DE3602673A1 - Piezoelektrisches betaetigungsglied - Google Patents

Description

|)ipl -lni-'. DU" l-liiu-jl. Dipl.-IiiL·. Manfred SjLvr. I'alcnUirmiilto. Cosimaslr. 81. D-S München Kl

Für die vorliegende Anmeldung wird die Priorität der japanischen Patentanmeldung 60-15073 vom 29.01.1985 in Anspruch genommen.

Die Erfindung betrifft ein piezoelektrisches Betätigungsglied, das die durch den Transversaleffekt eines piezoelektrischen Elements bewirkte lineare Hin- und · Herbewegung nutzbar macht.

Im Rahmen der Umwandlung von elektrischer in mechanische Energie zur Anwendung für Drucker und andere elektronische Geräte betrifft die Erfindung insbesondere eine verbesserte Hebellagerung an einem Hebellagerbereich, nämlich zur Vegrößerung der Steifigkeit des mechanischen Verstärkungssystems.

Die Figuren 5A und 5B zeigen ein herkömmlich ausgebildetes Betätigungsglied der vorgenannten Art. Dabei bezeichnet Bezugsziffer 1 einen Rahmen und Bezugsziffer 2 einen mechanischen Verstärkungsbereich. Der Rahmen 1 und der Verstärkungsbereich 2 bestehen aus Federstahl und sind durch Preßformung einstückig hergestellt. Der mechanische Verstärkungsbereich 2 weist einen ersten Hebel 2a und einen zweiten Hebel 2b auf, die zusammen einen zweistufigen Verstärkungsbereich bilden, sowie Schwenklagerbereiche 3a, 3b, 3c, die mit elastischen Scharnier- oder Federkörpern ausgestattet sind. Zwischen einem Ende 2c des ersten Hebels 2a in dem mechanischen Verstärkungsbereich 2 und der flachen Innenseite la der unteren Seitenwand des Rahmens 1 ist ein piezoelektrisches Element 4 eingesetzt und mittels

Dip! -Iηιί. Olio I lüszel. Dipl.-Ing. Manfred Säger. I'aknlanwiilte. C'osimastr. 81, D-S München SI

ARALDITE (Markenname) festgeklebt. Bezugsziffer 5 bezeichnet eine Öffnung für Montage- bzw. Befestigungszwecke. Wenn bei der vorstehend beschriebenen Konstruktion des Befestigungsglieds eine elektrische Spannung an das piezoelektrische Element angelegt wird, entsteht dadurch, daß ein Ende des piezoelektrischen Elements fest verankert ist, ein Transversaleffekt in der in Figur 5A gezeigten Pfei 1 richtung, und zwar derart, daß das Ende 2c des Hebels 2a in dem mechanischen Verstärkungsbereich 2 mit Schubkraft beaufschlagt und verschoben wird. Diese Verschiebung bzw. Verschiebungsbewegung wird auf den mechanischen Verstärkungsbereich 2 übertragen, wird dort verstärkt und bewirkt schließlich die Verschiebung eines Übertragungsarms 6 in die dargestellte Pfeilrichtung.

In diesem Fall wird die Verschiebung um die Hebellänge verstärkt, und zwar jeweils gemessen ab dem Schwenklagerbereich 3a, 3b, 3c. Die Verschiebung durch den mechanischen Verstärkungsbereich 2 läßt sich durch folgende Formel ausdrucken:

Verschiebung = Verschiebung an dem piezoelektrischen Element χ - χ ^- .

Wie diese Formel zeigt, wird die Verschiebung um die Länge des Hebels verstärkt, und zwar jeweils gemessen ab dem Schwenklagerbereich 3a, 3b, 3c.

Wird die Spannung an dem piezoelektrischen Element aufgehoben, so reduziert sich die Verschiebung in dem mechanischen Verstärkungsbereich, und die Ausgangslage wird allmählich wiederhergestellt.

ΠφΙ.-liig. Otto Hügel. Dipl.-Ing. Manfred Säger, l'alenlanwiilte, Cosiniastr. 81. D-S München 81

Das herkömmliche Betätigungsglied mit einem piezoelektrischen Element, das an dem Schwenklagerbereich für den Verstärkungsbereich elastische Scharnierkörper oder Federn aufweist, arbeitet zufriedenstellend im Zusammenhang mit einem Punktdrucker, dessen Funktion der Nutzung von Impulsivkraft gilt. Wenn dieses Betätigungsglied allerdings im Zusammenhang mit einem Funktionsmechanismus verwendet wird, bei welchem während der Übertragung der Verschiebung auf die Außenseite gewisse Gegenkräfte zur Wirkung kommen (wodurch zum Beispiel das andere bewegliche Teil verschoben wird), führt dies zu einer Verdrehung und Verformung elastischen Scharnierkörper oder Federn, weshalb eine Verschiebung in dem erwarteten Maße nicht erreicht wi rd.

Damit liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Betätigungsglied mit piezoelektrischem Element der eingangs genannten Art dahingehend weiterzuentwickelη , daß eine größere Verschiebung wirksam zur Außenseite bzw. nach außen übertragen werden kann.

Diese Aufgabe wird bei einem Gegenstand nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs erfindungsgemäß durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst.

Dazu wird erfindungsgemäß die Steifigkeit des Schwenkbzw. Drehlagerbereiches der letzten Verstärkungsstufe, der innerhalb des mechanischen Verstärkungsbereichs die größte Verschiebung erfährt, mit größerer Steifigkeit ausgebildet, derart, daß die Grenzen des mechanischen Verstärkungsbereichs bei maximaler Beanspruchung aufgehoben werden.

Dipl. Ing. nun f lügcl. 1>ιρ'--1ημ. Manfred Säger, l'alonUinu.'iliü. CnsimaMr. SI. I)-S München 81

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform im Zusammenhang mit den Zeichnungen.

Es zeigt:

Figur IA eine Vorderansicht eines erfindungsgemäßen Betätigungsgi ieds;

Figur IB eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen Betätigungsgiieds;

Figur 2A eine Vorderansicht der Bauteile des erfindungsgemäßen Betätigungsglieds;

Figur 2B eine Seitenansicht der Bauteile des erfindungsgemäßen Betätigungsglieds;

Figur 3A eine Vorderansicht des Hebel 1agerbereichs; Figur 3B eine Seitenansicht des Hebel 1agerbereichs;

Figur 4 eine Schnittansicht nach der Linie A-B in Figur 1;

Figur 5A eine Vorderansicht eines herkömmlichen Betätigungsglieds;

Figur 5B eine Seitenansicht des herkömmlichen Betätigungsglieds;

l)i|i|-lii!;. "Uo Πίίμοί, Dipl.liiu. Manfred Säger. Patentanwälte, Cosimaslr. 81, D-8 München.81

Wie die Figuren IA und IB zeigen, unterscheidet sich das erfindungsgemäße Betätigungsglied von dem in den Figuren 5A und 5B gezeigten herkömmlichen Betätigungsglied im wesentlichen durch die Ausbildung des Schwenkbzw. Drehlagerbereichs (3c in Figur 5) für den zweiten Hebel 2b. Der erfindungsgemäße Schwenklagerbereich ist als Halbschwenklager 7 (Figur 1) ausgebildet, das im einzelnen in den Figuren 2 und 3 dargestellt ist. Wie Figur 2 zeigt, ist das Halbschwenklager 7 an dem zweiten Hebel 2b ausgebildet. Bezugsziffer 8 bezeichnet einen Aufnahmekörper, der von dem oberen rechten Ende des Rahmens 1 abführt und mit geringerer Dicke bemessen ist als der Rahmen 1, derart, daß eine Abstufung entsteht. Der Aufnahmekörper 8 weist eine Schraubenöffnung 9 auf.

Die Figuren 3A und 3B zeigen ein Lagerbefestigungsteil 10, das an seinem oberen Ende eine segmentförmige Vertiefung 10a und darüber hinaus eine Öffnung 10b für eine flache Kopfschraube aufweist. Die segmentförmige Vertiefung 10a des Lagerbefestigungsteils 10 wird über dem Schwenklagerbereich 7 (Figur 2) des zweiten Hebels 2b des mechanischen Verstärkungsbereiches montiert. Das untere Ende des Befestigungsteils 10 wird auf den Aufnahmekörper 8 gesetzt, und beide Teile werden mit Hilfe einer Schraube 11 miteinander verschraubt.

Da die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Betätigungsglieds jener eines herkömmlichen Betätigungsglieds entspricht, kann eine diesbezügliche Beschreibung an dieser Stelle entfallen.

Der an dem zweiten Hebel 2b ausgebildete Lagerbereich bzw. Lagerabschnitt 7 ist frei drehbar in der segmentförmigen Vertiefung 10a gehalten, derart, derart, daß

3602873

Dipl.-Ing. Otto Fliigei, Dipl.-lng. Manfred Säger, I'atenuinwalte. Cosimastr. 81. IJ-8 München 8!

die an dem piezoelektrischen Element frei werdende Kraft wirksam genutzt werden kann. Alternativ zu der vorstehend beschriebenen Ausbildung kann der Lagerbefestigungsbereich 10 auch direkt an dem Rahmen 1 vorgesehen bzw. festgelegt werden, und der mechanische Verstärkungsbereich 2 kann anstelle von nur zwei Hebeln auch mehrere Hebel aufweisen.

Wie eingangs bereits erwähnt, wird bei vorliegender Erfindung ein piezoelektrisches Element als Quelle für die Antriebskraft verwendet, wobei die Verschiebung des piezoelektrischen Elements durch den mechanischen Verstärkungsbereich verstärkt und durch den Übertragungsarm übertragen wird. Dabei dient der Schwenklagerbereich der letzten Stufe bzw. Verstärkungsstufe der Lagerung des zweiten bzw. letzten Hebels, der die größte Verschiebung aufnehmen muß. Dadurch, daß der Schwenk- bzw. Drehlagerbereich der letzten Stufe mit größerer Steifigkeit ausgestattet und frei drehbar in der segmentförmigen Vertiefung gelagert ist, eignet sich das erfindungsgemäße Betätigungsglied nicht nur für solche Fällen, in denen Impulsivkraft genutzt wird, sondern auch für Fälle, in denen unter Einwirkgung von Gegenkräften eine Übertragung der Verschiebung zur Außenseite bzw. nach außen stattfinden soll. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung wird dem mechanischen Verstärkungsbereich eine höhere Steifigkeit verliehen und damit eine stabile und zuverlässige Übertragung der Verschiebung zur Außenseite bzw. nach außen erreicht. Das erfindungsgemäße Betätigungsglied zeichnet sich durch hohe Wirksamkeit und Zuverlässigkeit aus.

- Leerseite

Claims (1)

1. Dip! Ιπμ. Olio Hügel. Pipl.-ΐημ. Manfred Siigcr. I'aloniaimiilie. Cosimastr. 81. D-S München Xl

   TOKYO JUKI INDUSTRIAL CO.,LTD.

   2-1, Kokuryo-cho 8-chome

   Chofu-shi

   Tokyo 182, Japan 12.920 sä/wa

   PIEZOELEKTRISCHES BETATIGUNGS6LIED

   Patentanspruch

   Piezoelektrisches Betätigungsglied mit einem piezoelektrischen Element, dessen eines Ende an einem Rahmmen befestigt ist, mit einem mechanischen Verstärkungsbereich, der mit einem Ende des piezoelektrischen Elements verbunden ist, und mit einem Verschiebungs-Übertragungsarm, der in Reihe mit dem oberen Abschnitt des mechanischen Verstärkungsbereichs verbunden ist, wobei der mechanische Verstärkungsbereich aus einem Hebelbereich und einem Hebel 1agerbereich besteht, und wobei die Verstärkungskraft durch das Verhältnis der ab dem Hebel 1agerbereich gemessenen Hebellänge definiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß daß der Hebel!agerbereich (7) der letzten Verstärkungsstufe des mechanischen Verstärkungsbereichs (2) dreh- bzw. schwenkbar in eine segmentförmige Vertiefung (10a) eines Lagerbefestigungsteils (10) eingesetzt und der Lagerbefestigungsbereich (10) an dem Rahmen (1) festgelegt ist.