JPS63130175A - ム−ビング圧電素子アクチユエ−タ・ユニツト - 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〕 本発明は圧電素子を用いたアクチュエータに関し、特に
圧電素子の電歪縦効果を利用したムービング圧電素子ア
クチュエータに関する。

〔従来技術〕

従来のアクチュエータは、例えばンレノイドのように、
磁気エネルギーを利用したものが多く用いられている。

このような磁気式のアクチュエータは、電気から機械エ
ネルギーへの変換効率が悪いため、より変換効率の高い
アクチュエータが望まれる。そこで近時着目されている
のが、電気から機械エネルギーへのエネルギー変換効率
の高いピエゾ効果を利用する圧電素子アクチュエータで
ある。

圧電素子を用いたアクチュエータの原理については、１
９８５年電気通信学会技術報告Ｖｏｌ。

８ＪｒＶ＆１２８９のＥＭＯ８４−４９に、積層型圧電
素子によりフライト・ハンマを駆動する圧電フライト・
アクチュエータとして開示されている０第２図にその原
理図を示す。図中、２は積層型圧電素子（以下本原理図
の説明においては単に圧電素子２と呼ぶ）を示し、４は
フライト・ハンマを示す。６はフライト・ハンマ４を圧
電素子２に押圧している板バネであり、８は圧電素子２
及び板バネ６を支持している支持体である。圧電素子２
に電圧パルスを付加すると、圧電素子２は高速で変位し
、　　　　　　　　　　　　　　　　　フライト・ハン
マ４を矢印方向に加速する。ここで圧電素子２の”変位
”とは圧電素子２に生じる”寸法歪″のことを意味し、
”変位する“とは６寸法歪を生じる”という意味である
０圧電素子２の変位量は微少であるが、非常に高速で変
位するのでフライト・ハンマ４を加速し駆動することが
できる。

加速すれたフライト・ハンマ４は圧電素子２を離れて飛
行し、進行光に設けられたプラテン（図示せず）に高速
で衝突する。プラテンに衝突したフライト・ハンマ４は
、衝突の反発力及び板バネ６の力により元の位置に戻る
。

このような圧電フライトアクチュエータは、フライト・
ハンマ４のかわりに刃体又は弁を駆動するカッター又は
パルプのアクチュエータとして、又はリレーのアクチュ
エータとして使用する等、種々の分野に利用可能である
。

〔本発明の解決しようとする問題点〕

しかしながら、上述の技術報告でも自ら指摘している通
り、上述のような圧電フライト・アクチュエータを高速
動作が可能なアクチュエータとして実用化するには、フ
ライト・ハンマ４等の被駆動体が高速で復帰し圧電素子
２に衝突した際に生じるリバウンドを早く収束させなけ
ればならない。

そのためには、何らかの緩衝手段を講じる必要があるが
、上記従来技術ではフライト・ハンマ４が圧電素子２に
直接復帰衝突する構造であるために、電素子２が復帰衝
突により振動する等の問題を有している。

又、例えばプリンタの場合には、フライト・ハンマ等が
加速されてからプラテン等に衝突するまでの時間がわか
れば、それに基づきプリント・スピード及び印字濃度等
を制御可能となり非常に有用である。しかしながらその
ためには、従来、プラテン側に圧電素子を設けて、フラ
イト・ハンマ等のプラテンへの衝突時の電圧パルスを取
り出すという複雑な構造が必要であった０ 本発明は上記従来技術の欠点に鑑みて成されたもので、
簡単な構造で被駆動体の復帰衝突によるリバウンドを早
く収束させることができ、かつ被駆動体のプラテン等（
以下被作用体という）への衝突時の電圧パルスを容易に
取り出すことができる新しい駆動方式の圧電素子アクチ
ュエータであるムービング圧電素子アクチュエータ・ユ
ニットを提供することをその目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明はプリント・ワイヤ等の作用体を圧電素子アクチ
ュエータの一端に固着し、圧電素子アクチュエータの他
端を発射台となる基台部に押圧しておき、電圧パルスを
付加した時の圧電素子の変位により圧電素子アクチュエ
ータ自身が作用体とともに飛行するよう構成することに
より上記目的を達成した。

第１図に、作用体としてプリント・ワイヤを用いた場合
の原理図を示す。図中、２は圧電素子アクチュエータ、
１０は圧電素子アクチュエータ２に固着された作用体で
あるプリント・ワイヤ、１２は発射台となる基台部、１
４は圧電素子アクチュエータ２を基台部１２に押圧して
おり復帰バネとしての機能も有する板バネである。

〔作用〕

第１図を用いて本発明の詳細な説明する。

第１図の状態で圧電素子アクチュエータ２に電圧パルス
を付加すると、圧電素子アクチュエータ２の変位により
圧電素子アクチュエータ自身が第１図右方向に急速に押
し出され、圧電素子アクチュエータ２及びプリント・ワ
イヤ１０は一体となってそのまま右方向に飛行する。そ
の後、飛行光にあるプラテン（図示せず）にプリント・
ワイヤ１Ｇが衝突すると、その反動及び板バネ１４０弾
性力により圧電素子アクチュエータ２及びプリント−ワ
イヤ１０は元の位置（第１図の位置）に復帰する。もち
ろん、復帰時には高速で発射台となる基台部１２に衝突
するので、圧電素子アクチュエータ２のリバウンドは生
じるが、本発明の場合は発射台となる基台部１２への衝
突であるので、例えば発射台部分に衝撃吸収力のあるラ
バーを用いたり、又は弾性部材を用いて基台部１２全体
を衝撃吸収力のある構造にする等、圧電素子２に被駆動
体４が衝突する従来技術に比べて緩衝手段を設けること
は容易である。

又、本発明では圧電素子・２が被駆動体となっているの
で、圧電素子自身がプラテン等の被作用体へ衝突し、そ
の時に電圧パルスを発生する。従って、それを利用する
ことにより、プラテン等に圧電素子を設けることなく簡
単に作用体衝突時の電圧パルスを取り出すことができる
。

本発明のようなムービング圧電素子アクチュエータにお
いては圧電素子の重量が問題となるが、現在、積層型の
ものであっても０．３９程度のものが入手可能であり、
従って、圧電素子アクチュエータ自身が被駆動体として
飛行するよう構成することは十分可能である。

圧電素子２は、圧電素子２の変位により圧電素子２を含
む被駆動体を十分加速できる程度の変位量（寸法歪）を
有するものであれば何でも良いが、変位量（寸法歪）の
大きい積層型圧電素子を用いるのが望ましい。

又、第１図に示す原理図においては、圧電素子アクチュ
エータ２を発射台部に押圧する手段として板バネ１４を
用いた場合を説明したが、他の手段、例えば第１図に点
線１６で示すコイルバネのような弾性手段を用いても良
い。

〔実施例〕

次に本発明の実施例を図面を用いて説明する。

第３図は本発明をプリンタのプリント・ワイヤ・アクチ
ュエータに適用した場合の第１の実施例を示す。図中、
２０は積層型圧電素子（以下圧電素子２０と呼ぶ）、２
２は上部素子ガイド、２４は下部素子ガイドである。上
部素子ガイド２２及び下部素子ガイド２４は、それぞれ
圧電素子２０の上端２６及び下端２８に固着されており
、両ガイドの内側側面と圧電素子２０との間は、圧電素
子が変位可能な構造、例えば空隙３０となっている。さ
らに圧電素子２０の上端部中央にはプリント・ワイヤ５
２が固着されている。以上の上部素子ガイド２２、下部
素子ガイド２４及びプリント・ワイヤ６２は圧電素子２
０に固着されており、圧電素子２０に電圧パルスを付加
したときの寸法歪によりそれら全体が圧電素子２０とと
もに一体となって移動する被駆動体３４を構成する。被
駆動体３４は復帰バネ１６により、発射台部３６に押圧
されており、ハウジング３８内に摺動又は移動可能に設
けられている。ハウジング３８の上端部に設けられてい
るのはプリント・ワイヤ３２をガイドするワイヤ・ガイ
ド４０である。

導電ワイヤ４４を通じて電圧パルスを付加すると圧電素
子２０は寸法歪（変位）を生じる。その寸法歪は下部素
子ガイド２４に伝えられて発射台部３６を高速で押し出
し、その反作用として被駆動体３４全体が上方向に駆動
される。その後、プリント・ワイヤ３２がプラテン（図
示せず）に衝突すると、その衝撃により圧電素子２０に
電圧パルスが発生する。その電圧パルスをワイヤ４４を
介して取り出すことにより、被駆動体３４のスピードを
知ることができ、それにより印字濃度の制御等が可能と
なる。プリント・ワイヤ３２がプラテンに衝突すると、
その反動及び復帰バネ１６により、被駆動体６４は高速
で発射台部３６に復帰衝突する。発射台部３６は緩衝ス
プリング４６により支えられているので、被駆動体３４
の復帰衝突時の運動エネルギーの大部分は緩衝スプリン
グ４６等に吸収されて、被駆動体のリバウンドは早く収
束する。

第４Ａ図乃至第４Ｃ図に本発明の第２の実施例を示す。

第４Ａ図は第２の実施例の断面図を示す。

第２の実施例においては復帰バネが板バネ４８となって
おり、その他の部分及び動作は第３図に示す第１′の実
施例と同様である。このように板バネ４８を復帰バネと
して用いることにより、板バネ上にプリント配線５０（
第４Ｂ図）を施すことができ、第３図に示す導電ワイヤ
４４が不要となる。

第４Ｂ図に板バネ４８の取付状態を示す斜視図を示す。

第４Ｃ図は板バネ４８の構造を示す部分断面図である。

５２はプリント配線層を、５４は絶縁層を、５６はスプ
リング層を示す。第４Ｂ図においては、４個の板バネ４
８を用いたが、板バネ４８はこれより多くても少なくて
も良い。又、プリント配線５０を板バネ４８の両面に設
け、又は片面に２本設けて板バネ４８を１個にすること
も可能である。

第５図は本発明をマルチ・ワイヤ・ドツト・プリンタに
適用する場合の第６の実施例を示す側面図である。６０
は駆動アームであり、軸６２に回転可能に支持されてい
る。圧電素子２０は、駆動アーム６０の接続端部６４に
固着されている。

圧電素子２０にワイヤ４４を通じて電圧パルスが付加さ
れると急激な寸法歪が発生し、それにより圧電素子２０
は発射基台部６６を押し出してその反作用で第５図左方
向に飛び出そうとする。すると、駆動アーム６０は反時
計方向に回転してプリント・ワイヤ３０を下方向に押し
出し、１ドツトのプリントを行なう。その後、駆動アー
ム６０は復帰バネ１６により時計方向に回転されて元の
位置に戻る。このように駆動アーム６０を用いることに
より、−ケ所に集中して設けられた複数のプリント・ワ
イヤを比較的離れた場所から駆動することができるので
本発明をマルチ・ワイヤ・ドツト・プリンタのアクチュ
エータとして実施することも可能である。但し、木簡３
の実施側の場合、プリント・ワイヤ３０がプラテンへ衝
突しても圧電素子２０は電圧パルスを発生しないので、
圧電素２０からプラテン衝突時の電圧パルスを取り出す
ことはできない。

以上述べた実施例は全て、ドツト・ワイヤ・プリンタに
関するものであるが、本発明は、これらのプリンタに限
らず、往復動を行なう機械機構、例えばカッターの刃体
、バルブ又はリレー等に適用可能である。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明はアクチュエータである圧
電素子自身が被駆動体として移動するよう構成したこと
により、被駆動体が目的物へ作用したこと（プラテンへ
の衝突等）を表す電圧パルスを容易に取り出すことがで
きるようになった。

又、本発明においては被駆動体が復帰してきた時に衝突
する部分を自由に設計可能であるので、被駆動体のリバ
ウンド処理が容易であり、簡単な構造でより効率的な緩
衝手段を設けることが可能となった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の駆動原理を説明するための原□理図で
あり、第２図は従来技術の駆動原理を示す図である。第
５図は本発明をワイヤ・ドツト・プリンタに適用した場
合の第１の実施例を示す断面図であり、第４Ａ図乃至第
４Ｃ図はそれぞれ、本発明をワイヤ・ドツト・プリンタ
に適用した場合の第２の実施例を示す断面図、部分斜視
図及び、板バネ４８の断面図である。第５図は、本発明
をマルチ・ワイヤ◆ドツト・プリンタに適用する場合を
示す第３の実施例の側面図である。 ２．２０・・・圧電素子、４・・・フライト・ハンマ、
６．１４・・・板バネ、８・・・支持体、１０．３２・
・・プリント・ワイヤ、１２・・・基台部、１６・・・
復帰バネ、２２・・・上部素子ガイド、２４・・・下部
素子ガイド、３〇−空隙、３４・・・被駆動体、３６・
・・発射台部、４６・・・緩衝スプリング、４Ｂ・・・
板バネ、６０・・・駆動アーム、６２・・・軸 出願代理人　斉藤　勲 ＄ＩｒＸＪ ヌ３　図 第４８図 第４Ｃ面 ｄ ４＃４　Ａ図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 往復動を行なう作用体１０を駆動するアクチュエータ・
   ユニットであつて、 基台部１２と、電極間に付加される電圧パルスに応じて
   寸法歪を発生する圧電素子２と、前記圧電素子２に接続
   された作用体１０と、前記圧電素子２の寸法歪が生じる
   方向の１端を前記基台部１２に接触させるように前記圧
   電素子２を前記基台部１２に押圧する弾性部材１４、１
   ６とから成り、前記圧電素子２に電圧パルスを付加した
   時に、前記圧電素子２に生じる前記寸法歪により該圧電
   素子２が前記基台部１２を押し、その反作用により該圧
   電素子２自身が作用体１０とともに駆動されるよう構成
   したことを特徴とするムービング圧電素子アクチュエー
   タ・ユニット。