JPH03243359A - 圧電素子の運動変換装置 - 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、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かなされた特願昭６２−２７７１６
９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機構は、第１１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、或いは圧電素子１の伸縮
運動可動子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。

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の往復運動に遅れか生じる。特に、圧電素子１に対し
電圧の印加か断たれ、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
張力か作用する。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かＩ’ｊｉｍされると
いう問題点があった。

そこで本出願人は、上記問題点を解決する構成として、
特願昭６３−２０６５３９号の願書に添付した明細書及
び図面に示される装置を提案した。

この装置は、前記基部、可動子及び圧電素子の相互の対
向面のうち、少なくとも一ケ所の対向面に接離可能な非
結合部を設けたものである。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら非結合部両側に設けられた接離層は一般に
熱固化性接着剤等を用いて接着されている。しかしこの
前記非結合部の間隔は非常に狭く（０，４ｍｍ程度）そ
のため、加熱時等に粘性の低下した接着剤が前記非接合
部に流入し、非結合部か固着してしまうことがある。

また、接着剤を用いずに構成をした場合、或いはいずれ
かの対策により上記問題点を解決した場合におＬ・ても
、接離層の位置決めの精度を高くすることか困難である
といった問題点があった。

本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、
接着剤を用いて構成した場合においては、非結合部への
接着剤の流入を防ぐことにより、確実に動作可能で且つ
耐久性の高い運動変換装置を提供することを目的とする
。

また、接離層の取付時において、その取付精度を容易に
高め得る装置を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を解決するために本発明の運動変換装置は、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置された可
動子と、この可動子に連結され、前記圧電素子の伸縮運
動を拡大する運動変換機構とを備え、前記基部、可動子
及び圧電素子の相互の対向面のうち、少なくとも一組の
対向面対間に接離可能な非結合部を備えた運動変換装置
であって、前記非結合部を挟む対向面対中なくとも一方
に、該対向面部形状と嵌合可能な形状を有する接離層を
嵌合させたことを特徴とするものである。

［作用］ 上記構成を有する本発明の運動変換装置では、圧電素子
が急速に縮んた場合に、前記非結合部が開く。そのため
、圧電素子はその切りはなされた位置よりも下流側の質
量等に起因する引張力から解放される。従って、圧電素
子が過大な引張力により破壊されることがない。

また、前記接離部は、上記のように前記非結合部を生じ
させた対向面の形状に対して嵌合可能となっているため
、上記部材を嵌合させることにより、両者の位置合わせ
を行う。

また、両者の接合は接着剤により行なってもよい。この
とき接着剤は、両者の嵌合部に充填された形状となるの
で、例え加熱等の処理により接着剤の粘度が低下しても
表面張力等の作用により、接着剤が流出することはない
。

［実施例］ 以下、この発明の一実施例を第１図〜第１０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２図と第３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
クス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か配設されている。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たけ幅広に形成され、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
縮方向に所定長さたけ延出されている。そして、両板ば
ね６．７の他端部（延出端部）には傾動体８が画板ばね
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の座屈や折損か積極的に防止され、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’ＩＲ１０ａ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。尚
、前記傾動体８は、第２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穴９が適宜に間接されて
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かそ
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の他端（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ｌ１１６は、第５図に示
すように、−枚の弾性変形可能な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、これら周繞リンク部
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、前記各一方の縦すンク部１
８の下部には、連結プレート３０か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の剛性か高められている。

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か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たけメインフレーム２．サ
ブフレーム４及び可動子５の板厚か軽減されており、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か
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同サブフレーム４の延出端部薄肉部
４ａか形成されている。

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。

尚、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され
る。また、前記温度補償材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の上下方向の延びによって修正し、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１
２、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３１，３２か設けられる。この接離層３１゜３
２の形状について第１図を参照して説明する。

この接離層３１，３２は、同図（ａ）及び（ｂ）に側面
図及び下方より見た図に示す様に、圧電素子１或いは可
動子５の互いに対向面部の形状を覆う凹部を有した形状
となっている。この凹部は、同図（ｃ）に示す様に前記
対向面部と嵌合可能であるとともに、それらに嵌合され
た状態において、互いに凹部形成面の裏側の面が向かい
合うように位置が調整されている。そして上記凹部に接
着剤を適量流し込んだ後、前記嵌合面に嵌合させ、体状
としている。両者の嵌合時や加熱時において、多少の接
着剤の溢れは許容される。これは溢口が非結合部を構成
する面に対して逆側となっているため溢れた接着剤が、
非結合部を接着してしまうことがないからである。

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形成されている。

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は板ばね
７の弾性変形部７ｂよりも剛性か高くかつ圧電素子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の両電極間に電圧か印加されると、圧電素子１は、
その積層方向、即ち、第３図において矢印Ｘ方向に所定
長さだけ延び、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が漬曲状に撓む、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３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か変位される
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の傾きか原因となる両板ばね６．７
の撓み量の不足か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かメインフ
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か断たれると、圧電素子
１は元の状態に短縮される。すると、可動子５．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
１１が後退復帰される。

前記圧電素子１か元の状態に短縮され、可動子５か元の
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の短縮よりも可動子
５の復帰か遅れる。

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。

尚、前述した実施例においては、圧電素子１キと可動子
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６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。

さらに、前記実施例では非結合部３３に一対の接離層３
１，３２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。

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。

さらに、前記実施例においては、前記接離層の形状を第
１図に示す様に角キャップ形状としたかそれに限定され
るものではなく、第１０図（ａ）。

（ｂ）にその側面図及び下方より見た図を示す様に、丸
キャップ形状としてもよい。また第１１図（ａ）、　　
（ｂ）にその側面図及び下方より見た図を示す様に、Ｕ
字形状としてもよい。尚、第３図（Ｃ）はこの接離層を
接着した状態を示す図である。尚、この例では、前述の
例と比較すると位置合わせが困難であるが、従来のもの
よりは改善されており、また接触層自体を形成しやすい
といった効果もある。

［発明の効果］ 以上述べたように、この発明は、メインフレームの基部
、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た圧電素
子の運動変換装置であるから、前記圧電素子に対する電
圧の印加が断たれ、同圧電素子か元の状態に収縮され、
可動子か元の位置まで復帰する際、前記可動子の復帰の
遅れに伴って非結合部か接離することて、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
向上を図ることかできるという効果がある。

更に、従来困難であった製造時における接離層の位置合
わせ等も、容易に行えるといった効果もある。

更に、接離層を接着剤により接着していた場合に特に問
題となっていた余剰接着材等による非結合部の接着等の
問題も回避される。

以上に示したように、本発明による装置は製造も容易且
つ確実にでき、そのため歩留まりも高く、従って製品コ
ストも低くできるといった優れた効果を持つ。

【図面の簡単な説明】 図面は本発明の実施例を示すもので、第１図（ａ）乃至
（ｃ）は非結合部の一形態を示す図、第２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３図は同じく側面図、第４図は第３図の■−■線断面
図、第５図は四節の平行リンク機構を示す斜視図、第６
図、第７図。 第８図、第９図（ａ）乃至（ｂ）及び第１０図（ａ）乃
至（ｃ）は他の実施例をそれぞれ示す図、第１１図は先
行技術のものを示す側面図である。 図中、１は圧電素子、２はメインフレーム、６７は板ば
ね、８は傾動体、１０は傾動アーム、１２は温度補償材
、３１．３２は接離層、３３は非結合部である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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置された可動子と、 この可動子に連結され、前記圧電素子の伸縮運動を拡大
   する運動変換機構とを備え、 前記基部、可動子及び圧電素子の相互の対向面のうち、
   少なくとも一組の対向面対間に接離可能な非結合部を備
   えた運動変換装置であって、前記非結合部を挟む対向面
   対の少なくとも一方に、該対向面部形状と嵌合可能な形
   状を有する接離層を嵌合させたことを特徴とする運動変
   換装置。