JPH07242003A - 印字ヘッドにおけるアクチュエータ変位量の拡大機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 構造が簡単で製造コストの低減化を図ること
ができるアクチュエータ変位の拡大機構を提供するこ
と。 【構成】 アクチュエータ１を駆動してその右端を変位
させると、（ｂ）に示すように、板バネ等から構成され
る変位拡大部材２が変形し、その略中央部分が上方に移
動する。このため、変位拡大部材２に取り付けられたヘ
ッド・ピン３が同図上方向に突出し印字動作が行われ
る。変位の拡大率は、変位拡大部材２の長さＨと高さＶ
の比で定まり、長さＨを高さＶより大きくすることによ
り、アクチュエータの変位量を拡大することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、圧電／電歪素子、静電
アクチュエータ等の比較的微小な変位を発生するアクチ
ュエータを用いたインパクト・ヘッドに適用するに好適
な、アクチュエータ変位の拡大機構に関する。

【０００２】

【従来の技術】プリンタ等のインパクト・ヘッドを駆動
するアクチュエータとして、一般に、圧電／電歪素子、
静電アクチュエータ等、比較的微小な変位を発生するも
のが使用されることが多い。このため、アクチュエータ
が発生する変位を目的とする大きさに拡大する必要があ
る。

【０００３】従来、この種の変位拡大機構としては、レ
バー型の拡大機構や座屈型の拡大機構が用いられてい
る。図６はレバー型の拡大機構の従来例を示す図であ
り、１１は圧電素子、１２，１２’は板バネ、１３はレ
バー、１４はヘッド・ピン、１５は固定部である。レバ
ー１３の一方端は、板バネ１２’を介して圧電素子１１
の上端に取りつけられるとともに、板バネ１２を介して
固定部１５に取りつけられており、また、レバー１３の
他方端にはヘッド・ピン１４が取りつけられている。

【０００４】同図において、圧電素子１１が駆動される
と、圧電素子１１の上端は上方に変位する。レバー１３
の一方端は板バネ２により固定部１５に取りつけられて
いるため、圧電素子１１の上端が上方に移動すると、レ
バー１３は同図の矢印方向に回動する。これにより、ヘ
ッド・ピン４が上方に突出し印字動作が行われる。すな
わち、レバー１３の長さを適当に選定することにより、
圧電素子１１の変位を拡大し、ヘッド・ピン１４を目的
とする大きさ変位させることができる。

【０００５】図７は座屈型の拡大機構の従来例を示す図
であり、同図において、１１は圧電素子、１５は固定
部、１６ａ，１６ｂは可動部であり、可動部１６ａ，１
６ｂと圧電素子１１および固定部１５はくびれ部１６
ｃ，１６ｃ’で接続されており、くびれ部１６ｃ，１６
ｃ’は圧電素子が変位したとき折れ曲がる。同図におい
て、圧電素子１１が駆動されると、圧電素子１１の上端
は上方に変位する。可動部１６ａ，１６ｂはくびれ部１
６ｃで固定部１５に接続されているため、圧電素子１１
の上端が上方に変位すると、くびれ部１６ｃ，１６ｃ’
は折れ曲がり、同図（ｂ）に示すように、可動部１６
ａ，１６ｂは同図の左右に開く。したがって、可動部１
６ａ，１６ｂの適当な位置にヘッド・ピン等を取り付け
ておけば、圧電素子１１の変位を拡大し、ヘッド・ピン
を目的とする大きさ変位させることができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記したように、従来
の変位拡大機構は、比較的複雑な構造を持ち、製造コス
トが高いといった問題があった。また、拡大された変位
が回転を伴うため、ヘッド・ピンを直線的に変位させる
ことができないといった問題があった。本発明は上記し
た従来技術の問題点を解決するためになされたものであ
って、本発明の第１の目的は、構造が簡単で製造コスト
の低減化を図ることができるアクチュエータ変位の拡大
機構を提供することである。

【０００７】本発明に第２の目的は、ヘッド・ピンを直
線的に移動させることができるアクチュエータ変位の拡
大機構を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】図１は本発明の原理図で
あり、同図（ａ）は原理構成図、（ｂ）はその動作を示
す図である。同図において、１は駆動信号が与えられた
ときその一端が変位する圧電素子等から構成されるアク
チュエータ、２はアクチュエータの変位を拡大する変位
拡大部材であり、一端がアクチュエータ１の変位部分に
接し、他端が固定部分４に接しており、変位拡大部材２
は例えば、同図（ａ）に示すように板バネや同図（ｂ）
に示すヒンジ機構から構成される。

【０００９】３はヘッド・ピンであり、ヘッド・ピン３
が同図の矢印方向に突出したとき、印字動作が行われ
る。上記課題を解決するため、本発明の請求項１の発明
は、図１に示すように、駆動信号が与えられたとき一端
が変位するアクチュエータ１と、一端が上記アクチュエ
ータ１の変位部分に接し、また、他端が固定部４に接
し、アクチュエータ１が変位したとき、アクチュエータ
１の変位方向に縮むとともに、アクチュエータ１の変位
方向と略直交する方向に変形する変位拡大部材２と、変
位拡大部材２の変形部分に、アクチュエータ１の変位方
向と直交する方向に取り付けられたヘッド・ピン３とを
備え、アクチュエータ１により上記変位拡大部材２の一
端を変位させることにより、アクチュエータ１の変位を
拡大して、ヘッド・ピンを印字方向に突出させるように
構成したものである。

【００１０】本発明の請求項２の発明は、駆動信号が与
えられたとき一端が変位する圧電素子から構成されたア
クチュエータ１と、その長手方向がアクチュエータ１の
変位方向に配置され、一端が上記アクチュエータ１の変
位部分に接し、また、他端が固定部４に接した板バネ２
と、上記板バネ２の中央部分もしくはその近傍に、アク
チュエータ１の変位方向と直交する方向に取り付けられ
たヘッド・ピン３とを備え、アクチュエータ１により上
記板バネ２の一端を変位させて板バネ２を撓ませること
により、アクチュエータ１の変位を拡大して、ヘッド・
ピン３を印字方向に突出させるように構成したものであ
る。

【００１１】

【作用】図１（ａ）において、アクチュエータ１を駆動
してその右端を変位させると、同図（ｂ）に示すよう
に、板バネ等から構成される変位拡大部材２が変形し、
その略中央部分が上方に移動する。このため、変位拡大
部材２に取り付けられたヘッド・ピン３が同図上方向に
突出し印字動作が行われる。

【００１２】ここで、変位拡大部材として、図１（ｂ）
に示すヒンジ機構を用いた場合、アクチュエータの変位
量に対するヘッド・ピンの変位量について検討すると、
次のようになる。ヒンジ機構を、同図（ｂ）に示すよう
に、各辺の長さをａ、長さをＨ、高さをＶとすると、次
の（１）式が成り立つ。

【００１３】 （Ｈ／２）² ＋（Ｖ／２）² ＝ａ² （１） 上記（１）式をＨについて微分することにより、次の
（２）式の関係が得られる。 ｄＶ／ｄＨ＝−Ｈ／Ｖ （２） すなわち、アクチュエータの変位量〔図１（ｃ）のｉｎ
方向の変位〕に対するヘッド・ピンの変位量〔図１
（ｃ）のｏｕｔ方向の変位〕、すなわち、拡大率は、上
記（２）式で表され、少なくとも長さＨを高さＶより大
きくすれば、アクチュエータの変位量を拡大することが
できる。例えば、Ｈ／Ｖ＝１０とすれば、ｄＶ／ｄＨ＝
１０となり、アクチュエータの変位量１に対し、ヘッド
・ピンの移動量を１０に拡大することができる。

【００１４】変位拡大部材としては、上記した板バネ、
ヒンジ機構以外に種々の形状とすることができ、例え
ば、図２、図３の（ａ）〜（ｆ）に示すように、四辺
形、リンク等の種々の形状とすることができる。また、
各辺の長さは必ずしも同じとする必要はなく、図２
（ａ）（ｃ）に示すよう一方の辺を長くすることもでき
る。また、各辺は変形可能に接続されていればよく、ヒ
ンジで接続する以外に、変形可能に溶接で接続したり、
可撓性材料で形成し折れ曲がり部に図３（ｆ）に示すよ
うにくびれ部を設けてもよい。

【００１５】本発明は上記した原理に基づきアクチュエ
ータの変位を拡大するようにしたものであり、本発明の
請求項１の発明においては、アクチュエータ１が変位し
たとき、アクチュエータ１の変位方向に縮むとともに、
アクチュエータ１の変位方向と略直交する方向に変形す
る変位拡大部材２を設け、アクチュエータ１により上記
変位拡大部材２の一端を変位させることにより、アクチ
ュエータ１の変位を拡大して、ヘッド・ピン３を印字方
向に突出させるようにしたので、簡単な機構により、ア
クチュエータの変位を拡大することができ、製造コスト
の低減化を図ることができる。

【００１６】本発明の請求項２の発明においては、一端
がアクチュエータ１の変位部分に接し、また、他端が固
定部４に接した板バネ２を設け、アクチュエータ１によ
り上記板バネ２の一端を変位させて板バネ２を撓ませる
ことにより、アクチュエータ１の変位を拡大して、ヘッ
ド・ピン３を印字方向に突出させるようにしたので、請
求項１と同様、簡単な機構により、アクチュエータの変
位を拡大することができ、製造コストの低減化を図るこ
とができる。また、板バネの中央部分もしくはその近傍
にヘッド・ピン３を取り付けたので、ヘッド・ピン３を
直線的に移動させることができる。

【００１７】

【実施例】図４は本発明のアクチュエータ変位拡大機構
をプリンタ・ヘッドに適用した実施例を示す図であり、
同図において、５は複数のヘッド・ピン、板バネおよび
アクチュエータから構成された印字ヘッドであり、印字
ヘッド５において、１は圧電素子から構成されたアクチ
ュエータ、２は板バネ、３は板バネ２の中央部分もしく
はその近傍に取り付けられたヘッド・ピン、４は固定部
であり、印字ヘッド５内にアクチュエータ１、板バネ
２、および、ヘッド・ピン３が斜めに配置されている。

【００１８】上記板バネ２としては、例えば、工具鋼
（ＳＫ−１，ＳＫ−２，…，ＳＫ５、または、商品名Ｐ
Ｋ、等）、マルエージング鋼（商品名：ＭＡＳ１、また
は、ＹＮＧ等）、あるいは、炭素鋼等の弾性を持つ種々
の金属材料を用いることができる。図５は本実施例にお
ける、印字されるキャラクタとヘッド・ピンの位置関
係、および、印字ヘッドにおけるアクチュエータ１、板
バネ２、ヘッド・ピン３の配置を示す図である。

【００１９】同図に示すように，本実施例の印字ヘッド
５内にはヘッド・ピンが斜めに配置されており、印字ヘ
ッドは数キャラクタ分の幅をもっている。同図におい
て、印紙動作を行うには、まず、行の一文字目の位置に
印字ヘッド５を移動させ、印字ヘッド５の右端のヘッド
・ピン群５−１により、一文字目の文字を構成するドッ
トの内の一部のドットを印字する。

【００２０】ついで、印字ヘッド５を１キャラクタ分、
同図の右方向に移動させ、印字ヘッド５のヘッド・ピン
群５−２により、一文字目を構成するドットの一部のド
ットを印字するとともに、ヘッド・ピン群５−１によ
り、２文字目を構成するドットの一部を印字する。以
下、同様に、印字ヘッド５を１キャラクタ分づつ移動さ
せながら、文字を構成するドットの一部を印字してい
き、印字ヘッド５が通過すると、１文字を構成するドッ
トの全部が印字される。

【００２１】以上のように各文字を印字し、一行分の文
字の印字が終了すると、用紙をＬＦ（ライン・フィー
ド）方向に一行分送り、上記のようにして次の行の文字
を印字する。本実施例においては、上記のように、印字
ヘッド５の幅を数キャラクタ分の幅とし、印字ヘッドを
行方向に送りながら、文字を印字するようにしているの
で、１キャラクタの幅内に１文字分のドット数に対応し
たヘッド・ピンを配置する必要がなく、ヘッド・ピンの
間隔を大きくとることができる。

【００２２】このため、幅の狭い板バネ、アクチュエー
タ等を製造する必要がなく、製造が容易であり、製造コ
ストを低減化することができる。なお、本実施例におい
ては、板バネによりアクチュエータの変位を拡大してい
るが、前記したように、図１〜図３に示した種々の形状
の部材を用いてアクチュエータの変位を拡大することが
できる。

【００２３】また、変位を拡大する部材は、金属材に限
定されるものではなく、その他ガラス繊維強化樹脂な
ど、比較的強度が大きい金属材料以外の材料を用いこと
もできる。変位を拡大する部材としてガラス繊維強化樹
脂を用いる場合など、それ自体が適当な弾性をもってい
ない材料を用いる場合には、別途バネ等の弾性体を用い
て、アクチュエータの変位方向に付勢すればよい。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明において
は、アクチュエータが変位したとき、アクチュエータの
変位方向に縮むとともに、アクチュエータの変位方向と
略直交する方向に変形する変位拡大部材を設け、アクチ
ュエータにより上記変位拡大部材の一端を変位させるこ
とにより、アクチュエータの変位を拡大して、ヘッド・
ピンを印字方向に突出させるようにしたので、簡単な機
構により、アクチュエータの変位を拡大することがで
き、製造コストの低減化を図ることができる。

【００２５】特に、変位拡大部材として板バネを用いる
ことにより、ヘッドの構成を一層簡単にすることがで
き、また、板バネの中央部分もしくはその近傍にヘッド
・ピンを取り付けることにより、ヘッド・ピンを直線的
に移動させることができる。さらに、上記アクチュエー
タの変位拡大機構を備えたヘッドの幅を数キャラクタ分
の幅とし、印字ヘッドを行方向に送りながら、文字を印
字するように構成することにより、ヘッド・ピンの間隔
を大きくとることができ、幅の狭い板バネ、アクチュエ
ータ等を製造する必要がないので、ヘッドの製造を容易
とし製造コストを低減化することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理図である。

【図２】本発明における変位拡大部材の種々の形状を示
す図である。

【図３】本発明における変位拡大部材の種々の形状を示
す図である。

【図４】本発明の実施例の印字ヘッドを示す図である。

【図５】印字ヘッドにおけるヘッド・ピンの配置を示す
図である。

【図６】レバー型の拡大機構の従来例を示す図である。

【図７】座屈型の拡大機構の従来例を示す図である。

【符号の説明】

１ アクチュエータ ２ 変位拡大部材 ３ ヘッド・ピン ４ 固定部 ５ 印字ヘッド

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 駆動信号が与えられたとき一端が変位す
   るアクチュエータ(1) と、 一端が上記アクチュエータ(1) の変位部分に接し、ま
   た、他端が固定部(4) に接し、アクチュエータ(1) が変
   位したとき、アクチュエータ(1) の変位方向に縮むとと
   もに、アクチュエータ(1) の変位方向と略直交する方向
   に変形する変位拡大部材(2) と、 変位拡大部材(2) の変形部分に、アクチュエータ(1) の
   変位方向と直交する方向に取り付けられたヘッド・ピン
   (3) とを備え、 アクチュエータ(1) により上記変位拡大部材(2) の一端
   を変位させることにより、アクチュエータ(1) の変位を
   拡大して、ヘッド・ピンを印字方向に突出させることを
   特徴とするヘッドにおけるアクチュエータ変位の拡大機
   構。
2. 【請求項２】 駆動信号が与えられたとき一端が変位す
   る圧電素子から構成されたアクチュエータ(1) と、 その長手方向がアクチュエータ(1) の変位方向に配置さ
   れ、一端が上記アクチュエータ(1) の変位部分に接し、
   また、他端が固定部(4) に接した板バネ(2) と、 上記板バネ(2) の中央部分もしくはその近傍に、アクチ
   ュエータ(1) の変位方向と直交する方向に取り付けられ
   たヘッド・ピン(3) とを備え、 アクチュエータ(1) により上記板バネ(2) の一端を変位
   させて板バネ(2) を撓ませることにより、アクチュエー
   タ(1) の変位を拡大して、ヘッド・ピン(3) を印字方向
   に突出させることを特徴とするヘッドにおけるアクチュ
   エータ変位の拡大機構。