JPS61233560A - 圧電式印字ヘツド - 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】 本発明は電気・機械変換素子の運動を増幅し駆動する機
械的増幅機構に関し、さらに詳しくは電歪あるいは圧電
素子を駆動源として印字針を自由飛行（フライト）させ
て印字を行なうプリンタ用印字ヘッドに関する。

（従来の技術とその問題点） 従来、プリンタ用印字ヘッドとしては永久磁石や電磁石
を用いたものが使用されているものが多く、その中で永
久磁石の吸引力でばねを吸引し、印字時にコイルでその
吸引力を打ち消してばねの復帰力で印字する方法や、そ
のばねの力により印字針を自由飛行（フリーフライト）
シ、その印字針の運動量で印字する方法がある。これら
のうち、後者のフリーフライト方式は印字針の移動量（
ストローク）が大きく、調整が容易である利点がある。

しかしながら、これらの電磁方式においては銅損、鉄損
の損失があり、電気・機械エネルギ変換効率が低い問題
がある。そこで最近で社電歪素子や圧電素子を用いた方
法が考えられている。この方法は従来の電磁方式に比ベ
エネルギ効率が３〜４倍に向上できることが特長である
。

従来提案されているものとしては第４図に示す特開昭５
９−４５１６５号公報記載の印字ヘッドがある。

第４図において、圧電体２４ＩＩｉ結合部材２５および
２６と可動部材２７を備なえることにより圧電体２４の
励起時の変位を拡大してワイヤ２８へ伝達する。そのと
きワイヤ２８の係留部２９は撃力を受けてワイヤ２８は
ガイド孔３０に沿って滑動しフライトして印字動作を行
なう。このような方法は圧電体２４の励起時の変位が一
般に０．０１　ｗ程度の微少量であるため可動部材２７
により変位を拡大し、その拡大変位によりワイヤ２８を
フライトさせるものである。この方法は圧電体２４とワ
イヤ２８と係留部２９とを含めた重さと圧電体２４の剛
性及びワイヤ２８の復帰に必要なコイルばね３１のばね
定数によってワイヤ２８は単振動の如き動作をしてフラ
イトして印字が可能となる。しかしながら、フライト方
式でワイヤ２８を７ライトさせるには、ワイヤ２８に助
走のための変位を与え、可動部２７の最大速度達成時に
ワイヤ２８が可動部材２７を離れフライトする方式と、
ワイヤ２８に可動部材２７が衝突してその力積によりフ
ライトする方式があるが、いずれの場合もワイヤ２８の
７ライトのためには可動部材２７の変位が必要である。

またその変位量は０．１〜０．２ｍｆｉど必要であるの
が一般である。この変位量はフライト手段に必要である
上に使用時におけるゴミの付着による不安定な動作を防
止するために大きくする必要かある。すなわち、変位量
を大きくできれは外乱に対しても印字動作が安定するし
、また印字ヘッド組立調整が容易になり製造コストは低
くすることができる。そのため可動部材２７により圧電
体２４の変位を拡大することが必要となるが、この方法
では前記所要の変位を得ようとすれば可動部材２７の長
さけ極めて大きくなり、プリンタ印字ヘッドに要求され
る小型化が望応ない。例えば、圧電体２４の励起時の伸
びを０．０１ｍとし、結合部材２５．２６間５■とする
と可動部２７は５０〜１００ｕ必要となり極めて大型と
なる。また結合部材２５．２６０間は圧電体２４０幅又
は厚さより大きくしなければならないので小さくても４
〜５ｆｌ程度であり、その場合は可動部材２７の長さは
４０〜８０ｍとなる。

また、このような場合は可動部材２７０重さも重くなり
、駆動時は慣性力が大きくなり、圧電体２４を引張るこ
とになら破壊される問題がある。さらにこの実施例にお
いて、コイルばね３１はワイヤ２８の復帰のためだけの
役目をしているので駆動時にはワイヤ２８の動作が不安
定となりワイヤ２８を支えるガイド孔３０を長くする必
要もあるし、また不安定動作により摩擦が大きくなり、
寿命が短いという問題がある。

（発明の目的） 本発明の目的は上述の従来の欠点を除去し、小型で、フ
ライトのための助走変位が大きく、安定した印字動作の
できる圧電式印字ヘッド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の伸縮動作により
印字針を自由飛行させ印字を行なう圧電式印字ヘッドに
おいて、前記電歪あるい鉱圧電素子の動作を伝達するた
めのレバーアームと、そのレバーアームの先端から軸方
向に変位が伝達されるように接続された座屈ばねと、そ
の座屈ばねから力を受けて印字方向に自由飛行するよう
配置された可動部と、その可動部を復帰するための復帰
ばねとから構成され、可動部には印字針が設けられてい
ることを特徴とする圧電式印字ヘッドが得られる。

（本発明の作用・原理） 本発明は上述の構成をとることにより従来の問題を解析
した。まず電歪あるいは圧電素子の励起による変位量は
てこの原理を用いたレバーアームにより拡大される。ま
た、そのレバーアーム先端での拡大変位量は、レバーア
ーム先端に接続された座屈ばね軸方向に伝達され、その
座屈ばねは座屈理論で明らかなように軸方向の変位に対
して拡大されたたわみ量を生じる。すなわち、電歪ある
い祉圧電素子の変位量はレバーアームと座屈ばねにより
拡大される。このとき、座屈ばね前方の印字針を有する
可動部は復帰ばねにより支持され座屈ばねより力を受け
、座屈ばねの速度の最大時に自由飛行し、可動部と復帰
ばねの動作とともに印字針も前方に動作し、プラテン、
印字用紙、インクリボンを打撃し印字動作を行なう。座
屈ばねはレバーアーム先端より軸方向に変位が伝達され
る構成となるため、ヘッドは小型の構成が可能となり、
かつ座屈ばね中央部の変位が大きいため、可動部は容易
に自由飛行でき、かつゴミ等の付着による印字ムラの間
Ｍが回避できる。

（実施例） 以下本発明の実施例を図面を谷点して説明する。

第１−ａ図は本発明の一実施例を示す模式的な斜視図を
示し、第１−ｂ図は第１−ａ図の使用形態を説明するた
めの図である。第１−ａ図、第１−ｂ図において、電歪
あるいは圧電素子１の一端はベース２に取付けられ、他
端は電歪あるいは圧電素子１の伸縮動作を伝達する手段
３を介してレバーアーム４に接続される。またレバーア
ーム４とベース２とはもう一方の伝達手段５で接続され
、さらにレバーアーム４の先端に座屈ばね６の一端を接
続し、その座屈ばね６の他端はベース２に接続される。

一方、座屈ばね６の前方には可動部７と印字針８をもつ
復帰ばね９を配置する。このような構造において、電歪
あるいは圧電素子１に電圧を加えることにより電歪ある
いは圧電素子１は伸び１０を生じ、その変位はレバーア
ーム４に伝達され、てこの原理によりレバーアーム４先
端で拡大された変位を得る。一方、レバーアーム４の先
端に接続された座屈ばね６はその軸方向に変位が与えら
れ、このとき長さｌの座屈ばね６け軸方向の変位をＹと
すると、座屈ばね６のたわみ量ＸはＸニー’ＪＹＪと近
似できるように変形し、軸方向π の変位に対して拡大された変位が座屈ばね６中央部に生
じる。このときの動作は電歪あるいは圧電素子１の動作
に対してレバーアーム４、座屈ばね６から構成される機
構振動系が応答して動作を起こす。一方、との座屈ばね
６の動作により前方の可動部７け押し出され、可動部７
とともに復帰ばね９嫁座屈はね６の速度最大の時点で自
由飛行を行なう。その後、可動部７、復帰ばね９ととも
に印字針８はプラテン１１、印字用紙１２、インクリボ
ン１３を打撃し印字動作を行なう。その後復帰ばね９の
復帰力と、印字針８とプラテン１１との印字衝撃の反作
用により元に復帰する。復帰時には、座屈ばね６は可動
部７を自由飛行させた後に電歪あるいは圧電素子１０通
電停止により元の位置に戻り、バ、クスト、プ１４によ
り静止する。

その後、可動部７、復帰ばね９も印字後元に位置に戻る
。このとき、座屈ばね６Ｉｆｉダンパー効果のあるバ、
クスト、ブ１４上に配置されているため、可動部７をも
つ復帰ばね９の復帰力による力で座屈ばね６に当っても
座屈ばね６自身はアーチの如き形状をもっているので緩
衝の作用を行ない復帰動作も速い。このような構成は、
二段目の変位増幅作用のある座屈ばね６がレバーアーム
４に直角に近く設けられ、かつ印字針８を有する復帰ば
ね９、可動部７も座屈ばね６に密着するような構成であ
るため、小型でありながら座屈ばね６には大きな変位が
得られ、可動部７はゴミ等の付着があっても影響が小さ
く、安定した自由飛行を行ない、印字動作も安定する。

これらレバーアーム４、ベース２は一体として打抜き法
、切削、エツチング等により製作でき、また座屈はね６
もばね性があれば金属の他プラスチ、りの如き複合材料
でも可能である。また本発明では電歪あるいは圧電素子
１は積層したものを示しているが、縦効果、横効果のあ
る単板素子においても適用できる。また他の一実施例を
第２図に示す。第２図は圧電式印字ヘッドを３個並べた
模式的な斜視図である。第２図において、電歪あるいは
圧電素子１はレバーアーム４、座屈ばね６とともにベー
ス１５に接続される。また、ベース１５はハウジング１
６に固定され、さらに可動部７、印字針８を有している
復帰ばね１７は複数のばねを一体としたものから構成さ
れてハウジング１６に固定されて座屈ばね６前方に配置
される。このような構成は複数のヘッドを横一列に並べ
ることによりドツトインパクトラインプリンタが構成で
き、複数ばねの一体化により印字品質に重要な印字針８
のピッチ精度を十分確保できる効果がある。可動部７は
座屈ばね６表面上に配置されれば良いので、ベース１５
の配列ビ、チは精度が悪くても復帰ばね１７の精度によ
り印字針８は正確な配列ピッチが得られｌ：ＩＪ子品買
の良好なヘッドが可能であり、また組立てが容易である
ため製造コストが安くなる効果がある。また他の一実施
例としてシリアルプリンタヘッドに適用した断面図を第
３図に示す。第３図において、円筒形ベース１８上に、
電歪あるいは圧電素子１を接続し、さらに変位伝達手段
１９を介してレバー７−ム２１接続し、かつベース１８
とレバーアーム２０間に座屈ばね６を接続する。一方、
可動部７をもつ復帰ばね２１もベース１８上に固定され
、復帰ばね２１先端にはワイヤー２２を設けてワイヤー
ガイド２３で支持する。このような構成においても前記
、第一実施例、第二実施例と同様の効果があり、またワ
イヤー２２はその自由飛行動作が復帰ばね２１でガイド
されたような形態となるためワイヤーガイド２３の摩耗
が少なく、低コストで印字品質の良い圧電式印字ヘッド
が得られる。

（発明の効果） 本発明によれば、レバーアームと自らの変形で変位拡大
する座屈ばねを用いることにより小型で大きな変位量が
得られ、かつ印字動作も安定でドツト配列ピッチが正確
ができるため良質の印字品質が得られる上、組立調整が
容易であるため低コストの圧電式印字ヘッドが得られる
。

【図面の簡単な説明】

第１−ａ図は本発明の一実施例を示す模式的な斜視図、
第１−ｂ図は第１−ａ図の動作、使用形態を説明するた
めの側面図、第２図は本発明の他の一実施例を示す模式
的な斜視図、第３図は本発明の他の一実施例を示す断面
図、第４図は従来の一実施例を示す斜視図を示す。 図中各記号はそれぞれ次のものを示す。 １・・・電歪あるいは圧電素子、２・・・ベース、３・
・・変位伝達手段、４・・・レバーアーム、５・・・変
位伝達手段、６・・・座屈ばね、７・・・可動部、８・
・・印字針、９・・・復帰ばね、１０・・・伸び、１１
・・・プラテン、１２・・・印字用紙、１３・・・イン
クリボン、１４・・・バ、クスト、プ、１５・・・ベー
ス、１６・・・ハウジング、１７・・・復帰ばね、１８
・・・円筒形ベース、１９・・・変位伝達手段、２０・
・・レバーアーム、２１・・・復帰ばね、２２・・・ワ
イヤー、２３・・・ワイヤーガイド、２４・・・圧電体
、２５・２６・・・結合部材、２７・・・可動部材、２
８−０．ワイヤ、２９・・・係留部、３０・・・ガイド
孔、３１・・・コイルばね （ａン （ｂ） 亭　　２　　図 千　　４　　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 電歪あるいは圧電素子の伸縮動作により印字針を自由飛
   行させ印字を行なう圧電式印字ヘッドにおいて、前記電
   歪あるいは圧電素子の動作を伝達するためのレバーアー
   ムと、そのレバーアームの先端から軸方向に変位が伝達
   されるよう接続される座屈ばねと、その座屈ばねから力
   を受けて印字方向に自由飛行するように配置された可動
   部と、その可動部を復帰するための復帰ばねとから構成
   され、可動部には印字針が設けられていることを特徴と
   する圧電式印字ヘッド。