JPS63307961A

JPS63307961A - 圧電素子の変位変換装置

Info

Publication number: JPS63307961A
Application number: JP62144368A
Authority: JP
Inventors: Akira Iriguchi; 明入口; Yoshiyuki Ikezaki; 由幸池崎; Atsuo Sakaida; 惇夫坂井田
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 1987-06-10
Filing date: 1987-06-10
Publication date: 1988-12-15
Anticipated expiration: 2011-11-20
Also published as: JP2555608B2

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、圧電素子の変位変換装置に関し、主として
、ワイヤドツト形式の印字ヘッドにおいて、電圧の印加
による圧電素子の伸縮量を拡大し、これを印字ワイヤに
伝達して進退させるようにした圧電素子の変位変換機構
に関するものである。

（従来の技術）圧電素子の変位変換装置には、例えば、特開昭５７−１
８７９８０号公報に開示されたものがある。すなわち、
これにおいては、直角に交わる２つの取付面を有する取
付部１１の一方の取付面に圧電体３の一端が固着される
。圧電体３の他端には板ばね材よりなる第１の結合部４
１がその一端において固定され、この第１の結合部４１
の他端に可動部２１が取付けられる。また、取付部１１
の他方の取付面に一端が固定された板ばね材よりなる第
２の結合部５１の他端が前記可動部２１と固定されてい
る。そして、電圧の印加による圧電体３の伸びによって
、第１．第２の固結合部４１゜５１がぞの板ばね部分の
略全体において撓み変形されることで、可動部２１が傾
動される。

（発明が解決しようとする問題点）ところで、圧電素子の伸びによって一対の板ばねを弾性
変形させ、傾動部材を傾動さけるように構成したものに
おいては、板ばねの反力を受１ノで圧電素子に曲げモー
メントが発生する。そして、この曲げモーメントによっ
て圧電素子の一側に圧縮荷重が他側に引張荷重が作用す
る。このため、圧電素子を引張荷重にもろい圧電セラミ
ックより構成すると、前記引張荷重を受けて圧電素子が
破損される場合がある。

そこでこの発明では、板ばねの反力が原因となる圧電素
子の曲げモーメントを軽減して耐久性の向上を図ること
を、その解決すべき技術的課題とするものである。

（問題点を解決するための手段）そして、この発明は、電圧の印加により伸縮する圧ｌ！
素子と、その圧電素子を伸縮方向の一端において固着す
る基部を有し、その基部から前記伸縮方向に延在するフ
レームと、前記圧電素子の伸縮方向の他端に固着された
可動子と、前記可動子とその可動子に隣接するフレーム
部分とにそれぞれ一端が固着され、前記伸縮方向に延在
する一対の板ばねと、その両板ばねの他端側に固着され
た傾動部材と、前記圧電素子に沿って延在するフレーム
部分とは反対側において圧電素子に沿って配置され、両
端において前記可動子とフレームの基部とにそれぞれ固
着された連結部材と、から構成され、前記圧電素子の伸
縮に基いて可動子を連結部材の弾性に抗してほぼ平行に
変位させ、可動子に固着された一方の板ばねを、フレー
ムに固着された他方の板ばねに対して湾曲させることに
より傾動部材を傾動させる構成にしたものである。

（作　用）上記構成によれば、電圧の印加によって圧電素子が伸縮
されると、これに基いて、前記圧電素子の伸縮方向他端
に固着された可動子が、連結部材の弾性に抗し、かつこ
の可動子に固着された一方の板ばねをフレームに固着さ
れた他方の板ばねに対して湾曲°させながら平行に変位
することで、傾動部材が傾動される。このようにして、
電圧の印加による圧電素子の伸縮時において、その伸縮
方向他端に固着された可動子の変位力が、その一方の板
ばねに対してのみ片寄ることがなく、連結部材にも作用
し、可動子が平行に変位されるため、板ばねの反力が原
因となる圧電素子の曲げモーメントの発生が防止される
。

（実施例）以下、この発明の一実施例を図面にしたがって説明する
。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
より伸縮する圧電素子２を支持するためのフレーム１は
、その圧電素子２の伸縮方向とほぼ平行する縦長四角形
で所定板厚の金属板より構成されている。このフレーム
１の−・側上端部には圧電素子２の一端（下端）を温度
補償材３を介して支持する支持部４が横方向に突設され
ている。

圧電素子２は、積層状をなす圧電セラミックより構成さ
れており、電圧の印加によって積層方向（上下方向）に
伸縮される。この圧電素子２の一端面には、温度補償材
３が接着材等によって固着されている。そして圧電素子
２は、その温度補償材３において、前記支持部４の支持
面４ａ上に支持されている。

圧電素子２の他端面（上端面）には四角形状の可動子５
が接着材等によって固着されている。この可動子５は、
その−側がフレーム１の一側上部と所定の隙間をもって
対向している。フレーム１と可動子５との対向面には、
一対をなす第１．第２の両板ばね８．９を固着するため
のばね取付面６．７が、圧電素子２の伸縮方向に平行し
てそれぞれ平坦面に形成されている。

フレーム１のばね取付面６には、第１板ばね８がその一
側板面が面出すした状態においてろう付は等によって固
着されている。

可動子５のばね取付面７には、第２板ばね９が、その−
側板面が面出すした状態においてろう付は等によって固
着されている。さらに、第２板ばね９は、前記第１板ば
ね８とその対向面を互いに接触した状態において移動可
能に重合されている。

前記第１．第２の両板ばね８，９は、その各取付面６．
７より圧電素子２の伸縮方向に所定長さだけ延出されて
いる。そして、第１．第２の両板ばね８．９の先端部に
は傾動部材１０が固着されている。傾動部材１０は、そ
の基部の剛性の高いホルダ１１と、先端側の軽量なアー
ム１２とを主体として構成されている。

前記ホルダ１１は、その下面に凹設された溝１３に第１
．第２の両板ばね８，９の先端部がそれぞれ挿入された
状態において、両板ばね８，９の対向面反対側とろう付
けによって固着されている。

ホルダ１１の前側面に凹設された溝１４にはアーム１２
の基部が挿入されてろう付けによって固着されている。

アーム１２の先端には印字ワイヤ１５の基端がろう付け
によって固着されている。

電圧の印加による前記圧電素子２の伸縮方向に可動子５
を平行に移動させるために、フレーム１と可動子５との
間には弾性変形可能な連結部材１６が配設されている。

この連結部材１６は、前記フレーム１と反対側において
、圧電素子２の積層方向に沿って縦長で、その下端部が
フレーム１の支持部４端面に固着され、上端部が可動子
５の第２の板ばね９と反対側の端面に固着されている。

さらに、連結部材１６は、フレーム１の板面と平行する
平面において板幅を有しそれと直角な方向に薄肉の板材
より構成されている。そして、圧電素子２の伸びにとも
なう可動子５の移動力が第２板ばね９と連結部材１６と
にほぼ均等に作用するように、前記連結部材１６の弾性
力が設定され、これによって可動子５が圧電素子２の伸
縮方向に平行移動されるようになっている。

また、この実施例では、前記連結部材１６の上端部に、
傾動部材１０が傾動１１帰したときに、そのアーム１２
の一側を当接支持するための低反発ゴムよりなるストッ
パ１７が配設されている。このストッパ１７には、連結
部材１６に対する接着溝１８が形成されている。そして
、連結部材１６の上端部に対し、ストッパ１７がその接
着溝１８において嵌挿され、ストッパ１７の一側面に貫
設された接着剤充填用の孔１９から接着剤を接＠満１８
に充填することで、連結部材１６にストッパ１７が固着
される。

なお、圧電素子２の下端面に接着された湿度補償材３は
、周囲の温度変化による圧電素子２の収縮を、伸びによ
って修正し、圧電素子２の上面高さを一定＾さに保持し
ている。

また、前記温度補償材３の下面を支持する支持！！１４
には、その支持面４ａ上の温度補償材３の下面を僅かに
突上げることで、連結部材１６及び第２板ばね９のばね
力を圧電素子２に作用させ、この圧電素子２に対し常時
圧縮力を加えるための押上げビン２０が打込まれた後、
ビーム溶接によって押上げビン２０が支持部４と一体に
固着されている。

また、この実施例では、フレーム１と連結部材１６とは
線膨張率が同一の材料より構成され、温度変化に対処で
きるようになっている。

この実施例は上述したように構成される。したがって、
°圧電素子２の両電極間に電圧が印加されると、圧電素
子２は、その積層方向、すなわち、第２図において矢印
Ｘ方向に所定長さだ番ノ伸び、これにともなって可動子
５が移動される。すると、可動子５の移動力を受けて第
２板ばね９が、第１板ばね８に沿って押上げられ、同第
２板ばね９が可動子５と傾動部材１０のホルダ１１との
間において湾曲状に弾性変形される。第２板ばね９の湾
曲状の弾性変形によって第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、第１板ばね８が若
干、弾性変形されるとともに、傾動部材１０が傾動され
る。そして、傾動部材１０先端の印字ワイヤ１５が、所
定数の案内部材２１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、第２の板ばね
９の湾曲状の弾性変形によって傾動部材１０を傾動させ
ることで、圧電素子２の伸びが著しく拡大されて印字ワ
イヤ１５に伝達される。

圧電素子２に対する電圧の印加が所たれると、圧電素子
２は元の状態に短縮される。すると、可動子５、第１．
第２の両板ばね８，９及び傾動部材１０が元の状態に復
帰され、印字ワイヤ１５が後退復帰される。

またこの実施例では、フレーム１と可動子５との対向面
に、圧電素子２の伸縮方向に平行する平坦なばね取付面
６．７を形成し、これら各ばね取付面６．７に、第１．
第２の両板ばね８，９の一側面を面当りさせて、ろう付
は等によって固着することで、フレーム１と可動子５に
対する第１゜第２の両板ばね８，９の固着面積を積極的
に大きくすることができる。この結果、フレーム１と可
動子５に対し、第１．第２の両板ばね８．９をイれぞれ
強固にかつ安定よく固着することができる。

また両板ばね８，９の固着面積の増大にともないフレー
ム１と可動子５の体積が大きくなり、それによりフレー
ム１と可動子５の剛性を高めることができる。

さらに、第１．第２の両板ばね８．９の先端部を固着す
るホルダ１１に、板ばね８，９とほぼ同じ幅をもたせ、
そのホルダ１１の体積を大ぎくすることで、ホルダ１１
の剛性を高めることができる。これらフレーム１、可動
子５、ホルダ１１の剛性が高いことにより、板ばね８，
９の変形部分をフレーム１、可動子５とホルダ１１との
間のみに限定でき、変位拡大率の低下を抑えることがで
きる。しかも、板ばね８，９、フレーム１、可動子５、
ホルダ１１の余計な振動がなくなり、傾動部材１０が静
止するまでの時間を短く、すなわち傾動部材１０と板ば
ね８，９とからなる可動部分全体の固有振動数を高め、
傾動部材１０の高速運動を達成することができる。

また、前記第１．第２の両板ばね８，９の対向面を互い
に接触させることで、第１．第２の両板ばね８，９を所
定距離をもって離反させたものと異なり、圧電素子２の
伸び量に対する傾動部材１０の変位拡大率を高めること
ができ、印字に必要な印字ワイヤ１５のストロークが充
分に得られる。

さて、フレーム１の支持部４端面と、可動子５の第２板
ばね９の反対側端面との間に弾性変形可能な縦長の連結
部材１６の両端をそれぞれ固着し、圧電素子２の伸びに
ともなう可動子５の移動力を第２板ばね９と連結部材１
６とで均等に受けるように構成した。このため、圧電素
子２の伸縮方向に可動子５を平行移動させることができ
、圧電索子５に曲げモーメントが作用することを防止す
ることができる。この結果、引張荷重にもろい特性をも
つ圧電セラミックより圧電素子２を構成した場合でも、
その破損を防止して、耐久性の向上を図ることができる
。

さらに、この実施例では、フレーム１、連結部材１６及
び可動子５がそれぞれ別体に形成された後、これら各部
品がろう付は等によって一体状に固着される。これによ
って、フレーム１の支持部４の支持面４ａや、可動子５
下面の仕上加工が容易で、かつ高精度に仕上げることが
できる。このため、電圧の印加による圧電素子２の伸縮
を可動子５及び第２板ばね９に確実に伝達させることが
できる。

（発明の効果）以上述べたように、この発明によれば、電圧の印加によ
°る圧電素子の伸縮に基づいて、可動子を連結部材の弾
性に抗し、かつこの可動子に固着の板ばねを、フレーム
に固着の板ばねに対して湾曲させながら平行に変位させ
ることで、傾動部材を傾動さけるものである。すなわち
、圧電素子の伸縮に基づく可動子の変位力を、この可動
子に固着の板ばねに対してのみ片寄って作用させること
なく、連結部材にも作用さけることひ、可動子を平行に
変位させることができる。この結果、板ばねの反力が原
因となる圧電素子の曲げモーメントの発生を防止するこ
とができるため、引張り荷重にもろい特性をもつ圧電セ
ラミックによって圧電素子を構成しても、その圧電素子
の破損を防止す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
ヘッドの要部を示す斜視図、第２図は側面図、第３図は
平面図である。１・・・フレーム２・・・圧電素子５・・・可動子８・・・第１板ばね９・・・第２板ばね１０・・・傾動部材１６・・・連結部材

Claims

【特許請求の範囲】

（１）電圧の印加により伸縮する圧電素子と、その圧電
素子を伸縮方向の一端において固着する基部を有し、そ
の基部から前記伸縮方向に延在するフレームと、前記圧電素子の伸縮方向の他端に固着された可動子と、前記可動子とその可動子に隣接するフレーム部分とにそ
れぞれ一端が固着され、前記伸縮方向に延在する一対の
板ばねと、その両板ばねの他端側に固着された傾動部材と、前記圧
電素子に沿って延在するフレーム部分とは反対側におい
て圧電素子に沿つて配置され、両端において前記可動子
とフレームの基部とにそれぞれ固着された連結部材と、から構成され、前記圧電素子の伸縮に基いて可動子を連
結部材の弾性に抗してほぼ平行に変位させ、可動子に固
着された一方の板ばねを、フレームに固着された他方の
板ばねに対して湾曲させることにより傾動部材を傾動さ
せることを特徴とする圧電素子の変位変換装置。
（２）前記フレームと可動子とは別体に製作され、前記
連結部材の両端に一体に接合されている特許請求の範囲
第１項に記載の圧電素子の変位変換装置。
（３）前記連結部材は、前記フレームと圧電素子とに沿
う平面と平行な方向において幅広く、それと直角な方向
において薄い断面を有している特許請求の範囲１項に記
載の圧電素子の変位変換装置。
（４）前記連結部材は、前記圧電素子に常時圧縮力を与
えている特許請求の範囲第１項に記載の圧電素子の変位
変換装置。