JPH0669751B2

JPH0669751B2 - ワイヤ駆動機構

Info

Publication number: JPH0669751B2
Application number: JP2-514875A
Authority: JP
Inventors: 紘一安藤; 正博立上; 二郎田沼; 曠菊地; 勝也上村; 達也小山; 竜彦下村
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 1989-11-01
Filing date: 1990-10-26
Publication date: 1994-09-07
Anticipated expiration: 2009-09-07
Also published as: JPH0669751B1

Description

【発明の詳細な説明】（技術分野）本発明はワイヤドッド印字ヘッドに用いられるワイヤ駆
動機構に関し、特に、圧電素子又は磁歪素子を駆動源と
して使用するのに好適なワイヤ駆動機構に関する。

（背景技術）電気的な振動を機械的な振動に変換する性質を有する圧
電素子あるいは磁界によって歪む性質をもつ磁歪素子を
駆動源として使用するようにしたワイヤドッド印字ヘッ
ドが知られている。圧電素子や磁歪素子は高周波の駆動
パルスに追従可能なので、これらの素子を駆動源として
使用すると高速度印字を行なうことができる。

ところで、圧電素子や磁歪素子はこのような利点を有す
るが、その反面、一般的にこれらの素子は伸長量が５μ
ｍ〜15μｍ程度であり、非常に少ない。一方、印字ヘッ
ドにおける印字ワイヤのストロークは最低でも0.3mm程
度必要であり、また、多様な印字媒体に十分な品位で印
字するためには0.5mm程度のストロークが必要である。

これらの素子を印字ヘッドの駆動源として使用する場合
には、例えば日本特開昭59−26273号および日本実開昭6
3−198541号公報に示されるように、素子の振動変位量
を機械的に拡大してから印字ワイヤに伝達するようにし
ている。

しかし、これらの公報によって提案されている従来の印
字ヘッドは、素子の変形量を機械的に拡大して印字ワイ
ヤに伝達する機構の構造が複雑なので製造に手間がかか
る。したがって、製造コストが高くなる上に量産性が悪
い欠点があった。また、日本実開昭63−198541号公報に
示されている機械的変位増幅機構は、変位伝達系の一部
に微少な滑りがあるので摩耗が発生し、装置の寿命が低
下する問題点があった。

また、次に示す文献には、簡単な構造により素子の振動
変位量を拡大する技術が開示されている。

日本特公昭60−54191号公報に示されている方法は、複
数の磁歪素子を使用し、各素子の変位を加算するもので
あり、日本特開昭63−144055号公報に示される方法は、
ホーンにより素子の振動変位量を拡大するものである。

しかしながら、上記２件の文献が開示する技術では、素
子の振動変位量の拡大率が数倍程度しかなく、印字ヘッ
ドとして十分な印字品位を得るには拡大率が小さいとい
う問題があった。

従って、本発明は従来の印字ヘッドが持つ問題点を解消
し、簡単な機構で圧電素子又は磁歪素子の振動変位量
を、十分な印字品位が得られる程度に拡大することが出
来る印字ヘッドのワイヤ駆動機構を提供することを目的
とする。

さらに本発明は、ワイヤ駆動機構の寿命が長く信頼性の
高い印字ヘッドを提供することを目的とする。

（発明の開示）本発明は、一端を固定した２つのアームを平行に設け、
これらのアームを伸縮自在な駆動源の伸縮力で回動させ
ている。この回動により各アームの自由端に前記駆動源
の変形量を拡大した変位量が得られるとともに、この変
位量を一対の支持片を介して駆動体の両側に段違いに加
えて前記駆動体を回動させる。この回動力により印字ワ
イヤーが印字方向に進出して、必要な印字ストロークが
得られる。このことによって、簡単な構成にも拘らず前
記駆動源の変形量を十分に拡大することができ、インパ
クト印字を行なうのに十分な印字ワイヤストロークを得
て良好に印字することができる。したがって、高速度か
つ底消費電力の印字ヘッドを低価格で提供することがで
きる。

（図面の簡単な説明）第１図は、本発明にかかる圧電素子駆動型のワイヤ駆動
機構の要部斜視図であり、第２図は磁歪素子駆動型のワ
イヤ駆機構の正面図であり、第３図は各部の寸法図であ
り、第４図は、圧電素子アッセンブリの平面図であり、
第５図は駆動時の動作説明図であり、第６図は、第１図
で示すワイヤ駆動機構の第１の改良例であるワイヤ駆動
機構の斜視図であり、第７図は、印字ワイヤの変位特性
図であり、第８図は、第１図で示すワイヤ駆動機構の第
２の改良例であるワイヤ駆動機構の斜視図であり、第９
図は、第８図のＨ−Ｈ断面矢視図であり、第10図は、第
７図で示す圧電素子アッセンブリの斜視図であり、第11
図は、第１図の変形例であるワイヤ駆動機構の正面図で
あり、第12図は、第２図の変形例であるワイヤ駆動機構
の正面図である。

（発明を実施するための最良の形態）第１図及び第２図に本発明のワイヤ駆動機構の一実施例
を示す。第１図は圧電素子駆動型のワイヤ駆動機構の要
部斜視図であり、第２図は磁歪素子駆動型のワイヤ駆動
機構の正面図である。第１図は第２図では、駆動源が圧
電素子か磁歪素子かの違いはあるが、その他の構成や動
作については同一である。そこで、以下は圧電素子駆動
型のワイヤ駆動機構を用いて説明する。

第１図において、ベース２の両端から第１のアーム3aお
よび第２のアーム3bをそれぞれ立設して装置のフレーム
１が構成されている。このフレーム１は例えば金属によ
って一体的に形成され、第３図の各部の寸法説明図に示
すように第２のアーム3bの長さl₃は第１のアーム3aの長
さl₂よりも長く形成されている。また、第１および第２
のアーム3a,3bの下端部は他の部分よりも薄く形成さ
れ、これらのアーム3a,3bとベース２との結合部は弾性
を有する屈曲部4a,4bとして構成されている。

第１のアーム3aの上端に第１の板ばね6aが固着されてい
るとともに、第２のアーム3bの上端に第２の板ばね6bが
固着されている。これらの板ばね6a,6bはベース２と平
行、すなわち、第１および第２のアーム3a,3bの長手方
向と直交する方向に向けて配設され、各板ばね6a,6bの
自由端はフレーム１のほぼ中央部において対向してい
る。この場合、第１のアーム3aの長さl₂が第２のアーム
3bの長さl₃よりも短いので、第１の板ばね6aよりも第２
の板ばね6bの方が上方の位置に配設され、両板ばね6a,6
bは段違いになる。

本実施例においては、印字ワイヤ７を印字方向に進出さ
せるための駆動体８をこれらの板ばね6a,6bで支持して
フレーム１のほぼ中央に取り付けている。すなわち、駆
動体８の側壁上に係合溝8a,8bを形成し、これらの係合
溝8a,8bに板ばね6a,6bの先端部をそれぞれ係合させるこ
とにより、第３図に示すように駆動体８をフレーム１の
中心に取り付けている。なお、第３図においては、駆動
体８およびフレーム１の各中心線を上下方向線20として
示している。

このように構成されたワイヤ駆動機構を駆動するための
駆動源として圧電素子5aが用いられる。圧電素子5aは第
１のアーム3aと第２のアーム3bとの間に、その伸長方向
がベース２と平行になるように配設されていて、リード
線９を介して印加される電圧に応じて圧電素子5aが伸縮
することにより印字動作が行なわれる。

また、第４図に示すように、複数の圧電素子5aを接着剤
30で接着し、それぞれの接着面をリード線31a,31bで並
列に連結して圧電素子アッセンブリ５としても良い。

なお、第２図で示す磁歪素子駆動型のワイヤ駆動機構で
は、駆動源として磁歪素子32が用いられており、磁歪素
子32の周囲には磁界を発生するためのコイル33が巻かれ
ている。

次に、この実施例の動作を説明する。なお、以下の説明
における変位および動作は円弧上の運動を含むが、その
回転角度は微少なので変位量は直線に近似する。したが
って、説明を容易にするために円弧上の運動も直線運動
として扱う。また、図面上の方向は左，右，上，下に対
応させてそれぞれ−x,＋x,＋y,−ｙを表現し、単に方向
だけを云う場合は、屈曲部4a,4bを通る左右方向線21に
沿う方向をＸ方向，上下方向線20に沿う方向をｙ方向と
記載する。

先ず、電圧が印加されることにより圧電素子５がｘ方向
に伸長すると、第１のアーム3aが−ｘ方向に押圧される
とともに、第２のアーム3bが＋ｘ方向に押圧される。し
たがって、この場合第１のアーム3aおよび第２のアーム
3bは、屈曲部4a,4bをそれぞれの回動支点として互いに
離れる方向、すなわちち−ｘ方向および＋ｘ方向に微少
角度回動する。

ここで、圧電素子5aの伸び量がδ_０の場合、各アーム3
a,3bと圧電素子5aとの接合部における変位量δ₁,δ_１′
は等しく、圧電素子5aの伸び量δ_０の半分である。すな
わち、となる。

また、回動支点からの長さがl₂である第１のアーム3aの
先端部での変位量δ_２は、となり、回動支点からの長さがl₃である第２のアーム3b
の先端部での変位量δ_３は、となる。

各アーム3a,3bの先端部における変位は板ばね6a,6bを介
して駆動体８に伝えられる。前述したように、これらの
板ばね6a,6bは支点からの長さがそれぞれl₂,l₃である各
アームの自由端に接合され、かつｘ軸と平行に取り付け
られている。したがって、これらの板ばね6a,6bの先端
部と係合している駆動体８上の係合溝8a,8bは、左右方
向線21からそれぞれl₂,l₃の距離にある。ここで、第５
図の回動動作説明図（Ａ）において矢印13,14で示すよ
うに、変位量δ₂,δ_３に基く力が係合溝8a,8bに加えら
れると、この場合、距離l₃＞l₂であるから、駆動体８は
第５図（Ｂ）に示すようにｙ軸上の仮想の回動中心点10
を中心に右回りに回転させられる。この場合、駆動体８
の回転角θは近似的に、と表わすことができる。

このように駆動体８が回転することにより印字ワイヤ７
がｘ方向に変位する。この場合、駆動体８と印字ワイヤ
７との結合点から仮想回動中心点10までの距離をl₇とす
ると、印字ワイヤ７の変位量δ_４（第３図中点線の位置
まで動く量）は、で表わされる。

ここで、なので、（５）式は、となる。第（６）式より、圧電素子5aの変形量δ_０と印
字ワイヤ７の変位量δ_４との比、すなわち、機械的変位
増幅度Ａは、となる。

ここで、各部の長さが、l₁＝2mm,l₂＝12mm,l₃＝13mm,l₇
＝10mmの場合、これらの数値を（７）式に代入して機械
的増幅度Ａを求めると、となり、圧電素子5aの変形量δ_０を、62.5倍も拡大する
ことができる。したがって、例えば圧電素子5aの変形量
δ_０が10μｍの場合、10μｍ×62.5＝0.625mmとなり、
ワイヤドッド印字ヘッドの変位量として十分な値が得ら
れる。

なお、本実施例ではＵ字状のフレームの腕は長さを変え
て平らな板バネ可動部材を互い違いに支持するようにし
たが、腕の長さは同じにし、板バネを段曲げ状にして可
動部材を互い違いに支持するようにしてもよい。

第６図は、第１図のワイヤ駆動機構の第１の改良例であ
り、前述の印字ヘッドよりもさらに大きな振動変位量が
得られるように改良されたワイヤ駆動機構の要部斜視図
である。

第６図に示すワイヤ駆動機構においては、圧電素子アッ
センブリ５と第２のアーム3bとの間にホーン11を介設し
ている。このホーン11は、例えば金属などによって中実
に形成されていて、一方の端面が大きな円形形状に形成
され、他方の端面が小さな円形形状に形成されている。
このように構成されたホーン11は、大きな面積に形成さ
れている一方の端面11aを圧電素子アッセンブリ５に向
けるとともに、小さな面積に形成されている他方の端面
11bを第２のアーム3bの方向に向けて圧電素子アッセン
ブリ５と第２のアーム3bとの間に介設されている。そし
て、ホーン11を接着などによって圧電素子アッセンブリ
５に固着することにより、振動による弛み等が生じない
ようにしている。

このような構成により、圧電素子の振動変位をホーン11
で拡大してアーム3a,3b間に作用させているので、圧電
素子の数を増やしたり、或いは圧電素子に印加する電圧
を上げたりすることなく大きなワイヤ変位が得られる。
第７図は、圧電素子アッセンブリ５に印加する電圧とワ
イヤの変位との関係と示す図であり、特性Ａはホーン11
を設けたワイヤ駆動機構を有する印字ヘッドの特性、特
性Ｂはホーン11が設けられていない第１図の印字ヘッド
の特性を示している。

第７図から明らかなように、ホーン11を有する印字ヘッ
ドは印加電圧が同じならば大きなワイヤ変位が得られ
る。逆に言えば、所定のワイヤ変位が得るための印加電
圧を下げることができる。

なお、ホーン11の形状や大きさなどは使用状態に応じて
種々に形成することができる。また、上記実施例におい
ては圧電素子アッセンブリ５の一端側にのみホーン11を
固着したが、ホーン11の形状等を工夫することにより圧
電素子アッセンブリ５の両端に取り付けて変位を更に拡
大することも可能である。

第８図乃至第10図は、第１図のワイヤ駆動機構の第２の
改良例である。

第８図は第２の改良例であるワイヤ駆動機構の要部斜視
図であり、第９図は第８図のＨ−Ｈ断面矢視図である。
又、第10図は第８図の圧電素子アッセンブリの斜視図で
ある。第１図との違いは第８図，第９図に示すように圧
電素子アッセンブリ５を第１および第２のアーム3a,3b
間にねじ24で固着したことである。固着に際しては、所
定のねじ締め力で圧電素子アッセンブリ５を圧縮してい
る。圧電素子アッセンブリ５は第10図に示すように両端
面に金属片（例えば鉄板）26,27を接着している。

次に動作について説明する。印字時、圧電素子アッセン
ブリ５に所定の電圧を印加すると、圧電素子アッセンブ
リ５は圧縮された状態から歪のない状態になる。この動
作の間にフレーム１の第１および第２のアーム3a,3bは
それぞれ屈曲部4a,4bで撓み、印字作動を行う。

したがって、上述の第２の改良例で示す構成とすれば、
伸長に対して構造上弱い性質を持つ圧電素子であって
も、圧電素子の圧縮された状態及び歪のない状態の間を
利用して印字動作を行うようにしたので、圧電素子の寿
命は伸び、その結果ワイヤ駆動機構の寿命も伸びて信頼
性の高いワイヤドッド印字ヘッドを提供できる。

さらに、Ｕ字状のフレームの第１および第２のアーム間
に圧電素子を取付ける際は、ねじ等の調整手段を用いる
ようにしたので、複数の圧電素子を接着剤等で固着して
アッセンブリにするとき、その全長の寸法管理は不要と
なって製造歩留りのよい安価なワイヤドッド印字ヘッド
を提供できる。

第11図及び第12図は、第１図及び第２図で示すワイヤ駆
動機構の変形例であり、一方のアームを回動可能に設
け、他方のアームは固定して設けたものである。

以下、第11図を用いて本変形例を説明する。

フレーム41は、固定されたアームを含むＬ状のベース42
と、回動可能なアーム43と、ベース42とアーム43とを結
合する弾性を有する屈曲部44とから構成される。

ベース42とアーム43との間には、圧電素子アッセンブリ
５が固定されている。

なお、第12図で示す印字ヘッドでは、ベース42とアーム
43との間に磁歪素子32が固定され、磁歪素子32の周囲に
コイル33が巻かれている。

ベースの42の端部42aには、第１の板バネ46aが固着さ
れ、またアーム43の端部43aには第２の板バネ46bが固着
されている。端部42aと端部43aの水平方向の位置は、ず
れており、したがって、第１の板バネ46aと第２の板バ
ネ46bは、一直線上に乗らないようになっている。この
第１の板バネ46aと第２の板バネ46bの先端部が、一端に
印字ワイヤ47を固着された駆動体48の２つの係合溝48a,
48bに係合されている。

次に、本実施例の動作を説明する。

圧電素子アッセンブリ５に電圧を印加すると、ｘ方向に
伸長し、アーム43を＋ｘ方向に押す。この力によって、
アーム43は、屈曲部44を支点として、微小角度回転す
る。ここで、圧電素子５の伸び量をΔx₀とすると、アー
ム43の圧電素子５との接合点での変位量はΔx₁＝Δx₀で
あり、アーム43の端部43aでの変位量はである。

この変位Δx₂は、第２の板バネ46bによって、駆動体48
に伝えられる。前述のように、第１の板バネ46aと第２
の板バネ46bは一直線上に乗っておらず、さらに、駆動
体48の一方の係合溝48aはベース42と連結され変位しな
い為、駆動体48は、係合溝48aを支点としてもう一方の
係合溝48bでΔx₂だけ微小角度回転する。

第１の板バネ46aと第２の板バネ46bの間隔をl₃、係合溝
48aと印字ワイヤ接合部の間隔をl₄とすると、印字ワイ
ヤ47の変位量は、となる。

したがって、本実施例の機械的変位拡大率は、となる。

ここで、具体的な数値を仮定してΔx₃/Δx₀を計算して
みる。

l₁＝2mm,l₂＝13mm,l₃＝1mm,l₄＝10.5mmのとき、であるから、68.25倍の拡大率となり、圧電素子５の歪
量Δx₀＝10μｍとすると、印字ワイヤ48の変位は、0.68
25mmになる。

（産業上の利用分野）以上のように、本発明にかかるワイヤ駆動機構は、ドッ
トマトリックスタイプのラインプリンタやシリアルプリ
ンタのワイヤ印字ヘッド、特に高速印字が可能なワイヤ
印字ヘッドに用いるのに適している。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者菊地曠東京都港区虎ノ門１丁目７番12号沖電気工業株式会社内 (72)発明者上村勝也東京都港区虎ノ門１丁目７番12号沖電気工業株式会社内 (72)発明者小山達也東京都港区虎ノ門１丁目７番12号沖電気工業株式会社内 (72)発明者下村竜彦東京都港区虎ノ門１丁目７番12号沖電気工業株式会社内 (56)参考文献特開昭63−194955（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−55158（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一端をそれぞれ固定されて互いに平行にか
つ上記固定されている一端を中心として回動可能に設け
られる第１および第２のアームと、前記第１および第２のアーム間に配置され、伸縮により
前記第１および第２のアームを回動させてこれらのアー
ムの自由端をそれぞれ変位させる駆動源と、それぞれの一端が前記第１および第２のアームの自由端
に取り付けられるとともに、それぞれの他端が前記アー
ム間のほぼ中心部において上下方向で段違いに対向し、
前記各アームの自由端の変位に伴なって前記駆動源の伸
縮方向とほぼ平行な方向に進退する一対の支持片と、前記第１および第２のアーム間に配置され、かつ前記一
対の支持片のそれぞれの他端によって支持される駆動体
と、前記駆動体に取り付けられ、前記駆動体が前記各アーム
自由端の変位力で回動させられることにより前記一対の
支持片が進退する方向とほぼ同じ方向に進退する印字ワ
イヤとを具備することを特徴とするワイヤ駆動機構。
【請求項２】前記第２のアームが前記第１のアームより
長く形成されることを特徴とする請求の範囲第１項記載
のワイヤ駆動機構。
【請求項３】前記駆動源の伸縮の度合を拡大するホーン
を、前記駆動源側に面積が大きい方の端面を向けて前記
駆動源と前記アームとの間に設けたことを特徴とする請
求の範囲第１項記載のワイヤ駆動機構。
【請求項４】前記駆動源が、磁界に応じて伸縮の度合が
変化する１以上の磁歪素子により構成されることを特徴
とする請求の範囲第１項記載のワイヤ駆動機構。
【請求項５】前記駆動源が、印加される電圧に応じて伸
縮の度合が変化する１以上の圧電素子により構成される
ことを特徴とする請求の範囲第１項記載のワイヤ駆動機
構。
【請求項６】前記アーム間に配置した前記圧電素子を圧
縮して支持する調整部材を設けたことを特徴とする請求
の範囲第５項記載のワイヤ駆動機構。
【請求項７】前記調整部材は１以上の前記圧電素子から
構成される前記駆動源の両端面に固着した金属片と、前
記アームの一方に設けたねじとから構成されることを特
徴とする請求の範囲第６項記載のワイヤ駆動機構。
【請求項８】一端をそれぞれ固定して互いに平行にかつ
どちらか一方のみを前記固定している一端を中心として
回動可能に設けるとともに、一方が他方よりも所定の長
さだけ長く形成される第１および第２のアームと、前記第１および第２のアーム間に配置され、伸縮により
前記第１又は第２のアームのいずれか一方のみを回動さ
せてこのアームの自由端を変位させる駆動源と、それぞれの一端が前記第１および第２のアームの自由端
に取り付けられるとともに、それぞれの他端が前記アー
ム間のほぼ中央部において上下方向で段違いに対向し、
前記各アームの自由端の変位に伴なって前記駆動源の伸
縮方向をほぼ平行な方向に進退する一対の支持片と、前記第１および第２のアーム間に配置され、かつ前記一
対の支持片のそれぞれの他端によって支持される駆動体
と、前記駆動体に取り付けられ、前記駆動体が前記各アーム
自由端の変位力で回動させられることにより前記一対の
支持片が進退する方向とほぼ同じ方向に進退する印字ワ
イヤとを具備することを特徴とするワイヤ駆動機構。
【請求項９】前記駆動源が、磁界に応じて伸縮の度合が
変化する磁歪素子であることを特徴とする請求の範囲第
８項記載のワイヤ駆動機構。
【請求項１０】前記駆動源が、印加される電圧に応じて
伸縮の度合が変化する圧電素子であることを特徴とする
請求の範囲第８項記載のワイヤ駆動機構。