JPH01110160A - 圧電素子の変位変換装置 - 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】 （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に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
の使方の取付面に一端が固定された根ばね材よりなる第
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の両結合部４１゜５１がその板ばね部分の
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根ばねを弾性
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、板ばねの反力を受けて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伯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
クにり構成すると、前記引張荷重を受りて圧電素子が破
１員される場合がある。

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り、し
かも電圧素子の伸縮力の損失を防止して両板ばねを介し
て傾動体を効率よく傾動させることを、その解決す・べ
ぎ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） イして、この発明は、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づ−
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、を備え、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の両端における前
記伸縮方向と直交する方向の断面積よりも前記両端間の
部分の同方向の断面積を小さくした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。

前記連結部材は、前記圧電素子の伸縮方向と直交する方
向の断面積において、その両端の断面積よりも両端間の
部分の断面積が小さいため、その両端は弾性伸縮されに
くく、かつ強度が大となり、両端間の中間部分において
は弾性伸縮され易い構造とすることができる。したがっ
て、連結部材は、その全長において弾性伸縮されるもの
と異なり、その両端はほとんど弾性伸縮されることなく
、ぞの両端間の中間部分において、比較的小さいカで弾
性伸縮される。このため、可動子とフレームの基部とが
前記連結部材の両端においで強固に連結保持され、かつ
圧電素子の伸縮に基づく可動子の変位にともなって、前
記連結部材の両端間の中間部分が軽快に弾性伸縮される
。

（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の伸縮方向とほば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の基部（下端部）には圧電素子２の一端（下ｆｉ：Ｉ
）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く上下方向）に
伸縮される。この圧電素子２のｍ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。ぞして圧電素子
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の細端面（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根ばね８がその一
側板面が面当り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−
側板面が面当り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ボルダ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、両板はね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Ｉｉ！ｉ１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、可動子５とフレーム１基部
の支持部４との間には、圧電素子２の伸縮量に対応して
その伸縮方向に弾性伸縮可能な連結部材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１６ａがフレーム１の支持部４端面に固着され、
上端部１６ｂが可動子５の第２の板はね９と反対側の端
面に固着されている。

前記連結部材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にり
構成されている。ざらに、連結部材１６は、その伸縮方
向に直交する断面積において、前記可動子５とフレーム
１基部の支持部４とに固着される両端部の断面積は大き
く、両端間の中間部分１６Ｃの断面積は、両端部１６ａ
、１６ｂの断面積よりも積極的に小さく形成されている
。

すなわち、この実施例では、連結部材１６の中間部分１
６Ｇには、その−側長手方向に切欠部１７が形成されて
おり、これによって中間部分１６Ｇの板幅はその両端部
１６ａ、１６ｂの板幅よりも小さくなっている。そして
、連結部材１６は、その両端部１６８．１６ｂが弾性伸
縮されにくくかつ強度が増大され、その中間部分１６ｃ
は圧電素子２の伸縮方向に伸縮され易い構造となってい
る。

さらに、圧電素子２の伸縮に基づく可動子５の移動力が
第２板はね９と連結部材１６の中間部分１６Ｃとにほぼ
均等に作用するように、前記連結部材１６の中間部分１
６ｃ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。

なお、圧電素子２の下端面に接着された温度補償材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の上面高さを一定高さに保持し
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
ｍ膨脹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
方向に所定長さだけ伸び、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＆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、第２図
に示？ｌ−ように、所定数の案内部材１８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断たれると、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。

さて、フレーム１基部の支持部４と可動子５との間に、
両端部１６ａ、１６ｂが固着されて圧電素子２の伸縮に
基づく可動子５の変位置に対応して弾性伸縮可能な連結
部材１６は、前記圧電素子２の伸縮方向と直交する方向
の断面積において、その両端部１６ａ、１６ｂの断面積
が大きく、中間部分１６Ｃの断面積が、両端部１６ａ、
１６ｂの断面積よりも積極的に小さくされている。そし
て、前記連結部材１６は、その両端部１６ａ、１６ｂが
弾性伸縮されにくくかつ強度が大となり、中間部分１６
ｃは弾性伸縮され易い構造となっている。

さらに、圧電素子２の伸縮に基づく可動子５の変位力は
、第２板ばね９と連結部材１６の中間部分１６ｃとにほ
ぼ均等に作用するように中間部分１６Ｃの弾性力が設定
′されている。

したがって、連結部材１６は、その全長にわたって略同
−巾に形成され、その全長において弾性伸縮されるもの
と異なり、その両端部１６ａ、１６ｂはほとんど弾性伸
縮されることなく、その中間部分１６ｃにおいて、比較
的小さい力、すなわら、第２板ばね９が弾性変形する程
度の力で弾性伸縮される。このため、連結部材１６は、
その両端部１６ａ、１６ｂにおいて、可動子５とフレー
ム１とを強固に連結保持した状態のもとで、その中間部
分１６ｃが、圧電素子２の伸縮に基づく可動子５の変位
にともなって軽快に弾性伸縮される。

この結果、圧電素子２の伸縮方向に対し、可動子５が傾
くことなく平行に変位し、圧電素子２に曲げモーメント
が作用することを可及的に防止することができる。さら
に、連結部材１６の中間部分１６ｃの弾性伸縮による反
力が原因となる可動子５の変位量（圧電素子２の伸縮量
）の損失を軽減することができ、圧電素子２の伸縮量に
対する傾動部材１０の変位拡大率の向上を図ることがで
きる。

また、この実施例においては、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
２０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Ｔｊ量に対する傾動部月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１］−りが充分に得られる。

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侵、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。

（実施例２） 次に、この発明の実施例２を第４図にしたがって説明す
る。この実施例２においては、連結部材１６と第１．第
２０両板はね８．９の形状を変更したものである。すな
わち、フレーム１基部の支持部４と、可動子５との間に
両端部１６ａ、１６ｂが固着された連結部材１６の中間
部分１６ｃには、その長手方向に所定数の貫通孔１７が
形成されている。ぞして、連結部材１６は、その両端部
１６ａ、１６ｂが弾性伸縮されにくくかつ強度が増大さ
れ、その中間部分１６ｃは圧電素子２の伸縮方向に伸縮
され易い構造となっている。さらに、圧電素子２の伸縮
に基づく可動子５の移動力が第２板ばね９と連結部材１
６の中間部分１６Ｇとに◆　　はぼ均等に作用するよう
に、その中間部分１６ｃの弾性力が設定されている。

また、第１．第２の両板ばね８．９はその両端部が厚肉
とされ、薄肉の中央部において弾性変形されるようにな
っている。その他は、実施例１とほぼ同様であるため、
その説明は省略する。

（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、傾動部材を傾動させるものである。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せることで、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。

特に、前記連結部材は、前記圧電素子の伸縮方向と直交
Ｊ−る方向の断面積において、その両端の断面積よりも
両端間の部分の断面積が小さいため、その両端は弾性伸
縮されにくく、かつ強度が大どなり、両端間の中間部分
においては弾性伸縮され易い構造とすることができる。

したがって、連結部材は、その全長において弾性伸縮さ
れるものと異なり、その両端はほとんど弾性伸縮され′
ることなく、その両端間の中間部分において、比較的小
さい力で弾性伸縮される。このため、可動子とフレーム
の基部とが前記連結部材の両端において強固に連結保持
され、かつ圧電素子の伸縮に基づく可動子の変位にとも
なって、前記連結部材の両端間の中間部分が軽快に弾性
伸縮される。この結果、連結部材の反力が原因となる可
動子の変位没（圧電素子の伸縮量）の損失を軽減するこ
とができ、圧電素子の伸縮けに対する傾動部材の変位拡
大率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３図はこの発明の実施例を示ずもので
、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図は第２図■−■線断面図、第４図はこの発
明の実施例２を丞す斜視図である。 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 出願人　　ブラザー工業株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （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、 を備え、前記可動子とフレームの基部とにそれぞれ固着
   された連結部材の両端における前記伸縮方向と直交する
   方向の断面積よりも前記両端間の部分の同方向の断面積
   を小さくしたことを特徴とする圧電素子の変位変換装置
   。