JP4467894B2 - 印字ヘッド - Google Patents

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
この発明はドットプリンターの印字ヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ドットプリンターの印字ヘッド（図１ イ、ロ、ハ、ニ）は、複数のニードル１（図において、１−１〜１−９）を備え、印字に必要なニードル１−ｎをソレノイドなどの駆動装置で選択的に突出させて用紙２にドットを形成し、印字を行う。
複数のニードル１は、駆動側である基端が円形に配置され、ドットを形成する先端を打点位置ｐで直線となる配置に収束させた円錐様のニードル束３となる（図１ イ）。このニードル束は、その前後方向の中間に設ける中間ニードルガイド４と先端部の先端ニードルガイド５により前記の円錐様形態が維持される。中間ニードルガイド４は複数個存在することがある。
【０００３】
なお、先端ニードルガイド５と用紙２表面との間には間隔ｄがあるので、先端ニードルガイド５に設けるニードルの挿通孔は、この個所では直線状の配列とはならず一見、千鳥状となる（図１ ニ）。また、円錐様のニードル束３を構成するそれぞれのニードル１が水平面に対して成す角度を収束角度（θｎ）とし、そのニードル１を正面から見て基端から先端に向かう方向を収束方向と呼ぶこととする（図２ イ）。中間ニードルガイドと先端ニードルガイドを総称するときは単にニードルガイドとする。
【０００４】
ドットプリンタの印字ヘッドにおいてニードル１をガイドする構造は、印字の精度を維持するために重要であり、ニードルガイド自体の構造、素材及びヘッド本体への取り付け構造にさまざまな改良が重ねられてきた。
例えば、実用新案登録第２５８２８０９号公報の印字ヘッドでは、複数の中間ニードルガイドをそれぞれ別体に構成すると共にノーズ（ヘッド本体）に対して中間ニードルガイドをニードルの軸線方向へ自由に移動可能に設けることにより、全てのニードルをセットしたときにニードルの配置に偏りが生じないようにしている。また、特公昭６１−８７９４号の先端ワイヤ軸受体では、前面壁と後面壁を備えた中空の軸受け体を構成して、これにプリントワイヤの先端部を前記の両壁面と直交する方向に挿し通している。
【０００５】
【特許文献１】
実用新案登録第２５８２８０９号公報
【特許文献２】
特公昭６１−８７９４号
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の印字ヘッドは、小形化、軽量化のために、ニードルガイドのガイド壁厚を薄く、また、合成樹脂などの安価で軽量な素材を用いて形成するようになっている。しかし、ドットプリンタの印字ヘッドは、ニードル１の往復動が約１億回にも達する耐久性を要求されており、当然、ニードルガイドもこれに見合う耐久性が必要である。一方、合成樹脂は磨耗しやすく、前記のガイド壁厚をある程度厚くする必要があると共に、現在の成形技術上、ニードル１の挿通孔をニードル１が傾斜して貫通する方向に形成するのはコスト高である。
【０００７】
すなわち、前記のニードル束３における各ニードル１はそれぞれに異なる収束角度θｎをもっており、これにあわせてガイド壁にそれぞれの傾斜孔を形成することはきわめて困難である。また、仮に、形成できたとしても、ニードル１を挿通してヘッド本体ヘ組み込んだときに、ニードルガイドを本体ケースの正確な位置へ配置することが困難で、複数のニードルガイドの間で一部のニードル１に“こじり”が生じ、ニードルの負荷が大きくなって精度の高い印字を行えない。
【０００８】
このため、ニードル１の挿通孔は、通常、単純にガイド壁の表裏面と直交する方向に形成し、また、中間ニードルガイドはヘッド本体へ前後方向で移動可能に装着する。この場合、挿通孔に関して、ニードル１に収束角度（θｎ）があるために、挿通孔はガイド壁の厚さに応じて、そのニードルの収束方向へ長くする必要がある。すると、ニードルガイドの耐久性を高めようとガイド壁厚を大きくしたとき、それに応じて挿通孔の収束方向長さが大きくなり、ニードル１の作動が不安定になる。また、壁厚を大きくしたにも関わらず耐久性が向上しない結果となる。
【０００９】
この傾向は、印字ヘッドの前後長を小さくしようとニードルの傾斜（収束角度）を大きくするとさらに拡大する。すなわち、ニードルの収束角度が大きくなるために、ニードル挿通孔の収束方向長さはますます大きくなって挿通孔が大きくなる（図２ ロ）。
なお、特許文献２の軸受け体は、前面壁と後面壁を備えた中空の構成であるが、プリントワイヤは両壁面と直交する方向に挿し通されており、軸受体の位置において、ワイヤに前記収束角度（θｎ）に相当する角度は有していない。この軸受け体は、前面壁と後面壁を分離してはいるが、前後方向の肉厚を大きくした場合と同じである。
【００１０】
先端ニードルガイドでは、収束角度（θｎ）が変わることでさらに問題が生じる。すなわち、ニードル１の挿通孔が大きくなってしまうために、複数の挿通孔間が近接して成形上必要な間隔を確保できず、幾つかの挿通孔が相互に連絡した状態となる（図２ ハ）。このようになると、ニードルガイド自体の強度が低下する。また、連絡した部分の突出部が磨耗しやすく、挿通孔が連絡してしまうことでニードル先端部のガイドが不安定になる傾向がある。そのため、精度の高い印字を得にくい。
【００１１】
そこで、本願発明は、耐久性が高く、ニードル１を安定してガイドすることができるニードルガイドを備えた印字ヘッドの提供を課題とする。この発明は、中間ニードルガイドだけに適用することもあれば、中間ニードルガイドと先端ニードルガイドの双方、あるいは先端ニードルガイドだけに適用することもある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
複数のニードルを選択的に突出させて印字を行う印字ヘッドに関する。
複数のニードルは駆動側である基端を円形に配置し、ドットを形成する先端を打点位置で直線となる配置に収束させた円錐様のニードル束を形成する。
前記のニードル束は、ニードルガイドにより前記の円錐様形態に維持する。
ニードルガイドのうち先端のものを第１ガイド壁と第２ガイド壁を備え、これらを両側の壁で繋いだ一体物の先端ニードルガイドブロックに構成する。
第１ガイド壁と第２ガイド壁は、ニードル束の前後方向で距離（ｘ）をおいて配置する。
【００１３】
さらに、第１ガイド壁と第２ガイド壁は、前記ニードル束の前後方向に直交する壁面に形成する。
第１ガイド壁と第２ガイド壁のそれぞれにニードルが貫通する挿通孔が、ニードル束の前後方向と平行に、すなわち、ガイド壁の面と直交する方向に、形成される。
第１ガイド壁に設ける挿通孔と第２ガイド壁に設ける挿通孔は、一本のニードル（Ｎｏ．ｎ）に関する第１ガイド壁の挿通孔と第２ガイド壁の挿通孔を、前記距離（ｘ）とそのニードルの収束角度（θｎ）から割り出される寸法をシフト量（δｎ）として、そのニードルの収束方向へ変位させて形成する。
【００１４】
ニードルガイドを、距離（ｘ）の間隔がある第１ガイド壁と第２ガイド壁で構成し、これらを一体物に形成（ブロック化）することによって、ガイド壁を厚くしたのと同じ効果があり、構造上でも頑丈となる。第１ガイド壁と第２ガイド壁をまとめてブロック化したことにより、部品点数や製作手間が少なくなる効果もある。
【００１５】
また、第１ガイド壁と第２ガイド壁に設ける挿通孔は、ニードル束の前後方向と平行であるから、従来の技術で安価に製作できる。また、一本のニードル（Ｎｏ．ｎ）に関する第１ガイド壁の挿通孔と第２ガイド壁の挿通孔を、前記距離（ｘ）とそのニードルの収束角度（θｎ）から割り出される寸法をシフト量（δｎ）として、そのニードルの収束方向へ変位させて形成することにより、ニードルガイドとして、ガイド壁厚を大きくしたのと同様であるにも関わらず、この壁厚が大きくなったことの影響（挿通孔の大きさなど）を受けない。その結果、挿通孔が大きくなることによるニードルガイドの脆弱化を避けることができる。
【００１６】
先端のニードルガイドブロックでは、第２ガイド壁の打点位置ｐからの距離（ｙ）を、第２ガイド壁において上下に隣り合う挿通孔間の隔壁厚さが、先端ニードルガイドを形成する素材に応じて成形上で許容される挿通孔間の隔壁厚さ（ａ）以上であって選択できる最小の値となる寸法とすることがある。
打点位置ｐは印字ヘッドの設計時に定まる位置で、第２ガイド壁からすると第１ガイド壁と第２の壁間の距離（ｘ）に第１ガイド壁と用紙間の間隔ｄを加えた値となる（ｙ＝ｘ+ｄ）。
【００１７】
例えば、先端ニードルガイドの素材をナイロンとした場合、ガイド壁に形成する挿通孔間の隔壁厚さ（ａ）は４０μｍとされる。これ以下の設計では、成形時に挿通孔が連絡してしまい、ニードルをガイドする機能と耐久性に不安が生じる。これを避けるには、第１ガイド壁から充分に離れた位置に第２ガイド壁を配置すれば良いのであるが、これでは印字ヘッドを小形化するとの課題に反する。そこで、前記の第２ガイド壁の打点位置ｐからの距離（ｙ）は、第２ガイド壁に形成する挿通孔が独立して形成される時に上下方向で隣接した挿通孔間の隔壁が最小の寸法（素材に応じて異なる）になる値としている。
【００１８】
この構成であると、先端ニードルガイドブロックの第１ガイド壁の各挿通孔は、収束角の関係から上下方向で連絡してしまう事態が生じるが、第２ガイド壁を前記のように構成することで、実質的なガイドを第２の壁に行わせることができる。第１ガイド壁はニードル先端を打点位置に集める最終的なガイドとして必要である。
先端ニードルガイドブロックは第１ガイド壁と第２ガイド壁を一体物に形成されるので、第１ガイド壁における挿通孔が連絡していても、この部分の脆弱さが補なわれて頑丈であり、耐久性が高い。
【００１９】
このことは、第１ガイド壁５ａの挿通孔２０を無理に独立したものにする必要のないことを意味する。すなわち、挿通孔２０間の隔壁を非常に薄く形成できる高価な素材を選択すれば、第１ガイド壁５ａと第２ガイド壁５ｂとの距離（ｘ）が同じでも第１ガイド壁５ａの挿通孔２０を独立したものとできる可能性があるが、それよりは、第２ガイド壁５ｂが存在するのであれば、第１ガイド壁５ａの挿通孔２０に相互に連通したものが生じるのを許容する方が得策である。このことはニードル束の前後長を小さくしようとニードルの収束角度を大きくする場合にも当てはまる。
【００２０】
また、先端ニードルガイドブロックはヘッド本体に固定されるので、先端ニードルガイドブロックの第２ガイド壁も固定となるが、前記の距離（ｙ）は小さく、壁間の距離（ｘ）も小さくなるので、ニードルの挿通に関して先端ニードルガイドブロックの第１ガイド壁と第２ガイド壁の挿通孔の間で、ニードルをセットする際の位置ずれが問題となることはほとんどない。
この発明は、ニードルを直線状態で使用するタイプと中間ガイドで先端部を打点位置ｐ方向へ湾曲させて使用するタイプの双方に適用することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図３は、実施形態の一つとして示す印字ヘッド６であって、用紙と対向する側が前方、その反対側を後方とし、前方から見て左右と上下を決める事とする。
印字ヘッド６は、外見として前方から本体ケース７、回路基板８、ヨーク９、ソレノイドカバー１０、及びアーマチュアカバー１１が見えている。
図４のように、本体ケース７の内部には９本のニードル１が前後方向に配置され、中間ニードルガイド（中間ニードルガイドブロック４）、先端ニードルガイド（先端ニードルガイドブロック５）によって案内されている。図３の本体ケース７のノーズ部分１２には、先端ニードルガイドブロック５の前面（先端面）と９本のニードル１の先端が見えている。
【００２２】
９本のニードル１（図５）は、後方の基端をソレノイド１３（１個を図示）による駆動側として円形に配置し、前方の先端を上下方向に隣接させてほぼ直線となるように配置する。詳しくは、ドット１４を形成する打点位置ｐで直線となる配置に収束されている。先端は図３のように先端ニードルガイドブロック５の前面からわずかに突出している。なお、先端ニードルガイドブロック５の前面と用紙との間隔はｄである。
このように９本のニードルの束が形成する形態は先端部が直線であるために完全な円錐ではないが、円錐に似るので円錐様のニードル束３と称することとする。
【００２３】
ニードル１の基端部はヨーク９と対向して配置されたアーマチュア１５の先端部と対向しており、アーマチュア１５がソレノイド１３で駆動されると、ニードル１はアーマチュア１５に叩かれて前方へ突出し、インクリボンを介した先端でドット１４を印刷する。アーマチュア１５は各ニードル１に対応して９個あり、リング状の支持ばね１６の周縁から先端をリングの中心に向けて放射状に配置してある。
【００２４】
各ニードル１の基端には戻しばねが嵌挿され（図示していない）、ソレノイド１３が消磁されてアーマチュア１５がニュートラル位置へ戻ると、突出したニードル１をもとの位置へ戻す。ヨーク９、ソレノイド１３、アーマチュア１５等はニードル１の駆動機構を構成し、ソレノイドカバー１０、アーマチュアカバー１１の内部に納められる。また、ニードル１は、基端側を本体ケース７の基部ガイド１７でゆるく案内される。
【００２５】
なお、説明の都合上、各ニードル１に符号１〜９を付し、ニードル束３の先端部において一番上となるニードル１を１−１（Ｎｏ１のニードルとの意味）として順次１−２〜１−９とする。すると、円周上に等間隔に配置される基端側では、前方から見てニードル１−１が円の最上部、ついで、その右に１−２、その左に１−３、ついで再び右に１−４という具合に円周上を交互に配置され、最下部が１−９となる。このため、各ニードル１の収束角度θｎ（ｎはニードルのナンバー）はそれぞれに異なる。そして、ニードル束１３は平面視で打点位置ｐを頂点とした円錐に、側面視では円錐形の先端部を上下方向に垂直な平面でカットされた形態となる。
【００２６】
この実施例においては、中間ニードルガイドを中間ニードルガイドブロック４とし、中間ニードルガイドブロック４は、第１ガイド壁４ａと第２ガイド壁４ｂを備えた一体物（ブロック）である。また、先端ニードルガイドも先端ニードルガイドブロック５とし、第１ガイド壁５ａと第２ガイド壁５ｂを備えた一体物としている（図６）。各ガイド壁４ａ,４ｂ，５ａ，５ｂはいずれもニードル束３の前後方向に対して直交した面となっており、また、第１ガイド壁が先端側（前方）である。
【００２７】
まず、中間ニードルガイド４について説明する（図６）。
先端側の第１ガイド壁４ａとその手前の第２ガイド壁４ｂとは距離（ｘ）の間隔を取って配置され、それぞれに９本のニードル１が貫通する挿通孔１８，１９を、ニードル束３の前後方向と平行に、かつ、一本のニードル１−ｎに関する第１ガイド壁４ａの挿通孔１８ｎと第２ガイド壁４ｂの挿通孔１９ｎを、前記の距離（ｘ）とそのニードルの収束角度（θｎ）から例えば、単純な三角関数を用いて割り出される寸法をシフト量（δｎ）として、そのニードルの収束方向へ変位させて形成してある。シフト量（δｎ）と収束方向はニードル１ごと（ｎの値）によって異なる。
【００２８】
中間ニードルガイドブロック４は複数配置することもあるが、これらの中間ニードルガイドブロック４は、ニードル束３を中間ニードルガイドブロック４、先端ニードルガイドブロック５と共に本体ケース７ヘセッティングする際に自動整列がなされるように、本体ケース７に対して前後方向ヘわずかに移動できるように配置することが好ましい。
【００２９】
次に、先端ニードルガイドブロック５について説明する（図７，図８）。
先端ニードルガイドブロック５は、第１ガイド壁５ａと第２ガイド壁５ｂを前後方向で平行に、距離（ｘ）の間隔で備えており、第１ガイド壁５ａと第２ガイド壁５ｂとが両側の壁で繋がれ、全体がナイロンで短く、上下方向で貫通する角パイプ状に一体物として成形されている。前方の第１ガイド壁５ａには９個の挿通孔２０が、また、後方の第２ガイド壁５ｂにも９個の挿通孔２１が形成されている。
１本のニードル１―ｎに関して、第１ガイド壁５ａに設ける挿通孔２０ｎと第２ガイド壁５に設ける挿通孔２１ｎのシフト量（δｎ）に関する構成は中間ニードルガイドブロック４の場合と同じであるが、先端ニードルガイドブロック５では各ニードル１が近接し、これを通す挿通孔２０の間隔が小さくなっているので、特に第１ガイド壁５ａについて特別の配慮が必要となる。
【００３０】
すなわち、第１ガイド壁５ａの位置では各ニードル１が上下に近接してきており、このガイド壁５ａに設ける挿通孔２０は、図７のようにＮｏ１とＮｏ２、Ｎｏ３とＮｏ４、Ｎｏ５とＮｏ６、Ｎｏ７とＮｏ８とＮｏ９が相互に連通して形成されてしまう。これは、素材であるナイロンの特性によるもので、採用したナイロンの場合、挿通孔２０間の隔壁が４０μｍ以下になるとその隔壁部分を正確に成形するのが困難で、通常、隔壁を無くした２つの挿通孔２０が連絡した形で成形するためである。ちなみに、挿通孔２０のＮｏ２とＮｏ３の間は５５．６μｍの間隔、同Ｎｏ４とＮｏ５の間は６９．３μｍ、同Ｎｏ６とＮｏ７の間は６０．７μｍである。
【００３１】
第１ガイド壁５ａの位置はドットプリンタの配置として設計上定まっており、また、用紙２との間隔ｄも設計上で定まるので，第１ガイド壁５ａの挿通孔２０が一部連絡してしまうことは止むを得ない面がある。また、挿通孔２０が連絡してしまう傾向は、ニードル１の収束角度θが大きくなると顕著になってくる。
このため，先端ニードルガイドブロック５の第２ガイド壁５ｂは、挿通孔２１が連絡しない位置に設けて、第１ガイド壁５ａにおいて挿通孔２０が連絡してしまう不都合を補う構成とする。すなわち、第１ガイド壁５ａの挿通孔２０が連絡してしまうことによる、強度の低下、ガイド機能の低下を第２ガイド壁５ｂにおける挿通孔２１を他の挿通孔２１と連絡しない独立したものとする。しかも，印字ヘッド７の前後長を切り詰める点から、第１ガイド壁５ａと第２ガイド壁５ｂの距離（ｘ）をできるだけ小さくする。
【００３２】
このため、先端ニードルガイドブロック５の第１ガイド壁５ａと第２ガイド壁５ｂ間の距離（ｘ）は、第２ガイド壁５ｂにおいて上下に隣り合う挿通孔２１間の隔壁厚さを、先端ニードルガイドブロック５を形成する素材，すなわち、この実施形態ではナイロン、に応じて成形上で許容される挿通孔２１間の隔壁厚さ（ａ）すなわち、この実施形態では４０μｍ以上であって選択できる最小の値とできる距離にしてある。距離（ｘ）の最小の値とできる距離とは、この値を大きくすれば、挿通孔２１を独立したものとできることは明らかであるが、選定した距離（ｘ）によると、挿通孔２１間の隔壁寸法が成形上可能な範囲で最も４０μｍに近いとの意味である。この実施形態ではｘ＝３ｍｍである。
なお、先端ニードルガイドブロック５の第２ガイド壁５ｂの挿通孔２１が独立して成形可能な位置を検討するには、打点位置ｐから第２ガイド壁５ｂまでの距離（ｙ）を考慮すべきであるが、〔ｙ＝ｄ+ｘ〕であって、ｄは定数であるから、（ｙ）を検討することは実質（ｘ）を検討することである。
【００３３】
また、先端ニードルガイドブロック５における距離（ｘ）の値は小さく、第１ガイド壁５ａと第２ガイド壁５ｂとの間でニードル１の整合上から“こじり”が生じる危険は無視できる程度なので、第１ガイド壁５ａと第２ガイド壁５ｂを一体物に成形しても支障はない。むしろ、一体物に成形することで先端ニードルガイドブロック５全体の構造的な強度が向上し、耐久性が向上する。
以上、一つの実施形態について説明したが、中間ニードルガイドブロック４、先端ニードルガイドブロック５の素材はセラミックや金属のこともある。ニードル１の数は９本以上のこともある。
【００３４】
【発明の効果】
ドットプリンタ印字ヘッドの、特にニードルガイドに関して、耐久性が向上する。
合成樹脂など普及している素材を利用して、安価な製品を作ることができる。
ニードルの収束角度を大きくすることができ、印字ヘッドを小形化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 イ、ロ、ハ、ニは、概念を説明する簡略図
【図２】 イ、ロ、ハは、概念を説明する簡略図
【図３】 斜視図
【図４】 一部を省略して示す斜視図
【図５】 主としてニードル部分を示す斜視図
【図６】 本体ケースを省略した斜視図
【図７】 先端ニードルガイドブロックの斜視図（前方から）
【図８】 先端ニードルガイドブロックの斜視図（後方から）
【符号の説明】
１ ニードル
２ 用紙
３ ニードル束
４ 中間ニードルガイド
４ａ 第１ガイド壁
４ｂ 第２ガイド壁
５ 先端ニードルガイドブロック
５ａ 第１ガイド壁
５ｂ 第２ガイド壁
６ 印字ヘッド
７ 本体ケース
８ 回路基板
９ ヨーク
１０ ソレノイドカバー
１１ アーマチュアカバー
１２ ノーズ部分
１３ ソレノイド
１４ ドット
１５ アーマチュア
１６ 支持ばね
１７ 基部ガイド
１８ 挿通孔（中間ニードルガイドの第１ガイド壁）
１９ 挿通孔（中間ニードルガイドの第２ガイド壁）
２０ 挿通孔（先端ニードルガイドブロックの第１ガイド壁）
２１ 挿通孔（先端ニードルガイドブロックの第２ガイド壁）

Claims (1)

1. 複数のニードルを選択的に突出させて印字を行う印字ヘッドであって、
   複数のニードルは駆動側である基端を円形に配置し、ドットを形成する先端を打点位置で直線となる配置に収束させた円錐様のニードル束を形成しており、
   前記のニードル束は、本体ケースのノーズ部分の先端に位置した先端ニードルガイドブロックと同中間に位置した中間ニードルガイドにより前記の円錐様形態に維持されており、
   先端ニードルガイドブロックは第１ガイド壁と第２ガイド壁とこれらをつなぐ両側の壁を備えて上下方向で貫通する角パイプ状に一体成形されていると共に、前記ニードル束の前後方向で先端側に第１ガイド壁が配置され、その手前に距離（ｘ）をおいて第２ガイド壁が配置されており、これら第１ガイド壁と第２ガイド壁は、前記ニードル束の前後方向と直交する壁面であると共にそれぞれにニードルが貫通する挿通孔をニードル束の前後方向と平行に、かつ、一本のニードル（Ｎｏ．ｎ）に関する前記第１ガイド壁の挿通孔と第２ガイド壁の挿通孔を、前記の距離（ｘ）とそのニードルの収束角度（θｎ）から割り出される寸法をシフト量（δｎ）として、そのニードルの収束方向へ変位させ、第１ガイド壁の挿通孔は相互に連通させて配置される一方、第２ガイド壁の挿通孔はそれぞれが独立した孔であって、楕円の線上に分散して配置されており、先端ニードルガイドブロックを本体ケースのノーズ部分の先端に位置させてあることを特徴とした印字ヘッド。

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