JPS5916767A - 印字ユニツト - 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】 本発明は印字ユニット、特にドツト・マトリクス・プリ
ンタの印字ヘッドに用いられる印字ユニットに関する。

従来、圧電または電歪セラミックの圧電横効果によって
生ずる歪を利用して印字動作を行わせる印字ユニットが
ある。

第１図は従来の印字ユニットを示す側面図である。同図
の印字ユニットは、導体の電極板３の両面に圧電体板４
１および４２を固着した圧電振動子の一端を取付部材１
に固定し、圧電振動子の他端にドツトを印字させるため
のピン１４を固定して構成されている。圧電振動子の２
つの電極５と電極板３との間に導線６全通して駆動電圧
を印加すると、圧電横効果によって圧電体板４１は矢印
Ａで示す方向に伸び且つ圧電体板４２は矢印Ｂの方向に
縮み、圧電振動子にたわみを生ずる。このたわみに応じ
てピン１４が矢印Ｃの方向に動き印字面にドツトを打ち
、印字動作を行なう。

このような従来の印字ユニットは、取付部材１に圧電振
動子の一端を固定した箇所が破損し易く。

更に圧電振動子を駆動するだめの所要消費電力が大きく
且つ圧電振動子の体積が大きいという欠点を有する。す
なわち、ピン１４が印字面にドツトを打ったときにピン
１４が印字面から受ける反作用により、圧電振動子の各
部に曲はモーメントを生じ１％に取付部材１に圧電振動
子の一端を固定した箇所では曲げモーメントの大きさが
他の箇所よりも大きくなるため固定箇所およびその近傍
が破損し易い。更に、圧電横効果にょシ圧電振動子に機
械的な歪を発生させているが、圧電横効果では、圧電縦
効果の場合と比較して、電気機械結合係数が小さいので
所定の歪を得るためには大きな（約５倍の）駆動電力を
要し、且つ得られる歪が小さい（ポアソン比倍すなわち
約１／３倍である）ので所定の機械エネルギーを蓄える
ためには大きな（ポアンン数の二乗倍すなわち約９倍の
）体積にする必要がある。

本発明の目的は、上記の欠点を除去し圧電体を破損させ
る力が生じないようにした従来より消費電力が少なく且
つ小形な印字ユニットを提供することにある。

本発明のユニットは、電極に印加される電圧に応じて圧
電縦効果により寸法の歪を発生する圧電体と、該圧電体
の一方の端部を取付は支持する固定部材と、一端が前記
圧電体の他方の端部に接続する第１の結合部材および一
端が前記固定部材の第１の所定箇所に接続する第２の結
合部材のそれぞれの他端に接続しており前記第１の結合
部材を介して伝達される前記圧電体の前記寸法企に応じ
５− て第１の角変位を生ずる第１の可動部材と、一端が前記
固定部材の第２の所定箇所に接続する第３の結合部材の
他端に接続しており前記第１の可動部材との当接箇所か
ら伝達される前記第１の角変位に応じて第２の角変位を
生ずる第２の可動部材と、該第２の可動部材の所定箇所
に取付けられており前記第２の角変位に応じて所定方向
に運動する印字部材とを備えている。

次に図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第２図（ａ）および（ｂ）は本発明の第１の実施例を示
す斜視図および側面図である。同図（ａ）において。

圧電体４は導線６を介し電極５に印加される駆動電圧だ
応じて圧電縦効果により機械的な歪を発生させる。圧電
体４は下端に固着された支持部材８を介して金属の固定
部材２に支持されておシ、圧電体４の上端には第１の結
合部材１０が固着され１の結合部材１０から所定間隔を
おいた箇所に設けた第２の結合部材１２を介して固定部
材２に接６一 続し支持されている。第１の可動部材１３の一端に設け
た突起部は、金属の板ばねからなる第３の結合部材１４
の下面から当接して第２の可動部材１５を押えている。

第３の結合部材１４の一方の端部は固定部材２および取
付部材２１０間にはさんでねじ７によシ固定されておシ
、第３の結合部材１４の他方の端部は第２の可動部材１
５の端部に固着されている。第２の可動部材１５の先端
部には金属丸棒のビン１６が取付は固定されている。

固定部材２は、支持部材８．第１および第２の結合部材
１０および１２．ならびに第１の可動部材１３とともに
金属で一体に形成されており、これによってユニット組
立てに要する工数を節減している。

駆動電圧に応じて第２図（ｂ）における矢印りの方向に
圧電体４が伸びると、この伸びの歪は第１の結合部材１
０を経て第１の可動部材１３に伝達される。第１の可動
部材１３は第２の結合部材１２を介して固定部材２に支
持されているので、圧電体４の伸びの歪を受けて第１の
可動部材１３には回転モーメントを生じその端部の突起
部が矢印Ｅの方向に動く。この第１の可動部材１３の突
起部に生ずる変位に応じて、第２の可動部材１５の端部
が第３の結合部材１４を介して押上げられ、これに伴な
ってビン１６が矢印Ｆの方向に動いて印字動作を行なう
。このあと駆動電圧に応じて圧電体４に生じていた伸び
の歪がなくなると、第１の可動部材１３の突起部が矢印
Ｅと逆方向に動いてもとの位置に戻シ、第３の結合部材
１４がばねの弾性によシ復帰し、これに伴なってビン１
６がもとの位置に戻る。

第１の可動部材１３の突起部は第３の結合部材１４を介
して第２の可動部材１５に当接しているが固着されては
いないので、圧電体４が伸び終えたときに圧電体４に引
張力を与える慣性力のモーメントの大きさが軽減される
。すなわち、圧電体４が伸び終えたときに、圧電体４の
伸びの歪を受けて運動していた第１および第２の可動部
材１３および１５．ならびにビン１６には慣性力が生ず
る。これらの慣性力によるモーメントが第１の結合部材
】０まで伝達されると、圧電体４には慣性力のモーメン
トに比例する引張力が作用する。第１の可動部材１３と
第３の結合部材１４とを固着した場合には、第１の可動
部材１３とともに第２の可動部材１５およびビン１６の
質量（第１および第３の結合部材１０および１４の質量
は無視する）が前記の慣性力のモーメントの大きさに寄
与する。これに対して本実施例の場合には、第１の可動
部材１３の質量だけが前記の慣性力のモーメントの大き
さに寄与する。従って前者の場合に比べて後者の場合に
は慣性力のモーメントの大きさを軽減でき、圧電体１４
に加わる引張力が軽減される。通常の圧電体１４では、
引張強さが圧縮強さに比べて１桁はど小さく、失色な引
張力が加わった場合に破損し易い。従って上記のように
動作時に引張力を与える慣性力のモーメントを軽減する
ことにより、圧電体４の破損を防止することができる。

更に、圧電縦効果により圧電体４の歪を発生させること
により、圧電横効果を用いる従来のユニットに比べぞ、
駆動電力が少なくてすみ且９一 つ圧電体４の体積を小さくしユニットを小形化できる。

第２図（ｂｌにおいてビン１６を逆向きに取付けておき
圧電体４には矢印りの向きの逆の方向の歪を発生させる
ようにすれば、駆動電圧に応じて圧電体４が縮んだとき
に印字動作させることができ。

同様の効果が得られる。

なお第２図（ａｌおよび（ｂ）において、圧電体４の下
端は支持部材８を介して固定部材２に支持しているが、
圧電体４の下端を直接固定部材２に固着してもよい。支
持部材８を介して圧電体４の下端を支持した場合には、
支持部材８の板状の部分が屈曲することによシ動作時に
圧電体４に大きな曲げモーメントが生ずるのを防ぎ、圧
電体４が破損することを防止できる。

以上に説明したユニットの動作において、第１の可動部
材１３は第１の結合部材１ｏを介して与えられる歪に応
じて第２の結合部材１２を支軸とするレバ一手段として
動作する。

第３図（ａ）〜（ｆ）は上記のレバ一手段の基本的な構
１０− 成例を示す側面図である。レバーＬは第１の可動部材１
３であり、板状の結合部ＰおよびＱの一方が第１の（あ
るいは第２の）結合部材１０（あるいは１２）に、他方
が第２の（あるいは第１の）結合部材１２（あるいは１
０）に、おのおの対応している。例えば同図（ａｌのレ
バ一手段において。

結合部Ｑ（あるいはＰ）を第１の結合部拐１０とし、結
合部Ｐ（あるいはＱ）を第２の結合部材１２として、レ
バーＬを第１の可動部材１３と１７て用いれは、結合部
Ｐ（あるいはＱ）がこのレバ一手段の支軸となり、結合
部Ｑ（あるいはＰ）から矢印Ｇの向きの歪が与えられた
ときにレバーＬの他端には矢印Ｈ１（あるいは破線矢印
Ｈ２）の向きの変位が伝達される。結合部ＰおよびＱが
板状であるから、横掘れが少ない安定寿変位伝達を行方
うことができる。第３図（ａ）−げ）には、結合部Ｐお
よびＱの板面が互いに平行あるいは直角な場合を示した
が、両者の板面が互いに余１交する角度をなす構成も可
能なことは明らかである。

第２図ｆａ）および（ｂｌに示すユニットでは、レバ一
手段として第３図（ａ）の構成を適用して、結合部Ｐを
第１の結合部材１０として結合部Ｑを第２の結合部拐１
２とし更にレバーＬを第１の可動部材１３として、破線
矢印Ｈ２の向きの変位を第２の可動部材１５に伝達する
だめの突起部をレバーＬに設けている。

第４図は本発明の第２の実施例を示す側面図である。圧
電体４は駆動電圧に応じて縮んで矢印りの向きの歪を発
生させる。圧電体４の下端は固定部材２に固着されてお
り、圧電体４に生ずる歪は第１の結合部材１０を介して
第１の可動部材１３に伝達される。第２の結合部材１２
を介して固定部材２に支持されている第１の可動部材１
３の一端に設けた突起部には、矢印Ｅの向きの変位を生
ずる。弾性をもつ第３の結合部材１４０弾性力によシ第
１の可動部材１３の突起部に酒液している第２の可動部
材１５は、第１の可動部材１３の突起部に矢印Ｅの向き
の変位を生ずるとこれに伴なって動き、ビン１６が矢印
Ｆの方向に印字動作を行なう。固定部材２は、第１ｆ！
、いし第３の結合部材１０．１２および１４．ならびに
第１および第２の可動部材１３および１５とともに金属
で一体に形成されておシ、これによシュニットの組立工
数を節減している。同図のユニットでは、駆動市川に応
じ生じていた圧電体４の歪がなくって復帰するときに圧
電体４に引張力が作用するが、第２図ｆｂｌのユニソ）
と同様に第１の可動部１３の突起部と第２の可動部材１
５とは固着されておらず両者が尚接するようにしである
ので」両者を固着した場合に比べて圧電体４に引張力を
与える慣性力のモーメントの大きさを軽減でき、圧電体
４に大きな引張力が作用して破損を生じさせることを防
止できる。

第５図ｔａ＋〜（Ｃ１は第３図（ａ）〜（ｆ）における
板状の結合部ＰおよびＱの形成例を示す斜視図である。

板状の結合部ＰおよびＱは圧電体４の歪に応じ屈曲しな
がらレバーＬに変位を伝達する。この屈曲のために消費
されるエネルキーを減らすには板厚を小さくすれはよい
が、小さくし過ぎると歪の伝達が行われ難くなる。第５
図（′ａ）〜（Ｃ）は、この難点を１３− 解決するための形成例を示す。同図ｆａｌおよび（ｂｌ
は。

それぞれ一方の板面および両方の板面に溝を設けて板厚
が小さな箇所を有するように形成したものを示す。同図
（ｃｌは、２枚の板の間に薄板を接合して板厚の小さな
箇所を設けたものを示す。いずれの場合においても、板
厚の小さな箇所を設けるととにより変位伝達の際に屈曲
する箇所が板厚の小さな箇所に限定されるから、屈曲に
消費されるエネルギーが少なくてすみ且つ良好な変位伝
達動作を行わせることができる。

第６図（ａｌおよび（ｂｌは、第２図（ａ）および（ｂ
）あるいは第４図のユニットにおける圧電体４の構成例
を示す斜視図である。いずれも圧電体４の内部には電極
５１および５２をそれぞれ複数個ずつ交互に平行に配置
して設けてあり、電極５１および５２はそれぞれ一対の
電極５の一方に接続されている。

第６図ｔａ）　ハジルコン・チタン酸鉛などの圧電材料
を用いる場合を示し、電極５１および５２間に予１４− 向）の駆動電圧が電極５を介して電極５１および５２間
に印加されると、圧電体４は矢印Ｔ（あるいはＳ）の方
向に伸び（あるいは縮み）機械的な歪を発生させる。従
って駆動電圧の方向すなわち極性を選定して所望の方向
の歪を発生させることができる。同図ｆｂ）はマンガン
・ニオブ酸鉛なとの電歪材料を用いる場合を示す。この
場合には、電極５１および５２間に印加される駆動電圧
の極性の向きによらず圧電体４は矢印Ｔの方向に伸びて
歪を発生させ、ヒステリシスの少ない動作を行なうとい
う特徴がある。いずれの場合にも、多層をなして電極５
１および５２を設けることにより。

所定の大きさの歪を圧電縦効果により発生させる際に駆
動電圧を低くすることができ、駆動電圧を発生する回路
が簡単な構成で小形にできる。

以上の説明から明らかなように２本発明には。

圧電縦効果により歪を発生させ且つ動作時に圧電体が大
きな引張力を受けることのない構造にすることにより、
圧電体の破損を防止でき従来より消費電力が少なく且つ
小形な印字ユニットを実現できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の印字ユニットを示す側面図、第２図（ａ
）、第５図（ａ）〜（ｃ）ならびに第６図（ａ）および
（ｂｌは本発明の実施例を示す斜視図、第２図（ｂ）、
第３図（ａｌ〜（ｆ）ならびに第４図は本発明の実施例
を示す側面図である。 ２・・・・・・固定部材、４・・・・・・圧電体、５．
５１，５２・・・・・・電極、６・・・・・・導線、１
０・・・・・・第１の結合部材。 １２・・・・・・第２の結合部材、１３・・・・・・第
１の可動部材、１４・・・・・・第３の結合部材、１５
・・・・・・第２の可動部材、１６・・・・・・ビン。 第１　閃 （ ＄　４　ゾ （（１）　　　　　　（ｂ）　　　　　　（Ｃ）第、５
　閃 第　６　図

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　電極に印加される電圧に応じて圧電縦効果に
   よシ寸法の歪を発生する圧電体と、該圧電体の一方の端
   部を取付は支持する固定部材と、一端が前記圧電体の他
   方の端部に接続する第１の結合部材および一端が前記固
   定部材の第１の所定箇所に接続する第２の結合部材のそ
   れぞれの他端に接続しており前記第１の結合部材を介し
   て伝達される前記圧電体の前記寸法歪に応じて第１の角
   変位を生ずる第１の可動部材と、一端が前記固定■；材
   の第２の所定箇所に接続する第３の結合部材の他端に接
   続しており前記第１の可動部材との当接箇所から伝達さ
   れる前記第１の角変位に応じて第２の角変位を生ずる第
   ２の可動部材と、該第２の可動部材の所定箇所に取付け
   られており前記第２の角変位に応じて所定方向に運動す
   る印字部材とを卸えたことを特徴とする印字ユニ、ント
   。
2. （２）前記第１および第２の結合部材はそれぞれ板状で
   あり両者の板面が所定の角度をなし且つ前記圧電体の前
   記寸法歪が前記第１の結合部材の板前にほぼ沿って前記
   第１の可動部材へ伝達されて前記第２の結合部材の前記
   固定部材に接続する端辺とほぼ平行な軸のまわりに回転
   モーメントを生ずるようにした特許請求の範囲第（１）
   項記載の印字ユニット。
3. （３）板状の前記第１および第２の結合部材は板厚の異
   なる箇所を設けて形成された特許請求の範囲第（２）項
   記載の印字ユニット。
4. （４）　　前記第３の結合部材は板状の弾性材料からな
   り前記第１の角変位に応じて板面がたわむようにした特
   許請求の範囲第（１１項記載の印字ユニット。
5. （５）　　前記圧電体は内部に複数の電極を交互に予め
   定めた間隔でほぼ平行に設けた圧電材料からなる部分を
   有し且つ複数の前記電極の間で予め定めた向きの分極処
   理を施した特許請求の範囲第（１）項記載の印字ユニッ
   ト。
6. （６）　　前記圧電体は内部に複数の電極を交互に予め
   定めた間隔でほぼ平行に設けた電歪材料からなる部分を
   有する特許請求の範囲第（１１項記載の印字ユニット。
7. （７）＠記固定部材と前記第１ないし第３の結合部材と
   前記第１および第２の可動部月とのうちの少なくとも２
   つが一体をなして形成された特許請求の範囲第（１）項
   記載の印字ユニット。