JPH06286169A - インパクトドットヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 エネルギ変換効率が高いと共に寿命が長く信
頼性の高いインパクトドットヘッドを提供する。 【構成】 磁気回路の外側にスプリング２７を配置する
と共に、スプリング２７の材料として磁気回路の構成材
料より飽和磁束密度及び透磁率が低いものを用いた。 【効果】 磁気回路部分と機械的ばね部材が機能分離さ
れ、磁気回路部分と機械的ばね部材各々の性能を追求し
た自由度の高い設計が可能となると共にスプリング２７
の応力腐食割れも防がれる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はインパクトドットマトリ
ックスプリンタの印字ヘッドに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年急速に普及したパーソナルコンピュ
ータの出力端末として低価格で多彩な印字の可能なシリ
アルプリンタに対する需要が高まっている。なかでもシ
リアルインパクトドットプリンタはランニングココスト
が安く印字媒体の選択範囲が広いため、伝票発行やプロ
グラムリスト出力等の業務用として数多く用いられてい
る。このシリアルインパクトドットプリンタに用いられ
るインパクトドットヘッドの中でも高速印字を求められ
るものには、待機時に永久磁石の磁束によりばね部材を
偏寄させることで歪エネルギを蓄えておき、電磁コイル
への選択的通電により永久磁石の磁束を打ち消すことで
ばね部材の歪エネルギを運動エネルギに変換して印字動
作する、いわゆるスプリングチャージ型と呼ばれるタイ
プのものが多数開発され実用に供されている。例えば特
公昭６２−４２３７号公報にて開示されている様なイン
パクトドットヘッドが知られている。その内容を図５を
用いて説明する。

【０００３】図５は特公昭６２−４２３７号公報にて開
示されているインパクトドットヘッドの一印字ユニット
分の部分断面図であり図５右側がインパクトドットヘッ
ドの中心側に、左側が外周側に各々対応している。円盤
状ベースプレート１３６の上面外周側にはリング状永久
磁石１２４，リング状スペーサ１３２が載置され、内周
側には印字要素の数と同数のコア１２５が立設され、各
コア１２５の周りにはコイル１２２が巻回されている。
外周側でリング状に連結され、外周側から中心に向かっ
て伸びたばね部材１２７がスペーサ１３２の上に載置さ
れ、ばね部材１２７の各内周側は各コア１２５の上面を
覆うように伸びている。さらに、ばね押え１３３を介し
て中央部に穴のある蓋１３７がばね部材１２７の上に載
置され、ねじ１３８によって全体が締結されている。ば
ね部材１２７の上面にはレバー１２６が溶接により固定
され、このレバー１２６の内周側端末には印字要素であ
る印字突部１２８設けられている。ベースプレート１３
６，コア１２５，スペーサ１３２は磁石鋼のような透磁
性材料で形成され、ばね部材１２７は透磁性のある弾性
材料で形成されている。リング状永久磁石１２４は軸方
向に着磁されているためベースプレート１３６，コア１
２５，ばね部材１２７，スペーサ１３２により磁気回路
が形成され、待機時に、永久磁石１２４の磁束はベース
プレート１３６，コア１２５，ばね部材１２７，スペー
サ１３２を通って永久磁石１２４にもどるループをえが
いている。この永久磁石１２４の磁束によりばね部材１
２７はコア１２５に吸引されるため偏寄され歪エネルギ
を蓄えている。コイル１２２へ永久磁石１２４の磁束と
反対方向の磁束を発生させる向きに通電すると永久磁石
１２４の磁束は打ち消され、ばね部材１２７はコア１２
５への吸引から解放されるため、歪エネルギを解放しな
がら自由状態へ戻り、これにともないレバー１２６が図
５において上向きに回動し、レバー１２６の先端に設け
られた印字突部１２８が蓋１３７の中央穴から突出して
図示していない印字媒体に衝撃印字する。印字が終了す
るとコイル１２２への通電を終了する事にともない、再
度永久磁石１２４の磁束によりばね部材１２７はコア１
２２に吸引され、待機状態に戻る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】特公昭６２−４２３７
号公報にて開示されているインパクトドットヘッドにお
いてばね部材１２７は機械要素であるばねの機能と磁気
回路の一部としての機能を兼務している。しかしこのば
ねの機能と磁気回路の一部としての機能を実用性のある
レベルで両立させることは非常に困難である。

【０００５】ここで、ばね部材１２７のばね機能を説明
するため片持ち梁としてモデル化し図６を用いて説明す
る。図６において原点０はばね部材１２７のスペーサ１
３２とばね押え１３３にはさまれたエッジ部に対応し、
ばね部材１２７の弾性変形可能な有効ばね部としてはこ
のエッジ部からレバー１２６の取り付け後端までの長さ
ｌの範囲を考えている。また、コア１２５からの吸引力
を受ける位置とレバー１２６の取り付け後端までの長さ
ａの範囲はレバー１２６の曲げ剛性が大きいため弾性変
形しない剛体部として考えてある。このようなモデル化
をするとコア１２５による吸引力Ｐを受けた場合の有効
ばね部のたわみ方程式は下記の通りとなる。

【０００６】

【数１】

【０００７】ここで、ｘ：ばね部材長手方向の距離，
ｙ：ばね部材偏寄方向の距離，Ｅ：ヤング率， Ｉ：ば
ね部材の断面２次モーメント また、ばね定数をｋとすると、下記のようになる

【０００８】

【数２】

【０００９】ばね部材１２７の断面が図７に示すように
幅ｂ，厚みｈの長方形とするとばね定数ｋは次のように
表される。

【００１０】

【数３】

【００１１】最大応力σｍａｘはｘ＝０のエッジ部で発
生し次のように表される。

【００１２】

【数４】

【００１３】また、吸引力Ｐは吸引部を通過する磁束量
で決まり、この磁束はすべてばね部材１２７を通るため
磁束量は、ばね部材１２７の断面積Ｓを関数要素として
持つ。また、断面積Ｓ＝ｂｘｈであるから、吸引力Ｐも
ばねの幅ｂ，厚みｈに影響を受けることとなりばね特性
と磁気特性が絡み合い、どちらの特性も両立した設計を
困難にしている。

【００１４】また、材料面においてもばね特性と磁気特
性双方に優れた材料は存在せず、例えば、バネ特性に優
れたばね鋼の飽和磁束密度や透磁率は低く、逆に飽和磁
束密度や透磁率が高くエネルギ変換効率を高めることの
可能な磁気回路材料である純鉄やケイ素鋼は機械的強度
が低くばね材料として実用的でない。

【００１５】更に、インパクトドットヘッドは通常１Ｋ
Ｈｚ以上の高い周波数で駆動されるため、これに伴い磁
束も高周波で増減し、これによる渦電流が磁気回路内に
発生する。この電流により磁気回路の腐食条件が揃い、
かつ渦電流による損失でばね部材１２７自身が発熱し温
度が上がることによってさらに電気化学変化である腐食
条件が促進されてしまう。ばね部材１２７は駆動に伴い
高周波振動し、先に述べたようにエッジ部で最大の応力
状態となるため、このエッジ部は応力と腐食の双方を受
け、ここで応力腐食割れをおこしてしまう。このため、
バネ部材１２７がエッジ部で折れ、寿命が短く信頼性が
低いという問題点を有していた。

【００１６】そこで本発明は従来のこのような問題を解
決し、エネルギ変換効率が高いと共に寿命が長く信頼性
の高いインパクトドットヘッドを提供することを目的と
する。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明のインパクトドットヘッドは、待機時に、永久磁
石の磁束によりばね部材を偏寄させることで歪エネルギ
を蓄えておき、電磁コイルへの選択的通電により永久磁
石の磁束を打ち消すことでばね部材の歪エネルギを運動
エネルギに変換して印字動作するインパクトドットヘッ
ドにおいて、永久磁石の一方の磁極面から電磁コイルを
通り永久磁石の他方の磁極面までの閉じた磁気回路の外
側にばね部材を配置すると共に、ばね部材の材料として
閉じた磁気回路の構成材料より飽和磁束密度及び透磁率
が低いものを用いたことを特徴とする。

【００１８】

【作用】本発明の上記の構成によればばね部材の材料と
して機械的強度の高い材料が使用できると共に磁気回路
部品はすべて磁気特性に優れた材料が使用できる。

【００１９】

【実施例】以下に本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１は本発明のインパクトドットヘッドを搭載し
たシリアルインパクトドットプリンタのメカニカルな部
分の概略平面図であり、図２は概略正面図である。この
シリアルインパクトドットプリンタでは印字媒体として
の印字紙５を支持するプラテン３と平行の桁方向にイン
パクトドットヘッド２を移動させながら印字を行う為に
インパクトドットヘッド２をキャリッジ１上に搭載して
いる。プラテン３とインクリボン４との間に配置された
印字紙５に対してキャリッジ１を桁方向に移動しながら
ドット印字し所望の文字，図形等が印刷される。印字紙
５としては１枚のみで構成されている単票紙から７枚程
度のノンカーボン紙で構成された複写紙まで、各種の紙
が使用される。

【００２０】底板７の上に設けられたフォトカプラ９は
キャリッジ１の下に設けられているフィン１０の存在の
有無を検知することでキャリッジ１のホームポジション
を検出する機能を持っている。キャリッジ１はキャリッ
ジ駆動モータ１１により駆動ベルト１２を介して図１，
図２の横方向に往復駆動される。この時にキャリッジ駆
動モータ１１に取り付けたエンコーダ１３がキャリッジ
１の位置を検出する信号を発生し、この信号を元に基準
印字タイミング信号が作られる。

【００２１】本発明のインパクトドットヘッドの一実施
例を図２のＡ−Ａ断面である図３を用いて説明する。純
鉄で形成し中央に穴のある円盤状ベースプレート３６の
一面には図３の平面と直行する中心軸の方向からみてほ
ぼ円周上に３％ケイ素鋼で形成したコア２５が９個配置
され、このコアの外周にはリング状の永久磁石２４が設
けられ、軸方向に着磁されている。更に純鉄で形成した
ヨーク３０，サイドヨーク３１，ステンレス鋼で形成し
たスペーサ３２，バネ鋼より成りばね部材としての機能
を有するスプリング２７，炭素鋼より成るバネ押え３３
が積層固定されている。スプリング２７の先端には３％
ケイ素鋼より成るプランジャ２３が固着されコア２５と
対向する位置に支持されている。プランジャ２３には先
端部に超硬より成る印字ワイヤ２８をロー付けで接合し
た工具鋼より成るレバー２６が固定されている。印字ワ
イヤ２８はワイヤガイド３４，３５により所定の位置に
導かれ、本実施例の場合先端が図３の紙面に垂直な方向
一直線上に配列されている。レバー２６の先端位置に非
印字待機時において接触するようにバックストッパ２１
が設けられている。バックストッパ２１は金属製レバー
２６に比べ硬度が低くレバー２６を摩耗させないポリイ
ミドより成る樹脂フィルム部２１ａ，バネ性を有するス
テンレス鋼より成る金属部２１ｂ，衝突力を減衰させる
フッソゴムより成るゴム部２１ｃにより構成されてい
る。

【００２２】非印字待機時には図３下半分に示すように
永久磁石２４の磁束（矢印をつけた実線で示す）はヨー
ク３０からサイドヨーク３１を通りプランジャ２３，コ
イル２２を巻回したコア２５，ベースプレート３６を回
って永久磁石２４にもどる。図３のＢーＢ断面である図
４に示すように、サイドヨーク３１にはプランジャ２３
の輪郭に沿って可能な限り小さな微少ギャップを介して
プランジャ２３を囲むスリット３１ａが設けてあり、サ
イドヨーク３１のスリット３１ａのプランジャ２３の側
面に対向する面積が可能な限り大きくなるようになって
いる。この為、サイドヨーク３１とプランジャ２３間の
磁気抵抗は小さく永久磁石２４からサイドヨーク３１に
入った磁束はほとんどが微少ギャップを介してプランジ
ャ２３に流入する。磁気回路は、電気回路と異なり、た
とえ真空中でも透磁性があるため必ず漏れ磁束が存在
し、永久磁石２４の一面の磁極から他面の磁極へ直接漏
れる磁束やサイドヨーク３１からスペーサ３２，スプリ
ング２７を介してプランジャ２３に回る磁束なども存在
するが、真空やバネ鋼の透磁率やバネ鋼の飽和磁束密度
が低いこと，またスプリング２７の断面積が小さいこ
と，さらにスプリング２７はサイドヨーク３１から微少
ギャップを介してプランジャ２３に流入する磁気回路の
外側に位置し、経路が長くなる、等に起因しこれらは無
視することができ、実用上先に述べたヨーク３０からサ
イドヨーク３１を通りプランジャ２３，コア２５，ベー
スプレート３６を回って永久磁石２４にもどる磁気回路
を実効磁気回路として考えることができる。この実効磁
気回路を通る永久磁石２４の磁束によりコア２５，プラ
ンジャ２３間に吸引力が働きプランジャ２３はコア２５
に吸引されている。また、プランジャ２３はスプリング
２７により支持されているため、この時スプリング２７
は偏寄され弾性エネルギーを蓄えている。

【００２３】ここで、スプリング２７のばね機能を説明
するため片持ち梁としてモデル化し図６を用いて説明す
る。図６において原点０はスプリング２７のスペーサ３
２とばね押え３３にはさまれたエッジ部に対応し、スプ
リング２７の弾性変形可能な有効ばね部としてはこのエ
ッジ部からプランジャ２３の取り付け後端までの長さｌ
の範囲を考えている。また、コア２５からの吸引力を受
ける位置とプランジャ２３の取り付け後端までの長さａ
の範囲はプランジャ２３の曲げ剛性が大きいため弾性変
形しない剛体部として考えてある。このようなモデル化
をするとコア２５による吸引力Ｐを受けた場合の有効ば
ね部のたわみ方程式は下記の通りとなる。

【００２４】

【数５】

【００２５】ここで、ｘ：スプリング長手方向の距離，
ｙ：スプリング偏寄方向の距離，Ｅ：ヤング率，
Ｉ：スプリングの断面２次モーメント また、スプリング２７のばね定数をｋとすると、下記の
ようになる

【００２６】

【数６】

【００２７】スプリング２７の断面は図７に示すように
幅ｂ，厚みｈの長方形であるからばね定数ｋは次のよう
に表される。

【００２８】

【数７】

【００２９】最大応力σｍａｘはｘ＝０のエッジ部で発
生し次のように表される。

【００３０】

【数８】

【００３１】また、吸引力Ｐは吸引部を通過する磁束量
で決まるが、永久磁石２４からサイドヨーク３１に入っ
た磁束のほとんどは最も磁気抵抗の小さい磁路である微
少ギャップ，プランジャ２３，コア２５，ベースプレー
ト３６を通る。スプリング２７はこの外側に位置し、磁
気回路としては使用していないためスプリング２７の設
定に際しては上述のバネ定数と機械的強度のみを考慮し
た形状と材料設定が出来る。

【００３２】印字時には図３上半分に示すようにコイル
２２へ通電することにより永久磁石２４の磁束を打ち消
す磁束（矢印をつけた破線で示す）を発生させ、コア２
５，プランジャ２３間の吸引力を打ち消し偏寄されたス
プリング２７の弾性力で印字ワイヤ２８を打ち出し印字
する。印字が終了するとコイル２２への通電も終了する
ためプランジャ２３は再び永久磁石２４の磁束によりコ
ア２５へ吸引され、レバー２６の先端部はバックストッ
パ２１に衝突し、停止する。この衝突による衝撃力は樹
脂フィルム部２１ａ，金属部２１ｂ，ゴム部２１ｃを弾
性変形させながらゴム部２１ｃにエネルギー吸収され
る。

【００３３】このように実効磁気回路をヨーク３０から
サイドヨーク３１を通りプランジャ２３，コア２５，ベ
ースプレート３６を回って永久磁石２４にもどる経路で
形成、しこの磁気回路を構成する部材は全て純鉄やケイ
素鋼のような透磁率及び飽和磁束密度が高い材料で形成
してあるため電磁エネルギを運動エネルギに変換する効
率が高い。また、スプリング２７は透磁率や飽和磁束密
度が実効磁気回路の形成材質より低く、機械的強度の高
いバネ鋼で形成し、実効磁気回路の外側に配置したため
スプリング２７を通る漏れ磁束が少なくなり、このスプ
リング２７での磁束変化に伴う渦電流損や、発熱も少な
い。このため、スプリング２７の腐食環境も促進されず
スプリング２７に応力腐食割れも起こらない。

【００３４】この様に本発明のインパクトドットヘッド
は磁気回路部分と機械的ばね部材が機能分離されている
ため、磁気回路部分と機械的ばね部材各々の性能を追求
した自由度の高い設計が可能となり高効率かつ寿命の長
いインパクトドットヘッドを実現することが出来る。

【００３５】

【発明の効果】本発明のインパクトドットヘッドに於い
ては以上説明したように磁気回路の外側にばね部材を配
置すると共に、ばね部材の材料として磁気回路の構成材
料より飽和磁束密度及び透磁率が低いものを用いたこと
により磁気回路部分と機械的ばね部材が機能分離され、
磁気回路部分と機械的ばね部材各々の性能を追求した自
由度の高い設計が可能で、ばね部材を通る漏れ磁束も少
なくすることがでるためばね部材の応力腐食割れも防が
れ、エネルギ変換効率が高いと共に寿命が長く信頼性の
高いインパクトドットヘッドを提供できるという効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のインパクトドットヘッドを搭載した
シリアルインパクトドットプリンタのメカニカルな部分
の概略平面図である。

【図２】 本発明のインパクトドットヘッドを搭載した
シリアルインパクトドットプリンタのメカニカルな部分
の概略正面図である。

【図３】 本発明のインパクトドットヘッドの一実施例
を示す図２のＡ−Ａ断面図である。

【図４】 本発明のインパクトドットヘッドの図３のＢ
−Ｂ断面図である。

【図５】 従来技術におけるインパクトドットヘッドの
断面図である。

【図６】 片持ち梁にモデル化したばね部材を示す図で
ある。

【図７】 ばね部材の断面形状を示す図である。

【符号の説明】

１ キャリッジ ２ インパクトドットヘッド ３ プラテン ４ インクリボン ５ 印字紙 ６ コネクタ ７ 底板 ８ フレキシブルプリントサーキット ９ フォトカプラ １０ フィン １１ キャリッジ駆動モータ １２ 駆動ベルト １３ エンコーダ ２１ バックストッパ ２２ コイル ２３ プランジャ ２４ 永久磁石 ２５ コア ２６ レバー ２７ スプリング ２８ 印字ワイヤ ２９ スリット ３０ ヨーク ３１ サイドヨーク ３２ スペーサ ３３ バネ押え ３４ ワイヤガイド ３５ ワイヤガイド ３６ ベースプレート

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 待機時に、永久磁石の磁束によりばね部
   材を偏寄させることで歪エネルギを蓄えておき、電磁コ
   イルへの選択的通電により前記永久磁石の磁束を打ち消
   すことで前記ばね部材の前記歪エネルギを運動エネルギ
   に変換して印字動作するインパクトドットヘッドにおい
   て、前記永久磁石の一方の磁極面から前記電磁コイルを
   通り前記永久磁石の他方の磁極面までの閉じた磁気回路
   の外側に前記ばね部材を配置すると共に、前記ばね部材
   の材料として前記閉じた磁気回路の構成材料より飽和磁
   束密度及び透磁率が低いものを用いたことを特徴とする
   インパクトドットヘッド。