JPH0364313B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は印字ユニツト、特にドツト・マトリク
ス・プリンタの印字ヘツドに用いられる印字ユニ
ツトに関する。

従来、圧電または電歪セラミツクの圧電横効果
によつて生ずる歪を利用して印字動作を行わせる
印字ユニツトがある。

第１図は従来の印字ユニツトを示す側面図であ
る。同図の印字ユニツトは、導体の電極板３の両
面に圧電体板４１および４２を固着した圧電振動
子の一端を取付部材１に固定し、圧電振動子の他
端にドツトを印字させるためのピン１４を固定し
て構成されている。圧電振動子の２つの電極５と
電極板３との間に導線６を通して駆動電圧を印加
すると、圧電横効果によつて圧電体板４１は矢印
Ａで示す方向に伸び且つ圧電体板４２は矢印Ｂの
方向に縮み、圧電振動子にたわみを生ずる。この
たわみに応じてピン１４が矢印Ｃの方向に動き印
字面にドツトを打ち、印字動作を行なう。

このような従来の印字ユニツトは、圧電横効果
を利用しているために、電気機械結合係数が小さ
く従つて大きな駆動電力を消費し、さらに印字す
るための変位をピンに与えるために圧電振動子の
体積を大きくせねばならないという欠点を有す
る。

本発明の目的は、上記の欠点を除去し従来より
消費電力が少なくてすみ且つ体積が小さい印字ユ
ニツトを提供することにある。

本発明のユニツトは、電極に印加される電圧に
応じて圧電縦効果による寸法の歪を発生する圧電
体と、該圧電体の一方の端部を固定し支持する固
定部材と、前記圧電体の他方の端部に接続する第
１の結合部材にそれぞれの一端が接続しており前
記圧電体の前記寸法歪を伝達する第２および第３
の結合部材と、前記第２の結合部材の他端と前記
固定部材の第１の所定箇所に一端を接続した第４
の結合部材の他端とに接続しており前記第２の結
合部材から伝達される前記寸法歪に応じて第１の
角変位を生ずる第１の可動部材と、前明第３の結
合部材の他端と前記固定部材の第２の所定箇所に
一端を接続した第５の結合部材の他端とに接続し
ており前記第３の結合部材から伝達される前記寸
法歪に応じて第２の角変位を生ずる第２の可動部
材と、前記第１の可動部材の所定箇所に一端を接
続した第６の結合部材および前記第２の可動部材
の所定箇所に一端を接続した第７の結合部材のそ
れぞれの他端に接続しており前記第６および第７
の結合部材を介して伝達される前記第１および第
２の角変位に応じて第３の角変位を生ずる第３の
可動部材と、該第３の可動部の所定箇所に取付け
られており前記第３の角変位に応じて所定の方向
に運動する印字部材とを備えている。

本発明の印字ユニツトでは、印字動作を行うた
めの変位を圧電縦効果により得ている。圧電縦効
果では、圧電横効果の場合よりも電気機械結合係
数が大きい（通常２倍強である）から、電気エネ
ルギーから機械エネルギーへの変換効率が大きく
（電気機械結合係数の比の二乗倍すなわち約５倍
である）、従つて同一の機械エネルギーを得るた
めに消費する駆動電力が従来よりも少なくてす
む。さらに圧電縦効果では、圧電横効果の場合よ
りも得られる歪が大きい（ポアソン数倍すなわち
約３倍である）から、単位体積当りに蓄えられる
機械エネルギーが大きく（ポアソン数の二乗倍す
なわち約９倍である）、従つて同一の機械エネル
ギーを蓄えるために要する体積が従来よりも小さ
くてすむ。

以下に図面を参照して本発明を詳細に説明す
る。

第２図ａおよびｂは、本発明の第１の実施例を
示すおのおの斜視図および側面図である。圧電縦
効果によつて歪を生ずる圧電体４の一端は金属の
固定部材２に固着されており、圧電体４の他端は
金属からなる第１の結合部材１０に固着されてい
る。第１の結合部材１０には、第２および第３の
結合部材１２および１４が一体に設けられてい
る。第２の結合部材１２は第１の可動部材１３の
一端につながつており、第１の可動部材１３には
第２の結合部材１２から所定の間隔をおいた箇所
に第４の結合部材１６がつながつている。第３の
結合部材１４は第２の可動部材１５の一端につな
がつており、第２の可動部材１５には第３の結合
部材１４から所定の間隔をおいた箇所に第５の結
合部材１８がつながつている。第４および第５の
結合部材１６および１８は、それぞれ固定部材２
の端部に接続し支持されている。第１および第２
の可動部材１３および１５のそれぞれの他端には
金属板の第６および第７の結合部材２０および２
２のおのおの一端が固着されている。第６および
第７の結合部材２０および２２の他端は、それぞ
れ金属からなる第３の可動部材２１の所定箇所に
固着されており、第３の可動部材２１の先端部に
は金属丸棒のピン２４が取付け固定されている。
なお固定部材２は、第１ないし第５の結合部材１
０，１２，１４，１６および１８と、第１および
第２の可動部材１３および１５と共に一体で金属
から形成してあり、これによつてユニツトの組立
てに要する工程の節減が図られている。圧電体４
の両側面に設けた電極５には導線６がそれぞれ接
続されており、導線６を通して駆動電圧を印加す
れば、圧電縦効果により圧電体４に機械的な歪を
生ずる。

駆動電圧が印加されて、第２図ｂにおける矢印
Ｆで示す方向に圧電体４が伸びると、その伸びの
歪は第１の結合部材１０からそれぞれ第２および
第３の結合部材１２および１４を経て、おのおの
第１および第２の可動部材１３および１５に伝達
される。この歪を受けた第１および第２の可動部
材１３および１５では、それぞれ第４および第５
の結合部材１６および１８を介して固定部材２に
支持されているので回転モーメントを生じて、そ
れぞれ第６および第７の結合部材２０および２２
を固着している箇所に矢印ＧおよびＨで示す方向
への変位を生ずる。矢印ＧおよびＨの向きの２つ
の変位は互いに逆向きであるから、第３の可動部
材２１には偶力が作用してピン２４が矢印Ｋの方
向に動いて印字動作を行なう。

以上に説明した動作において、第１の（あるい
は第２の）可動部材１３（あるいは１５）は第４
（あるいは第５の）結合部材１６（あるいは１８）
を支軸とするレバーの動作を行ない、第２の（あ
るいは第３の）結合部材１２（あるいは１４）か
ら与えられる歪による変位を拡大して第６の（あ
るいは第７の）の結合部材２０（あるいは２２）
に伝達する変位増幅手段として作用する。この２
つの変位増幅手段は第３の可動部２１へ逆向きの
２つの変位を与える偶力を伝達して印字動作を行
なうのに十分な変位をピン２４に与える。

第３図ａ〜ｆは上記の変位増幅手段の構成例を
示す側面図である。レバーＬは第１の（あるいは
第２の）可動部材１３（あるいは１５）であり、
板状の結合部ＰおよびＱの一方が第２の（あるい
は第３の）結合部材１２（あるいは１４）に、ま
た他方が第４の（あるいは第５の）結合部材１６
（あるいは１８）におのおの対応している。例え
ば第３図ａの変位増幅手段において、結合部Ｐ
（あるいはＱ）を第４の結合部材１６とし、結合
部Ｑ（あるいはＰ）を第２の結合部材１４とし、
さらにレバーＬを第１の可動部材１３として用い
れば、結合部Ｐ（あるいはＱ）がレバーＬの支軸
となつて、結合部Ｑ（あるいはＰ）から与えられ
る矢印Ｄの方向の変位は拡大されて、レバーＬの
他端に矢印E₁（あるいは点線矢印E₂）の方向への
変位として伝達される。結合部ＰおよびＱを板状
にすることにより、横振れの少ない安定な変位伝
達を行なうことができる。第３図ａ〜ｆには、結
合部ＰおよびＱの板面が互いに平行あるいは直角
な場合を示したが、両者の板面が互いに斜交する
構成が可能なことは明らかである。

第２図ａおよびｂに示す印字ユニツトでは、２
つの変位増幅手段はいずれも第３図ｃの構成を適
用している。２つの変位増幅手段の構成としてそ
れぞれ第３図ａ〜ｆに示す構成のうちから１つず
つ選定して両者を組合せた場合に、圧電体４に生
じた歪を拡大し第３の可動部材２１に偶力を与え
るような組合せの数は非常に多くなるので、すべ
てを列挙するのは省力してそのうちの２例を以下
に示す。

第４図ａおよびｂは、それぞれ本発明の第２お
よび第３の実施例を示す側面図である。図面間で
対照し易くするために、同じ機能をもつ部材には
形状が異なつていても第２図ｂと同じ参照番号を
付けてある。第４図ａに示すユニツトの２つの変
位増幅手段はいずれも第３図ａの構成を用いたも
のであり、第４図ｂのユニツトの２つの変位増幅
手段のうちの一方は第３図ａの構成をまた他の一
方は第３図ｅの構成をそれぞれ用いたものであ
る。いずれの場合でも、圧電体４に生じた矢印Ｆ
の方向の歪が２つの変位増幅手段を経て伝達され
て、矢印ＧおよびＨの向きの偶力が第３の可動部
材２１に作用しこれに応じてピン２４が矢印Ｋの
方向に動いて印字動作を行なう。またいずれの場
合にも、固定部材２とともに第１ないし第７の結
合部材１０，１２，１４，１６，１８，２０およ
び２２と第１ないし第３の可動部材１３，１５お
よび２１とを一体に形成して、ユニツトの組立工
程を節減している。さらに固定部材２をコの字形
の構造にすることによつて、固定部材２が変形し
難くして、圧電体４に生ずる歪のエネルギーが固
定部材２を変形するために消費されないようにし
ている。

第５図ａ〜ｃは各結合部の板状の部分の形成例
を示す斜視図である。第２図ｂならびに第４図
ａ，ｂに示すユニツトにおいて、第２ないし第７
の結合部材１２，１４，１６，１８，２０および
２２はいずれも板状に形成されており、圧電体４
に生ずる歪に応じて屈曲しながらピン２４に変位
を伝達する。この屈曲のために消費されるエネル
ギーを更に減らすには、板厚を小さくすればよい
が、板厚を少さくし過ぎると歪の伝達が行われ難
くなる。第５図ａ〜ｃには、この難点を解決する
ための形成例を示す。同図ａおよびｂは、それぞ
れ一方の板面および両方の板面に溝を設けて板厚
の小さな箇所を有するように形成したものを示
す。同図ｃは、２枚の板の間に薄い板片を接合し
て板厚の小さな箇所を設けたものを示す。このよ
うに板厚の小さな箇所を設けることにより、歪伝
達の際の屈曲に消費されるエネルギーを少なくし
且つ良好な歪伝達動作を行なわせることができ
る。

第６図ａおよびｂは本発明のユニツトに用いる
圧電体４の構成例を示す斜視図である。いずれも
圧電体４の内部に電極５１および５２をそれぞれ
複数個ずつ交互に平行に配置して設けてあり、電
極５１を１対の電極５の一方にまた電極５２を他
方に接続してある。第６図ａは、ジルコン・チタ
ン酸鉛などの圧電材料を用いる場合を示す。電極
５１および５２の間に予め定めた方向、たとえば
矢印Ｊで示す方向の分極処理を施しておく。分極
と同じ方向（あるいは逆方向）の駆動電圧を電極
５を介して電極５１および５２の間に印加すれ
ば、圧電体４には矢印Ｔ（あるいはＳ）の方向の
歪を生ずる。従つて駆動電圧の極性を選定するこ
とにより、所望の方向への歪を発生させることが
できる。第６図ｂは、マンガン・ニオブ酸鉛など
の電歪材料を用いる場合を示す。この場合には、
電極５１および５２の間に印加される駆動電圧の
極性の向きによらず矢印Ｔの方向の歪を発生し、
ヒステリシスの少ない動作を行なうという特長が
ある。第６図ａおよびｂに示すごとく複数個の電
極５１および５２を交互に配置した多層電極を設
けることにより、低い駆動電圧で圧電体４の圧電
縦効果による大きな歪を発生させることができ
る。

以上の説明から明らかなように、本発明には、
圧電縦効果によつて生ずる歪を拡大伝達して印字
動作をさせることにより、従来より消費電力が少
なく且つ体積が小さな印字ユニツトを実現できる
という効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の印字ユニツトを示す側面図、第
２図ａ、第５図ａ〜ｃおよび第６図ａ，ｂは本発
明の実施例を示す斜視図、第２図ｂ、第３図ａ〜
ｆおよび第４図ａ，ｂは本発明の実施例を示す側
面図である。 ２……固定部材、４……圧電体、５，５１，５
２……電極、６……導線、１０……第１の結合部
材、１２……第２の結合部材、１３……第１の可
動部材、１４……第３の結合部材、１５……第２
の可動部材、１６……第４の結合部材、１８……
第５の結合部材、２０……第６の結合部材、２１
……第３の可動部材、２２……第７の結合部材、
２４……ピン。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 電極に印加される電圧に応じて圧電縦効果に
   よる寸法の歪を発生する圧電体と、該圧電体の一
   方の端部を固定し支持する固定部材と、前記圧電
   体の他方の端部に接続する第１の結合部材にそれ
   ぞれの一端が接続しており前記圧電体の前記寸法
   歪を伝達する第２および第３の結合部材と、前記
   第２の結合部材の他端と前記固定部材の第１の所
   定箇所に一端を接続した第４の結合部材の他端と
   に接続しており前記第２の結合部材から伝達され
   る前記寸法歪に応じて第１の角変位を生ずる第１
   の可動部材と、前記第３の結合部材の他端と前記
   固定部材の第２の所定箇所に一端を接続した第５
   の結合部材の他端とに接続しており前記第３の結
   合部材から伝達される前記寸法歪に応じて第２の
   角変位を生ずる第２の可動部材と、前記第１の可
   動部材の所定箇所に一端を接続した第６の結合部
   材および前記第２の可動部材の所定箇所に一端を
   接続した第７の結合部材のそれぞれの他端に接続
   しており前記第６および第７の結合部材を介して
   伝達される前記第１および第２の角変位に応じて
   第３の角変位を生ずる第３の可動部材と、該第３
   の可動部の所定箇所に取付けられており前記第３
   の角変位に応じて所定の方向に運動する印字部材
   とを備えたことを特徴とする印字ユニツト。 ２ 前記第２および第４の結合部材はそれぞれ板
   状であり両者の板面が所定の角度をなし且つ前記
   圧電体の前記寸法歪が前記第２の結合部材の板面
   にほぼ沿つて前記第１の可動部材へ伝達されて前
   記第４の結合部材の前記固定部材に接続する端辺
   とほぼ平行な軸のまわりに回転モーメントを生ず
   るようにした特許請求の範囲第１項記載の印字ユ
   ニツト。 ３ 前記第３および第５の結合部材はそれぞれ板
   状であり両者の板面が所定の角度をなし且つ前記
   圧電体の前記寸法歪が前記第３の結合部材の板面
   にほぼ沿つて前記第２の可動部材へ伝達されて前
   記第５の結合部材の前記固定部材に接続する端辺
   とほぼ平行な軸のまわりに回転モーメントを生ず
   るようにした特許請求の範囲第１項記載の印字ユ
   ニツト。 ４ 前記第６および第７の結合部材はそれぞれ板
   状であり両者の板面が所定の角度をなし且つ前記
   第１および第２の角変位がそれぞれ前記第６およ
   び第７の結合部材の板面にほぼ沿つて前記第３の
   可動部材へ伝達されて前記第６および第７の結合
   部材の前記第３の可動部材に接続する端辺にほぼ
   平行な軸のまわりに回転モーメントを生ずるよう
   にした特許請求の範囲第１項記載の印字ユニツ
   ト。 ５ 板状の第２ないし第７の結合部材は、板厚の
   異なる箇所を設けて形成された特許請求の範囲第
   ２ないし第４項のいずれかの項記載の印字ユニツ
   ト。 ６ 前記固定部材は、前記圧電体の一方の端部を
   固定する第１の取付部と、該第１の取付部と一体
   をなし前記圧電体の両側にそれぞれ並行して設け
   てあり各所定箇所に前記第４および第５の結合部
   材を接続する第２および第３の取付部とを有して
   コの字形に形成された特許請求の範囲第１項記載
   の印字ユニツト。 ７ 前記圧電体は、複数個の電極を内部に交互に
   予め定めた間隔でほぼ平行に設けた圧電材料から
   なる部分を有し、複数個の前記電極の間で予め定
   めた向きの分極処理を施した特許請求の範囲第１
   項記載の印字ユニツト。 ８ 前記圧電体は、複数個の電極を内部に交互に
   予め定めた間隔でほぼ平行に設けた電歪材料から
   なる部分を有する特許請求の範囲第１項記載の印
   字ユニツト。 ９ 前記第１ないし第７の結合部材と前記第１な
   いし第３の可動部材と前記固定部とのうちの少な
   くともいずれか２つが一体をなして形成された特
   許請求の範囲第１項記載の印字ユニツト。