JPH0344917B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 (1) 発明の分野 本発明はインパクト型プリンタにおける印字ヘ
ツドに係り、特に、永久磁石の吸引力でばね部材
をたわめ、電磁石の磁束によつて永久磁石の吸引
力を打消し、ばね部材に蓄えられた歪エネルギー
をワイヤに与えるキヤンセル型のワイヤマトリク
ス印字ヘツドに関するものである。

(2) 従来技術 公知のワイヤマトリクス型印字ヘツドとして
は、概略、電磁石の吸引力によりばね部材を偏倚
させて、このばね部材に歪エネルギーを蓄え、電
磁石の吸引力の解消により、ばね部材の歪エネル
ギーを印字動作力として作用させる。所謂電磁石
駆動形式あるいは吸引型のものと、永久磁石によ
りばね部材を吸引して偏倚させ、このばね部材に
歪エネルギーを蓄え、電磁石の磁束により永久磁
石の吸引力を打消すことにより、ばね部材の歪エ
ネルギーを印字動作力として作用させる形式の所
謂キヤンセル形式あるいは釈放型のものとがあ
る。

後者のキヤンセル形の印字ヘツドは、前者の電
磁石駆動形式の印字ヘツドに比べて、待機時の発
熱が少なく、かつ小形の永久磁石でも大きな吸引
力が確保できる等の利点があるので、近年多用化
されている。

この種の印字ヘツドにおいては、いずれもばね
部材の偏倚により歪エネルギーを蓄え、この歪エ
ネルギーにより印字ワイヤを飛行させている。す
なわち、ばね部材のばね力が即印字ワイヤの印字
エネルギーとなるので、このばね部材のばね力の
大小が印字品質に大きな影響を与える。

この種の印字ヘツドにおけるばね部材の支持方
法としては、従来より、ばね部材の一方端を固定
支持する技術や、ピン等を中心として回動自在に
支持する技術が知られている。

一方、斯かる印字ヘツドを用いたプリンタにお
いて、良好な印字品質を確保するためには、ばね
部材のばね力を永久磁石の磁束量、あるいは、電
磁石の励磁力の変動に対しそれぞれ最適値に調整
しなければならないが、その調整管理が非常に難
しいという憾みがある。たとえ、永久磁石の磁束
量、あるいは電磁石の励磁力が一定であつても、
ばね部材の板厚の差異あるいは吸引部材との結合
の差異、たとえばロー付によるロー材の多少等に
より、一定の力が得られない。即ち、ばね部材に
一定のたわみ量を与えても一定の歪エネルギーが
得られないことになる。その結果、各ワイヤ毎に
一定の印字品質が得られず、動作も不安定とな
り、高速印字性および高信頼性が阻害されるとい
う欠点がある。

(3) 発明の要約 本発明の目的は、高速印字性能および信頼性を
達成し得る印字ヘツドを提供することを目的とす
る。

本発明の他の目的は、磁気的吸引力によつて偏
倚されるばね部材に一定の歪エネルギーを与える
ことができる印字ヘツドを提供することにある。

本発明は、永久磁石の磁気的吸引力によつてば
ね部材を偏倚して印字エネルギーを蓄え、電磁石
の励磁によつて永久磁石の磁気的吸引力を打消し
て、前記ばね部材に蓄えられた印字エネルギーを
インパクト力とする印字ヘツドにおいて実現され
る。ばね部材の一端には、アーマチユアとして機
能する磁性部材が固定され、前記永久磁石にこの
磁性部材が吸引されて、ばね部材が偏倚される。
このばね部材の他端をインパクト力が与えられる
方向とは反対の方向に押圧するために、ばね押圧
手段が設けられ、しかもその押圧力は調整可能と
される。永久磁石の磁極面例えば、前記磁性部材
との間で磁気回路を形成するヨークの磁極面にこ
の磁性部材の回動支点が形成される。かつ、この
回動支点と、前記ばね押圧手段によるばね部材へ
の押圧点との距離ばね部材の押圧力によつて可変
とされる。

前記ばね押圧手段は、例えばネジであり、この
ネジを回転調整することによりばね部材の押圧力
が調整される。かつ、このねじの先端又はねじの
先端が接触するばね部材の部分の少なくとも一方
側は、ある曲面形状を成している。好しくは、ね
じ先端を球面形状としたものが良く、この球面は
ばね部材と係合するために設けられた孔と接触す
る。而して、ねじの回転量に従つてばね部材の押
圧力が変り、ねじ先端とばね部材との接触位置が
少しずつ変わる。即ち、押圧点が変わることにな
る。それに応じて、回動支点と押圧点との距離が
変わり、これによつて、ばね部材に一定の歪エネ
ルギーが得られることになる。

本発明によれば、ばね部材の押圧力に応じて吸
引部の回動支点と、ばね部材の押圧点との距離が
変わるので、ばね部材に一定の歪エネルギーが得
られる。これによつて、高速性及び信頼性の向上
を図つたキヤンセル形印字ヘツドが実現される。

(5) 実施例の説明 第１図および第２図は本発明の一実施例による
印字ヘツドを示す図である。これらの図に示すよ
うに印字ヘツドは、ノーズ１、ハウジング２、お
よびヒートシンク３を備える外枠構造で構成され
ている。ノーズ１は印字ワイヤ４の案内部として
機能し、ガイド５Ａおよびそのセンタガイド５Ｂ
を備えている。ヒートシンク３の外周には放熱を
良好にするための突起６が形成されている。

ハウジング２とヒートシンク３とによつて画成
される空間内には印字ワイヤ４を備えるレバー部
７０およびそのレバー部７０の駆動機構７１が設
けられている。レバー部７０は第２図に示すよう
に、ハウジング２内において半径方向かつ周方向
に複数個設けられている。このレバー部７０は第
３図に示すように、レバー体８、吸引部材９およ
びばね部材１０で構成されている。レバー体８の
先端には、印字ワイヤ４がロー付け等によつて固
着されている。吸引部材９は透磁性材料で作られ
ており、その一端にはレバー体８が固着されてお
り、また他端には板状のばね部材１０がロー付け
等によつて固着されている。

第３に示すように、このばね部材１０と吸引部
材９の取付部は、吸引部材９の磁気的吸引作用面
９Ａとほぼ平行な面となるように設定される。こ
こで、吸引部材９の角部９Ｂは、後述する様に、
ヨーク１３の磁気面１３Ａと接し、回動支点を形
成する。ばね部材１０の端部には、ばね力を調整
するため孔１１が形成される。また、ばね部材１
０の、吸引部材９の取付部および中央部には少々
の折り曲げ部１０１，１０２が施されている。

このレバー部７０の駆動機構７１の構成につい
ては第３図に詳しく示すように、コア１２、ヨー
ク１３これ等のコア１２、ヨーク１３の間に配置
した永久磁石１４およびコア１２に設けたコイル
１５を備えている。ヨーク１３はコア１２の磁極
面１２Ａに接近して配置された磁極面１３Ａを有
している。これらの磁極面１３Ａ，１２Ａは吸引
部材９の吸引作用面９Ａに対向する。コア１２、
ヨーク１３、永久磁石１４および吸引部材９は、
永久磁石１４およびコイル１５の磁気回路を形成
する。永久磁石１４は吸引部材９をコア１２、ヨ
ーク１３側に吸引する磁束を発生する。この吸引
力によつてばね部材１０が偏倚され、歪エネルギ
ーが蓄えられる。コイル１５はその励磁により永
久磁石１４の磁束を打消する。コア１２、ヨーク
１３、永久磁石１４およびヒートシンク３はねじ
１６によつて、ハウジング２に締め付け固定され
ている。永久磁石の磁気吸引力によつて吸引部材
９がコア１２およびヨーク１３の磁極面１２Ａ，
１３Ａに吸着される様に、各々のレバー部７０は
コア１２、ヨーク１３の前面に配置されている。
このレバー部７０の回動支点は吸引部材９の磁気
的吸引作用面９Ａの角部９Ｂとヨーク１３の磁極
面１３Ａとによつて構成される。レバー部７０の
回動時、その揺動を防ぐためには、ハウジング２
はレバー部７０のレバー体８を案内するレバーガ
イド１８を備えている。ばね部材１０にばね力を
作用させるために、ハウジング２には、押込部材
として例えばねじ１９が押入される。このねじ１
９の先端には球面形状の球面部２０を有し、その
先端に突起２３が設けられる。

第３図に示すように、ばね部材１０の端部に設
けられた孔１１に突起２３が貫通し、球面部２０
は孔１１の縁部と接触する。またねじ１９を回転
調整することによりばね部材１０のばね力を調節
することができる。

次に上述した印字ヘツドの動作について概略説
明する。

印字開始前においては、吸引部材９は第１図に
示すように、永久磁石１４の磁気的吸引力によ
り、コア１２およびヨーク１３の磁極面１２Ａ，
１３Ａに吸着されている。このとき、ばね部材１
０は偏倚され歪エネルギーが蓄えられている。こ
の歪エネルギーに関連するばね力は、ねじ１９の
押入量に応じて調整することができる。

次に、コイル１５に電流が流されると磁気力が
発生し、この磁気力で永久磁石１４の磁束が打消
される。而して、吸引部材９はばね部材１０のば
ね力により、吸引部材９の磁気的吸引作用面９Ａ
の角部９Ｂによつて構成される回動支点を中心に
して回転変位する。このため、印字ワイヤ４はノ
ーズ１のガイド５Ａおよびセンタガイド５Ｂによ
つて案内され、その先端はインクリボンを介して
印字用紙を打撃する。この結果、印字用紙には文
字を構成するドツトが印字される。

上述した印字動作において、ばね部材１０は吸
引部材９との連結部と押込部材１９との係合部と
の間で片持ちばり状のたわみ曲線を呈するので必
要以上の応力が作用しないものであり、折損等に
対し、有利なものである。また、レバー部７０の
回動支点は前述したように、吸引部材９の磁気的
吸引作用面９Ａの角部９Ｂとなり、レバー部７０
の回転半径は角部９Ｂから印字ワイヤ４までの長
さとなり、従来のばね端部が固定支持されていた
ものに比べ小さくなる。この結果レバー部７０の
慣性モーメントが小さくなり、高速化が可能とな
る。さらに、吸引部材９は永久磁石１４による吸
引力およびねじ１９による押付力の分力により、
ヨーク１３の磁極面１３Ａに押付けられ、その回
動支点の変動は少ない。この様なばね部材を歪エ
ネルギーによつて、吸引部材９を加速し印字を行
う印字ヘツドにおいて、安定した印字力あるいは
一定の動作時間で安定的な動作を確保するために
は、ばね部材に蓄えられる歪エネルギーが非常に
重要な要因となる。本実施例の大きな効果を奏す
る点は、この点にある。

第４図を参照してレバー部材及びそのばね押圧
部について更に詳しく説明する。

レバー部７０において吸引部材９に固着された
ばね部材１０のばね力は、吸引部材９の磁気的吸
引作用面９Ａがコア１２とヨーク１３の磁極面１
２Ａ，１３Ａに吸引された状態で、ねじ１９によ
つて所定のばね力に調整される。このとき、ばね
部材１０の押圧部の姿勢はコア１２とヨーク１３
の磁極面１２Ａ，１３Ａを含む面とほぼ平行とな
るよう、あらかじめばね部材１０には所定の曲げ
部１０１，１０２が設けられている。この場合、
ねじ１９の球面部２０は、ばね部材１０に設けら
れた孔１１のほぼ中心で接触しており、吸引部材
９の角部９Ｂ即ち回動支点から、ばね部材１０と
ねじ１９の接触点までの距離はＬとなる。ここ
で、ねじ１９がばね部材１０を押圧している力Ｆ
はばね部材１０の材料あるいは寸法、形状および
たわみ量で決定されている。吸引部材９を加速す
るための力は、このＦによつて定まるものである
ので、この力Ｆを吸引部材９に作用する力とし
て、レバー体８の先端に取り付けられた印字ワイ
ヤ４の位置に換算すると次のようになる。

f₁＝ｌ／ＬF₁ f₁：ワイヤ位置に作用するばね力 ｌ：吸引部材の回動支点からワイヤまでの距離 F₁：標準的ばね部材による押圧力 さて、コイル１５に電流を流し、永久磁石１４
の磁束を打消すと、吸引部材９はばね力によつて
角部９Ｂを中心に回動され、印字ワイヤ４が駆動
される。この動作に従つてばね部材９のたわみ量
は減少するため、吸引部材９への加速力は低下す
る。

印字ワイヤ４の動作する量すなわち、動作スト
ローク（横軸）と、印字ワイヤ４の位置に換算し
たバネ力ｆ（縦軸）の関係を第６図に示す。印字
ワイヤ４は所定の動作ストロークだけ飛行して印
字用紙に衝突する。このときの印字エネルギー
は、ばね部材に蓄えられていた歪エネルギーによ
つて発生したものであるので、印字エネルギーは
バネ力と動作ストロークの積、すなわち斜線部の
面積Saによつて与えられることとなる。印字ヘ
ツドにおいてこの印字エネルギーを複数個の印字
ワイヤに対し、偏差を少なくし一定に保つこと
は、高速印字性能を安定化する上で非常に重要な
ことである。この値が変動すると、印字ワイヤ４
の加速能力が変動し、印字力の強弱が発生し、イ
ンパクト力に差異が出るばかりでなく、動作時間
も変動し、所定の周期での繰返し動作が出来なく
なり、高速印字性能が阻害される結果となる。

この様な印字エネルギーすなわち、ばねの歪エ
ネルギーの変動を、ばね部材１０の歪量をねじ１
９によつて調整することは可能であるが、前述の
ばね部材１０と押込部材１９の接触点から吸引部
材９の角部９Ｂまでの距離Ｌが一定であると、こ
の調整はまだ不完全なものとなる。

従来の印字ヘツドにおいて、ばね部材押圧部を
回転可能なピン等によつて、押圧調整しようとし
ても上記要旨は達成され得ない。

第５図は、ばね部材１０の持性値が標準的なも
のに対し変動した場合を示した図である。すなわ
ち、ばね部材１０の板厚が標準的な寸法より大き
くなり、又、ばね部材１０と吸引部材９の結合部
をロー付等を用いた場合ローの量が変動し、吸引
部材９とばね部材１０に隅肉２１が大きく付着し
た場合等を想定したものである。（第６図符号ｂ
に相当）この様な状態のばね部材１０は標準的な
ばね部材に対しばね定数が増加するので、標準的
なばね部材（第６図符号ａに相当）より少ないた
わみ量で同じばね力を発生することが出来る。し
かし、この状態で前記標準的なばね部材１０と同
じ値F₁にばね力Ｆを調整すると、印字ワイヤ４
の位置に換算したばね力ｆは前記のf₁と同じ位に
なるが、ばね定数が大きいため、動作ストローク
に対して、ばね力ｆは急激に小さくなる。この模
様は、第６図のｂに示す様に直線となり、ばねの
歪エネルギーは標準的なものａより小さくなる。
すなわち、印字エネルギーが低下し、インパクト
力が不安定になり、ときにはドツト抜けを起すこ
とになる。

この様な状態で、標準的なばね部材と同じばね
の歪エネルギーを確保しようとすると、ばね押圧
力を大きく調整して第６図ｃに示すように、標準
的なばね部材によつて得られる歪エネルギーと同
じ面積となるように押圧力Ｆを調整することがで
きる。しかし、この値F₂はF₁より大きいため、
印字ワイヤ４の位置に換算したばね力f₂はf₁より
大きくなり、その差が大きなものとなるため、磁
気的吸引力に対しても差が大きくなり、吸引部材
の動作開始時点が変動し、安定した動作が得られ
ず、磁気干渉による動作不能を引起こす原因とな
る。

このようなばね部材１０に対して、有効な作用
をするのがねじ１９の先端の球面部２０である。
第５図に示したばね部材１０は標準的なばね部材
に対しばね定数が大きいため、ばねのたわみ量が
小さくてもほぼ所定のばね力が発生できる。この
状態で、ばね部材１０の端部のたわみ角は＋θ度
傾斜しており、従つてねじ１９とばね部材１０の
接触点は、ばね部材１０の孔１１の中心よりも、
ΔLだけずれ、その位置で接触することになる。
すなわち、この接触点からレバー体７の回動支点
までの距離は、標準的なばね部材のものよりΔL
だけ長くなりＬ＋ΔLとなる。この状態の押圧力
をF₂とすると、印字ワイヤ４の位置に換算した
ばね力f₂は、f₂＝ｌ／Ｌ＋ΔLF₂となり、押圧力F₂を 大きくしても標準的な押圧点までの長さＬの場合
にくらべf₂の増加率は低下する。

一方、印字ワイヤ４の位置での動作ストローク
に対するばね力の傾き、すなわち、印字ワイヤ４
の位置に換算したばね定数は、回動支点９Ｂから
ばね押圧点までの距離をＬの点で押圧する場合に
くらべ、ΔLだけ長い点を押圧しているので、ば
ね定数は低下する。すなわち、ばね定数Ｋは Ｋ＝at³E／4αL³（Kg／mm） となり、ＬがＬ＋ΔLとなればＫは低下する。こ
こで、αは形状係数、ｔはばね部材の板厚、Ｅは
ヤング率、ａはばね部材の接触幅である。

この様に、ばね定数が低下すると、動作ストロ
ークに対するばね力の低下はゆるやかなものとな
る。よつて、この様な状態のばね部材に対して
は、標準的なばね部材の押圧力F₁より押圧力を
若干大きく設定することによつて、標準的なばね
部材の場合と一定ストロークの状態で同一の歪エ
ネルギーを確保できることになる。また、押圧点
が一定のものにくらべ、同一の歪エネルギーを得
るためのばね力の値の差を小さくすることが出来
る。すなわち、第７図の符号ｄに示す様に、複数
のばねに対するばね力の調整値の偏差を小さくで
きることになる。

一方、標準的なばね部材ａに対しばね部材の板
厚が薄くなつたような場合（第７図符号ｅに相
当）、すなわちばね部材のばね定数が小さくなつ
た場合も同様である。この場合、ばね部材１０に
対するねじ１９の球面部２０の押圧点は、標準的
はばね部材の場合よりΔLだけ回動支点９Ｂに近
づき、また、ばね部材１０の端部のたわみ角は−
θ度傾斜して押圧される状態となる。

一般に、永久磁石の磁気吸引力ｒはエアギヤツ
プの２乗に反比例するので、第８図に示す様に、
印字ストロークが増大すると共に２次曲線的に吸
引力は減少する（第８図符号ｒの曲線）。

従来の様なばね部材と一端が固定されている場
合のばね力は、符号ｑに示す様になる。これに対
し、本実施例によるばね部材のばね力は、前述の
如く接点が遂次変化し、印字ストロークが増大す
ると共にバネ定数は減少する。その為第８図ｄに
示す様に印字ストロークが増大しても、吸引力と
バネ力の差の変化が少なく、安定した印字品質を
得ることができ、高速印字に大きな効果を発揮す
る。

以上の様に本実施例によれば、バネの板厚、ロ
ー付の隅肉の大、小等によるばね部材のばね定数
の変動に対し、ばねの回動点がこれらの変動を緩
和する方向に変化するので、安定した印字品質を
得ることが可能となる。また、ばね部材１０の孔
１１とねじ１９との接点は変化するため、力が１
点に集中することがなく、摩耗の進行が少ない。
従つて、特性上最も重要であるインパクトエネル
ギーの経時的変化を小さくおさえることができる
ので、長寿命化が図れる。

本発明は上記実施例に限定されることなく、
種々変形して実施し得る。

第９図は、本発明の他の実施例を説明するため
の図である。すなわち、ばね部材１０とねじ１９
との係合に関し、ばね部材１０とねじ１９との間
にねじ１９との接触面側に球面形状を有し、下面
はばね部材１０に密着させたワツシヤ２２を設け
たものである。このようにすれば耐摩耗性を更に
あげることができる。さらに、ねじ１９及びワツ
シヤ２２にハードクロムメツキ、化学ニツケルメ
ツキ等の耐摩耗性表面処理を施すことにより、よ
り長寿命が確保でき、信頼性は飛躍的に向上でき
る。

上述の実施例においては、ねじ１９の先端部に
球面形状を施したものであつたが、他の変形例と
しては、ねじ１９の先端部を球面形状にせず、例
えば平面形状としばね部材１０側を球面形状にし
てもよい。また、これらの係合部にワツシヤ２２
を挿入する場合には、第１０図に示す如く、ワツ
シヤ２２の上側を球面形状にしてもよい。

更に他の変形例としては、ねじ１９の球面部２
０の先端に、ばね部材１０と孔１１と係合するた
めの突起２３を設けているがこの突起２３は無く
てもよい。何故なら、ばね部材１０の弾性力とね
じ１９の押し当て力により、球面部２０と孔１１
とは離脱しない程度に接触状態を保持しているか
らである。

更に上記実施例においては、ばね部材１０の途
中に曲げ部１０１，１０２を施しているが、変形
例においては、これらの曲げ部は必ずしも設ける
必要はない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例による印字ヘツド
を示す側断面図、第２図は、第１図に示した印字
ヘツドの平面図、第３図は、第１図に示した印字
ヘツドのレバー部およびその駆動機構を示す分解
斜視図、第４図および第５図は、それぞれレバー
部および駆動機構を示す側面図、第６図および第
７図はストロークとバネ力の関係を示す図、第８
図は印字ストロークと吸引力の関係を示す図、第
９図および第１０図は、本発明の他の実施例を説
明するためのバネ部材とネジ先端との関係を示す
側面図。 １……ノーズ、２……ハウジング、３……ヒー
トシンク、４……ワイヤ、８……レバー体、９…
…吸引部材、１０……ばね部材、１１……孔、１
３……ヨーク、１４……永久磁石、１９……ね
じ、７０……レバー部、７１……駆動機構。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 永久磁石により磁性部材を介してばね部材を
   偏倚し、電磁手段の励磁によつて永久磁石の磁気
   力を打消して、前記磁性部材を釈放し、前記ばね
   部材に蓄えられた印字エネルギーをインパクト力
   とする印字ヘツドにおいて、前記インパクト力が
   与えられる方向とほぼ反対の方向に、前記ばね部
   材の端部を押圧する押圧手段を設けると共に、前
   記永久磁石による磁極面上に前記磁性部材の回動
   支点を形成し、かつ該押圧手段によるばね部材の
   押圧点と該回動支点との距離を、可変としたこと
   を特徴とする印字ヘツド。 ２ 前記押圧手段はねじであつて、該ねじを回転
   させることによつてばね部材の押圧力を調整可能
   としたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の印字ヘツド。 ３ 前記の先端部は曲面形状を成し、前記ばね部
   材の端部には孔が設けられ、前記ねじの先端部と
   孔とが接触して押圧点が形成されることを特徴と
   する特許請求の範囲第２項記載の印字ヘツド。 ４ ねじ先端部とばね部材との間には、ねじ先端
   部に対向してある曲面凹部を有する座金が介在さ
   れることを特徴とする特徴請求の範囲第３項記載
   の印字ヘツド。