JPS6048345B2 - 印字ハンマ機構 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は印字ハンマ機構に係り、エネルギー利用効率
を向上させる場合に適用して好適な印字ハンマ機構に係
る。

インパクト・ラインプリンタ装置、ワイヤドットプリ
ンタ、タイプライタ装置等の印字装置は、マグネットか
らの電磁エネルギーを機械エネルギーに変換して印字を
行う。

この電磁機械変換機構すなわち印字ハンマ機構は、通
常断続的に磁界を発生し得るマグネット部と、該マグネ
ット部からの磁界により吸着されるアーマチャ部と、ア
ーマチャ部に係合して用紙およびインクリボン等を介し
てプラテンに衝突するハンマ部とより構成されている。

第１図は印字ハンマ機構の一構例を示す図で、図中１
はハンマ、２はレバー、３はアーマチャ、４は励磁コイ
ル、５はコア、６はアーマチャ３およびレバー２の回転
軸となる支点、７はストッパ、８は戻しバネ、９はプラ
テン、１０は非磁化板である。 今、励磁コイル４を通
電すると、コア５およびアーマチャ３を通る磁束が生じ
、これによつてアーマチャ３は戻しバネ３に抗して支点
６を中心に矢印方向に揺動し始める。

この結果、ハンマ１はプラテン９へ向けて加速されるが
、この加速はアーマチャ３が非磁化板１０を有するコア
５の端面に突当ることにより終止する。 一方、この間
加速されたハンマは慣性により移動しつづけ、プラテン
９の表面に載置された用紙とリボン（図示せず）に衝突
して印字を行う。

さて、こうした印字ハンマ機構において、従来、アーマ
チャ３とハンマ１との間のレバー２、換言すれは伝達機
構は実質的に剛体とみなし得るように高い強度を有して
いる。従つて、励磁動作時にはアーマチャ３とハンマ１
とが一体となつて変位し、加速される。この加速により
、アーマチャ３とハンマ１とにそれぞれの質量（等価質
量）と速度の大きさの平方との積に応じた運動エネルギ
ーが蓄積される。このうち、アーマチャ３に蓄積された
運動エネルギーは非磁化板１０との衝突および吸着によ
り消費され、ハンマ１に蓄積された運動エネルギーのみ
が印字に有効に利用される。以上から、印字に利用し得
るエネルギーは運動エネルギー全量をアーマチャ３とハ
ンマ１との質量（等価質量）比て配分したものに等しく
、従つてアーマチャ部分の質量、つまり慣性モーメント
を減することが望しいと言うことができる。

しかしながら、励磁コイル４およびコア５より構成され
るマグネット部から発生する磁束を増大し、またアーマ
チャ３を貫通する磁束を増大させて大きな吸引力（加速
力）を得て、最終的に電気的な入力エネルギーに対する
印字利用エネルギー −の比を増加させるためには、ア
ーマチャ部の容積（断面積）を増加させる必要がある。
この結果、従来の印字ハンマ機構においては、アーマチ
ャ部の質量をあまり小さくすることができず、マグネッ
ト部から得た運動エネルギーのう．ちアーマチャ部とハ
ンマ部との質量比により定まる相当のエネルギーが損失
となつてしまい、エネルギー利用効率が低下する不具合
があつた。

そこで、本発明はアーマチャ部とハンマ部との質量比で
定まる従来の運動エネルギーの利用効率．に比較し改善
された効率の良い印字ハンマ機構を提供することを目的
としており、この目的は本発明においては、アーマチャ
部およびハンマ部間の伝達系の機械的共振周規Ｔｆと、
アーマチャ部の加速動作時間とが０．６Ｔｆ＜Ｔａ＜３
Ｔｆなる関係式を・満足するようにさせて上記伝達系に
蓄積される弾性変形エネルギーを積極的に利用するよう
にしたことによつて達成されるが、以下その一実施例を
図面に従つて詳細に説明する。本発明においては、従来
の印字ハンマ機構に比較し、アーマチャ部およびハンマ
部間の伝達系の加速力に対する相対的な剛性を低下させ
、後述するような適当な値とした点が相違しており、他
は同様である。

従つて、本発明に係る印字ハンマ機構は第１図に示すも
のと同様であり、従来に比較してレバー２の断面を細く
して剛性を低くするか、またはレバーの長さを増加させ
るか、アーマチャ３およびハンマ１の質量を増加させる
か、動作時間を短縮して加速力をレバーの剛性に対比し
て増大させたものである。

すなわち、こうすることによりレバー２の弾性変形を無
視し得ないようにしたものである。次に動作を説明する
が、上記弾性変形の作用を明らかにするため、第１図の
構成を第２図に示す原理図に置換して説明する。

第２図において、３’は第１図のアーマチャ３の等価部
材（これもアーマチャと呼ぶことにする）で支点６から
ハンマ１との係合点までの長さの平方でアーマチャ部の
慣性モーメントを除した質量ＭＡを有するもの、２’は
バネ定数Ｋを有し第１図のレバー２と等価なもの（これ
を単にバネと呼ぶ）、１０′は第１図の非磁化板１０と
等価なものでアーマチャ３を停止させるもの、１’はハ
ンマ、９’はプラテンである。このモデル化された機構
における運動方程式は次の通りてある。

（＝１：″．Ｈ：ニ□：ニニニ 但し、Ｘはアーマチャ３’の変位置、ｙはハンマ１’の
変位置、ＭＨはハンマの質量、ＭＡはアーマチャ３’の
質量、Ｆはアーマチャ３がマグネット部より受ける力で
、ここでは簡単のため一定とし、時間ｔ＝ｏのときｘ＝
０，支＝０，ｙ＝０，ｙ＝０であるものとする。

すると、次の解を得る。Ｊ灸＝ＭＡＹＭＨ（１＋ト０Ｓ
ωｔ） レニＭＡＹＭＨ（１−ＣＯＳ６）ｔ） 「麦＝Ｍ、ＹＭ．（ｔ＋赴Ｉｎ−ｔ） 但し、 ω＝Ｒ 以上から桟械的共振周期（固有周期）Ｔｆは、なる関係
式により定められる。

こうした解を図示すると第３図の通りである。なお第３
図において破線はバネ定数Ｋが無限大、すなわち従来の
印字ハンマ機構に近似される動作を示している。図示に
より容易に理解されるように、伝達系のたわみのために
アーマチャの変位Ｘに遅れてハンマの変位ｙが追従する
。ここで、注目すべきことは、第３図Ｂ，ｃに示すよう
に、アーマチャの速度Ｘが固有周期Ｔｆの半分を越える
期間において従来の印字ハンマのそれ（破線）に比較し
て減速される点である。本発明においては、このような
減速させられた時点、例えば図中Ｔａで示す時刻にアー
マチャを非磁化板に衝合させて停止させるようにしてい
る。

すなわち、加速時間Ｔａと固有周期Ｔｆとが次の関係式
を満すようにしたものである。また、上記減速を生じる
期間は固有周期Ｔｆを１周期として周期性を有している
ので、一般的には次の関係式を満足するようにすればよ
い。

１但し、ｎは自然数である。

この結果、アーマチャが保有する印字利用されない運動
エネルギーを減少させ、効率を高めることができる。

つ更に、マグネット部からの吸引力Ｆを一定とすると
、この吸引力Ｆによつて得られる運動エネルギーは、吸
引力Ｆとアーマチャの変位ｘとの積に等しいから、この
変位Ｘに正比例する。

第３図ａを参照すれば明らかなように電磁エネルギーか
ら運動エネルギーに変化された量は従来のもの（破線）
に比較し大である。すなわち、この点ても効率が向上し
ている。第５図および第６図は効率の向上の程度を上記
固有周期Ｔｆと加速時間との関係でどのように変化し、
またアーマチャとハンマとの質量比に応じてどのように
変化するかを示したグラフで、従来のバネ定数が無限大
とみなし得る印字ハンマ機構に対する比で表わしている
。

第５図は印字エネルギーの従来との対比を表し、第６図
はアーマチャによる損失の従来との対比を表わしている
。なお、図中横軸は固有振動の角周波数ωと加速時間Ｔ
ａとの積て、加速度時間Ｔａと固有周期Ｔｆとが一致す
るとき、２π，Ｔａ＝１Ｔｆならπ、Ｔａ＝Ａ２２Ｔｆ
なら３π・・・・・・である。

この結果を式で表わすと次のようになる。

ただし、ＥＥｐは本発明における印字利用エネルギー、
ＥＲ．は従来の印字利用エネルギＥＥ。

は本発明におけるエネルギー損失、 ＥＲｓは従来のエネルギー損失である。

第５図および第６図において、Ｑ，はＭＨ／ＭＡ＝１、
Ｑ２はＭＨ／ＭＡ＝２、Ｑ３はＭＨ／ＭＡ＝３、αはＭ
Ｈ／ＭＡ＝４、Ｑ。

はＲＶＨ／ＭＡ＝５にそれぞれ対応するエネルギー比を
表わしている。図示で７も明らかなように、アーマチャ
による損失エネルギーはπ〜２π（セＴｆ＜Ｔａ＜Ｔｆ
）等の場合に大きく減少しており、また印字エネルギー
は運動エネルギーへの変換率の増大と損失の減少とが相
まフつて、π〜２π以外の範囲ても向上している。また
、Ｔａ／Ｔｆが小さい程効果が大きい。従つて、例えば
Ｔａ／Ｔｆは４より小であることが望ましい。ところで
、以上の説明では吸引力Ｆが一定てあるものとして説明
したが、実際の吸引力との近似度を高めるには、一次式
Ｆ＝ち＋Ｆ，ｔやｎ次式Ｆ＝（＋Ｆ，ｔ＋Ｆ。

ｔ’＋ ・・・・・・＋Ｆｎｔｎを採用すればよい。し
かしながら、このような近似度の増加によつて本発明の
本質的な作用・効果が変化することはない。ただ、撓み
による振動の位相が多少変化し、そのためにアーマチャ
の平均加速度（到達速度÷加速時間）が極小となる時間
関係が変化し、またエネルギー効率の程度が変化するの
みである。

アーマチャおよびハンマ部の可動質量が加速初期におい
て撓みにより実質的に減少させられ、その結果、アーマ
チャの移動量が増加し、ＦＦ−Ｖｄｔ（Ｆは吸引力、ｖ
はアーマチャの速度）なる式で表わされる運動エネルギ
ー流入量が増加する点は変わらない。振動によりアーマ
チャの平均加速度の極小点が存在し、これが周期性を有
する点も同様であり、ハンマとアーマチャとの等価質量
の比ＭＨ／ＭＡが増加するにつれて振動が大きくなり、
従つて上記運動エネルギーの流入量の増大する点も同様
に保存される。一例としてランプ状の吸引力Ｆ＝Ｆｔの
場合を説明すると、次の通りである。この場合の運動方
程式の解は次のようになる。これらの式にも同様な振動
成分を示す項が含まれており、ただ位相がπ１２だけず
れているのみである。従つて、アーマチャの平均加速度
が最小（または極小）となる時点もπｐ程度すれる。例
えば、ステップ吸引力（Ｆが一定）の場合にこの時点が
Ｈπ付近であつたが、ランプ吸引力とするならば２π付
近となる。第７図は第５図に対応するグラフで印字エネ
ルギーの従来（剛体）との対比を表わし、第８図はフ第
６図に対応するグラフでアーマチャによる運動エネルギ
ーの従来との対比を表わしている。

図示のようにランプ状の吸引力の場合であつてもエネル
ギー効率を改善させることができ、実際の吸引力はステ
ップ状とランプ状とを合せたものにより・近似している
であろうから、アーマチャの加速時間としてはおよそ固
有周旬Π゛ｆの０．８倍程度となろう。たた七、正確に
はマグネットの吸引能力の大きさ、励磁電流の立上り特
性、負荷の大きさ、アーマチャとハンマとの等価質量比
によりこの加速・時間として最適な値は変化するので、
実験等により定めるのが適当である。また、第４図に示
すようにハンマ１とアーマチャ３とが一体になつたもの
であつても同等の効果を奏することは言うまでもない。

以上説明したように本発明によればアーマチャ部とハン
マ部との間に形成される伝達機構の弾性変形を有効に利
用し、アーマチャの減速作用、アーマチャおよびハンマ
よりなる可動部の質量の実効的な低減に伴う電磁機械エ
ネルギー変換効率の向上を図つて印字エネルギーを増大
させることができる。

また、アーマチャの非磁化板等への衝突速度を減少させ
ることができるので、非磁化板の摩耗や破損を防止し、
その厚さを減少させて一層の効率向上を図ることもでき
る。

更に、非磁化板の厚さの減少に伴つて残留吸引力が増加
するが、本発明においてはこの残留吸引力も伝達系の弾
性変形を保持して、弾性変形エネルギーからハンマを一
層増速させることができるのである程度の残留吸引力の
増加はかえつて好都合である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用し得る印字ハンマ機構の一構成例
を示す図、第２図は本発明の原理を例示するモデル図、
第３図は動作を示す図、第４図は印字ハンマ機構の他の
構成例を示す図、第５図および第７図は本発明による印
字エネルギーを従来と比較してその変化を示す図、第６
図および第８図は同じくエネルギー損失の変化を示す図
である。 １ ・・・・・・ハンマ、２ ・・・・・・レバー、３
・・・・・・アーマチャ、４ ・・・・・・励磁コイ
ル、５ ・・・・・・コア、６ ・・・・・・支点、７
・・・・・・ストッパ、８ ・・・・・・戻しばね、９
・・・・・・プラテン、１０・・・・・・非磁化板。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 断続的に励磁され駆動磁界を発生し得るマグネット
   部と、該マグネット部の駆動磁界によりマグネット部に
   吸引吸着されるアーマチャ部と、該アーマチャ部の動作
   をハンマ部に伝達する伝達部と、該伝達部より前記アー
   マチャ部の動作を伝達され記録媒体に対して打ち出され
   るハンマ部を有し、前記伝達部を所定の等価バネ定数、
   前記アーマチャ部とハンマ部を夫々所定の等価質量に形
   成することにより、所定固有周期Ｔｆを有する弾性伝達
   系を形成するとともに、前記所定固有周期を、前記アー
   マチャ部が吸着される吸着動作時間Ｔａと関連させて設
   定することにより、励磁後振動を伴つて吸引されるアー
   マチャの吸着動作完了直前の平均加速度が極少点近傍に
   なる如く構成することを特徴とする印字ハンマ機構。 ２ 前記弾性伝達系の共振周期Ｔｆと前記アーマチャ部
   の加速動作時間Ｔａの間の関係が０．６Ｔｆ＜Ｔａ＜３
   Ｔｆの中にあることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の印字ハンマ機構。 ３ 前記弾性伝達系を形成するハンマ部と、アーマチャ
   部の等価質量の比（Ｍ＿Ｈ／Ｍ＿Ａ）が１より大である
   ことを特徴とする特許請求の範囲、第１項又は第２項記
   載の印字ハンマ機構。