隠はない、しか
し、第２の７−ム１８の慣性等によって、その先端部が
大きく移動すると圧電体ｌ・に引張力がかかることＫす
る。そこで、ばね２０を圧電体１０と第１のアームとの
結合部と固定部材１３との関に介装すれば、圧電体１０
に加わる引張力を軽減することが可能である。

ばね２００弾力は圧電体１°０を圧縮する向きに付勢さ
れている。

第３１１　（ａ）　ｆｄ、衝撃部材１９０矢印ム方向の
這動の過渡現象を示す図である。すなわち、同図（ｅ）
に示すような印加電圧を圧電体１０に与え良とき衝撃部
材１９０変位は、最大振幅ム、に到〕中がて元に戻る。

同図（ｂ）の実線は、ｄね２ｏがな％／％七きの圧電体
１Ｇに加わるカの時間経過を示し、正は圧縮力で負は引
張力である。点ａ！！は、ばね２０によって圧縮力作を
加え友場合を示す。すなわち、ばれ２０が無いときは、
引張力の最大値Ｆ雪祉、最大圧−力ＦｍＫ等しくなシ、
引張ａｌｌ！ｌ［Ｆｔよｐ大となるが、ばね２０によっ
て圧電体１ｏを圧如する向きに付勢されているから最大
圧縮力がＦｓＫ増大し、最大引張力ＦｉＦ４　Ｋ減少す
る。圧電体１ｏの圧＃に対する！１１度は大であるから
、最大圧縮力がＦ・に増大することは大して間層となら
ない。例えば、衝撃部材の持つインパクトエネルヤ−を
ｓｏｏ。

工希グとしたとき、ｈは２０ゆであ夛ばねの圧縮力をｌ
５ｋｌとすれば、Ｆ４祉５ｋＩＩとなる。今、圧電体の
断面寸法を２１×３箇とすると、通常の圧電体の強度（
３００ｋＩＩ／ｊ）の場合１８ｋＩｌの引張力に耐える
から、上記Ｆ８では破壊してしまうが、Ｆ４に対して線
繊９返し印加されて亀問題のないレベルにある。

一般に、インパタトプリンタヘッドがプリンタＫｍ込ま
れた場合に杜、通常の状態であれば、ばね２０が存在し
なくても、衝撃部材１９が紙に当る光め、アーム１８の
振−が制限されて圧電体１０に加わる引張力が制限され
るため問題はない。しかし、ヘッドのみで動作させる場
合とか、またはヘッドとプラテンの間隔を調整して適当
な印字圧に設定する調整作業中等においては、第２のア
ームの自由状ＩＩｉまたはそれに近い状態が存在するた
め、ばね２０の実用的効果は大である。１＋、これによ
ｐ過大な引張力が圧電体にかがることを防止できるから
、圧電体の縦効果を利用して圧電体体積を減少させるこ
とができる。壕友、第１および館２のアームによって２
段に変位拡大を行なう構成としたから、圧電体の僅かな
歪力によって大きな衝撃速度を得ることができる。

第４図は、上述と若干異なった他の基本構成を示すＩＸ
！１図である。この場合は、第１のアームの圧電体と反
対側の端部と固定部材１３との間にばね３７を介装して
いる。ばね３７は第１の７−ム１４の上端部を右方へ押
圧する向きに付勢されていて圧電体１０に圧縮力を加え
ている。この場合＃′ｉ第１のアームのテコ作用により
ばね３７の付勢力は４倍に拡大されて圧電体１２に印加
されるから、とね２０の付勢力は小さくて前述と同等の
効果を奏する。

町を５とすればばねの力は３ゆでよいことになる。

第５図は、第３の基本構成を示す原理図であプ、ばねａ
ｓＦｉ前記第２のアーム１８の端部に近い部分と固定部
材１３との間に介装される。ばね３８の付勢力は第２の
アーム１８によって路！倍に拡大されて第１のアームに
かかり、これがさらに４倍に拡大されて圧電体ｌＯに圧
、縮力を加えることになる。

例えば、町＝５　、ｓ章−１０とすれば、ばね３８の力
は３０（ｌで足）る。

第６図は、第４の基本構成を示す原理図であり、ばね３
９が＠１のアーム１４と第２のアーム１８と０ｆｆ４に
介装される。この場合は、ばね力ａＳＳ／（％＊−１）
倍に拡大されて圧電体１０に伝達される。

酪、ｍ　５　、　＠雪−１０とすれば、ばね力ｔｉ３３
ＯＮでよい。第１のアーム１４と第２のアーム１８とが
近接して配置される構造の場合には、ばね３９の実装が
容易である。

第７図は、本発明の第１の実施例を示す斜視図であシ、
第２図に示された基本構成の具体的な構造を示す。結合
部材１１．１！、１５，１６．１７等は−げ方向の力に
対して若干撓むことが可能なような板状部を有している
。また、結合Ｓ材１２の圧電体１０と結合する部分を、
１中右方に長く突出させてコイル状Ｏばね２０の一端と
保合可能に形成されている。ばね２０の他端は、固定部
材１３に穿設され丸孔に係合させている。その他の参照
数字については第２図で説明し九参層数字と同一のもの
は同一の機能を有する。

第８図は本発明の第２の実施例を示す斜視図であり、第
４図に示した基本構成に対応する。同一の参照数字は同
一の機能、構成を有する。ばね３７は、コイルばねであ
って、固定部材１３と第１のアーム１４の一端部との間
に介装される。第一回は上記ばね３７を板ばねで構成し
た実施例を示す。

この場合は、板ばねを介装するスペースは狭くてよいと
いう利点がある。

第１０図は、本発明の第３の実施例を示す斜視図で、第
２のアーム１８と固定部材１３にはそれぞれコイルばね
３８を係止する孔が穿ｔＪされている。第１１図は、固
定部材１３をほぼＵ字状に形成し、一方の上端部に板は
ね３８を固着して、駁板ばね３ＢＫよって第２のアーム
１８の端部を下向に付勢している。

第１２図は、本発明の第４の実施例を示す斜視図でら９
、第１のアーム１４と第２のアーム１８とほぼ平行に配
置されている二そして、第１のアーム１４には、コイル
ばね３９を収容できる凹部まえ社大が形成されている。

コイルばね３９はζ０１１１１Ｋ収容されて第１と第２
のアーム間に付勢力を伝達する。この場合は、ばね３９
は伸びる方向に付勢されているから、ばねを係止するた
めの孔は必要でない。館１３図は、はぼ平行な第１のア
ームと嬉２のアーム間に鈑ばね３９を介装し九実施例を
示す。上記各実施例はすべて圧電体１６に圧縮力が加わ
るように付勢されていて圧電体に加わる引張力を相殺す
る効果があ）、アーム等の構造に応じて適宜選択される
。

纂１４１１は、圧電体１・の構成の一例を示す。

すなわち、例えばジルコン・チタン績鉛勢Ｏ圧電材料を
板状に形成した板状圧電材料１０ｍの間に負電極板３１
および正電極板３２を交互に挾んでＩａＦａ形威し、負
電極板３１社すべて外部電極３４Ｅｌｌ続し、正電極板
３２は外部電極３３に接続する。鼻部電＠３３１．１４
鉱外部端子２１．２２ＷＣＩｌｌｌｌする。そして、各
板状圧電材料ｌｅａは図中矢印３ｓで示される方向に分
極処理されている。

この分極方向は一層ととに反転している。上述のように
構成された圧電体に、外部端子２１に正電圧、外部端子
２２に負電圧を印加すると、矢印３６で示される方向の
電界を発生する。皺電界の方向紘前記分極方向と一致す
るから、圧電体整体が図中上下方向に伸びる。この場合
、電極板１０ｍ相互間の間隔、すなわち、板状圧電材料
１０ｍの厚みを小とすることにより低い印加電圧で十分
な歪を生じさせることが可能である。

館１ｓｌＩは、マンガン・ニオブ酸鉛等の電歪材料を使
用し九圧電体の一例を示す。この場合の機械的構造祉第
１４図で示した場合と同様であり、同一の参照数字は同
様な構成部材を示す。しかし、電歪材料を使用している
から分極はない。この場合は、外部端子２１．２２に印
加する電圧の離性にかかわらず、図中上下方向に伸びる
。なお、電歪材料に１１ヒステリスがないことが特徴で
ある。

低い印加電圧で歪を発生できることは前述と同様である
。

以上のように、本発明においては、圧電体の縦効果を利
用する構造であるから、圧電体の所要体積が少なくてよ
いという効果がある。また、第１０７−ムと第２のアー
ムによって２段に変位を拡大する構造であるから圧電体
の僅かな伸長によって所要の振幅と速度で衝撃部材を駆
動することができる０ｇｌ来のように逆バイアスをかけ
て加速する必１１社ない、さらに、ばねによって圧電体
に圧縮力を加える構造であるから圧電体にかかる引張力
が相殺されて、圧電体に過大な引張力をか妙ないという
効果がある。また、圧電体を多層に積層し、各層間に電
極を配置すれば低電圧で駆動することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は従来のインパクトプリンタヘッドの一例
を示す側面図、同図（ｂ）はその集合体を示す斜視図、
第２ＮＪは本発明の詳細な説明するための構成図、第３
図はばねの効果を説明する丸めの図、第４図〜第６図線
それぞれ本発明の異なる基本構成を示す原塩図、第７＠
ｌ−縞１３図はそれぞれ本発明の一奥施’ｔｓｔ示す斜
視図、謔１４図および１１１８図は上記実細例に使用す
る圧電μの一例を示す斜視図である。図において、１０・・・圧電体、１１，１２．１５〜１
７・・・結合部材、１３・・・固定部材、１４−＠１の
アーム、１８・・・第２のアーム、１９・−価撃郁材、
２０．３７，３８．３９−・・コイルばね又は板ばね、
２１．２’ｌ−・外部端子、３１．３２−電極板、３３
．３４−・・電極。゛代理人弁理士　住　ａｌ　　債　宗３第１図（ａ）（ｂ） −を第４図第５因第６図第７図７第８図第９因第１０図第１１図第１２凶第１３図第１４図０第１５図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）一端が固定部材に結合された縦効果圧電体と、端
部に近接して２個の結合部を有しその１個は前記固定部
材に結合し他の１個は前記縦効果圧電体の他の一端に結
合された第１のアーふと、近接した２個の結合部を有し
そのｌ＠社前前記１のアームの他端に結合し他の１個は
前記固定部材に結合した第２のアームと、皺第２のアー
ムの他端に固着された衡撃部材またはワイヤと、前記い
ずれかの部材間に介装され直！Ｉｔたけ他の部材を介し
て前記圧電体に圧縮力を加える向きに付勢されたばねと
を備えたことを特徴とするインパクトプリンタヘッド。
（２）　　特許請求の範囲第１項記載のインパクトプリ
ンタヘッドにおいて、前記ばねは、前記圧電体と前記第
１のアームとの結合部間に介装されたコイルばねである
ことを特徴とするもの。
（３）　　特許請求の範囲第１項記載のインパクトプリ
ンタヘッドにおいて、前記ばねは、前記固定部材と前記
第１のアーム間に介装された仁とを特徴とするもの。
（４）　　４１１許趙求の範８第１項記載のインパクト
プリンタヘッドにおいて、前記ばねは、前記固定部材と
前記第２のアーム間に介装され九ことを特徴とするもの
。
（５）％許請求の範囲第１項記載のインパクトプリンタ
ヘッドにおいて、前記ばね社、前記第１のアームと第２
のアーム間に介装されえことを特徴とするもの。
（６）　　特許請求の範囲第３項、第４項′を食は第５
項記載のインパクトプリンタヘッドにおいて、前記ばね
はコイルばねであることを特徴とするもの。（））４１１許鰭求の範囲第３項、第４項ま友は第５項
記載のインパクトプリンタヘッドにおいて、前記ばねは
板ばねであることを特徴とする特許