JP2021146521A - プリントヘッドおよびプリンタ - Google Patents

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匠 川村
Takumi Kawamura
匠 川村
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Abstract

【課題】衝撃力バラツキが小さく且つヘッドサイズが従来と同程度で、高速印字を行うことができるプリントヘッドおよびプリンタの提供を図る。【解決手段】一端に印字ワイヤ11が取り付けられ、支点16を中心に動作するアーマチュア12と、前記アーマチュアの支点に対して、前記印字ワイヤが取り付けられた第1側に設けられ、通電時に前記アーマチュアの第1部分120aを吸引して前記印字ワイヤの先端を突出させる第1電磁石15aと、前記アーマチュアの支点に対して、前記第1側とは反対の第2側に設けられ、通電時に前記アーマチュアの第2部分120bを吸引して前記印字ワイヤの先端を突出させる第2電磁石15bと、前記第1側および前記第2側の少なくとも一方に設けられ、前記印字ワイヤの先端をリセット位置に保持する復旧用コイルスプリング10a,10bと、を備えるように構成する。【選択図】図4

Description

本発明は、プリントヘッドおよびプリンタに関し、特に、吸引型のドットインパクト方式のプリントヘッドおよびそのプリントヘッドを適用したドットインパクト方式のプリンタに関する。
従来、ドットインパクト方式のプリンタは、複写用紙(印字用紙、用紙)への重ね印刷(印字)ができるため、会計伝票や預かり伝票といったカウンターにおける伝票印刷、或いは、給与明細等の印刷といった様々な場面で利用されている。さらに、ワイヤピン(印字ワイヤ)がインクリボンを叩いて印字するドットインパクト方式のプリンタは、紙に凹凸が残るため、悪意による改竄を防止することができ、例えば、銀行の現金自動預け払い機(ATM:Automated Teller Machine)等においても幅広く利用されている。
このようなドットインパクト方式のプリンタのプリントヘッドは、打撃(インパクト動作)に用いる印字ワイヤを磁気アクチュエータにより高速駆動するが、釈放型と吸引型のプリントヘッドがある。釈放型のドットインパクト方式のプリントヘッドは、瞬間的な電流を電磁石に流すことでアクチュエータを保持していた磁力を消失させ、アクチュエータのバネによる弾性力で印字ワイヤの先端を突出させることで印字を行う。
また、吸引型(クラッパ型)のドットインパクト方式のプリントヘッドは、瞬間的な電流を電磁石に流すことでアクチュエータを吸引して印字ワイヤの先端を突出させて印字を行う。なお、印字した後は、電磁石の電流を遮断し、アクチュエータに取り付けたバネ(復旧用コイルスプリング)の付勢力により、印字ワイヤの先端を基準位置(リセット位置)に復旧させる。
ところで、従来、吸引型のドットインパクト方式のプリントヘッド(ワイヤドット印字ヘッド、ワイヤドットヘッド)としては、様々なものが提案されている。
特開2019−077039号公報
上述したように、吸引型のドットインパクト方式のプリントヘッドは、例えば、印字ワイヤが取り付けられたアクチュエータ(アーマチュア)、電磁石および復旧用コイルスプリング(圧縮スプリング)を含む駆動機構(可動部)を有している。そして、アーマチュアの動作支点(支点)の内側または外側に設けられた電磁石によりアーマチュアの所定個所を吸引して引き付けることで、アーマチュアに取り付けられた印字ワイヤの先端を突出させ、例えば、インクリボンを介して印字用紙にドットが印刷(インパクト動作)される。その後、電磁石の電流を遮断して、アーマチュアに取り付けた復旧用コイルスプリングにより、印字ワイヤの先端を基準位置に復旧させる。このような吸引および復旧の動作を、プリントヘッドの横方向の移動、並びに、印字用紙の縦方向(紙送り方向)の移動に同期させて繰り返すことにより、印字用紙に対する印字を行う。
ところで、近年、プリンタの印字速度は高速化が求められ、そのため、上述した吸引および復旧の動作サイクルを短時間で行う必要がある。しかしながら、吸引力を上げて吸引速度を速くするには、例えば、アーマチュアと電磁石の吸引部を大きくすることになるため、ヘッドサイズの制約の問題が生じる。また、復旧用コイルスプリングのバネ力(弾性力、復元力)を強くして復旧速度を速くするには、例えば、バネ線の径を太く、或いは、巻き外径を大きくすることになるため、やはりヘッドサイズの制約の問題が生じる。さらに、例えば、復旧用コイルスプリングのバネ力を強くすると、バネ力のバラツキが大きくなるため、衝撃力バラツキ(インパクト力のバラツキ)が大きくなって、印字品質の低下を招く虞もある。
本発明は、上述した課題に鑑みてなされたもので、衝撃力バラツキが小さく且つヘッドサイズが従来と同程度で、高速印字を行うことができるプリントヘッドおよびプリンタの提供を目的とする。
本発明に係る第1実施形態によれば、一端に印字ワイヤが取り付けられ、支点を中心に動作するアーマチュアと、前記アーマチュアの支点に対して、前記印字ワイヤが取り付けられた第1側に設けられ、通電時に前記アーマチュアの第1部分を吸引して前記印字ワイヤの先端を突出させる第1電磁石と、前記アーマチュアの支点に対して、前記第1側とは反対の第2側に設けられ、通電時に前記アーマチュアの第2部分を吸引して前記印字ワイヤの先端を突出させる第2電磁石と、前記第1側および前記第2側の少なくとも一方に設けられ、前記印字ワイヤの先端をリセット位置に保持する復旧用コイルスプリングと、を備えるプリントヘッドが提供される。
本発明に係る第2実施形態によれば、上述した第1実施形態のプリントヘッドを備えるドットインパクト方式のプリンタが提供される。
本実施形態に係るプリントヘッドおよびプリンタによれば、衝撃力バラツキが小さく且つヘッドサイズが従来と同程度で、高速印字を行うことが可能になるという効果を奏する。
本発明の目的および効果は、特に請求項において指摘される構成要素および組み合わせを用いることによって認識され且つ得られるであろう。前述の一般的な説明および後述の詳細な説明の両方は、例示的および説明的なものであり、特許請求の範囲に記載されている本発明を制限するものではない。
図1は、プリントヘッドの一例を示す図である。 図2は、図1に示すプリントヘッドにおける1つの印字ワイヤの駆動機構を示す図である。 図3は、本発明に係るプリントヘッドの一実施例を示す図である。 図4は、図3に示すプリントヘッドにおける1つの印字ワイヤの駆動機構の一例を示す図である。 図5は、図4に示す印字ワイヤの駆動機構の変形例を示す図である。 図6は、図4に示す印字ワイヤの駆動機構のさらに他の変形例を示す図である。 図7は、本発明に係るプリンタの一実施例を示すブロック図である。
まず、本発明に係るプリントヘッドおよびプリンタの実施形態を詳述する前に、プリントヘッドの一例およびその問題点を、図1および図2を参照して説明する。図1は、プリントヘッドの一例を示す図であり、吸引型のドットインパクト方式のプリントヘッドの一例を説明するためのものである。また、図2は、図1に示すプリントヘッドにおける1つの印字ワイヤの駆動機構(可動部)を示す図である。
図1において、参照符号10は復旧用コイルスプリング、11は印字ワイヤ、12はアーマチュア、13はワイヤガイド、14はストッパ、15は電磁石(マグネットベース)、16は支点ピン、17はカバー、そして、18はプリント基板を示す。なお、図1では、2本の印字ワイヤ11(印字ワイヤを含む可動部)のみ描かれているが、実際には、複数(例えば、24本、或いは、48本)設けられているのはいうまでもない。
図1に示されるように、プリントヘッド1おいて、ドット印字を行う印字ワイヤ11は、例えば、ロウ付け等によりアーマチュア12に固着され、ワイヤガイド13により位置決めおよび保持される。ここで、印字ワイヤ11は、非稼働時にはアーマチュア12を付勢する復旧用コイルスプリング10によりストッパ14に押し付けられている。すなわち、非稼働時(印字を行わない場合)において、印字ワイヤ11を含む可動部は、復旧用コイルスプリング10によりリセット位置(基準位置)に保持される。
図1および図2に示されるように、可動部は、例えば、一端に印字ワイヤ11が取り付けられたアーマチュア12、電磁石15および復旧用コイルスプリング10を有し、アーマチュア12は、支点ピン(支点)16に対して回転可能とされている。ここで、復旧用コイルスプリング10は、支点ピン16に対して、印字ワイヤ11が取り付けられた側に設けられ、電磁石15は、支点ピン16に対して、復旧用コイルスプリング10とは反対側(印字ワイヤ11が取り付けられていない側)に設けられている。
印字を行う場合、電磁石15におけるコア151に巻回されたコイル152に通電することで磁界(磁束)が発生し、この発生した磁界による吸引力が復旧用コイルスプリング10による付勢力以上になると、電磁石15におけるコア151によりアーマチュアの所定個所(吸引部120)が吸引される。このアーマチュア吸引部120の吸引により、アーマチュア12は、支点ピン16を中心として回転駆動され、その結果、印字ワイヤ11の先端110が突出し、例えば、インクリボンを介して印字用紙にドットが印刷(インパクト動作)される。ここで、ストッパ14および電磁石15等は、カバー17により保持され、また、コイル152には、プリント基板18を介して所定の制御電圧が印加されるようになっている。なお、図1は、電磁石15のコイル152に通電して印字ワイヤ11の先端110が突出した状態を示している。
次に、コイル152への通電を停止(電流を遮断)すると、電磁石15による磁界が消失し、復旧用コイルスプリング10の付勢力により、印字ワイヤ11を含む可動部は、リセット位置に戻る。なお、前述したように、印字ワイヤ11を含む可動部は、複数(例えば、24個、或いは、48個)設けられ、それら複数の可動部を制御することで、複数の印字ワイヤ11の先端110により所定の文字や数字、或いは、コード等が印字(印刷)されることになる。
ところで、近年、プリンタの印字速度は高速化が求められ、その印字速度の高速化に伴って、印字ワイヤ(ワイヤピン)11を駆動する周期は短くなっている。そのため、印字ワイヤを含む可動部を速く動作させることが求められ、電磁石15による吸引および復旧用コイルスプリング10による復旧の動作サイクルを短時間で行う必要がある。
しかしながら、吸引力を上げて吸引速度を速くするには、アーマチュア12と電磁石15の吸引部を大きくするため、プリントヘッド1のサイズが大きくなり、また、復旧用コイルスプリングのバネ力を強くして復旧速度を速くするには、バネ線の径を太く、或いは、巻き外径を大きくするため、やはりプリントヘッド1のサイズが大きくなり、ヘッドサイズの制約を満たさない虞が生じる。さらに、例えば、復旧用コイルスプリング10のバネ力を強くすると、バネ力のバラツキが大きくなるため、衝撃力バラツキが大きくなり、印字品質の低下を招く虞が生じる。
このように、図1および図2を参照して説明したような印字ワイヤ11の可動部(駆動機構)を有するプリントヘッド1は、印字速度の高速化の要求に対して、復旧力、吸引力、衝撃力バラツキ、ヘッドサイズの制約、或いは、印字品質の低下といった様々な課題を有している。
以下、本発明に係るプリントヘッドおよびプリンタの実施形態を、添付図面を参照して詳述する。図3は、本発明に係るプリントヘッドの一実施例を示す図であり、吸引型のドットインパクト方式のプリントヘッドの一例を説明するためのものである。また、図4は、図3に示すプリントヘッドにおける1つの印字ワイヤの駆動機構の一例を示す図である。
図3および図4と、前述した図1および図2の比較から明らかなように、本実施例のプリントヘッド2において、印字ワイヤの駆動機構、すなわち、1つの印字ワイヤ11を駆動するための可動部は、一端に印字ワイヤ11が取り付けられ、支点(支点ピン)16を中心に動作するアーマチュア12と、2つの電磁石15aおよび15bと、2つの復旧用コイルスプリング10aおよび10bと、を有する。
なお、図3に示す本実施形態のプリントヘッド2において、図1を参照して説明したプリントヘッド1と同様に、ドット印字を行う印字ワイヤ11は、例えば、ロウ付け等によりアーマチュア12に固着され、ワイヤガイド13により位置決めおよび保持される。ここで、印字ワイヤ11は、非稼働時にはアーマチュア12を付勢する復旧用コイルスプリング10aおよび10bによりストッパ14に押し付けられている。すなわち、非稼働時において、印字ワイヤ11を含む可動部は、復旧用コイルスプリング10a,10bによりリセット位置に保持される。
そして、印字を行う場合、電磁石15aおよび15bにおけるコア151aおよび151bに巻回されたコイル152aおよび152bに通電することで磁界が発生し、この発生した磁界による吸引力が復旧用コイルスプリング10aおよび10bによる付勢力以上になると、電磁石15aおよび15bにおけるコア151aおよびb151によりアーマチュアの所定個所(吸引部120aおよび120b)が吸引される。このアーマチュア吸引部120aおよび120bの吸引により、アーマチュア12は、支点ピン16を中心として回転駆動され、その結果、印字ワイヤ11の先端110が突出し、例えば、インクリボンを介して印字用紙にドットが印刷される。
ここで、ストッパ14および電磁石15a,15b等は、カバー17により保持され、コイル152aには、プリント基板18aを介して所定の制御電圧が印加され、そして、コイル152bには、プリント基板18bを介して所定の制御電圧が印加されるようになっている。なお、図3は、前述した図1と同様に、電磁石15a,15bのコイル152a,152bに通電して印字ワイヤ11の先端110が突出した状態を示している。なお、図3では、2本の印字ワイヤ11(印字ワイヤを含む可動部)のみ描かれているが、実際には、複数(例えば、24本、或いは、48本)設けられているのは、図1を参照して説明したのと同様である。
図4に示されるように、電磁石(第1電磁石)15aは、アーマチュア12の支点16に対して、印字ワイヤ11が取り付けられた側(第1側)に設けられ、通電時にアーマチュア12の第1部分120aを吸引し、支点16に対してアーマチュア12を反時計回りに駆動して、印字ワイヤ11の先端110を突出させるように機能する。また、電磁石(第2電磁石)15bは、アーマチュア12の支点16に対して、印字ワイヤ11が取り付けられていない側(第2側:支点16に対して、第1側とは反対側)に設けられ、通電時にアーマチュア12の第2部分120bを吸引し、支点16に対してアーマチュア12を反時計回りに駆動して、印字ワイヤ11の先端110を突出させるように機能する。
ここで、アーマチュア12の支点16からアーマチュア12の第1部分120aの中心までの長さをR1とし、アーマチュア12の支点16からアーマチュア12の第2部分120bの中心までの長さをR2とする。さらに、第1電磁石15aの吸引力(第1電磁石15aに電流を流したときに第1部分120aの中心に働く吸引力)をP1とし、第2電磁石15bの吸引力(第2電磁石15bに電流を流したときに第2部分120bの中心に働く吸引力)をP2としたとき、次の式が成立するのが好ましい。
R1×P1≒R2×P2
すなわち、第1電磁石15aおよび第2電磁石15bに電流を流し、支点16に対してアーマチュア12を反時計回りに駆動し、印字ワイヤ11の先端110を突出させて印字を行う場合、第1電磁石15aによるモーメント(R1×P1)と、第2電磁石15bによるモーメント(R2×P2)を同程度に設定するのが好ましい。具体的に、図4に示す印字ワイヤの可動部(駆動機構)において、R1はR2よりも長いので、第1電磁石15aは、第2電磁石15bよりも吸引力が小さい小型のものとされている。これにより、支点16に対するアーマチュア12の回転駆動をスムーズに、また、高速に行うことができる。
以上において、R1,P1,R2,P2の値、すなわち、アーマチュア12(支点16)に対して、第1および第2電磁石15a,15bを設ける位置、並びに、第1および第2電磁石15a,15bの吸引力は、例えば、プリントヘッド2の形状や余剰空間等に基づいて最適なものが選択されることになる。また、図4(図5および図6も同様)において、第1電磁石15aに吸引される第1部分120aは、第1電磁石15aのコア151に対応した凸形状とされているが、この第1部分120aの形状を含め、アーマチュア12の形状は、適宜変形することが可能なのはいうまでもない。
また、図4に示されるように、非稼働時にアーマチュア12を付勢してストッパ14に押し付ける復旧用コイルスプリングは、第1電磁石15aの近傍に設けた第1復旧用コイルスプリング10aおよび第2電磁石15bの近傍に設けた第2復旧用コイルスプリング10bにより構成されている。第1復旧用コイルスプリング10aの付勢力(バネ定数)は、第1電磁石15aの吸引力に基づいて規定され、また、第2復旧用コイルスプリング10bの付勢力は、第2電磁石15bの吸引力に基づいて規定される。
ここで、第1および第2復旧用コイルスプリング10a,10bに関しても、前述した第1および第2電磁石15a,15bの吸引力の設定と同様に、付勢力の設定を行うことができる。すなわち、アーマチュア12の支点16から第1復旧用コイルスプリング10aの中心に対応する位置までの長さをr1、第1復旧用コイルスプリング10aの付勢力(バネ力)をp1とし、支点16から第2復旧用コイルスプリング10bの中心に対応する位置までの長さをr2、第2復旧用コイルスプリング10bの付勢力をp2としたとき、r1×p1≒r2×p2が成立するように設定することができる。
図5は、図4に示す印字ワイヤの駆動機構の変形例を示す図であり、図6は、図4に示す印字ワイヤの駆動機構のさらに他の変形例を示す図である。図5と、前述した図4の比較から明らかなように、図5に示す駆動機構(可動部)では、図4に示す可動部における復旧用コイルスプリング10bが省略され、復旧用コイルスプリング10aのみが設けられている。また、図6と、前述した図4の比較から明らかなように、図6に示す可動部では、図4に示す可動部における復旧用コイルスプリング10aが省略され、復旧用コイルスプリング10bのみが設けられている。
すなわち、図4に示す可動部において、非稼働時にアーマチュア12を付勢してストッパ14に押し付ける復旧用コイルスプリングは、第1電磁石15aの近傍に設けた第1復旧用コイルスプリング10aおよび第2電磁石15bの近傍に設けた第2復旧用コイルスプリング10bにより構成されている。これに対して、図5に示す可動部では、復旧用コイルスプリングは、第1復旧用コイルスプリング10aのみで構成され、また、図6に示す可動部では、復旧用コイルスプリングは、第2復旧用コイルスプリング10bのみで構成されている。
ここで、第1復旧用コイルスプリング10aは、アーマチュア12に対して、第1電磁石15aと印字ワイヤ11の取り付け個所の間で、第1電磁石15aの近傍に設けられ、また、第2復旧用コイルスプリング10bは、アーマチュア12に対して、第2電磁石15bと支点16の間で、第2電磁石15bの近傍に設けられているが、これらの位置に限定されるものではない。すなわち、第1および第2復旧用コイルスプリング10a,10bを設ける位置は、前述した第1および第2電磁石15a,15bと同様に、例えば、プリントヘッド2の形状や余剰空間等に基づいて規定される。
なお、プリントヘッド2の形状や余剰空間等の条件が許せば、アーマチュア12の支点16の両側に第1および第2復旧用コイルスプリング10a,10bを設け、支点16からの距離も長くして第1および第2復旧用コイルスプリング10a,10bの付勢力(サイズ)を小さく設定するのが好ましい。さらに、第1および第2復旧用コイルスプリング10a,10bとしては、例えば、[先行技術文献]として示した[特許文献1]に記載された発明のように、バネ定数(付勢力)を変化させた様々な形状の復旧用コイルスプリングを適用することも可能である。
図7は、本発明に係るプリンタの一実施例を示すブロック図であり、例えば、図3に示す吸引型のドットインパクト方式のプリントヘッド2を適用したドットインパクト方式のプリンタ200の一例における要部を示すものである。図7に示されるように、本実施例のプリンタ200は、制御部(マイクロコントローラ)201、ヘッドドライバ202、フレームメモリ203およびプリントヘッド2を含む。なお、図7は、プリントヘッド2の制御系に注目したブロック図であり、図示しないが、プリンタ200は、さらに、単票または連帳の用紙の送りを制御する用紙送り制御機構、用紙に印字するためのインクリボンの送りを制御するインクリボン送り制御機構、或いは、外部との通信や印字データを受け取るための様々な構成を含むのはいうまでもない。
制御部201は、外部からの印字データを受け取り、例えば、ドットイメージを展開するフレームメモリ203との間でデータを遣り取りし、ヘッドドライバ202を介して、プリントヘッド2を制御する。すなわち、ヘッドドライバ202は、制御部201からの印字および制御用の信号を受け取り、プリントヘッド2のコイル(例えば、電磁石15a,15bのコイル152a,152b)等を制御し、用紙に対して所定の印字を行う。
なお、プリントヘッド2による印字は、文字や数字に限定されるものではなく、バーコードやQRコード(登録商標)といった各種コードや図形等であってもよい。また、本実施形態のプリンタは、図7の構成を有するものに限定されず、例えば、図3〜図6を参照して説明した本実施形態のプリントヘッドを適用した様々なドットインパクト方式のプリンタを含むのはもちろんである。
以上、実施形態を説明したが、ここに記載したすべての例や条件は、発明および技術に適用する発明の概念の理解を助ける目的で記載されたものであり、特に記載された例や条件は発明の範囲を制限することを意図するものではない。また、明細書のそのような記載は、発明の利点および欠点を示すものでもない。発明の実施形態を詳細に記載したが、各種の変更、置き換え、変形が発明の精神および範囲を逸脱することなく行えることが理解されるべきである。
1,2 プリントヘッド
10,10a,10b 復旧用コイルスプリング
11 印字ワイヤ
12 アーマチュア
13 ワイヤガイド
14 ストッパ
15 電磁石(マグネットベース)
15a 第1電磁石(マグネットベース)
15b 第2電磁石(マグネットベース)
16 支点ピン
17 カバー
18,18a,18b プリント基板
110 印字ワイヤの先端
120a アーマチュアの第1部分
120b アーマチュアの第2部分
151,151a,151b コア
152,152a,152b コイル
200 プリンタ
201 制御部(マイクロコントローラ)
202 ヘッドドライバ
203 フレームメモリ

Claims (7)

  1. 一端に印字ワイヤが取り付けられ、支点を中心に動作するアーマチュアと、
    前記アーマチュアの支点に対して、前記印字ワイヤが取り付けられた第1側に設けられ、通電時に前記アーマチュアの第1部分を吸引して前記印字ワイヤの先端を突出させる第1電磁石と、
    前記アーマチュアの支点に対して、前記第1側とは反対の第2側に設けられ、通電時に前記アーマチュアの第2部分を吸引して前記印字ワイヤの先端を突出させる第2電磁石と、
    前記第1側および前記第2側の少なくとも一方に設けられ、前記印字ワイヤの先端をリセット位置に保持する復旧用コイルスプリングと、を備える、
    ことを特徴とするプリントヘッド。
  2. 前記アーマチュアの支点から前記アーマチュアの第1部分の中心までの長さをR1、前記アーマチュアの支点から前記アーマチュアの第2部分の中心までの長さをR2、前記第1電磁石の吸引力をP1、そして、前記第2電磁石の吸引力をP2としたとき、次の式が成立する、
    R1×P1≒R2×P2
    ことを特徴とする請求項1に記載のプリントヘッド。
  3. 前記復旧用コイルスプリングは、
    前記第1側に設けられた第1復旧用コイルスプリングと、
    前記第2側に設けられた第2復旧用コイルスプリングと、を備える、
    ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載のプリントヘッド。
  4. 前記第1復旧用コイルスプリングは、前記第1電磁石の近傍に設けられ、
    前記第2復旧用コイルスプリングは、前記第2電磁石の近傍に設けられる、
    ことを特徴とする請求項3に記載のプリントヘッド。
  5. 前記第1復旧用コイルスプリングの付勢力は、前記第1電磁石の吸引力に基づいて規定され、
    前記第2復旧用コイルスプリングの付勢力は、前記第2電磁石の吸引力に基づいて規定される、
    ことを特徴とする請求項3または請求項4に記載のプリントヘッド。
  6. 前記アーマチュア、前記第1電磁石、前記第2電磁石および前記復旧用コイルスプリングの組を、複数組備える、
    ことを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載のプリントヘッド。
  7. 請求項1乃至請求項6のいずれか1項に記載のプリントヘッドを備える、
    ことを特徴とするドットインパクト方式のプリンタ。
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