JPH0681718B2 - 圧電素子の運動変換装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、主として印字ヘッドに採用される圧電素子
の運動変換装置に関するものである。

（従来の技術） 圧電素子の運動変換装置としては、例えば、すでに同一
出願人によって開発がなされた特願昭63−14019号、特
願昭62−277169号、特願昭62−268496号等に開示された
ものがある。

また、このような圧電素子の運動変換装置は、第６図に
示すように、圧電素子１の伸縮方向一端を支持する基部
３を備え、かつ圧電素子１の一側に沿って延在するフレ
ーム２と、前記圧電素子１の伸縮方向他端に配設された
可動子５とに、一対の板ばね6,7の一端部がそれぞれ固
着される。そして、前記圧電素子１の伸縮に基づく前記
両板ばね6,7の各弾性変形部6b,7bの撓みによってこれら
両板ばね6,7の他端に跨って結合された傾動体８を傾動
させるようになっている。また、前記各板ばね6,7の弾
性変形部6b,7bは、その各板幅や板厚が同一で、その各
弾性変形部6b,7bの弾性強度が略同一に構成されてい
る。

（発明が解決しようとする課題） 前記したように構成される運動変換装置においては、圧
電素子１の伸びに基づく可動子５の変位力が同可動子５
側の板ばね７に直接に作用するとともに、フレーム２側
の板ばね６の弾性変形部6bよりも可動子５側の板ばね７
の弾性変形部7bが大きく撓む。このようなことから、可
動子５側の板ばね７の弾性変形部7bに生じる応力はフレ
ーム２側の板ばね６の弾性変形部6bに生じる応力よるも
大きくなる。そして、両板ばね6,7のうち、可動子５側
の板ばね７の弾性変形部7bの疲労度が大きく、同板ばね
７がその弾性変形部7bにおいて座屈されたりあるいは折
損されるという問題点がある。

この発明の目的は、前記した問題点に鑑み、可動子５側
の板ばね７の弾性変形部7bに生じる座屈や折損を防止し
て耐久性の向上を図ることができる圧電素子の運動変換
装置を提供することである。

（課題を解決するための手段） 前記目的を達成するために、この発明は圧電素子の伸縮
方向一端を支持する基部を備え、かつ圧電素子の一側に
沿って延在するメインフレームと、前記圧電素子の伸縮
方向他端に配設された可動子とに、一対の板ばねの一端
部をそれぞれ固着し、前記圧電素子の伸縮に基づく前記
両板ばねの各弾性変形部の撓みによってこれら両板ばね
の他端に結合された傾動体を傾動させるようになした運
動変換装置であって、前記メインフレーム側の板ばねの
弾性変形部の弾性強度よりも前記可動子側の板ばねの弾
性変形部の弾性強度を高めた構成にしたものである。

（作 用） 前記したように構成される圧電素子の運動変換装置にお
いて、圧電素子の伸縮に基づいて変位される可動子の変
位力を受けて同可動子側の板ばねが、メインフレーム側
の板ばねに沿って押上げられると、両板ばねがその各弾
性変形部において湾曲状に弾性変形して撓むとともに、
可動子側の板ばねがメインフレーム側の板ばねに向けて
大きく撓むことで、両板ばねの他端部に結合された傾動
体の部分に回転モーメントが生じ、これによって、傾動
体が傾動される。

特に、前記メインフレーム側の板ばねの弾性変形部の弾
性強度よりも可動子側の板ばねの弾性変形部の弾性強度
を高めてあるから、その弾性強度を高める分だけ、同可
動子側の板ばねの弾性変形部の疲労度を小さく抑えるこ
とができる。

（実施例） 以下、この発明の一実施例を第１図〜第５図に従って説
明する。

この実施例では印字ヘッドに採用したものを例示するも
のであって、第２図と第３図において、電圧の印加によ
って伸縮する圧電素子１は、積層状をなす圧電セラミッ
クより構成されている。

前記圧電素子１を支持するためのメインフレーム２は、
その圧電素子１の伸縮方向とほぼ平行して延在する縦長
四角形で所定板厚の金属板より構成されている。このメ
インフレーム２の一端部には圧電素子１の伸縮方向一端
（下端）を後述する温度補償材12及び予圧部材13を介し
て支持するための基部３が横方向に突設されている。ま
た、前記メインフレーム２の両側面には、圧電素子１の
リード線14を案内するための案内溝2aや、重量軽減のた
めの凹部2bが形成されている。

前記圧電素子１の伸縮方向他端（上端）には前記メイン
フレーム２の立上り部の上端部と対向した状態におい
て、可動子５が配設されている。前記可動子５とメイン
フレーム２との対向面には、一対の板ばね6,7がその一
端部においてろう付けによって固着されている。前記両
板ばね6,7の板幅はメインフレーム２並びに可動子５の
板厚よりも所定量だけ幅広に形成され、各板ばね6,7の
幅方向両側縁がメインフレーム２並びに可動子５の板厚
面よりそれで突出した状態でろう付けされることで、メ
インフレーム２並びに可動子５に対する各板ばね6,7の
固着力が高められている。さらに、前記両板ばね6,7
は、所定の隙間を隔てて対向するとともに、メインフレ
ーム２及び可動子５の上端面より圧電素子１の伸縮方向
に所定長さだけ延出されている。そして、両板ばね6,7
の他端部（延出端部）には傾動体８が両板ばね6,7と一
体に結合された状態で形成されている。また、前記両板
ばね6,7の対向面反対側には、前記メインフレーム２及
び可動子５の上端面から傾動体８の下端部にわたる範囲
において、凹部6a,7aがそれぞれ形成され、これによっ
て薄肉部とされた部分をそれぞれ弾性変形部6b,7bとし
ている。さらに、可動子５側に固着された板ばね７の弾
性変形部7bの板厚t2は、メインフレーム２側に固着され
た板ばね６の弾性変形部6bの板厚t1よりも厚肉に設定さ
れており、これによって、メインフレーム２側の板ばね
６の弾性変形部6aの弾性強度よりも可動子５側の板ばね
７の弾性変形部7aの弾性強度が高められている。

前記傾動体８には、前記両板ばね6,7の配置方向に平行
してアーム取付溝8aが凹設されており、このアーム取付
溝8aには傾動アーム10がその基部において挿入されかつ
ろう付けによって固着されている。前記傾動アーム10の
先端部には切欠き状のワイヤ取付溝10aが形成され、こ
のワイヤ取付溝10aには、印字ワイヤ11の基端部が挿入
されかつろう付けによって固着されている。なお、前記
傾動体８は、第２図に示すように、両板ばね6,7の幅方
向両側部に対する部分が切欠き状に削除されており、軽
量化が図られている。さらに、傾動アーム10には軽量化
のための大小の貫通孔９が適宜に貫設されている。

前記メインフレーム２の基部３にはサブフレーム４がそ
の一端部において一体に形成されている。そして、サブ
フレーム４は、圧電素子１の他側（メインフレーム２と
反対側）に沿ってかつ前記可動子５に対向する位置まで
延出されている。

前記サブフレーム４の延出端部と可動子５との間には圧
電素子１の伸縮に基づいて、その伸縮方向と平行に可動
子５を案内するための四節の平行リンク機構16が配設さ
れている。この平行リンク機構16は、第５図に示すよう
に、一枚の弾性変形可能な板ばね材をプレスの打抜き加
工並びに折曲げ加工することで形成された一対のリンク
プレート17と、これら両リンクプレート17を一体に結合
している結合部26を主体として構成されている。

一対のリンクプレート17は、圧電素子１の伸縮方向と平
行する縦リンク部18,19と、これら両縦リンク部18,19の
間に弾性変形可能なヒンジ部22,23,24,25をもって架設
された横リンク部20,21とをそれぞれ備えて四節の平行
リンクをなしている。そして、両リンクプレート17の各
一方の縦リンク部18は、サブフレーム４の両側面にスポ
ット溶接等によって固着され、各他方の縦リンク部19
は、可動子５の両側面にそれぞれスポット溶接等によっ
て固着されている。さらに、可動子５の両側面に固着さ
れた各縦リンク部19の先端に跨って結合部26が一体に形
成され、この結合部26は可動子５の上端面に所定隙間を
隔てて配置される。

また、この実施例において、前記各一方の縦リンク部18
の下部には、連結プレート30がその一端部において一体
に形成されている。前記各連結プレート30は前記メイン
フレーム２の側面まで延出されている。さらに、各連結
プレート30の両端部はメインフレーム２とサブフレーム
４との側面にそれぞれスポット溶接等によって固着され
ている。これによってメインフレーム２に対しサブフレ
ーム４が平行に保たれるとともに、各フレーム2,4の剛
性が高められている。

また、この実施例において、前記リンクプレート17並び
に連結プレート30が配置される部位において、そのプレ
ートの厚さに相当する分だけメインフレーム2,サブフレ
ーム４及び可動子５の板厚が軽減されており、これによ
ってメインフレーム２及びサブフレーム４の板厚内にお
いてリンクプレート17及び連結プレート30が組付けら
れ、装置の小型化が図られている。さらに、リンクプレ
ート17の各ヒンジ部22〜25及び各横リンク部20,21が配
置される部位において、前記各ヒンジ部及び各横リンク
部がサブフレーム４の側面に接触することがないように
同サブフレーム４の延出端部には薄肉部4aが形成されて
いる。

前記サブフレーム４と可動子５との間に前記リンクプレ
ート17及び連結プレート30が組付けられた後、メインフ
レーム２の基部３と可動子５との間に、圧電素子１及び
温度補償材12が予圧部材13によって所定圧力だけ予圧さ
れた状態で組付けられる。予圧部材13は上板13aと両側
板13bとを備えて逆Ｕ字状に形成され、前記基部３の上
面に跨って上下動自在に嵌込まれる。一方、圧電素子１
の伸縮方向一端（下端）面には、予め温度補償材12が接
着剤によって固着される。そして温度補償材12の下面を
前記予圧部材13の上板13a上面に当接させるとともに、
予圧部材13を押上げながら圧電素子１の他端面を可動子
５の下面に所定荷重で圧接させた状態のもとで、前記予
圧部材13の両側板13bを前記基部３の両側面にスポット
溶接によって固着することで前記圧電素子１が組付けら
れる。

また、前記温度補償材12は、圧電素子１の負の温度線膨
脹率特性とは逆の正の温度線膨脹率特性を有する材料、
例えば亜鉛材やアルミ材によって構成されている。そし
て、周囲の温度変化による圧電素子１の伸縮を、温度補
償材12の上下方向の伸びによって修正し、圧電素子１の
上面高さを常に一定に保つようになっている。

なお、可動子５下面と圧電素子１の伸縮方向他端面との
相互の接触面、並びに、温度補償材12下面と予圧部材13
の上板13a上面との相互の接触面は必要に応じて接着剤
によって接着される。

また、この実施例において、可動子５の下部の幅方向両
縁部には切欠き状の凹部5aがそれぞれ形成され、これに
よって幅が狭められた部分を弾性伸縮部5bとしている。
さらに、前記可動子５の弾性伸縮部5bは板ばね７の弾性
変形部7bよりも剛性が高くかつ圧電素子１の伸縮方向に
微量に弾性伸縮可能に形成されている。そして圧電素子
１の伸縮に基づく可動子５の所定の変位量は確保される
とともに、圧電素子１に対し電圧の印加が断たれて圧電
素子１が収縮するときには、可動子５の弾性伸縮部5bが
微量に伸びることで、圧電素子１に作用する引張力が軽
減されるようになっている。そして、引張力にもろい特
性を有する圧電セラミックによって圧電素子１を構成し
た場合においても、その圧電素子１の損傷を防止するよ
うになっている。

上述したように構成されるこの実施例において、圧電素
子１の両電極間に電圧が印加されると、圧電素子１は、
その積層方向、すなわち、第３図において矢印Ｘ方向に
所定長さだけ伸び、これに基づいて可動子５が変位され
る。すると、可動子５の変位力を受けて可動子５側の板
ばね７が、メインフレーム２側の板ばね６に沿って押上
げられ、両板ばね6,7がその各弾性変形部6b,7bにおいて
湾曲状に撓む、特に可動子５側の板ばね７の弾性変形部
7bがメインフレーム２側の板ばね６に向けて大きく撓む
ことで、第３図において矢印Ｐ方向に回転モーメントが
生じ、これによって、傾動体８が傾動される。

さて、前記可動子５側に固着された板ばね７の弾性変形
部7bの板厚t2は、メインフレーム２側に固着された板ば
ね６の弾性変形部6bの板厚t1よりも厚肉に設定されてお
り、これによって、メインフレーム２側の板ばね６の弾
性変形部6aの弾性強度よりも可動子５側の板ばね７の弾
性変形部7aの弾性強度が高められている。このため、可
動子５側の板ばね７の弾性変形部7bの弾性強度を高めた
分だけ、その弾性変形部7bの繰返しの弾性変形による疲
労度を小さく押えることができ、可動子５側の板ばね７
の弾性変形部7bにおける座屈や折損を積極的に防止する
ことができる。

また、この実施例において、前記圧電素子１の伸びに基
づいて可動子５が変位されるときには、四節の平行リン
ク機構16を構成している各リンクプレート17によって可
動子５が圧電素子１の伸縮方向と平行に案内される。こ
のため、可動子５の傾きが原因となる両板ばね6,7の撓
み量の不足が防止されることから、傾動体８を所定の傾
動角度位置まで傾動させることができる。そして、傾動
体８先端の印字ワイヤ11が所定数の案内部材15に案内さ
れた状態で、その先端が印字位置まで確実に前進され
る。

なお、前述した実施例においては、メインフレーム２側
の板ばね６の弾性変形部6bの板厚t1よりも可動子５側の
板ばね７の弾性変形部7bの板厚t2を厚肉に設定して、同
弾性変形部7bの弾性強度を高めたが、これに限るもので
はない。例えば、両板ばね6,7の各弾性変形部6b,7bの板
厚は同一とし、可動子５側の板ばね７の弾性変形部7bの
板幅を幅広にして、メインフレーム２側の板ばね６の弾
性変形部6bの弾性強度よりも可動子５側の板ばね７の弾
性変形部7bの弾性強度を高めることもできる。さらに、
両板ばね6,7の各弾性変形部6b,7bの板厚や板幅は同一と
し、可動子５側の板ばね７をメインフレーム２側の板ば
ね６よりも剛性の高いばね材より構成することで、フレ
ーム２側の板ばね６の弾性変形部6bの弾性強度よりも可
動子５側の板ばね７の弾性変形部7bの弾性強度を高める
ことも可能である。

（発明の効果） 以上述べたように、この発明によれば、圧電素子の伸縮
に基づいて可動子を変位させ、メインフレームと可動子
との相互に一端部が固着された一対の板ばねを、その弾
性変形部において撓ませることで、これら両板ばねの他
端部に結合された傾動体を傾動させるようにした圧電素
子の運動変換装置において、特に、メインフレーム側の
板ばねの弾性変形部の弾性強度よりも可動子側の板ばね
の弾性変形部の弾性強度を高めてあるから、その弾性強
度を高めた分だけ、可動子側の板ばねの弾性変形部の疲
労度を小さく抑えることができる。この結果、可動子側
の板ばねの弾性変形部における座屈や折損を積極的に防
止することができ耐久性の向上を図ることができるとい
う効果がある。

【図面の簡単な説明】

図面の第１図〜第５図はこの発明の一実施例を示すもの
で、第１図は印字ヘッドに作用される圧電素子の運動変
換装置の要部を拡大して示す側面図、第２図は同じく運
動変換装置全体を示す斜視図、第３図は同じく側面図、
第４図は第３図のIV−IV線断面図、第５図は四節の平行
リンク機構を示す斜視図である。第６図は先行技術のも
のを示す側面図である。 １……圧電素子 ２……メインフレーム ５……可動子 6,7……板ばね 6b,7b……弾性変形部 ８……傾動体

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】圧電素子の伸縮方向一端を支持する基部を
   備え、かつ圧電素子の一側に沿って延在するメインフレ
   ームと、前記圧電素子の伸縮方向他端に配設された可動
   子とに、一対の板ばねの一端部をそれぞれ固着し、前記
   圧電素子の伸縮に基づく前記両板ばねの各弾性変形部の
   撓みによってこれら両板ばねの他端に結合された傾動体
   を傾動させるようになした運動変換装置であって、 前記メインフレーム側の板ばねの弾性変形部の弾性強度
   よりも前記可動子側の板ばねの弾性変形部の弾性強度を
   高めたことを特徴とする圧電素子の運動変換装置。