JPH0318588B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の分野〕 本発明は、電気的な駆動力を少ししか必要とせ
ずに高い打撃力の長いワイヤ・ストロークを生じ
ることのできる印刷ワイヤ・アクチユエータに関
する。

〔従来技術〕 マトリツクス形式のプリンタは従来も良く知ら
れている。このようなプリンタでは、標準的なマ
トリツクス状のドツトから選択された複数個のド
ツトによつて記録媒体に文字が形成される。典型
的なマトリツクスは幅５ドツト、高さ７ドツトで
あるが、任意の寸法を取り得る。マトリツクス・
プリンタは、普通複数個の印刷ワイヤの夫々に協
働する電磁的なアクチユエータによつて各ワイヤ
が記録媒体を打撃するよう推進される構成から成
る。このマトリツクスの各ドツトは１本のワイヤ
によつて形成され、典型的な印刷ヘツドは数本の
ワイヤを同数の協働するアクチユエータとともに
有する。

従来のアクチユエータでは、磁性材料で構成さ
れた可動のアーマチユアに印刷ワイヤが固着され
る。このアーマチユアは、コイルの形状的な中心
から外れたワイヤ・コイル・ソレノイドの長手方
向の軸に沿つて配設される。コイルに電流が印加
されると、コイルのその軸に沿いアーマチユア及
びワイヤをその休止位置から記録媒体に向かつて
突進させる電磁力を生じる。このワイヤが記録媒
体に衝突してドツトを発生し、アーマチユアとと
もにその休止位置へ弾ね返る。そこでアクチユエ
ータは次のコイル付勢即ち次のコイル付勢手順に
備える。休止位置への弾ね返りは、磁石若しくは
機械ばねなどの位置復帰手段により助けられる。
この従来からのアクチユエータは最小限の機械部
品しか使用しないので信頼性が高い。しかしアー
マチユア・ストロークを長くする必要があれば、
ソレノイドに印加される電流は長くなつたストロ
ークに対応する分だけ長い期間維持される必要が
ある。印刷ワイヤの打撃力を高くしたければ、ア
ーマチユア及び印刷ワイヤは高速まで加速されて
から記録媒体を打撃する必要があり、またソレノ
イドに印加される電流も大きな加速を生じるため
増す必要がある。以上のいずれの場合（長いスト
ロークの間電流を維持する場合か、高い打撃力を
得るため電流を増す場合）でも、印刷アクチユエ
ータで消費される電力は増すことになる。所与の
印刷ヘツドの中で複数個のアクチユエータの各々
で消費される電力の総量を考慮すると、総電力量
の要求は受容し難い程であつたり、更には全く受
容できない程であつたりすることが分つた。

典型的な印刷ワイヤ・アクチユエータでは、ス
トロークが短いというのが、0.30mm乃至0.46mm位
であり、またワイヤ打撃力が低いというのが、約
900ｇと考えられている。一方で、約0.76mm程度
になると、これはストロークが長いと考えられ、
また1800ｇ乃至2700ｇともなるとワイヤ打撃力が
高いと考えられる。

従来の典型的なワイヤ・アクチユエータの１つ
に、0.38mmというような短いストロークと2300ｇ
位の高い打撃力とを有するものがある。このアク
チユエータで必要なエネルギは、１回のワイヤ付
勢あたり約0.008ジユールである。2300ｇという
打撃力を維持したまま0.76mm位までこのアクチユ
エータのストロークを長くすると、約50％増しの
エネルギ即ち合計0.12ジユールのエネルギが必要
になる。

従来の他の型の印刷ワイヤ・アクチユエータの
中に弾丸のように惰性で移動する型のアクチユエ
ータがある。これも休止位置から移動可能な磁性
材料のアーマチユアを含む電気的なコイル・ソレ
ノイドを使用している。これもコイルを付勢する
ことによつてアーマチユアが移動させられる。こ
の惰性移動式のアクチユエータでは、印刷ワイヤ
がアーマチユアに取付けられていないが、その代
りアーマチユアがそのストロークの終りの付近に
あるときワイヤの端部がアーマチユアで打撃され
るよう位置決めされる。この打撃の結果、ワイヤ
がアーマチユアの打撃を受けて離れ、休止位置か
ら記録媒体に向かつて推進される。そこで印刷ワ
イヤが「飛翔」即ち移動し、記録媒体を打撃して
ドツトを生じる。この飛翔期間中、印刷ワイヤは
それ自身の運動量若しくは惰性で移動して行き、
アーマチユアとは最早接触しなくなる。従つて、
その移動は惰性による移動として正確に説明され
る。このアクチユエータは次の付勢手順の準備を
する。この惰性による方式のアクチユエータはア
ーマチユアが短いストロークで良いので低電力で
ワイヤのストロークを長くできる。しかし惰性移
動式のアクチユエータは従来方式のアクチユエー
タより多くの機械部品を必要とするので信頼性が
下る。また印刷ワイヤとアーマチユア間の干渉も
頻繁に起り、その打撃面が物理的な変形を生じた
り損傷したりする。この惰性移動式のアクチユエ
ータの欠点は、ワイヤが電磁力によつて常時駆動
されるというよりそれ自身の惰性で移動して行く
ということから記録媒体への打撃力が低いという
とである。

従つて電気的な駆動力は低くても記録媒体への
打撃力は高いという態様で、しかもワイヤ・スト
ロークを長くできる印刷ワイヤ・アクチユエータ
を提供できることが望ましい。

〔本発明の装置の概要〕

本発明は如上の従来のアクチユエータの欠点を
解決するものである。本発明は、駆動力が小さく
て済み、信頼性も高いままで、印刷ワイヤのスト
ロークを長くしたり、印刷ワイヤの打撃力を高く
することのできる印刷ワイヤ・アクチユエータで
ある。

本発明の装置は、従来の印刷ワイヤ・アクチユ
エータで使用される単一構造のアーマチユアの代
りに望遠鏡のように伸びる２個の磁性材料から成
るアーマチユア構成体を使用する。その大きい方
の第１のアーマチユアは部分的に中空であり、そ
の中に第２のアーマチユア即ちプランジヤを納め
てある。この第２のアーマチユア即ちプランジヤ
には印刷ワイヤが固着される。この望遠鏡のよう
に伸びるアーマチユアの対はワイヤ・コイル・ソ
レノイドの中にコイルの長手方向の軸に沿つて位
置決めされている。従つて両方のアーマチユアが
その軸に沿つて移動できる。このコイルが付勢さ
れると、２個のアーマチユアは第１の所定の距
離、一緒に移動し、この移動の最後にその第１の
アーマチユアが機械的なストツパに達する。その
後も、内部に納められているプランジヤ（アーマ
チユア）は初めの所定の距離よりも長い距離、印
刷ワイヤとともに移動し続ける。第２のアーマチ
ユア・プランジヤの連続移動は、部分的にその付
勢されたコイルで発生され第２のアーマチユアに
作用する電磁力によるものである。またそれは部
分的には２個のアーマチユアが初めの所定の距離
にわたり同時に移動することにより第２のアーマ
チユアに与えられる運動量若しくは惰性によるも
のである。従つて本発明の好適な実施例は、従来
のアクチユエータから取入れた一部の特徴構成
と、惰性移動式のアクチユエータから取り入れた
他の特徴構成との新規な組合わせである。

この望遠鏡のようなアーマチユアを用いて構成
されたアクチユエータは、約0.76mmというように
ワイヤ・ストロークを長くでき、またワイヤ打撃
力も約2300ｇというように高くできる。そしてこ
のときのエネルギは僅か0.008ジユール程度に過
ぎない。これは従来のアクチユエータの場合
0.012ジユールであるのと対照的である。

本発明の第１の目的は、記録媒体の打撃力が高
いままで印刷ワイヤ・ストロークを長くでき、一
方で電力消費が低くて済む印刷ワイヤ・アクチユ
エータを提供することにある。

本発明の他の目的は、記録媒体の打撃力が高い
ままで印刷ワイヤのストロークも長くでき、一方
で一般的なアクチユエータのように物理的な信頼
性が高いことも維持できる印刷ワイヤ・アクチユ
エータを提供することにある。

本発明の更に他の目的は、印刷ワイヤのストロ
ーク中、惰性移動と電磁力による移動とを組合わ
せた印刷ワイヤ・アクチユエータを提供すること
にある。

本発明は、電力消費が低くワイヤ・ストローク
も短いが、これは惰性移動式のアクチユエータに
似た特性であつて従来の一般的なアクチユエータ
にはない特性である。しかし、惰性移動式のアク
チユエータとは異なり、第２のアーマチユアにそ
の延長期間中に作用する電磁力は従来方式のアク
チユエータの作用に似た高い打撃力を与える。

〔実施例の詳細な説明〕

第１図には、シリコン−鉄合金のような磁性材
料でできたアーマチユア１０（以下プランジヤと
称する）が、同様の磁性材料でできたもう１つの
アーマチユアの中に望遠鏡の内筒のように入れら
れている。プランジヤ１０とアーマチユア１１と
の間の界面１２は例えばナイロンのような、摩耗
に長期間耐える材料であつて、アクチユエータの
動作期間中、プランジヤ１０とアーマチユア１１
とがくつつかないような滑らかな動作を行なう。
界面１２はプランジヤ１０を被覆するか又はアー
マチユア１１の内面を被覆することで形成でき
る。

アーマチユア構成体はボビン（巻き枠）１４の
長手方向の通路１３の中に摺動可能に係合され
る。長手方向の通路１３の断面は円形であること
が望ましいが、通路１３の断面及びアーマチユア
１１の周面が相補形状である限り、任意の形状の
ものが使用できることが理解できよう。例えば、
通路１３の断面は、内側のアーマチユア１１が矩
形や三角形であれば、それと相補形状となるよう
夫々矩形や三角形になつている。同様に、プラン
ジヤ１０及びアーマチユア１１の内面（界面１
２）も断面が円形であることが望ましいが、任意
の相補形状のものでも本発明の目的に適合する。

ボビン１４は摺動するアーマチユア１１との摩
擦界面を低くするため、例えばナイロンのように
電気的に絶縁性で且つ耐摩耗性の材料から成る。

更に通路１３中に配設されているのはコア若し
くはコア片１５である。このコア片１５は、シリ
コン−鉄合金のような磁性材料から成り、通路１
３中に固着される。コア片１５及びアーマチユア
構成体の各片（アーマチユア１１及びプランジヤ
１０）が空隙を２カ所形成する。第１の空隙Ｐが
コア片１５とアーマチユア１１との間に形成さ
れ、また第２の空隙Ｓがコア片１５と、望遠鏡の
内筒のようなプランジヤ１０との間に形成され
る。実施例では、第１の空隙Ｐが約0.13mmで、第
２の空隙Ｓが約0.76mmであつた。しかし他の寸法
の空隙でも本発明の目的に合致するであろう。

クツシヨン片１６がコア片１５の端部を覆い、
コア片１５をアーマチユア１１の打撃を和らげ
る。このクツシヨン片１６は、アーマチユア１１
が第１図の休止位置から位置接合面のコア１５に
移動されるときアーマチユア１１とコア１５との
間に小さい空隙を維持する。このように小さい空
隙を維持するのは、アーマチユア１１がコア１５
に接合するときプランジヤ１０に十分な磁束が流
れるのを確保してプランジヤ１０に高い電磁力を
維持することが望ましいからである。

印刷ワイヤ１７の一端がプランジヤ１０に固着
され、プランジヤ１０とともに移動できる。この
ワイヤ１７はクツシヨン片１６中の孔を通り、コ
ア１５の孔を抜けてワイヤ案内部材１８に方向づ
けられる。このワイヤ１７はプランジヤ１０がコ
ア１５に向かつて突出されるときプランジヤ１０
とともに移動される。ワイヤ案内部材１８はワイ
ヤ１７との間の摩擦が小さく維持されるようナイ
ロンのように耐摩耗性の高い材料でできている。

ボビン１４の凹んだ部分にはワイヤ・コイル・
ソレノイド１９が巻かれており、そのリード線２
０が印刷回路板２１の表面の回路の線（図示せ
ず）に接続されている。この回路の線はコネク
タ・ハウジング２３に装着された何対ものコネク
タ・ピン２２及び２２′（第２図をも参照のこと）
のところまで延びている。ソレノイドが、コネク
タ・ピン２２及び２２′に接続された電源（図示
せず）によつて付勢されるとき、そのソレノイド
の中に電流が流れ、ソレノイド１９の軸方向に磁
束が発生され、アーマチユア１１及びプランジヤ
１０を第１図の休止位置からコア片１５に向かつ
て付勢し、これによつて空隙Ｐ及びＳを小さくす
る。印刷ワイヤ１７がプランジヤ１０とともに移
動し、ワイヤ案内部材１８に沿つて摺動する。

この付勢中、プランジヤ１０及びアーマチユア
１１は、第１の空隙Ｐに等しい第１の距離だけ一
緒に移動する。その移動後、アーマチユア１１は
クツシヨン片１６と衝突し、コア片１５に被さ
る。プランジヤ１０及び印刷ワイヤ１７は第２の
距離、移動し続ける。プランジヤ１０及びワイヤ
１７のこの連続の移動期間中、付勢されているソ
レノイド１９で生じる磁束によつてプランジヤに
は電磁力が作用している。プランジヤ１０及びワ
イヤ１７のこの連続の移動期間内の第２の期間
中、ソレノイドが滅勢され、この結果第１の空隙
Ｐに対応する第１の所与の期間にわたつてプラン
ジヤ１０及びアーマチユア１１が同時に移動して
いる間プランジヤ１０及びワイヤ１７に与えられ
た運動量若しくは惰性によつてワイヤ１７及びプ
ランジヤ１０は移動する。プランジヤ１０及びア
ーマチユア１１の運動とソレノイド付勢電流との
時間的な関係については後で第４図に関連して詳
細に説明する。

ここで第３図を参照すると、印刷ワイヤ１７及
び印刷ワイヤ端２４がプランジヤ１０とともに移
動してから印刷ワイヤ端２４が記録媒体２５を打
撃する。この記録媒体は一般には１枚のシートで
あるが、インク担持部材２６（通常はリボン）、
及び可撓性のプラテン２７とともに配列されて該
記録媒体上にインクのドツト（点）を生じる。

記録媒体の打撃後、印刷ワイヤ１７及びプラン
ジヤ１０は第１図の休止位置に向かつて弾ね返
る。休止位置へ戻るこの期間中、プランジヤ１０
はアーマチユア１１と再び一緒になり、この２つ
が対として休止位置に戻る。戻つて行くアーマチ
ユア１１が背面板２９と衝突する際背面ストツパ
２８がこの打撃を和らげる。

第１図の好適な実施例では、永久磁石３０がア
ーマチユア１１及びプランジヤ１０を、次の付勢
手順に備えてその休止位置に保持する。同じ保持
機能を与える代替手段として、プランジヤ１０と
コア片１５との間に機械的なばねを用いても良
い。その場合このばねはアーマチユア構成体をそ
の休止位置に向かつて押しつけるよう配設される
ことになろう。

（磁石３０若しくは機械的ばねの）いずれかの
保持手段で与えられる力は、アーマチユア構成体
にソレノイド１９で与えられる電磁力よりはるか
に小さい。従つてその保持手段は、ソレノイド１
９の滅勢時にその休止位置にアーマチユア構成体
を保持するのに役立つだけである。

磁束ブロツク３１及び磁束デイスク３２がソレ
ノイド１９で生じる磁束のために低い磁気抵抗の
復帰路となる。これがアクチユエータの効率を高
めるのである。磁束ブロツク３１が、シリコン−
鉄合金のような磁性材料で一般には構成され、例
えば第２図及び第３図に示すように９個若しくは
複数個のアクチユエータを収容するような形状を
もつ。

第２図及び第３図に示す完成品の印刷ヘツドは
ねじ３３で互いに保持されるよう組立てられてい
る。フランジ片３４には、印刷ヘツドをプリンタ
に装着し且つ整列し易くするため装着孔３５が設
けられる。

第４図は１回の付勢手順の期間にわたつて第１
図のアクチユエータに於るソレノイド電流が時間
とともにどのように変化するかを表わすグラフ
と、アーマチユア１１の速度及びプランジヤ１０
の速度がどのように変化するかを表わすグラフで
ある。即ち上のグラフがソレノイド電流波形１を
示す。また下のグラフがアーマチユア１１の速度
曲線を破線３で示すとともにプランジヤ１０の速
度曲線を実線２で示す。各グラフの横座標は時間
である。この２つのグラフは同じ期間中の付勢手
順を示す。

ソレノイド１９中の正の電流（第１図も参照）
により磁束が確立され、これによつて電磁力がプ
ランジヤ１０及びアーマチユア１１をコア片１５
に向かつて移動させる。尚アーマチユア１１及び
プランジヤ１０がコア片１５に向かつて移動する
ときそれらの速度を正とし、逆にアーマチユア１
１及びプランジヤ１０がコア片１５から遠去かる
よう移動するときそれらの速度を負とする。印刷
ワイヤ１７がプランジヤ１０に固着されているの
で、印刷ワイヤ１７及びそのワイヤ端２４の速度
はプランジヤ１０の速度と同じである。

尚第４図のグラフは本発明を説明する関係で示
しただだけであり、本発明を制限するものではな
い。

原点０の時点で、ソレノイド１９中の電流は０
であり、アーマチユア１１及びプランジヤ１０は
第１図の休止位置にある。

０乃至Ａの期間中、ソレノイド１９に電流が流
れ、やがて最大値IMAXに達する。その典型的
な値は３アンペア位である。ソレノイド１９中の
電流が電磁力を生じ、第４図の速度波形２及び３
が高くなることで示すようにアーマチユア１１及
びプランジヤ１０を加速させる。また０乃至Ａの
期間中は、アーマチユア１１及びプランジヤ１０
がコア片１５に向かつて同時に移動するので第１
及び第２の空隙Ｐ及びＳが同じ速さで小さくなつ
て行く。

Ａの時点では、アーマチユア１１がクツシヨン
片１６と衝突し、コア片１５に被さる。Ａ乃至Ｂ
の期間中、アーマチユア１１は迅速に減速し、Ｂ
の時点でそれはコア片１５に対してクツシヨン片
１６で隔てられただけでお互いの面を接するよう
にして休止することになる。

波形２で示すように、プランジヤ１０及び印刷
ワイヤ１７は、Ａ乃至Ｂの期間が経過した後も加
速し続ける。Ａの時点でプランジヤ１０はアーマ
チユア１１の中で摺動し始め、Ｂの時点で第１の
空隙Ｐが完全になくなる。しかし第２の空隙Ｓは
未だ残つていて小さくなり続ける。

Ｂ乃至Ｃの期間中にソレノイド１９中の電流が
消滅して行く。しかしプランジヤ１０及び印刷ワ
イヤ１７は正の速度で移動し続ける。Ｂ乃至Ｃの
期間中にプランジヤ１０が移動するのは、部分的
にはソレノイド１９に電流がある間ソレノイド１
９で与えられる電磁力があるからである。また一
部には０の時点以来プランジヤ１０及び印刷ワイ
ヤ１７が得た運動量若しくは惰性があるからであ
る。Ｂ乃至Ｃの期間中にソレノイド電流が０に達
した後にプランジヤ１０及び印刷ワイヤ１７が移
動するのは、完全にそのような運動量若しくは惰
性があるからである。だからこのような運動は純
粋に惰性によるものと云える。

Ｃの時点で印刷ワイヤ端２４（第３図も参照の
こと）が記録媒体２５と接触し、プランジヤ１０
及び印刷ワイヤ１７が急に減速を始める。

Ｃ乃至Ｄの期間中に印刷ワイヤ端２４が記録媒
体の下にある、弾性をもつプラテン２７の面を変
形して行き、その過程でプランジヤ１０及び印刷
ワイヤ１７からの機械的な全エネルギが、その弾
性のあるプラテン２７に移される。Ｄの時点でも
第２の空隙Ｓは完全にはなくならない。何故なら
通常の付勢手順中に生じるプランジヤ１０の全変
位が第２の空隙Ｓよりも小さいからである。

Ｄ乃至Ｅの期間中は、Ｃ乃至Ｄの期間中に弾性
をもつプラテン２７に貯蔵された機械的なエネル
ギがプランジヤ１０及び印刷ワイヤ１７に戻され
て行く。波形２のこの負の速度の部分は、プラン
ジヤ１０及び印刷ワイヤ１７が逆方向に移動して
第１図の休止位置に戻りつつあることを示す。Ｅ
の時点で、印刷ワイヤ端２４が記録媒体２５と接
触しなくなる。

Ｅ乃至Ｆの期間中もプランジヤ１０及び印刷ワ
イヤ１７が休止位置に向かつて戻り続け、Ｆの時
点でプランジヤ１０はアーマチユア１１との結合
位置に戻る。

Ｆ乃至Ｇの期間中にアーマチユア１１がプラン
ジヤ１０の速度まで加速され、Ｈの時点で両者が
一緒のまま同時に休止位置に戻る。Ｈの時点では
非常に僅かな弾ね返りしか生じない。何故なら背
面ストツパ片２８が背面板２９に対するアーマチ
ユア１１の衝突を和らげるし、保持手段（磁石３
０）もアーマチユア１１及びプランジヤ１０を休
止位置に保持するからである。

Ｈの時点の後、アクチユエータは次の印刷ワイ
ヤ突出のためのソレノイド１９の付勢に再び備え
る。次の付勢サイクルはＨの時点の後任意の時点
で開始できよう。これは第４図に新しい原点０′
で示す。全付勢手順に要する時間即ち０乃至Ｈの
期間は約0.001秒である。

〔まとめ〕

如上のとおり、本発明の実施例について説明し
たが、特許請求の範囲の欄に記載の「印刷ワイヤ
を磁気的に推進する第１手段」が実施例のアーマ
チユア１１及びソレノイド１９に対応することは
容易に理解されよう。また「第１手段」による印
刷ワイヤ１７の推進が、ストツパの役割を為すコ
ア片１５やクツシヨン片１６で阻止された後、惰
性で印刷ワイヤ１７が突出するようそれに作用す
る「第２手段」が、実施例のプランジヤ１０に対
応することも容易に理解されよう。斯して本発明
の印刷ワイヤ・アクチユエータでは、記録媒体ま
での所定の距離（ワイヤ・ストローク）のうち実
施例の空隙Ｐに対応する初めの部分は一般的なア
クチユエータのように印刷ワイヤが磁気的に推進
され、その残りの部分は惰性移動式のアクチユエ
ータのようにそれが惰性で推進される。

従つて〔本発明の装置の概要〕の欄でも述べた
ように、小さいエネルギで磁気的に付勢された印
刷ワイヤでも長いワイヤ・ストロークの後に高い
打撃力を生じることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、ソレノイドが付勢されていず２つの
アーマチユアの構成体が休止位置にあるときの本
発明の印刷ワイヤ・アクチユエータの断面図であ
る。第２図は、第１図に示す印刷ワイヤ・アクチ
ユエータを９個含む印刷ヘツドを上から見た図で
ある。第３図は、第１図の印刷ワイヤ・アクチユ
エータを含む第２図の印刷ヘツドの部分断面図で
ある。第４図は、典型的な付勢手順の間、各アー
マチユア片の速度及びソレノイド電流を経時的に
示すグラフである。 １０……アーマチユア若しくはプランジヤ（第
２手段）、１１……アーマチユア（第１手段）、１
５……コア片、１６……クツシヨン片、１９……
ソレノイド若しくはソレノイド・コイル（第１手
段）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 速度零の休止位置から印刷媒体までの所定の
   距離だけ印刷ワイヤを推進する印刷ワイヤ・アク
   チユエータにおいて、 長尺方向に移動可能なアーマチユアと、 上記アーマチユアを、上記アーマチユアの休止
   位置から、上記印刷ワイヤの移動ストロークより
   短い所定の距離だけ上記印刷媒体方向に推進する
   電磁手段と、 上記印刷ワイヤに固着されるとともに上記アー
   マチユア内に滑動自在に取り付けられたプランジ
   ヤであつて、上記アーマチユアが上記所定の距離
   だけ移動して停止したのち、上記アーマチユア内
   を惰性で滑動して上記印刷ワイヤを印刷媒体に接
   触させるものとを有することを特徴とする印刷ワ
   イヤ・アクチユエータ。