JPS61233559A

JPS61233559A - 圧電式ハンマ

Info

Publication number: JPS61233559A
Application number: JP7483085A
Authority: JP
Inventors: Tadayasu Uchikawa; 内川　忠保
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1985-04-09
Filing date: 1985-04-09
Publication date: 1986-10-17
Also published as: JPH0587393B2

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）本発明は電歪または圧電素子を駆動源とするプリンタ用
印字ハンマに関する。

（従来の技術とその問題）従来プリンタ用印字ハンマとして電磁石あるいは永久磁
石を用仏たものが広く使われているが、これらのものは
銅損や鉄損の発生によシミ気・機械エネルギ変換効率が
低い問題がある。それに対しエネルギ効率の高いものと
して電歪素子あるいは圧電素子を用いたハンマが考えら
れている。この方式は電歪あるいは圧電素子に電圧を与
えることによる伸縮動作を利用してハンマを動作するも
のであシ、従来の電磁方式に比ベエネルギ効率が３〜４
倍も向上できることが特長である。従来提案されている
印字ハンマとしては第５図に示す特開昭５３−１１３６
２５号公報記載の機構がある。第５図において、印字方
向に湾曲した湾曲ばね２７の両端は保持要素２８に固定
され、また保持要素２８の一方は圧電結晶装置２９に坐
着され、他方は固定保持部３０に坐着する。この構造に
おいて、圧電結晶装置２９の励起によシ湾曲ばね２７の
軸方向に変位が伝達され、湾曲はね２７の中央部にたわ
みが生じる。そのたわみの量は軸方向の変位に対して増
幅されておシ、そのたわみによって湾曲ばね２７に設け
られた印字針３１を前方に移動させ印字動作を行なう。

このような機構は圧電結晶装置２９の微少変位を容易に
拡大でき、ノ・ンマに必要な所要変位量が得られるが、
圧電結晶装置２９をはじめとする電歪あるいは圧電素子
はジルコン・チタン酸鉛に代表されるようなセラミック
材であり、圧縮力で２０　Ｋｇ／ｍ程度の強度がある一
方、引張シカには極めて弱く、引張力はたかだかＩ　Ｋ
ｇ　／　ｍ”の強度である。このため、前記機構におい
ては駆動時において圧電結晶装置２９自身の重さを含む
機構系のマスによシ慣性力を生じて圧電装置２９に引張
シカが作用する。この引張υ力は印加電圧を停止したと
きに発生するが、電圧印加中にも湾曲ばね機構の振動系
によって発生する。印加電圧停止時には抵抗挿入等の手
段によシ復帰動作を緩和して引張シカを減少する方法は
可能であるが、この実施例においては通電中の引張り力
の減少は困難である。

また印字ハンマはプラテン上の印字用紙、インクリボン
を打撃するので、この種のハンマは慣性力の最大の時点
で打撃することが印字にとって良好となるが、このと亀
プラテンにより印字針３１の移動量及びその印字針３１
と接合された湾曲はね２７の変位が制限される一方圧電
結晶装置２９の慣性力が作用するため湾曲はね２７は振
動の２次モードに近いＳ字状に変形される。この結果、
湾曲ばね２７は圧電結晶装置２９にとって緩衝材の如き
作用をおこし圧電結晶装置２９には引張り力が作用する
。さらに、プリンタ用ハンマは製作時、調整時において
プラテンなしの場合やプラテンと印字針間の変更があル
、特にプラテンなしの場合にはさらに大きな引張り応力
が生じ、この結果圧電結晶装置２９等の圧電体は破壊さ
れる問題がある。このような問題は第６図に示すように
従来の提案されている特開昭５９−４５１６５号公報記
載のインパクト印字ヘッドのような印字針又はワイヤを
フライト（自由飛行）させるフライト方式には大きな問
題となる。第６図において圧電体３２は一端が取付部材
３３に固着され、他端は力伝達部材３４が固着され、ま
た力伝達部材３４上にはワイヤーガイド３５に貫通され
、コイルばね３６が取付けられたワイヤ３７が装着され
ている。

この構造において、圧電体３２の励起によりワイヤ３７
には撃力が作用してワイヤ３７はフライトし、印字後コ
イルばね３５の復帰力によシ元の位置に戻る。このよう
なフライト方式ではワイヤ３７に与える撃力が必要であ
る反面、圧電体３２には大きな引張り力が作用し破損に
至らしめる問題がある。例えば圧電体３２に静的に電圧
を与えたときの伸び又は変位をＸ、とし、圧電体３２、
ワイヤ３７等の駆動系のマスをＭとし、復帰ばね定数を
Ｋとすると、振動理論でも明らかなように動的な変位Ｘ
２は）（、＝）（、（１−ｃｏｓｗｔ　）、ｗ　＝　Ｍ
となシ、Ｘ、は最大時にＸｌの２倍の値となる。駆動系
には一般にダンパーが入るためこれを考慮しても１．４
〜１．６倍の値となり、その差が圧電体３２に作用する
引張シカとなる。さらに具体的に説明すれば圧電体３２
の長さが／　＝　９　Ｍ、断面積が３　＝　５　ｗｒ”
で、ヤング率Ｅ　＝　５０００Ｋｇ／ｆｉ！で、静的な
変位ｘ、　＝　０．０１　ｍでは駆動時に圧電体３２に
加わる引張り応力はσ＝Ｅ（０，６〜０．４　Ｘｌ）／
Ｊ＝３〜２　Ｋｇ　／＝２六りり引張シ強さを越えてし
まい破壊される。

（発明の目的）本発明の目的は上述の従来の欠点である電歪又は圧電素
子の引張シ応力を低減し信頼性ある圧電式ハンマを提供
することにある。

（発明の構成）本発明によれば電歪あるいは圧電素子を駆動源とする圧
電式プリンタハンマにおいて、前記駆動源となる第１の
電歪あるいは圧電素子に検出器と駆動源となることを兼
用した第２の電歪あるいは圧電素子を接合し、前記第１
の素子に作用する力を第２の素子で検出し、第１の素子
の引張り力の発生時に第２の素子が励起されることを特
徴とする圧電式ハンマが得られる。

（発明の作用・原理）本発明は上述の構成をとることによシ従来の問題を解決
した。電歪または圧電素子は電圧を与えることＫよ）伸
縮動作をおこす一方で、逆に力を与えることによって電
荷又は電圧を生じるものである。この力によあ電荷発生
の原理は加速度計等の検出器に応用されている。本発明
では、印字ハンマ機構駆動系を動作させる電歪あるいは
圧電素子に検出器としての電歪あるいは圧電素子を接合
する。動作時においては印字ハンマ駆動系はマスとばね
による振動系を形成し、その慣性力により駆動源となる
電歪あるいは圧電素子に圧縮力と引張シカが作用する。

そのとき前記検出器としての素子はその慣性力により電
荷又は電圧を生じ電歪あるいは圧電素子に作用する力を
検出できる。電歪あるいは圧電素子は引張シカには極め
て弱いため、検出器としての素子で引張シカとなる電圧
波形を感知したとき、その信号によって７リツプ７０ツ
ブとワンショットマルチ回路にょシ駆動回路を動作させ
る。この駆動回路によシ前記の検出器としての電歪ある
いは圧電素子を動作させる。このとき検出器としての素
子は前記の駆動源となる第１の素子に対して第２の駆動
素子となシ第２の素子の伸びによって第１の素子に作用
する引張シカを減少し、素子の破壊を妨止する。

（実施例）以下本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図は本発明の一実施例である圧電式ハンマと回路構
成を示す図であシ、第２−　ａ図から第２−ｇ図までは
第１図の使用形態を説明するための動作波形図である。

第１図及び第２−　ａ図よｉ）第２−ｇ図において、駆
動源となる電歪あるいは圧電素子１、（これを以降第１
の素子とよぶ）は他の電歪あるいは圧電素子２（これを
以降第２の素子とよぶ）に接合されペース３上に固定さ
れる。

また第１の素子１の他端は座４を有する印字針５に接触
している。また印字針５はガイド６によりガイドされ、
座４とガイド６間のばね７が設けられている。一方、回
路からみると第１の素子１は駆動回路８に直結され、ま
た第２の素子２は他の駆動回路９と検出器１０、及びパ
ルス発生回路１１に接続されている。このような構成に
おいて、駆動回路８によって第２−　ａ図のような印加
電圧１２が第１の素子１に与えられると第１の素子は第
２−ｂ図の破線に示す動作１３となる。この動作１３は
第」の素子１自身の動さ及び印字針５、座４の重さを含
むマスと第１の素子１の剛性並びにばね７のばね定数に
よシ振動系が構成され、印加電圧１２の応答として正弦
波状の変位動作１３となる。

このとき第１の素子ｌの速度の最大時に印字針５、座４
は第１の素子１金離れフライト動作を行なう。

印字針５はその後前方のプラテン、印字用紙、インクリ
ボン（図示していない）を打撃し、印字動作が行なわれ
る。一方、このとき、第１の素子１と第２の素子２には
素子自身の動さのため慣性力を生じ圧縮、引張シが作用
する。そこで第２の素子２は第２−　ｃ図に示す慣性力
波形１４を検出する。その慣性力波形１４は正負の波形
となシ、正は第１の素子１及び第２の素子２の圧縮力を
示し、負は引張り力を示している。前記したように電歪
あるいは圧電素子は引張り力に極めて弱いため、そこで
慣性力波形１４が負の引張シカを示すのを検出器１０で
検出したときパルス発生回路１１で第２−ａ図に示すパ
ルス１５を発生させ駆動回路９を動作させる。このとき
、検出器は第１の素子ｌの駆動信号に同期され、１回の
印字動作では第２の素子２の慣性力波形１４の検出後は
駆動回路９の電圧を検出しカい。この手段はフリップフ
ロップ、ワンショットマルチ等の手段によシ製作できる
。次に第２の素子２は第２−　ａ図に示す印加電圧で動
作され、その動作は第２−５図に示す変位波形１７とな
り、かつその慣性力は第２−ｇ図に示す慣性力波形１８
となる。この第２の素子２の励起による動作と前記の動
作波形１３、慣性力波形１４が重ね合わされ、動作波形
１９となり、この結果慣性力による引張υ力が減少され
た第１と第２の素子による慣性力波形２０が得られる。

ここで第２の素子２の励起は慣性力波形１４と対応させ
るため抵抗、又はインダクタンス等を挿入して時定数を
変えておくことが重要である。以上の第２の素子２は検
出器と駆動源を兼用しておシ、これによシミ歪あるいは
圧電素子の引張り応力を低減し信頼性ある圧電式ハンマ
が得られる。ここで、本発明では積層した電歪あるいは
圧電素子を例示しているが、横効果、縦効果のある単板
の電歪又は圧電素子でも適用でき同様の効果がある。

以上の本発明の他、第３図に示すような機械的増幅機構
を用いたハンマにも適用できる。第３図において、第１
の電歪あるいは圧電素子１と第２の電歪あるいは圧電素
子２が接合され、ベース２１に取付けられる。また前記
第１の素子１の他端は第１の素子１の動作を伝達する手
段２２を介してレバーアーム２３と接続される。またレ
バーアーム２３とベース２１とはもう一方の伝達手段２
４とに接続され、レバーアーム２３の先端には梁２５を
接続する。その梁２５の他端はベース２１に接続され、
かっ采２５の中央部には印字針２６が設けられている。

このような構造において第１の素子１の励起により動作
がレバーアーム２３に伝達され、この原理で動作変位が
拡大される。一方、レバーアーム２３に接続された梁２
５はその軸方向に変位が与えられ、このとき梁２５は座
屈理論の如く、中央部に最大たわみを生じ、その変位量
は梁２５の軸方向の変位量より大きく拡大されている。

そこでその最大変位が得られる梁２５の中央部にある印
字針２６が前方へ移動し印字動作を行なう。このように
、第１の素子１の微少変形を所要の変位量に増幅する方
法は、その増幅機構のマス、バネによシ振動系を形成し
、第１の素子１に慣性力が作用する。第２の素子２はそ
の慣性力による引張シカを検出し、励起されその引張シ
カを減少する。このような機構においても電歪あるいは
圧電素子の引張シ応力を低減し、信頼性ある圧電式ハン
マが得られる。

また、他の実施例として第４図に示す印字ハンマにも適
用できる。第４図において、第１の電歪あるいは圧電素
子１を２個用いて第２の電歪あるいは圧電素子２と接合
する。さらに、第１の素子両端には変位伝達手段２２ｔ
２４を介してそれぞれレバーアーム２３が接続される。

また２本のレバーアーム２３の先端で梁２５が挾まれ、
かつ梁２５中央部には印字針２６が設けられている。こ
のような構成はベース２１に対し、第１の素子１、第２
の素子２、レバーアーム２３、梁２５等が対称形となり
、第１の素子１の励起によって対称にレバーアーム２３
が動作して梁２５をたわませる。

このような機構においても第２の素子２も対称形となシ
、前記と同様に慣性力の検出並びに引張り応力の低減が
できる。このように第１の素子１と第２の素子はその組
合わせによシ１つの圧電体ブロックとして形成でき、そ
の第１の素子１と第２の素子の位置関係を逆にしても同
様の効果が得られる。以上本発明は電歪あるい体圧電素
子を駆動源とする機構に適用できる。

（発明の効果）本発明によれば駆動源となる第１の電歪あるいは圧電素
子に作用する圧縮ツ引張り応力を第２の電歪あるいは圧
電素子で検出できるため、印字ハンマの動作状態が解明
できる。さらに、第１の素子に引張応力が作用したとき
に第２の素子でその引張り応力を減少できるので耐久性
がちシ長寿命の信頼性ある印字ハンマが得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す印字ハンマの側面図と
回路構成図、第２−　ａ図から第２−ｇ図は第１図の使
用形態を説明するための動作波形図であり第２−　ａ図
は印加電圧波形図、第２−ｂ図は動作波形図、第２−　
ａ図は慣性力波形図、第２−ｄ図はパルス発生図、第２
−　ｅ図は印加電圧波形図、第２−ｆ図は動作波形図、
第２−ｇ図は慣性力波形図を示し、第３図は本発明の他
の一実施例を示す模式的斜視図、第４図は本発明の他の
一実施例を示す模式的斜視図、第５図は従来の実施例を
示す側面図、第６図は従来の実施例を示す。図中各記号はそれぞれ次のものを示す。１・・・第１の電歪あるいは圧電素子ツ駆動源としての
圧電素子、２・・・第２の電歪あるいは圧電素子ｌ検出器と駆動源
とを兼用した素子、３・・・ベース、４・・・座、５・・・印字針、６・・
・ガイド、７・・・ばね、８・・・駆動回路、９・・・
駆動回路、１０・・・検出器、１１・・・パルス発生回
路、１２・・・第１の素子への印加電圧、１３・・・従
来の動作、１４・・・従来の慣性力、１５・・・パルス
、１６・・・第２の素子への印加電圧、１７・・・第２
の素子の動作、１８・・・第２の素子の慣性力、１９・
・・第１９第２の素子の動作、２０・・・第１２第２の
素子の慣性力、２１・・・ベース、２２・・・変位伝達
手段、２３・・・レバーアーム、２４・・・変位伝達手
段、２５・・・梁、２６・・・印字針、２７・・・湾曲
ばね、２８・・・保持要素、２９・・・圧電結晶装置、
３０・・・固定保持部、３１・・・印字針、３２・・・
圧電体、３３・・・取付部材、３４・・・力伝達部材、
３５・・・ワイヤガイド、３６・・・コイルばね、３７
・・・ワイヤ、また第２−　ａ図から第２−ｆ図において、■・・・電
圧、Ｘ・・・変位、Ｆ・・・力、ｔ・・・時間　を示す
。第　１　図箪２図東３　コ第４図

Claims

【特許請求の範囲】

電歪あるいは圧電素子を駆動源とする圧電式プリンタハ
ンマにおいて、前記駆動源となる第１の電歪あるいは圧
電素子に検出器と駆動源となることを兼用した第２の電
歪あるいは圧電素子を接合し、前記第１の素子に作用す
る力を第２の素子で検出し第１の素子の引張り力の発生
時に第２の素子が励起されることを特徴とする圧電式ハ
ンマ。