JPH0519470B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は電気、機械変換素子の運動を増幅し駆
動する機械的増幅機構に関し、さらに詳しくは電
歪あるいは圧電素子を駆動源として変位増幅を行
ない、主としてプリンタの如き印刷装置、あるい
はリレーの如き開閉器に適用する機械的増幅機構
に関する。

（従来技術とその問題点） 従来、電気機械変換素子による駆動装置として
プリンタ印字ヘツド等の印刷装置やリレー、スイ
ツチ等の開閉器がある。例えばドツトインパクト
式プリンタ印字ヘツドではその駆動源としてほと
んどが電磁石あるいは永久磁石を用いている。し
かし、この方式は駆動時において銅損、鉄損があ
るため、必要とするエネルギに対し多大な入力エ
ネルギが必要であり、エネルギ変換効率が低いと
いう欠点があつた。このため最近では電歪素子、
あるいは圧電素子を駆動源として用いて消費電
力、発熱量を低減し高速動作の可能な機構が考え
られている。しかし、このような方式には電歪あ
るいは圧電素子の励起時の伸びが0.005〜0.01mm
と微少であるため通常のプリンタ印字ヘツドやリ
レー機構の出力端作用素子に必要な0.3mm〜0.5mm
の変位を得るように変位拡大手段を必要とする。
この要求に対し、従来提案されているものとして
第７図に示すような特開昭53−113625号公報記載
の機構がある。第７図において、調節ねじ２５に
より上向き（印字方向）に湾曲した湾曲ばね２６
の両端が保持要素２７に固定され、また保持要素
２７の一方は圧電結晶装置２８に坐着し、他方は
固定保持部２９に坐着する。この構造において圧
電結晶装置２８の励起により湾曲ばね２６をたわ
ませ、湾曲ばね２６の中央に設けられた印字針３
０を駆動している。この方式は湾曲ばね２６の軸
方向に変位が与えられると衆知の座屈理論で明ら
かのように湾曲ばね２６中央部で大きなたわみ量
が得られ、また構造も簡単である。しかしなが
ら、このような座屈ばねを使用した機構では圧電
結晶２８の変位量をε、湾曲ばね２６の長さをｌ
としたとき湾曲ばね２６の中央部のたわみ量Ｓは
幾何学的にＳ＝２√／πで近似されるが、固定
保持部２９の変形により変位伝達が損失するため
その分を補う長い湾曲ばね２６が必要となる。例
えばε＝0.01mmとしたときｌ＝100mmにしなけれ
ば通常必要なたわみ量Ｓ＝0.4mmにならない。ま
た、電結晶装置２８は湾曲ばね２６に直接接続し
ているため湾曲ばね２６の長さと合わせると機構
全体が大型になり、プリンタ印字ヘツドやリレー
等に要求される小型化が困難となる欠点があつ
た。これらの欠点を除去し、小型で増幅率の大き
いものとして第８図に示す特願昭58−049248号の
増幅機構がある。第８図において、電歪あるいは
圧電素子３１の伸縮方向両端に接続した変位拡大
手段としての二本のレバーアーム３２とその各々
のレバーアーム３２先端で挟むように支持された
梁３３とから構成されている。この構造において
電歪あるいは圧電素子３１の励起により各々のレ
バーアーム３２より梁３３軸方向に拡大変位が与
えられ、さらに梁３３の変形によつて梁３３中央
部の印字針３４に拡大された変位が生じる。この
ような方式は量の長さが短くても変位増幅率が大
きいため小型の機構が得られる。しかしながら、
この構造では固定部となる基板３５の外側にレバ
ーアーム３２の如き可動体が配置されるため出力
端としての印字針３４と基板３５との位置決めが
困難となる。すなわち、プリンタにおいては複数
個のヘツドから構成されるのが通常であり、その
ためには各ヘツドの印字針の位置を0.05mm程度以
内に配列する必要がある。この構造において、位
置決め調整が困難となり、製作コストが高くなる
欠点があつた。

（発明の目的） 本発明はこのような従来の欠点を除去し、小型
で増幅率が大きく、かつ低コストの機械的増幅機
構を提供するものである。

（発明の構成） 本発明によれば、電歪あるいは圧電素子の運動
を増幅し駆動する増幅機構において、前記電歪あ
るいは圧電素子の伸縮方向一端を固定し支持する
ベースと、前記電歪あるいは圧電素子の他端と前
記ベースに接続した変位増幅手段としてのレバー
アームと、そのレバーアームとベースで挟むよう
に支持された変位増幅手段としての梁とから構成
され、その梁には出力端としての作用素子が設け
られていることを特徴とする機械的増幅機構が得
られる。

（構成の詳細な説明） 本発明は上述の構成をとることにより従来の問
題点を解決した。まず電歪あるいは圧電素子の伸
縮方向一端を固定し支持するベースには、変位を
伝達しかつ支点となる変位伝達手段を介してレバ
ーアームを接続する。またレバーアームには他の
変位伝達手段を介して前記電歪あるいは圧電素子
の伸縮方向他端が接続される。またレバーアーム
他端とベース他端とで挟むように支持された梁が
あり、その梁はベースに位置決めされて接続され
る。そこで、電歪あるいは圧電素子の励起により
レバーアームはベースと接続された変位伝達手段
を支点としてこの原理により回転し、レバーアー
ム他端の梁との接続部で変位が増幅される。そこ
でそのレバーアームから梁の一端軸方向に変位が
伝達され、量は座屈理論で明らかな如くさらに増
幅変形する。このとき、梁中央部の出力端として
の作用素子はベースより正確な位置において増幅
変位を得る。

（実施例） 以下本発明の実施例を図面を参照して説明す
る。

第１図は本発明の一実施例のプリンタ印字ヘツ
ドを示す模式的な斜視図である。また第２図は第
１図の動作を説明するための図である。第１図、
第２図において、電歪あるいは圧電素子１の伸縮
方向一端がベース２に取付けられ、また他端には
電歪あるいは圧電素子１の伸縮動作を伝達する手
段３を介してレバーアーム４を設ける。さらにレ
バーアーム４とベース２はもう一方の伝達手段３
で接続される。一方、レバーアーム４の先端には
梁５を接続し、その梁５他端はベース２に位置決
めされ固定される。この位置決めは例えばベース
２に溝を設けて梁５を挿入することにより得られ
るし、その他位置決め用のピンを設けても良い。
また梁５の中央部には出力端としての印字針６が
設けられ、その後部にはベース２より梁５の初期
変位、及びバツクストツパを兼ねた調整用ネジ７
を設けている。これらベース２、変位伝達手段
３、レバーアーム４、梁５はバネ性のある材料で
あればバネ鋼等の金属材料やカーボンフアイバー
の如き複合材料で製作可能であり、プレス打抜き
法、エツチング法、ワイヤーカツト法、射出成形
加工により製造できるため量産も可能である。ま
た梁５とレバーアーム４との接合方法はピンジヨ
イントの如き回転支持、溶接等の固定支持でも良
く、さらに、伝達手段３は摩耗の小さいセラミツ
クを用いたピンジヨイントの如き支店でも可能で
ある。また駆動源は電歪あるいは圧電素子１であ
り、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（PZT）の如
き平板状で縦効果のある材料を複数枚積層し、
各々の圧電素子に対して共通電極を設けて並列状
態にしたものである。本発明ではこの他、横効
果、縦効果のある電歪又は圧電素子単板でも適用
できる。以上の機構において、電歪あるいは圧電
素子１に電圧を与えることにより伸び８を生じ、
この変位はレバーアーム４に伝達され変位増幅さ
れて梁５の一端軸方向に伝達される。このとき梁
５の他端はベース２において溝に挿入され溶接さ
れ固定されているため、印字針６はベース２より
正確な位置で前方へ押出され、プラテン９上の用
紙１０、インクリボン１１を打撃し、ドツト印字
を行なう。その後印加電圧の停止により電歪ある
いは圧電素子１は元の長さを復帰し、同時にレバ
ーアーム４、梁５も元の位置に戻る。以上の実施
例において具体的な一例を示すと、電歪あるいは
圧電素子１の変位を0.01mm、レバーアーム４の増
幅率を６倍にし、梁５の長さを40mmにした機構に
おいて印字針６では0.5mmの変位が得られ、小型
で変位量が大きく、低価格の印字ヘツドが得られ
た。

以上の増幅機構は複数個並列することによりド
ツトインパクト式ラインプリンタに使用できる。
第３図にその一実施例を示す。第３図において、
各々の印字ヘツドはスペーサ１２を介して並列に
配置され、リボンガイド１３を前方に配置したハ
ウジング１４に固定される。またハウジング１４
は揺動機構ベース１５に設けられる。本発明によ
ればこのような複数個から成る印字機構を印字ピ
ツチ分だけ横に揺動し、印字を行なうドツトイン
パクト式ラインプリンタ用印字機構が得られる。
また第４図には各増幅機構を一体にした例を示し
た。第４図において、ベース１６、レバーアーム
１７を複数個の増幅機構分だけ一体にしたもので
あり、このような構造は切削、あるいはワイヤー
カツト法で製作できる。このような方式において
も本発明の効果がある。

またさらに、本発明ではワイヤードツト式プリ
ンタヘツドにも適用できる。第５図に他の一実施
例を示す。第５図において、円筒状ベース１８に
レバーアーム１９、梁５を位置し、梁５にはワイ
ヤー２０が設けられている。またワイヤー２０は
その先端でワイヤガイド２１により配列される。
このような印字機構にも同様の性能が得られる。

また本発明の増幅機構はリレーに代表される開
閉器にも適用でき、第６図に一実施例を示す。第
６図において、前記の本発明の増幅機構の梁５に
は作用素子としての可動接点２２を設け、その可
動接点２２に対応してベース２に固定接点２３，
２４を設けている。そこで駆動時には電歪あるい
は圧電素子１の伸縮動作により可動接点２２は一
方の固定接点２３より他方の固定接点２４へ移動
接触してリレー動作が行なわれる。本発明はこの
ようなリレーにおいても効果があり、接点変位が
大きく、低価格で信頼性の高いリレーが得られ
る。

（発明の効果） 本発明によれば小型で変位増幅率が大きく、か
つ出力端としての作用素子の位置決めができ組立
ての容易な、低コストの機械的増幅機構が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す模式的斜視
図、第２図は第１図の動作を説明するための側面
図、第３図は本発明の一実施例を示す部分斜視
図、第４図は本発明の一実施例を示す模式的斜視
図、第５図は本発明の一実施例を示す断面図、第
６図は本発明の他の実施例を示す斜視図、第７図
は従来の一実施例を示す側面図、第８図は従来の
一実施例を示す斜視図を示す。 図中各記号はそれぞれ次のものを示す。１……
電歪あるいは圧電素子、２……ベース、３……変
位伝達手段、４……レバーアーム、５……梁、６
……印字針、７……調整ネジ、８……電歪あるい
は圧電素子の伸び、９……プラテン、１０……用
紙、１１……インクリボン、１２……スペーサ、
１３……リボンガイド、１４……ハウジング、１
５……揺動機構ベース、１６……一体のベース、
１７……一体のレバーアーム、１８……円筒ベー
ス、１９……レバーアーム、２０……ワイヤー、
２１……ワイヤーガイド、２２……可動接点、２
３，２４……固定接点、２５……調節ねじ、２６
……湾曲ばね、２７……保持要素、２８……圧電
結晶装置、２９……固定保持部、３０……印字
針、３１……電歪あるいは圧電素子、３２……二
本のレバーアーム、３３……梁、３４……印字
針、３５……基板。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 電歪あるいは圧電素子の運動を増幅し駆動す
   る増幅機構において、前記電歪あるいは圧電素子
   の伸縮方向一端を固定し支持するベースと、前記
   電歪あるいは圧電素子の他端と前記ベースに接続
   した変位増幅手段としてのレバーアームと、その
   レバーアームとベースで挾むように支持された変
   位増幅手段としての梁とから構成され、その梁に
   は出力端としての作用素子が設けられていること
   を特徴とする機械的増幅機構。