DE3884281T2

DE3884281T2 - Vorrichtung zur Vergrösserung der Lageverschiebung eines piezoelektrischen Elementes oder eines ähnlichen Elementes.

Info

Publication number: DE3884281T2
Application number: DE88305280T
Authority: DE
Inventors: Yasuji C O Brother Ko Chikaoka; Yoshiyuki C O Brother Ikezaki; Yasuo C O Brother Kogyo Imoto; Akira C O Brother Kog Iriguchi; Atsuo C O Brother Kogy Sakaida
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 1987-06-09
Filing date: 1988-06-09
Publication date: 1994-02-17
Anticipated expiration: 2008-06-10
Also published as: EP0295102A3; US4874978A; USRE34823E; EP0295102B1; EP0295102A2; DE3884281D1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Betätigungselement zum Antreiben des Druckdrahtes oder ähnlichem in einem Druckkopf zum Beispiel, und insbesondere auf eine Vorrichtung zum Vergrößern der Lageverschiebung eines piezoelektrischen Elementes oder ähnlichem als Antriebsquelle, bei der Ausdehnung und Zusammenziehung des piezoelektrischen Elementes durch eine rollende Bewegung eines rollenden Teiles in eine relativ große Bewegung des Druckdrahtes zum Ausführen einer Druckätigkeit des Druckdrahtes vergrößert wird.
Es gibt verschiedene bekannte Vorrichtungen, wie sie oben erwähnt sind. Zum Beispiel ist in der japanischen Offenlegungsschrift 57-187 980 eine Vorrichtung zum Vergrößern der Lageverschiebung eines piezoelektrischen Elementes offenbart, wie sie in den Figuren 18(A) und 18(B) gezeigt ist. Es wird Bezug genommen auf die Figuren 18(A) und 18(B), die einen Ruhezustand bzw. einen Betriebszustand zeigen, ein piezoelektrisches Element 302 ist an einem Rahmen 300 befestigt, und ein rollendes Teil 308 ist durch ein Paar von Blattfedern 304 und 306, die in einem vorgegebenen Abstand voneinander angeordnet sind, mit dem piezoelektrischen Element 302 und dem Rahmen 300 verbunden. Wie in Fig. 18(B) gezeigt ist, rollt sich das rollende Teil 308, wenn sich das piezoelektrische Element 302 ausdehnt, um einen verbindenden Abschnitt zwischen diesem und der Blattfeder 306 durch das an dem verbindenden Abschnitt des rollenden Teiles 308 und der Blattfeder 304 ab. Somit wird die Lageverschiebung des piezoelektrischen Elementes 302 in eine rollende Bewegung des rollenden Teiles 308 umgewandelt.
Solch eine herkömmliche Vorrichtung zur Vergrößerung der Lageverschiebung kann jedoch keine große Vergrößerungsrate der Lageverschiebung des piezoelektrischen Elementes 302 darstellen, die zu vergrößern und auf das rollende Teil 308 zu übertragen ist. Folglich ist es im Falle des Antriebes eines Druckdrahtes notwendig, das rollende Teil 308 so zu verlängern, daß eine ausreichende Hubhöhe des Druckdrahtes erzielt wird. Solch eine große Größe und eine erhöhte Masse des rollenden Teiles 308 verursachen ein Problem bei dem Hochgeschwindigkeitsbetrieb des Druckdrahtes.
In dem Fall, daß die Vorrichtung zum Vergrößern der Lageverschiebung, wie sie in den Fig. 18(A) und 18(B) gezeigt ist, in einem Druckkopf für einen Nadelpunktdrucker (nicht gezeigt) z. B. benutzt wird, ist ein Druckdraht direkt mit einem Ende des rollenden Teiles 308 verbunden oder indirekt durch ein anderes Teil mit dem einen Ende des rollenden Teiles, wodurch eine Druckeinheit dargestellt wird. Eine Mehrzahl von den Druckeinheiten, deren Zahl gleich der der Druckdrähte ist, ist in dem Druckkopf eingebaut. Jede Druckeinheit enthält das piezoelektrische Element 302, und Leitungsdrähte, die sich von beiden Elektroden des piezoelektrischen Elementes 302 erstrecken, sind zu einer gewissen Verdrahtungsplatte geführt und mit Zuführungsleitungen durch Löten oder ähnliches verbunden, die auf der Verdrahtungsplatte gebildet sind. Bei der Verbindung der Leitungsdrähte neigen diese jedoch dazu, sich ineinander zu verheddern, wodurch die Verbindungstätigkeit schwierig gemacht wird. Ebenfalls ist es schwierig, die Polarität der Verbindungsdrähte zu erkennen.
Weiterhin ist die Mehrzahl von Druckeinheiten normalerweise zwischen zwei parallelen Basisplatten angeordnet, und der Rahmen 300 einer jeden Druckeinheit ist an den Basisplatten durch ein geeignetes Befestigungsmittel wie Bolzen befestigt, die parallel zu einer Richtung der Lageverschiebung des piezoelektrischen Elementes (302) ausgerichtet sind. Beim Befestigen des Rahmens 300 an den Basisplatten wird jedoch der Rahmen 300 parallel zu der Richtung der Lageverschiebung des piezoelektrischen Elementes 302 ausgedehnt. Weiterhin verschiebt sich eine feste Position des Rahmens 300 in Bezug auf die Richtung parallel zu der Richtung der Lageverschiebung.
Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zum Vergrößern der Lageverschiebung vorgesehen, mit: einem piezoelektrischen Element, das sich auf selektives Anlegen einer elektrischen Spannung daran einer Längsversetzung unterzieht;
einem Rahmen, der sich im wesentlichen parallel zu der Versetzungsrichtung des piezoelektrischen Elementes erstreckt und mit einem ersten Ende des piezoelektrischen Elementes verbunden ist;
einem bewegbaren Teil, das an einem zweiten gegenüberliegenden Ende des piezoelektrischen Elementes in Bezug auf die Versetzungsrichtung des piezoelektrischen Elementes befestigt ist;
einem biegenden Teil;
einem ersten federnden Teil mit einem ersten Ende, das mit dem bewegbaren Teil verbunden ist, und einem zweiten Ende, das mit dem biegenden Teil verbunden ist; und
einem zweiten federnden Teil, das in einem im wesentlichen parallelen Verhältnis zu dem ersten biegenden Teil vorgesehen ist und ein erstes Ende, das mit dem Rahmen verbunden ist, und ein zweites Ende, das mit dem biegenden Teil verbunden ist, aufweist, wobei die federnden Teile zum Drehen des biegenden Teiles deformiert werden, wenn das piezoelektrische Element versetzt wird;
gekennzeichnet durch
Beschränkungsmittel, das sich quer zu dem ersten und dem zweiten federnden Teil erstreckt, wobei das Beschränkungsmittel die Versetzung des piezoelektrischen Elementes von dem Rahmen weg in eine Richtung im wesentlichen senkrecht zu dem ersten und dem zweiten federnden Teil beschränkt.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Nadeldruckerdruckkopf vorgesehen, der eine Mehrzahl von Vorrichtungen zum Vergrößern der Lageverschiebung nach dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung aufweist.
Die Erfindung wird weiter durch ein nicht begrenzendes Beispiel unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
Fig. 1 eine vertikale Schnittansicht eines Druckkopfes ist, der mit Ausführungsformen der Vorrichtung zum Vergrößern der Lageverschiebung nicht gemäß der vor liegenden Erfindung versehen ist;
Fig. 2 eine Seitenansicht ist, wie sie von dem Pfeil II in Fig. 1 gesehen wird;
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform der Vorrichtung zum Vergrößern der Lageverschiebung des Types ist, der in dem Druckkopf in Fig. 1 eingebaut gezeigt ist und demnach nicht gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 4 eine teilweise geschnittene Ansicht der in Fig. 3 gezeigten Vorrichtung ist;
Fig. 5 eine Draufsicht von Fig. 3 ist;
Fig. 6 eine perspektivische Ansicht einer Modifikation der Vorrichtung von Figuren 3 bis 5 ist, wiederum nicht gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 7 eine vergrößerte Ansicht eines Teiles ist, der in Fig. 3 gezeigten Vorrichtung ist;
Fig. 8 eine perspektivische Ansicht einer der in Fig. 7 gezeigten Blattfedern ist;
Fig. 9 eine perspektivische Ansicht einer weiteren Modifika tion der Vorrichtung von Figuren 3 bis 5 ist, wiederum nicht gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 10 eine Ansicht von Fig. 9 ist;
Fig. 11 eine perspektivische Ansicht der in Fig. 9 gezeigten Blattfedern ist;
Fig. 12 eine Ansicht von Fig. 11 ist;
Fig. 13 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform der Vorrichtung zum Vergrößern der Lageverschiebung gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 14 eine Ansicht der Fig. 13 ist;
Fig. 15 eine perspektivische Ansicht des in Fig. 13 gezeigten Parallelverbindungsmechanismus ist;
Fig. 16 eine Ansicht einer Modifikation von Fig. 15 ist;
Fig. 17 eine perspektivische Explosionsansicht des wesentlichen Teiles einer anderen Modifikation von Fig. 13 ist;
Fig. 18(A) eine schematische Ansicht der herkömmlichen Vorrich tung zum Vergrößern der Lageverschiebung eines piezoelektrischen Elementes ist, die einen nicht betriebsmäßigen Zustand zeigt; und
Fig. 18(B) eine Ansicht ähnlich der Fig. 18(A) ist, die einen Betriebszustand zeigt.
Figuren 3 bis 12 stellen Ausführungsformen von Vorrichtungen zum Vergrößern der Lageverschiebung dar, die nicht gemäß der vorliegenden Erfindung sind. Während der in Fig. 1 und 2 dargestellte Druckkopf so gezeigt ist, daß er mit Ausführungsformen der Vorrichtung zum Vergrößern der Lageverschiebung nicht gemäß der vorliegenden Erfindung versehen ist, kann der Druckkopf mit Ausführungsformen der Vorrichtung zum Vergrößern der Lageverschiebung versehen werden, die gemäß der vorliegenden Erfindung sind, z. B. mit Ausführungsformen der Vorrichtung zum Vergrößern der Lageverschiebung, wie sie unter Bezugnahme auf Figuren 13 bis 17 beschrieben werden. Die Figuren 1 bis 12 und ihre folgende zugehörige Beschreibung werden als Hilfe zum Verstehen der Ausführungsformen der Vorrichtung zum Vergrößern der Lageverschiebung gegeben, die gemäß der vorliegenden Erfindung sind und die unter Bezugnahme auf die Figuren 13 bis 17 beschrieben werden.
Es wird Bezug genommen auf die Figuren 1 und 2, die einen Druckkopf in einem vertikalen Schnitt bzw. einer Seitenansicht zeigen, ein Kopfkörper 40 besteht erst einmal aus einer ersten und einer zweiten im wesentlichen rechteckigen Basisplatte 42 und 44, die einander in einem vorbestimmten Abstand gegenüberstehen, und vier Stützen 46, die die Basisplatten 42 und 44 an ihren vier Ecken verbinden.
Eine Mehrzahl von (z. B. 24) Druckeinheiten 48 ist zwischen der ersten und der zweiten Basisplatte 42 und 44 auf solche Weise vorgesehen, daß sie auf einem Kreis angeordnet sind, der konzentrisch mit einer gemeinsamen Mittellinie der beiden Basisplatten 42 und 44 ist.
Die zweite Basisplatte 44 ist mit einem im wesentlichen kreisförmigen Plattenabschnitt 49, der entlang der Druckeinheiten 48 vorgesehen ist, und mit einem hohlen Nasenabschnitt 54, der sich nach außen von dem Plattenabschnitt 49 erstreckt, gebildet. Der Nasenabschnitt 54 enthält eine Mehrzahl von Führungsplatten 52 zum Führen der Bewegung eines jeden Druckdrahtes 50, der mit jeder Druckeinheit 48 verbunden ist. Ein Trageteil 56 ist auf der inneren Oberfläche der zweiten Basisplatte 44 zum Positionieren und Tragen einer jeden Druckeinheit 48 vorgesehen. Das Trageteil 56 besteht primär aus einer kreisförmigen Tragplatte 58, die entlang der inneren Oberfläche der zweiten Basisplatte 44 vorgesehen ist, und einer Mehrzahl von Trennwänden 60, die sich radial nach innen von der Tragplatte 58 auf solche Weise erstrecken, daß jede Trennwand 60 zwischen zwei benachbarten Druckeinheiten 48 vorgesehen ist. Die Trennwände 60 sind einstückig mit einem Tragring 64 zum Tragen der äußeren Oberfläche eines jeden Rahmens 62 der Druckeinheiten 48 gebildet. Die Tragplatte 58 ist an ihrem Mittelabschnitt mit einem Zentralloch 66 gebildet, das mit dem axialen Loch des Nasenabschnittes 54 in Verbindung steht. Eine Mehrzahl von Führungsstiften 70 steht von der inneren Oberfläche der Tragplatte 58 auf solche Weise vor, daß sie um das Zentralloch 66 angeordnet sind, zum Führen eines jeden Drahttreiberarmes 96 der Druckeinheiten 48.
Es wird Bezug genommen auf die Figuren 3, 4 und 5, jede Druckeinheit 48 enthält ein piezoelektrisches Element 72, das dazu ausgelegt ist, sich auszudehnen und zusammenzuziehen durch das Anlegen einer Spannung daran, und einen Verschiebungsübertragungsmechanismus 74, der zum Vergrößern der Ausdehnung und des Zusammenziehens des piezoelektrischen Elementes 72 und zum Übertragen einer solchen vergrößerten Verschiebung zu dem Druckdraht 50 ausgelegt ist. Das piezoelektrische Element 72 und der Verschiebungsübertragungsmechismus 74 werden von dem Rahmen 62 getragen.
Der Rahmen 62 ist aus einer Metallplatte mit einer vorbestimmten Dicke und einer länglichen Form auf solche Weise gebildet, daß er sich im wesentlichen parallel zu der Verschiebungsrichtung des piezoelektrischen Elementes 72 erstreckt. Der Rahmen 62 ist an seinem unteren Ende mit einem sich quer erstreckenden Basisabschnitt 78 zum Tragen von einem Ende des piezoelektrischen Elementes 72 durch ein Temperaturkompensationsteil 76 gebildet.
Das piezoelektrische Element 72 ist aus einem Stapel von piezoelektrischen Keramiken gebildet, die dazu ausgelegt sind, expandiert und zusammengezogen zu werden in die Richtung des Stapels (in die Längsrichtung des piezoelektrischen Elementes 72). Das Temperaturkompensationsteil 76 ist an einer Endoberfläche des piezoelektrischen Elementes 72 durch ein Klebemittel oder ähnliches befestigt. Das piezoelektrische Element 72 wird durch das Temperaturkompensationsteil 76 auf einer Unterstützungsoberfläche 80 des Tragabschnittes 78 getragen.
Ein rechteckiges bewegbares Teil 82 ist an der anderen Endoberfläche des piezoelektrischen Elementes 72 durch ein Klebemittel oder ähnliches befestigt. Das bewegbare Teil 82 weist eine Seitenoberfläche gegenüber einer oberen Seitenoberfläche des Rahmens 62 mit einem gegebenen Abstand, der dazwischen definiert ist, auf. Der gegebene Abstand ist mit einem Paar einer ersten und einer zweiten Blattfeder 84 und 86 gefüllt, die an Federbefestigungsoberflächen 88 und 90 des Rahmens 62 bzw. des bewegbaren Teiles 82 zu befestigen sind. Die Federbefestigungsoberflächen 88 und 90 sind flache Oberflächen, die sich im wesentlichen parallel zu der Verschiebungsrichtung des piezoelektrischen Elementes 72 erstrecken. Die Federbefestigungsoberfläche 90 des bewegbaren Teiles 82 ist an einer Endoberfläche des bewegbaren Teiles 82 angeordnet, die von einer Mittellinie des piezoelektrischen Elementes 72 zu dem Rahmen 62 versetzt ist.
Die erste Blattfeder 84 weist eine Seitenoberfläche auf, die insgesamt durch Hartlöten oder ähnliches an der Federbefestigungsoberfläche 88 des Rahmens 62 befestigt ist, während die zweite Blattfeder 86 eine Seitenoberfläche aufweist, die insgesamt durch Hartlöten oder ähnliches an der Federbefestigungsoberfläche 90 des bewegbaren Teiles 82 befestigt ist. Die zweite Blattfeder 86 ist relativ zu der ersten Blattfeder 84 unter der Bedingung bewegbar, daß sich die gegenüberliegenden Oberflächen der beiden Blattfedern 84 und 86 berühren.
Die erste und die zweite Blattfeder 84 und 86 erstrecken sich aufwärts um eine gegebene Länge von den oberen Enden der Federbefestigungsoberflächen 88 und 90 entlang der Verschiebungsrichtung des piezoelektrischen Elementes 72. Ein biegendes oder rollendes Teil 92 ist an dem oberen Ende der ersten und der zweiten Blattfeder 84 und 86 befestigt. Das rollende Teil 92 besteht primär aus einem Basisteil 94 mit einer hohen Steifigkeit und einem Leichtgewichtsdrahttreiberarm 96, der mit dem Basisteil 94 verbunden ist.
Das Basisteil 94 des rollenden Teiles 92 ist an seiner unteren Oberfläche mit einer horizontalen Ausnehmung 98 zum Aufnehmen des oberen Endes der ersten und der zweiten Blattfeder 84 und 86 gebildet. Die Oberflächen (hinteren Oberflächen) gegenüber den sich zugewandten Oberflächen der Blattfedern 84 und 86 sind durch Hartlöten an der inneren Oberfläche der Ausnehmung 98 befestigt. Das Basisteil 94 ist weiter an seiner vorderen Oberfläche mit einer vertikalen Ausnehmung 100 zum Aufnehmen des Basisabschnittes des Drahttreiberarmes 96 gebildet. Der Basisabschnitt ist in der vertikalen Ausnehmung 100 durch Hartlöten befestigt. Der Druckdraht 50 ist an seinem einen Ende an dem vorderen Ende des Drahttreiberarmes 96 durch Hartlöten befestigt.
Damit das bewegbare Teil 82 parallel zu der Verschiebungsrichtung des piezoelektrischen Elementes 72 bewegt wird, ist ein elastisch deformierbares Verbindungsteil 104 zwischen dem Rahmen 62 und dem bewegbaren Teil 82 vorgesehen. Das Verbindungsteil 104 erstreckt sich vertikal entlang der Verschiebungsrichtung des piezoelektrischen Elementes 72 auf der gegenüberliegenden Seite des Rahmens 62 im Bezug auf das piezoelektrische Element 72. Ein unterer Endabschnitt des Verbindungsteiles 104 ist an einer Endoberfläche des Basisabschnittes 78 des Rahmens 62 befestigt, während ein oberer Endabschnitt des Verbindungsteiles 104 an einer vorderen Endoberfläche des bewegbaren Teiles 82 auf der gegenüberliegenden Seite der zweiten Blattfeder 86 befestigt ist.
Das Verbindungsteil 104 ist durch ein dünnwandiges ebenes Material mit einer Breite in der Ebene parallel zu der Seitenoberfläche des Rahmens 62 gebildet. Solch eine Anordnung des Verbindungsteiles 104 trägt zu einer hohen Steifigkeit des Verbindungsteiles 104 in einer rollenden Richtung des bewegbaren Teiles 82 bei, das durch eine Reaktionskraft der Blattfeder 86 gerollt wird. Weiter ist eine elastische Kraft des Verbindungsteiles 104 so eingestellt, daß die bewegende Kraft des bewegenden Teiles 82 aufgrund der Ausdehnung des piezoelektrischen Elementes 72 im wesentlichen gleichförmig auf die Blattfeder 86 und das Verbindungsteil 104 ausgeübt wird. Das heißt, die elastische Kraft des Verbindungsteiles 104 ist kleiner als die der Blattfeder 86 eingestellt. Zum Beispiel ist das Verhältnis der elastischen Kräfte des Verbindungsteiles 104 und der Blattfeder 86 zu ungefähr 100 : 1,5 in dem nichtbetätigten Zustand des piezoelektrischen Elementes 72 eingestellt. Diesem liegt die Tatsache zugrunde, daß, wenn die Blattfeder 86 durch die Aufwärtsbewegung des bewegbaren Teiles 82 gekrümmt wird, eine im wesentlichen vertikale Komponente (eine Komponente in die Verschiebungsrichtung des piezoelektrischen Elementes 72) der elastischen Kraft der Blattfeder 86 so benötigt wird, daß sie gleich der elastischen Kraft des Verbindungsteiles 104 in dem Betriebszustand ist. Daher ist die elastische Kraft des Verbindungsteiles 104 so eingestellt, daß sie kleiner als die der Blattfeder 86 ist. Wenn die elastische Kraft des Verbindungsteiles 104 größer als die der Blattfeder 86 im Betriebszustand des piezoelektrischen Elementes 72 ist, erzeugt das bewegbare Teil ein im Uhrzeigersinne gerichtetes Moment zum Verhindern der weichen vertikalen Bewegung des bewegbaren Teiles 82 und beeinflußt auch die weiche Ausdehnung des piezoelektrischen Elementes 72 auf schlechte Weise. Somit trägt das Vorsehen des Verbindungsteiles 104 dazu bei, im wesentlichen die Neigung des bewegbaren Teiles 82 zu verhindern.
Ein Rückenanschlag 106, der aus einem Gummi niedriger Elastizität gebildet ist, ist an einem oberen Ende des Verbindungsteiles 104 so befestigt, daß, wenn das rollende Teil 92 gerollt wird und zurückkehrt, die untere Kante des Drahttreiberarmes 96 gegen die obere Oberfläche des Rückenanschlages 106 stößt. Der Rückenanschlag 106 ist mit einer Ausnehmung 108 zum Aufnehmen des oberen Endabschnittes des Verbindungsteiles 104 gebildet und weiter mit einem Seitenloch 110 zum Füllen eines Klebemittels dadurch in die Ausnehmung 108 gebildet. Somit ist der Rückenanschlag 106 an dem Verbindungsteil 104 durch das Klebemittel befestigt.
Das Temperaturkompensationsteil 96, das an der unteren Oberfläche des piezoelektrischen Elementes 72 gebunden ist, dient zum Kompensieren des Ausdehnens oder Zusammenziehens des piezoelektrischen Elementes 72 aufgrund einer Umgebungstemperaturänderung und hält dadurch die Höhe von der Unterstützungsoberfläche 80 des Basisabschnittes 78 des Rahmens 62 zu dem oberen Ende des piezoelektrischen Elementes 72 konstant.
Ein Schubstift 112 ist in dem Basisabschnitt 78 zum Tragen der unteren Oberfläche des Temperaturkompensationsteiles 76 eingepaßt und dann einstückig mit dem Basisabschnitt 78 mittels Strahlschweißen befestigt. Der Schubstift 112 dient dazu, die untere Oberfläche des Temperaturkompensationsteiles 76 auf der Unterstützungsoberfläche 80 etwas zu schieben, wodurch die Federkräfte des Verbindungsteiles 104 und der zweiten Blattfeder 86 die gesamte Zeit auf das piezoelektrische Element 72 ausgeübt werden.
Leitungsdrähte 114 und 116 sind an einem jeweils entsprechenden Ende mit beiden Elektroden des piezoelektrischen Elementes 72 einer jeden Druckeinheit 48 verbunden und an ihrem jeweiligen anderen Ende mit vorgegebenen Versorgungsleitungen 122 durch Schweißen verbunden. Die Versorgungsleitungen sind auf einer Verdrahtungsplatte 120 getragen, die aus einem elektrischen Isolatormaterial gebildet ist. Die Verdrahtungsplatte 120 ist an der äußeren Oberfläche der ersten Basisplatte 42 befestigt. Die Leitungsdrähte 114 und 116 werden von einem Halter 118 getragen, der aus einem elektrischen Isolatormaterial gebildet ist.
Jeder Halter 118 ist primär aus einem rechtwinkeligen zylindrischen Abschnitt 124, der umgebend mit dem äußeren Umfang des piezoelektrischen Elementes 72 in Eingriff steht, und einem Beinabschnitt 128, der sich von einer Seite des zylindrischen Abschnittes 124 durch ein durch die erste Basisplatte 42 gebildetes Loch 126 zu der inneren Oberfläche der Verdrahtungsplatte 120 erstreckt. Der Beinabschnitt 128 des Halters 118 ist auf seiner einen Seitenoberfläche mit einem Paar von Führungskanälen 130 und 132 zum Führen und Unterstützen der Leitungsdrähte 114 und 116 gebildet, die von den beiden Elektroden des piezoelektrischen Elementes 72 zu der Verdrahtungsplatte 120 herausgeführt werden. Der Beinabschnitt 128 ist weiter an seinem unteren Ende mit einem Vorsprung 134 gebildet, der von der einen Seitenoberfläche des Beinabschnittes 128 hervorsteht. Der Vorsprung 134 weist ein Paar von Führungslöchern 136 und 138 auf, die in gerader Verbindung mit den Führungskanälen 130 und 132 stehen. Die Verdrahtungsplatte 120 weist ebenfalls ein Paar von Führungslöchern 140 und 142 auf, die in gerader Verbindung mit den Führungslöchern 136 und 138 des Vorsprunges 134 stehen. Somit gehen die durch die Führungskanäle 130 und 132 geführten Leitungsdrähte 114 und 116 durch die Führungslöcher 136 und 138 des Vorsprunges 134 und die Führungslöcher 140 und 142 der Verdrahtungsplatte 120. Dann werden die Leitungsdrähte 114 und 116 von den Führungslöchern 140 und 142 mit den Versorgungsleitungen 122 durch Löten verbunden.
Der rechteckige zylindrische Abschnitt 124 ist an seinem unteren Ende auf der gegenüberliegenden Seite von dem Beinabschnitt 128 mit einem herabzeigenden Vorsprung 143 gebildet, der an seinem unteren Ende mit dem Temperaturkompensationsteil 76 so verbunden ist, daß er den zylindrischen Abschnitt 124 stützt. Der zylindrische Abschnitt 124 ist lose um das piezoelektrische Element 72 so gepaßt, daß er nicht die Ausdehnung und das Zusammenziehen des piezoelektrischen Elementes 72 behindert. Die Versorgungsleitungen 122 auf der Verdrahtungsplatte 120 werden mit einem Signal beaufschlagt, das Druckdaten von einer Kontrollschaltung entspricht.
Es wird wieder Bezug genommen auf Fig. 1, die innere Oberfläche der ersten Basisplatte ist als eine Referenzoberfläche F definiert, und eine Endoberfläche des Rahmens 62 einer jeden Druckeinheit 48 ist in Anschlag gegen die Referenzoberfläche F gebracht. Dann wird eine anziehende Schraube 144 gewindemäßig von der äußeren Oberfläche der ersten Basisplatte 42 in eine Richtung parallel zu der Verschiebungsrichtung des piezoelektrischen Elementes 72 in einen Endabschnitt des Rahmens 62 eingeführt, wodurch der eine Endabschnitt des Rahmens 62 an der ersten Basisplatte 42 befestigt wird.
Der kreisförmige Plattenabschnitt 49 der zweiten Basisplatte 44 ist an seinem äußeren Umfang auf der inneren Oberfläche davon mit einer Mehrzahl von Anbringungsvorsprüngen 148 gebildet, die rechtwinkelig davon nach innen vorstehen. Jeder Vorsprung 148 weist ein Loch 150 auf, das in eine Richtung parallel zu der Verschiebungsrichtung des piezoelektrischen Elementes 72 verlängert ist. Eine anziehende Schraube 146 ist durch jedes Loch 150 des Vorsprunges 148 in eine Richtung, die die Verschiebungsrichtung schneidet, bevorzugt in eine Richtung senkrecht dazu eingeführt und gewindemäßig in einen Anbringungsvorsprung 152 eingeführt, der nach außen von der anderen Endoberfläche des Rahmens 62 vorsteht, wodurch der andere Endabschnitt der ersten Basisplatte 44 befestigt wird.
Bei dieser Ausführungsform sind die Stützen 46 des Kopfkörpers 40, die Rahmen 62 und die Verbindungsteile 104 der Druckeinheit 48 aus einem Material gebildet, das den gleichen linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, so daß mit einer Temperaturänderung fertiggeworden wird.
Wenn im Betrieb ein Druckdatensignal von der Steuerschaltung an jede Druckeinheit 48 ausgegeben wird zum Anlegen einer Spannung über die beiden Elektroden des piezoelektrischen Elementes 72, dehnt sich das piezoelektrische Element 72 um eine feste Länge in die Richtung des Stapels der Keramiken aus, nämlich in die Richtung des in Fig. 4 gezeigten Pfeiles X, wodurch das bewegbare Teil 82 angehoben wird. Als ein Resultat nimmt die zweite Blattfeder 86 die Bewegungskraft des bewegbaren Teiles 82 auf und wird folglich entlang der ersten Blattfeder 84 angehoben. Zu diesem Zeitpunkt wird die zweite Blattfeder 86 elastisch deformiert, so daß sie zwischen dem bewegbaren Teil 82 und dem Basisabschnitt 94 des rollenden Teiles 92 gekrümmt wird. Solch eine elastische Deformation der zweiten Blattfeder 86 erzeugt ein Drehmoment in die Richtung eines in Fig. 4 gezeigten Pfeiles P. Als ein Resultat wird die erste Blattfeder 84 etwas elastisch deformiert, und gleichzeitig wird das rollende Teil 92 so gerollt, daß der mit der Spitze des rollenden Teiles 92 verbundene Druckdraht 50 so angetrieben wird, daß er vorwärts geht, während er von den Führungsplatten 52 geführt wird. Folglich wird ein Ende des Druckdrahtes 50 gegen ein Farbband (nicht gezeigt) gedrückt, wodurch Drucken ausgeführt wird. Bei dieser Ausführungsform stehen die sich gegenüberstehenden Oberflächen der ersten und der zweiten Blattfeder 84 und 86 in Kontakt miteinander. Im Vergleich mit dem Fall, daß die erste und die zweite Blattfeder 84 und 86 mit einem gewissen Abstand voneinander vorgesehen sind, kann diese Ausführungsform eine stärkere Vergrößerung der Ausdehnung des piezoelektrischen Elementes 72 vorsehen aufgrund der obigen Anordnung der Blattfedern 84 und 86. Folglich kann ein benötigter Hub des Druckdrahtes 50 ausreichend vorgesehen werden.
Wenn die an das piezoelektrische Element 72 angelegte Spannung unterbrochen wird, kehrt das piezoelektrische Element 72 in dem ausgedehnten Zustand zu seinem ursprünglichen Zustand zurück. Dann kehren das bewegbare Teil 82, die Blattfedern 84 und 86 und das rollende Teil 92 alle zu ihrem ursprünglichen Zustand zurück, wodurch der Druckdraht 50 zu seiner ursprünglichen Position zurückgezogen wird.
Wie oben erwähnt wurde, sind die flachen Oberflächen der ersten und der zweiten Blattfeder 84 und 86 durch Hartlöten oder ähnliches an den flachen Federbefestigungsoberflächen 88 und 90 des Rahmens 62 und des bewegbaren Teiles 82 befestigt. Daher können große Befestigungsflächen zwischen dem Rahmen 62 und der ersten Blattfeder 84 und zwischen dem bewegbaren Teil 82 und der zweiten Blattfeder 86 vorgesehen werden, wodurch ein starker und stabiler Befestigungszustand sichergestellt wird. Da weiterhin die Volumen der Rahmen 62 und des bewegbaren Teiles 82 groß sind, können diese Teile eine große Steifigkeit aufweisen.
Weiterhin weist der Basisabschnitt 94 des rollenden Teiles 92, während er an den entsprechenden Endabschnitten der ersten und der zweiten Blattfeder 84 und 86 befestigt ist, eine Breite im wesentlichen gleich der der Blattfedern 84 und 86 auf und enthält ein großes Volumen, so daß der Basisabschnitt 94 ebenfalls eine große Steifigkeit aufweisen kann. Aufgrund der großen Steifigkeit des Rahmens 62, des bewegbaren Teiles 82 und des Basisabschnittes 94 des rollenden Teiles 92 werden die Blattfedern 84 und 86 in einem begrenzten Abschnitt zwischen dem Rahmen 62, dem bewegbaren Teil 82 und dem Basisabschnitt 94 deformiert, wodurch eine Verringerung in der Vergrößerungsrate der Verschiebung unterdrückt wird. Weiterhin kann übermäßige Vibration der Blattfedern 84 und 86, des Rahmens 62, des bewegbaren Teiles 82 und des Basisabschnittes 94 verhindert werden, wodurch die Zeit reduziert wird, bis das rollende Teil 92 einschließlich des Drahttragarmes 96 zum Stillstand kommen, das heißt, zum Erhöhen einer natürlichen Frequenz des gesamten bewegbaren Elementes einschließlich des rollenden Teiles 92, der Blattfedern 84 und 86 usw.. Als ein Resultat kann ein Hochgeschwindigkeitsbetrieb des rollenden Teiles 92 erreicht werden.
Da weiterhin bei dieser Ausführungsform die Endoberfläche des Basisabschnittes 78 des Rahmens 62 und die Endoberfläche des bewegbaren Teiles 82 gegenüber der zweiten Blattfeder 86 miteinander verbunden sind mittels des elastisch deformierbaren Verbindungsteiles 104 wird die Bewegungskraft des bewegbaren Teiles 82, die durch die Ausdehnung des piezoelektrischen Elementes 72 erzeugt wird, im wesentlichen gleichförmig von der zweiten Blattfeder 86 und dem Verbindungsteil 104 aufgenommen. Folglich kann das bewegbare Teil 82 in eine Richtung parallel zu der Verschiebungsrichtung des piezoelektrischen Elementes 72 bewegt werden, wodurch die Erzeugung eines Biegemomentes in den piezoelektrischen Element 72 verhindert wird. Daher kann trotz der Tatsache, daß das piezoelektrische Element 72 aus piezoelektrischen Keramiken gebildet ist, die wenig widerstandsfähig gegen Biegebeanspruchungen sind, das piezoelektrische Element 72 daran gehindert werden, beschädigt zu werden, wodurch die Dauerhaftigkeit verbessert wird.
Beim Einbau einer jeden Druckeinheit 48 in den Kopfkörper 40 wird die Druckeinheit 48 zuerst zwischen benachbarte Trennwände 60 des Tragteiles 56 auf der zweiten Basisplatte 44 eingeführt, und dann wird es zeitweilig an seinem einen Ende an der zweiten Basisplatte 44 mittels der anziehenden Schraube 146 angebracht. Dann wird die erste Basisplatte 42 auf die Druckeinheit 48 auf solche Weise angebracht, daß das andere Ende des Rahmens 62 gegen die Referenzoberfläche F der ersten Basisplatte 42 stößt, und sie wird an der Druckeinheit 48 durch Anziehen der Schraube 144 in einer Richtung parallel zu der Verschiebungsrichtung des piezoelektrischen Elementes 72 befestigt. Dann wird die Schraube 146 in eine Richtung senkrecht zu der Verschiebungsrichtung des piezoelektrischen Elementes 72 zum Befestigen des Rahmens 62 an dem Anbringungsabschnitt 152 an der zweiten Basisplatte 44 angezogen. Somit ist der Rahmen 62 einer jeden Druckeinheit 48 an seinen beiden Enden an der ersten und der zweiten Basisplatte 42 und 44 befestigt. Im Vergleich mit dem Fall, daß anziehende Mittel (Bolzen oder Schrauben) in eine Richtung parallel zu der Verschiebungsrichtung des piezoelektrischen Elementes 72 zum Befestigen des Rahmens 62 an der ersten und an der zweiten Basisplatte 42 und 44 angezogen werden, kann diese Ausführungsform die Dispersion in der Anbringungsposition des Rahmens 62 im Bezug auf die Verschiebungsrichtung des piezoelektrischen Elementes 72 verringert werden. Weiterhin wirken die anziehenden Kräfte der Schrauben 144 und 146 nicht zum Ausdehnen des Rahmens 62 in die Verschiebungsrichtung des piezoelektrischen Elementes 72, wodurch die Ausdehnung des Rahmens 62 auf das Anziehen der Schrauben 144 und 146 hin verhindert wird. Wie oben unter Bezugnahme auf die Figuren 3 und 4 erwähnt wurde, sind die Leitungsdrähte 114 und 116, mit den beiden Elektroden eines jeden piezoelektrischen Elementes 72 verbunden sind, durch die Führungskanäle 130 und 132 des Beinabschnittes 128 des Halters 118 geführt und durch die Löcher 136 und 138 des Beinabschnittes 128 eingeführt und durch die Löcher 140 und 142 der Verdrahtungsplatte 120. Dann wird jedes Ende der Leitungsdrähte 114 und 116 durch Löten mit den Versorgungsleitungen 122 auf der Verdrahtungsplatte 120 verbunden. Bei dieser Anordnung ist es möglich, ein Stören oder ein Verwirren zwischen den Leitungsdrähten 114 und 116 zu verhindern und die Lötarbeit leicht zu machen. Weiterhin ist es ebenfalls möglich zu verhindern, daß die Leitungsdrähte 114 und 116 fehlerhaft mit einer der Elektroden des piezoelektrischen Elementes 72 verlötet werden.
Bei dieser Ausführungsform sind der Rahmen 62, das Verbindungsteil 104 und das bewegbare Teil 82 unabhängig gebildet, und sie werden dann einstückig miteinander durch Hartlöten oder ähnliches befestigt. Daher kann die Unterstützungsoberfläche 80 des Basisabschnittes 78 des Rahmens 62 und die Befestigungsoberfläche des bewegbaren Teiles 82 an dem piezoelektrischen Element 72 leicht mit einer hohen Genauigkeit bearbeitet werden. Folglich kann die Versetzung des piezoelektrischen Elementes 72 nach Anlegen der Spannung daran zuverlässig zu dem bewegbaren Teil 82 und der zweiten Blattfeder 86 übertragen werden. Alternativ können der Rahmen 62, das Verbindungsteil 104 und das bewegbare Teil 82 einstückig aus einer einzelnen Metallplatte gemacht werden.
Weiterhin kann die erste Basisplatte 42 an ihrem äußeren Umfang an der inneren Oberfläche mit einem rechtwinkeligen Vorsprung zum gewindemäßigen Dahineinführen der anziehenden Schraube 144 in eine Richtung senkrecht zu der Verschiebungsrichtung des piezoelektrischen Elementes 72 gebildet sein. Bezüglich der anziehenden Schraube 146 auf der Seite der zweiten Basisplatte 144, die Schraube 146 kann entweder in die Richtung senkrecht oder parallel zu der Verschiebungsrichtung des piezoelektrischen Elementes 72 angezogen werden.
Wie in Fig. 6 gezeigt ist, kann der in Fig. 3 gezeigte Halter 118 entfernt werden. In diesem Fall werden die Leitungsdrähte 114 und 116 direkt zu den Versorgungsleitungen 122 auf der Verdrahtungsplatte 120 geführt.
Obwohl es bevorzugt ist, daß sich die Blattfedern 84 und 86 zum Erhöhen der Vergrößerungsrate der Verschiebung zu einem Maximum, das mit der Ausdehnung des piezoelektrischen Elementes 72 verknüpft ist, berühren, können die Blattfedern 84 und 86 in einem kleinen Abstand voneinander angeordnet sein.
Fig. 8 zeigt eine vergrößerte perspektivische Ansicht der Blattfeder 84 (86). Beide Blattfedern 84 und 86 sind aus einer rechteckigen elastischen Platte gebildet, die gleichförmige Dicke und Breite hat. Wie in Fig. 7 gezeigt ist, wird die Blattfeder 86, die an dem bewegbaren Teil 82 befestigt ist, auf das Anlegen einer Spannung an das piezoelektrische Element 72 hin parallel zu der an dem Rahmen 62 befestigen Blattfeder 84 aufwärts verschoben. Zur gleichen Zeit werden beide Blattfedern 84 und 86 elastisch deformiert zum Erzeugen einer Spannung darin. Die Spannung neigt dazu, an einer festen Kante der Blattfedern 84 und 86 konzentriert zu werden, d. h. nahe dem in Fig. 7 gezeigten Punkt O.
Als nächstes wird Bezug genommen auf die Figuren 9 bis 12, die eine zweite Ausführungsform des Druckkopfes nicht in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung zeigen. Diese Ausführungsform dient dazu, eine solche Beanspruchungskonzentration der ersten Ausführungsform, die oben unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 8 beschrieben worden ist, zu verringern und die Dauerhaftigkeit der Blattfedern zu verbessern. Bei dieser Ausführungsform sind die gleichen oder entsprechenden Teile wie in der ersten Ausführungsform durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und deren zugehörige Erläuterung wird im folgenden weggelassen.
Wie in den Figuren 9 und 10 gezeigt ist, ist eine an dem bewegbaren Teil 82 befestigte zweite Blattfeder 156 so ausgelegt, daß sie parallel zu einer an dem Rahmen 62 befestigten ersten Blattfeder 154 auf die Ausdehnung des piezoelektrischen Elementes 72 hin verschoben werden kann, wodurch das rollende Teil 92 gerollt wird. Die Blattfedern 154 und 156 sind auf solche Weise konstruiert, daß eine Schnittfläche in eine Richtung senkrecht zu der Verschiebungsrichtung an einer mittleren Position der Verschiebungsrichtung reduziert ist. Das heißt, wie in den Figuren 11 und 12 deutlich gezeigt ist, die erste und die zweite Blattfeder 154 und 156 sind an ihren Seitenoberflächen gegenüber den einander zugewandten Oberflächen mit im Schnitt U-förmigen Rillen 158 und 160 gebildet, die sich über die Breite W der jeweiligen Blattfeder erstrecken. Als ein Resultat sind dünnwandige Abschnitte 162 und 164 an den Positionen der Rillen 158 und 160 der ersten und der zweiten Blattfeder 154 und 156 gebildet. In anderen Worten, die erste Blattfeder 154 weist eine Fläche großen Querschnittes an den festen Abschnitten, die an dem Rahmen 62 und an dem rollenden Teil 92 befestigt sind auf, sie weist jedoch eine Fläche kleinen Querschnittes an dem dünnwandigen Abschnitt 162 auf, nämlich an dem elastisch deformierbaren Abschnitt. Ähnlich weist die zweite Blattfeder 156 ebenfalls eine Fläche großen Querschnittes an den festen Abschnitten, die an dem bewegbaren Teil 82 und dem rollenden Teil 92 befestigt sind, auf, sie weist jedoch eine Fläche kleinen Querschnittes an dem dünnwandigen Abschnitt 164 auf.
Wenn die zweite Blattfeder 156 im wesentlichen parallel zu der ersten Blattfeder 154 auf die Ausdehnung des piezoelektrischen Elementes 72 hin verschoben wird, werden beide Blattfedern 154 und 156 elastisch deformiert, die Spannung wird primär an den dünnwandigen Abschnitten 162 und 164 mit einer Fläche kleinen Querschnittes angelegt, dadurch wird die Spannung deutlich reduziert, die an die oberen und unteren festen (hartgelöteten) Kanten der Blattfedern 154 und 156 angelegt wird, d. h. an den in Fig. 12 gezeigten Punkt O. Folglich ist es möglich, die Erzeugung von Rissen an den festen Kanten aufgrund der wiederholten elastischen Deformation der Blattfedern 154 und 156 zu verhindern und dadurch ihre Haltbarkeit zu verbessern.
Gemäß CAEDS (Handelsname von Strukturanalyse-Software, die von der International Business Machines Corporation hergestellt wird) haben die vorliegenden Erfinder es untersucht, die Spannungen, die an den Punkten O, P und Q der in Fig. 12 gezeigten Blattfedern 154 und 156 und die an den Punkten O, P und Q der in Fig. 7 gezeigten Blattfedern 84 und 86 mit gleichförmiger Breite und Dicke zu berechnen. Das Resultat der Berechnung ist in Tabelle 1 gezeigt. Tabelle 1 Bedingungen Spannung (kg/mm²) Verstärkung (%) Eigenfrequenz (KHz) Beispiel von Fig.
Die Abmessungen der in Fig. 12 gezeigten Blattfedern 154 und 156 und der in Fig. 7 gezeigten Blattfedern 84 und 86 sind in Tabelle 2 angegeben. Tabelle 2 Beispiel von Fig.
Dabei stehen die Zeichen W, t, L, D, E und F für die Breite von jeder Blattfeder, die Dicke von jeder Blattfeder, einen vertikalen Abstand des nicht-befestigten Abschnittes einer jeden Blattfeder, eine Breite der U-förmigen Rille, eine Tiefe der U- förmigen Rille und eine Dicke des dünnwandigen Abschnittes.
Wie aus Tabelle 1 ersichtlich ist, halbiert im wesentlichen die Spannung an dem Punkt O des Beispiels von Fig. 12 gegenüber dem Punkt O in dem Beispiel von Fig. 7.
Eine Ausführungsform der Vorrichtung zum Vergrößern der Lageverschiebung gemäß der vorliegenden Erfindung ist in Figuren 13 bis 17 dargestellt. Ein Parallelverbindungsmechanismus 246 ist als zwischen dem bewegbaren Teil 82 und dem Rahmen 62 vorgesehen gezeigt. Dieser Mechanismus dient zum Verhindern der Neigung des bewegbaren Teiles 82.
Es wird auf die Figuren 13 bis 15 Bezug genommen, die Konstruktion der Druckeinheit ist ähnlich zu der in Fig. 9 zum Beispiel gezeigten Ausführungsform, jedoch mit der Ausnahme, daß ein Parallelverbindungsmechanismus 246 vorgesehen ist.
Der Parallelverbindungsmechanismus 246 ist zwischen dem Rahmen 62 und dem bewegbaren Teil 82 so vorgesehen, daß das bewegbare Teil in dem Zustand parallel zu der Verschiebungsrichtung des piezoelektrischen Elementes 72 geführt wird. Wie in Fig. 15 deutlich zu sehen ist, ist der Parallelverbindungsmechanismus 246 aus einer elastisch deformierbaren einzelnen Platte durch Stanzen und Biegen gebildet, wodurch ein Paar von Parallelverbindungsplatten 248, die die gleiche Form haben, und ein verbindender Abschnitt 250, der die beiden Verbindungsplatten 248 verbindet, gebildet werden.
Jede des Paares von Verbindungsplatten 248 enthält ein Paar von parallelen vertikalen Verbindungsabschnitten 252 und 254, ein Paar von parallelen horizontalen Verbindungsabschnitten 264 und 266 und vier elastisch deformierbare Gelenkabschnitte 256, 258, 260 und 262, die die vertikalen Verbindungsabschnitte 252 und 254 mit den horizontalen Verbindungsabschnitten 264 und 266 verbinden. Somit bildet die Verbindungsplatte 248 eine Viergelenk-Parallelverbindung.
Wie in den Figuren 13 und 14 gezeigt ist, sind die gegenüberstehenden inneren Oberflächen des linken vertikalen Verbindungsabschnittes 252 der Verbindungsplatten 248 durch Hartlöten an beiden Seitenoberflächen des Rahmens 62 befestigt, während die gegenüberstehenden inneren Oberflächen des rechten vertikalen Verbindungsabschnittes 254 durch Hartlöten an den beiden Seitenoberflächen des bewegbaren Teiles an einem mittleren Abschnitt davon befestigt sind. Die innere Oberfläche des verbindenden Abschnites 250 des Verbindungsmechanismus 246 ist an der oberen Oberfläche des bewegbaren Teiles 82 befestigt.
Wenn im Betrieb das piezoelektrische Element 72 mit einer Spannung beaufschlagt wird, dehnt es sich um eine vorbestimmte Länge in die Richtung des in Fig. 14 gezeigten Pfeiles X aus, so daß das bewegbare Teil 82 gegen die Last des Verbindungsteiles 104, der zweiten Blattfeder 156 und des Parallelverbindungsmechanismus 246 verschoben wird. Dann wird die zweite Blattfeder 156 entlang der ersten Blattfeder 154 durch die Verschiebungskraft des bewegbaren Teiles 82 angehoben. Als Resultat werden die beiden Blattfedern 154 und 156 wie ein Bimetall zum Erzeugen eines Drehmomentes in die Richtung des in Fig. 14 gezeigten Pfeiles P gekrümmt. Folglich wird das rollende Teil 92 gerollt, so daß der Druckdraht 50 vorgeschoben wird. Wenn dagegen die an das piezoelektrische Element 72 angelegte Spannung entfernt wird, zieht sich das piezoelektrische Element 72 zusammen, darauf folgt eine Verschiebung des bewegbaren Teiles 82 und dadurch kehren das rollende Teil 92 und der Druckdraht 50 zu ihrer ursprünglichen Position zurück.
Bei dem Antrieb der Blattfeder 156 durch das bewegbare Teil 82 wird die Neigung des bewegbaren Teiles 82 aufgrund der Last der Blattfeder 156 durch das Verbindungsteil 104, das mit dem bewegbaren Teil 82 verbunden ist, unterdrückt, und sie wird weiter unterdrückt durch den Parallelverbindungsmechanismus 246, der so befestigt ist, daß er auf dem bewegbaren Teil 82 in dem Rahmen 62 reitet. Das heißt, die Bewegung des bewegbaren Teiles 82 ist durch die Verbindungsplatte 248 beschränkt und unter der Bedingung parallel zu der Verschiebungsrichtung des piezoelektrischen Elementes 72 geführt. Folglich ist es möglich, ein Fehlen von elastischer Deformation der Blattfedern 154 und 156 aufgrund der Neigung des bewegbaren Teiles 82 auszuschließen, wodurch eine ausreichende Hubhöhe des Druckdrahtes 50 vorgesehen wird.
Die Blattfedern 154 und 156 sind mit Rillen 158 und 160 zum Bilden dünnwandiger deformierbarer Abschnitte ähnlich zu den Ausführungsformen der Figuren 9 bis 12 gebildet. Zusätzlich sind die Blattfedern 154 und 156 mit oberen schmalen Rillen 268a und unteren schmalen Rillen 268b gebildet, so daß Hartlöten sichergestellt wird. Das heißt, auf das Hartlöten hin werden stangenartige Hartlötteile in die kleinen Rillen 268a und 268b eingeführt und dieselben, die durch Wärme geschmolzen sind, dringen eine schmale Lücke zwischen den Kontaktoberflächen der Blattfedern, des bewegbaren Teiles und des Rahmens ein. Dann wird das Hartlötmaterial ausgehärtet zum Vollenden des Hartlötens.
Es wird Bezug genommen auf Fig. 16, die eine Modifikation der in den Figuren 13 bis 15 gezeigten bevorzugten Ausführungsform zeigt, die horizontalen Verbindungsabschnitte 264 und 266 haben eine Länge größer als die bei der in den Figuren 13 bis 15 gezeigten bevorzugten Ausführungsform, und die andere Konstruktion ist ähnlich der vorhergehenden bevorzugten Ausführungsform. Bei dieser Anordnung kann die Verschiebung des bewegbaren Teiles 82 nahe einer linearen Verschiebung parallel zu der Verschiebung des piezoelektrischen Elementes 72 gemacht werden.

Claims

1. Vorrichtung zum Vergrößern der Lageverschiebung, mit:

einem piezoelektrischen Element (72), das sich auf selektives Anlegen einer elektrischen Spannung daran einer Längsversetzung unterzieht;

einem Rahmen (62), der sich im wesentlichen parallel zu der Versetzungsrichtung des piezoelektrischen Elementes erstreckt und mit einem ersten Ende des piezoelektrischen Elementes verbunden ist;

einem bewegbaren Teil (82), das an einem zweiten gegenüberliegenden Ende des piezoelektrischen Elementes in Bezug auf die Versetzungsrichtung des piezoelektrischen Elementes befestigt ist;

einem biegenden Teil (92, 228);

einem ersten federnden Teil (156; 236) mit einem ersten Ende, das mit dem bewegbaren Teil verbunden ist, und einem zweiten Ende, das mit dem biegenden Teil verbunden ist; und

einem zweiten federnden Teil (154; 234), das in einem im wesentlichen parallelen Verhältnis zu dem ersten biegenden Teil vorgesehen ist und ein erstes Ende, das mit dem Rahmen verbunden ist, und ein zweites Ende, das mit dem biegenden Teil verbunden ist, aufweist, wobei die federnden Teile zum Drehen des biegenden Teiles deformiert werden, wenn das piezoelektrische Element versetzt wird;

gekennzeichnet durch

Beschränkungsmittel (246; 268; 272), das sich quer zu dem ersten und dem zweiten federnden Teil (154, 156; 234, 236) erstreckt, wobei das Beschränkungsmittel die Versetzung des piezoelektrischen Elementes von dem Rahmen weg in eine Richtung im wesentlichen senkrecht zu dem ersten und dem zweiten federnden Teil beschränkt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Beschränkungsmittel (246) ein Viergelenk-Parallelverbindungsmechanismus aufweist, der zwischen dem Rahmen (62) und dem bewegbaren Teil (82) zum Aufrechterhalten der Parallelität des bewegbaren Teiles zu der Richtung der Versetzung des piezoelektrischen Elementes (72) ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der der Viergelenk-Parallelverbindungsmechanismus (296, 268, 272) ein Paar von einer ersten und einer zweiten Verbindungsplatte (248) aufweist, von denen jede ein Paar von vertikalen parallelen Verbindungsabschnitten (252, 254), die an einer Seitenoberfläche des Rahmens (62) und einer Seitenoberfläche des bewegbaren Teiles (82) befestigt sind, ein Paar von horizontalen parallelen Verbindungsabschnitten (264, 266), die sich zwischen den vertikalen parallelen Verbindungsabschnitten erstrecken, und vier elastisch deformierbare Gelenkabschnitte (256, 258, 260, 261), die die vertikalen parallelen Verbindungsabschnitte mit den horizontalen parallelen Verbindungsabschnitten verbinden, aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, weiter mit einem Verbindungsabschnitt (250) zum Verbinden eines der vertikalen parallelen Verbindungsabschnitte der ersten Verbindungsplatte (248) mit einem gegenüberstehenden der vertikalen parallelen Verbindungsabschnitte der zweiten Verbindungsplatte (248).

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der eine erste Anbringungsoberfläche auf dem Rahmen (62) gebildet ist und sich im wesentlichen parallel zu der Richtung des piezoelektrischen Elementes (72) erstreckt;

eine zweite Anbringungsoberfläche auf dem bewegbaren Teil (82) gebildet ist und sich im wesentlichen parallel zu der Richtung der Versetzung erstreckt, wobei die zweite Anbringungsoberfläche der ersten Anbringungsoberfläche gegenübersteht;

das erste Ende des zweiten federnden Teiles (154; 234) auf der ersten Anbringungsoberfläche angebracht ist und sich im wesentlichen parallel zu der Richtung der Versetzung erstreckt; und

das erste Ende des ersten federnden Teiles (156; 236) auf der zweiten Anbringungsoberfläche angebracht ist und sich im wesentlichen parallel zu der Richtung der Versetzung erstreckt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, bei der das erste und zweite federnde Teil (154, 156) Blattfedern sind und sich im gesamten Kontakt miteinander in einem Nicht-Betriebszustand zugewandt sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, bei der die erste Anbringungsoberfläche an einem Endabschnitt einer Endoberfläche des Rahmens (62) angeordnet ist und die zweite Anbringungsoberfläche auf einer Endoberfläche des bewegbaren Teiles (82) von einer Mittellinie des piezoelektrischen Elementes (72) zu dem Rahmen versetzt angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, bei der der Rahmen (62) eine im wesentlichen L-förmige Konfiguration aufweist, wenn er von einer Seite davon gesehen wird, so daß die im wesentlichen L-förmige Konfiguration einen vertikalen Abschnitt, der sich im wesentlichen parallel zu der Richtung der Versetzung des piezoelektrischen Elementes (72) erstreckt, und einen Basisabschnitt (78), der quer von dem vertikalen Abschnitt zum Tragen von einem Ende des piezoelektrischen Elementes in Bezug auf die Richtung der Versetzung vorsteht, aufweist, und bei der das zweite federnde Teil (154; 234) an eine Endoberfläche des vertikalen Abschnittes des Rahmens befestigt ist und das erste federnde Teil (156; 236) an der Endoberfläche des bewegbaren Teiles (82) gegenüber zu der Endoberfläche des vertikalen Abschnittes befestigt ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, bei der das erst und das zweite federnde Teil (154, 156; 234; 236) deformierbare Abschnitte aufweist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, bei der die deformierbaren Abschnitte des ersten und des zweiten federnden Teiles (154, 156; 234, 236) mit Ausnehmungen (158, 160) auf Oberflächen davon in einem Abstand voneinander gebildet sind.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, bei der das erste und das zweite federnde Teil (234, 236) einstückig an ihren zweiten Enden verbunden sind.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der das erste und das zweite federnde Teil (234, 236) aus einem einzelnen Federteil (230) zum Definieren einer Spaltrille (232) darin gebildet ist, die sich von einem Ende des Federteiles zu dem anderen Ende davon erstreckt, und das biegende Teil (238) einstückig mit dem anderen Ende des Federteiles verbunden ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, bei der die Spaltrille (232) einen Ausschnitt aufweist, der von dem einen Ende des Federteiles (230) zu dem anderen Ende davon gebildet ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der das erste und das zweite federnde Teil (154, 156; 234, 236) mit einem kleinen Querschnittsflächenabschnitt an einem Abschnitt mit der Ausnahme des ersten und des zweiten Endes gebildet sind, wobei der kleine Querschnittsflächenabschnitt eine kleine Querschnittsfläche in einer Richtung im wesentlichen senkrecht zu der Richtung der Versetzung des piezoelektrischen Elementes (72) aufweist, die kleiner als eine Querschnittsfläche des ersten und des zweiten Endes ist.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, bei der das zweite federnde Teil (154, 234) an einer Endoberfläche des Rahmens (62) befestigt ist, der sich im wesentlichen parallel zu dem piezoelektrischen Element (72) erstreckt, und das erste federnde Teil (156; 236) an einer Endoberfläche des bewegbaren Teiles (82) gegenüber der Endoberfläche des Rahmens und von einer Mittellinie von dem piezoelektrischen Element zu dem Rahmen versetzt angeordnet ist.

16. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter mit einem elastisch deformierbaren Verbindungsteil (104), das sich entlang dem piezoelektrischen Element (72) auf einer entgegengesetzten Seite davon zu dem Rahmen (62) erstreckt, wobei das Verbindungsteil das bewegbare Teil (82) mit einem Basisabschnitt (78) des Rahmens verbindet, worin das bewegbare Teil, wenn das piezoelektrische Element versetzt wird, im wesentlichen parallel zu der Richtung der Versetzung gegen die Elastizität des Verbindungsteiles zum Krümmen des ersten federnden Teiles (156; 236) relativ zu dem zweiten federnden Teil (154; 234) verschoben wird zum dadurch Drehen des biegenden Teiles (92; 228):

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, bei der das Verbindungsteil (104) unabhängig von dem Rahmen (62) und dem bewegbaren Teil (82) gebildet ist und an dem Rahmen und dem bewegbaren Teil befestigt ist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 16 und 17, bei der das Verbindungsteil (104) durch ein plattenartiges Teil gebildet ist, das eine Breite im wesentlichen parallel zu einer Richtung der Dicke der federnden Teile (154, 156; 234, 236) aufweist und eine kleine Querschnittsfläche in einer Richtung senkrecht zu der Breite aufweist.

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, bei der eine Querschnittsfläche an Endabschnitten des Verbindungsteiles (104), die an dem bewegbaren Teil (82) und an dem Rahmen (62) befestigt ist, größer als eine Querschnittsfläche an einem mittleren Abschnitt zwischen den festen Endabschnitten ist.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 19, bei der das Verbindungsteil (104) normalerweise eine Kompressionskraft auf das piezoelektrische Element (72) ausübt.

21. Nadeldruckerdruckkopf, mit:

einer Mehrzahl von Druckeinheiten (48), von denen jede einen Druckdraht (50) zum Drucken von Punkten auf ein Druckmedium und eine Vorrichtung zum Vergrößern der Lageverschiebung nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist, die zum Übertragen der Versetzung ihres piezoelektrischen Elementes (92) zu ihrem entsprechenden Druckdraht ausgelegt ist;

einer ersten Basisplatte (42) zum festen Unterstützen von einem Ende des Rahmens (62) der Vorrichtungen zum Vergrößern der Lageverschiebung in Bezug auf die Richtung der Versetzung ihres piezoelektrischen Elementes (72);

einer zweiten Basisplatte (44) zum festen Unterstützen des anderen Ende des Rahmens (62) der Vorrichtung zum Vergrößern der Lageverschiebung in Bezug auf die Richtung der Versetzung ihres piezoelektrischen Elementes (72), wobei die zweite Basisplatte einen Nasenabschnitt (54) zum Stützen des Druckdrahtes (50) aufweist;

erstem Befestigungsmittel (144) zum Befestigen der ersten Basisplatte (42) an den Rahmen (62) und

zweitem Befestigungsmittel (146) zum Befestigen der zweiten Basisplatte (44) an den Rahmen, wobei mindestens eine von dem ersten und zweiten Befestigungsmittel so angeordnet ist, daß es die Richtung der Versetzung des piezoelektrischen Elementes schneidet.

22. Nadeldruckerdruckkopf nach Anspruch 21, weiter mit einer Mehrzahl von Tragstützen (46), jede zum Verbinden der ersten Basisplatte (42) mit der zweiten Basisplatte (44), wobei sich jede Tragstütze parallel zu den Rahmen (62) erstreckt.

23. Nadeldruckerdruckkopf nach Anspruch 21 oder 22, bei dem die zweite Basisplatte (44) einen Plattenabschnitt, der sich entlang einer Richtung der Anordnung der Druckeinheiten erstreckt, und einen vorstehenden Abschnitt (148), der von dem Plattenabschnitt in die Richtung der Versetzung der piezoelektrischen Elemente vorsteht, aufweist, wobei das zweite Befestigungsmittel (46) in den vorstehenden Abschnitt von einer Richtung senkrecht zu der Richtung der Versetzung der piezoelektrischen Elemente (72) eingeführt wird.

24. Nadeldruckerdruckkopf nach einem der Ansprüche 21 bis 23, bei dem die Mehrzahl von Druckeinheiten kreisförmig auf eine solche Weise angeordnet sind, daß Arme (96), die ihre biegenden Teile (94, 298) mit den entsprechenden Druckdrähten (50) verbinden, radial einwärts gerichtet sind, wobei ihre Rahmen (62) radial nach außen positioniert sind.

25. Nadeldruckerdruckkopf nach Anspruch 24, bei dem die zweite Basisplatte (44) eine Mehrzahl von sich radial erstreckenden Unterteilungswänden (60), von denen jede zwischen benachbarten Rahmen (62) der Druckeinheiten angeordnet ist, und eine Mehrzahl von Führungsstiften (70) zum Führen der Arme (96) aufweist.

26. Nadeldruckerdruckkopf mit einer Vorrichtung zum Vergrößern der Lageverschiebung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, die so angeordnet sind, daß sie die Versetzung ihres piezoelektrischen Elementes (72) zu einem entsprechenden Druckdraht (50) zum Drucken von Punkten auf einer Druckmedium übertragen;

einer Basisplatte (42) zum Tragen der Vorrichtung zum Vergrößern der Lageverschiebung;

einer an der Basisplatte (42) befestigten Verdrahtungsplatte (120) zum Tragen einer Versorgungsleitung (122), die elektrisch mit einem Leitungsdraht (114, 116) zu verbinden ist, der mit dem piezoelektrischen Element (72) verbunden ist; und

einem Halter (118), der einen zylindrischen Abschnitt (124), der in Eingriff zu bringen ist mit einem äußeren Umfang des piezoelektrischen Elementes, und einen Beinabschnitt (128), der sich von einem Ende des zylindrischen Abschnittes zu der Verdrahtungsplatte (120) erstreckt, aufweist, wobei der Beinabschnitt ein Durchgangsloch zum Einführen des Leitungsdrahtes aufweist.

27. Nadeldruckerdruckkopf nach Anspruch 26, bei der Beinabschnitt (128) des Halters (118) mit einem Kanal (130, 132) zum Aufnehmen des Leitungsdrahtes (114, 116) gebildet ist.

28. Nadeldruckerdruckkopf nach Anspruch 26 oder 27 und mit einer Mehrzahl der Vorrichtungen zum Vergrößern der Lageverschiebung, bei dem die Basisplatte (42) von ringförmiger Form mit einem Zentralloch (126) ist und eine Mehrzahl von piezoelektrischen Elementen (72) der Vorrichtungen zum Vergrößern der Lageverschiebung kreisförmig entlang der Basisplatte angeordnet ist und der Beinabschnitte (128) der Halter (118) nach innen von einem der piezoelektrischen Elemente angeordnet ist und sich nahe der Verdrahtungsplatte (120) durch das Zentralloch der Basisplatte erstreckt.

29. Nadeldruckerdruckkopf mit einer Mehrzahl von Vorrichtungen zum Vergrößern der Lageverschiebung, wie sie in einem der Ansprüche 1 bis 20 beansprucht ist.