JP4498782B2 - アーマチュアの製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、ワイヤドットプリンタヘッド等に用いられるアーマチュアの製造方法に関する。
ワイヤドットプリンタヘッドは、印字用のワイヤが連結されたアーマチュアを印字位置と待機位置との間で揺動させ、アーマチュアを印字位置へ揺動させたときにワイヤの先端部を用紙等の印字媒体に衝突させることによって印字を行う装置である。このようなワイヤドットプリンタヘッドの中には、コイルによりアーマチュアの周囲に発生させた磁束によってアーマチュアを待機位置から印字位置へ吸引する磁気回路を生成することで印字を行う装置が開発されている。
アーマチュアは、印字用のワイヤがロウ付けされたアームやこのアームの厚さ方向の両側面に設けられた磁気回路形成部材等から構成されている。磁気回路形成部材はスポット溶接等によりアームに溶接されている。ここで、アーマチュアを他の部材に溶接する技術(特許文献1及び特許文献2参照)や3つの部材を溶接する技術(特許文献3参照)等の各種の溶接技術が開示されている。
実開平5−35288号公報 特開平9−314868号公報 特公平7−22994号公報
しかしながら、アームや磁気回路形成部材は、防錆やワイヤのロウ付け性の向上のためその表面にメッキが施されていることが多い。そのため、溶接によるアームと磁気回路形成部材との接合力が弱くなり、ナゲット形成領域も小さくなってしまう。これにより、アームと磁気回路形成部材とが分解しやすいため、アーマチュアの寿命も短くなってしまう。
また、近年の印字スピードの高速化に伴い、アーマチュアの軽量化が求められている。このため、アーマチュアのアームは、その揺動による慣性モーメントを小さくするため可能な限り薄く形成されており、さらに、アーマチュアの小型化も実行されている。これにより、アームや磁気回路形成部材が小型化し、スポット溶接による溶接が困難になり、アーマチュアの揺動に耐え得る十分な接合力を得ることができなくなっている。
本発明の目的は、アーマチュアにおけるアームと磁気回路形成部材との接合力の向上を実現することである。
本発明は、印字用ワイヤが設けられるアームとこのアームに設けられた磁気回路形成部材とを有するアーマチュアを製造する過程で、アームと磁気回路形成部材との間にそれらの間の電気抵抗を高める電気抵抗増大材を介在させてアームに磁気回路形成部材を設け、電気抵抗増大材が介在するアームと磁気回路形成部材とをスポット溶接することで、アームと磁気回路形成部材とを溶接し、仮固定孔と前記支点孔との間にナゲット領域を形成するようにした。
本発明によれば、電気抵抗増大材によりアームと磁気回路形成部材との接触が保たれ、さらに、それらの間の電気抵抗が高められた状態でアーマチュアが製造されるため、アーマチュアにおけるアームと磁気回路形成部材との接合力の向上を実現することができる。
本発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。
<ワイヤドットプリンタヘッド1>
まず、ワイヤドットプリンタヘッド1の全体の構成について図1及び図2を参照して説明する。図1はワイヤドットプリンタヘッド1を概略的に示す中央縦断正面図、図2はワイヤドットプリンタヘッド1が備えるアーマチュア4を分解して概略的に示す分解斜視図である。
ワイヤドットプリンタヘッド1は、取付ねじ(図示せず)によって結合されるフロントケース2とリヤケース3とを備えている。これらの間には、アーマチュア4、ワイヤガイド5、ヨーク6、アーマチュアスペーサ7及び回路基板8等が設けられている。
アーマチュア4は、板状に形成されたアーム9、アーム9の長さ方向(アーム9が伸びる方向)の一端側にロウ付けされた印字用のワイヤ(以下、単にワイヤという)10、アーム9の厚さ方向の両側面に溶接された磁気回路形成部材11、アーム9と磁気回路形成部材11とを溶接する際にそれらを仮固定する仮固定軸12及び支点軸13を備えている。磁気回路形成部材11には、被吸引面14が設けられており、この被吸引面14はアーマチュア4の長手方向(アーム9が伸びる方向)の中央付近に位置付けられている。なお、アーム9及び磁気回路形成部材11には、仮固定軸12が圧入される貫通孔である仮固定孔15が形成されており、さらに、支点軸13が圧入される貫通孔である支点孔16が形成されている。
アーム9は、高速印字を可能とするため、例えば厚さ0.20mmのSK(炭素工具鋼)材により形成されており、磁気回路形成部材11は、例えば1%SiFe(珪素鋼)材により形成されている。また、アーム9及び磁気回路形成部材11は、例えばそれらの表面硬度を向上させるため浸炭(浸炭処理)が施された部材である。さらに、それらの表面には、防錆及びワイヤ10のロウ付け性の向上のためメッキ(メッキ処理)、例えばニッケルメッキが施されている。なお、仮固定軸12及び支点軸13にも同様に浸炭やメッキ等が施されている。
このようなアーマチュア4はヨーク6の軸心に対して放射状に複数配置されている。そして、アーマチュア4は、その支点軸13を中心としてヨーク6から離反する方向に回動自在な状態でそれぞれヨーク6の表面に支持されており、コイルスプリング等の付勢部材17によってヨーク6から離反する方向に付勢されている。また、付勢部材17は付勢動作が可能に支持されている。なお、ワイヤ10は、アーマチュア4が印字位置へ揺動した場合に、アーマチュア4の揺動動作に伴い、その先端部が所定の位置、例えば用紙等の印字媒体に衝突する位置まで移動する。
ワイヤガイド5は、ワイヤ10の先端部が印字媒体の所定位置に衝突するようにワイヤ10を摺動自在にガイドする。また、フロントケース2には、ワイヤ10の先端部を所定のパターンに整列させるとともにワイヤ10を摺動自在にガイドする先端ガイド18が設けられている。
リヤケース3には、一端側に底面部19を有する円筒形状部20が設けられている。また、底面部19の中心部分には、金属製の環状のアーマチュアストッパ21が取付けられる取付用凹部22が形成されており、アーマチュアストッパ21は取付用凹部22に嵌め込まれることにより取付けられている。ここで、アーマチュア4が付勢部材17により印字位置から揺動すると、アーマチュア4の一部であるアーム9がアーマチュアストッパ21に当接し、アーマチュア4の揺動は停止する。したがって、アーマチュアストッパ21は、アーマチュア4の待機位置を定める機能を有している。
アーマチュアスペーサ7は、ヨーク6と共にアーマチュア4の支点軸13を回転自在に支持している。したがって、複数のアーマチュア4の支点軸13は、ヨーク6及びアーマチュアスペーサ7によって支持されている。また、回路基板8は、印字位置と待機位置との間におけるアーマチュア4の揺動を制御するための回路を備えており、印字動作に際しては、回路基板8の制御により任意のアーマチュア4を選択的に揺動させることができる。
ヨーク6は磁性材料により形成されており、同心円状に設けられた径の異なる一対の筒状部23,24を有している。外周側の筒状部23と内周側の筒状部24とは、軸心方向の一端側を閉塞するように設けられた底面部25により一体化されている。底面部25には、外周側の筒状部23と内周側の筒状部24との間に環状に配置された複数のコア26が一体に設けられている。ヨーク6の軸心方向における各コア26の寸法は、ヨーク6の軸心方向における筒状部23,24の寸法と等しく設定されている。
各コア26のヨーク6の軸心方向における一端には、それぞれ磁極面27が形成されている。コア26の磁極面27は、アーマチュア4に設けられた磁気回路形成部材11の被吸引面14に対向するように設けられている。また、各コア26の外周には、コイル28がそれぞれ装着されている。すなわち、ヨーク6は、コイル28がそれぞれ巻回された複数のコア26を環状に有している。なお、本実施の形態では、全てのコイル28の巻回方向が等しく設定されているが、これに限るものではなく、巻回方向を異ならせたコイルを選択的に配置しても良い。
このようなワイヤドットプリンタヘッド1においては、選択的にコイル28を励磁することにより、アーマチュア4がコア26に磁気的に吸引されて支点軸13を中心に回動し、ワイヤ10が待機位置から印字位置に移動してインクリボン(図示せず)を介してプラテン(図示せず)上の用紙に当接することによって、印字が行われる。そして、コイル28への通電が遮断されると、発生していた磁気が消滅し、アーマチュア4が付勢部材17の付勢力により復帰してアーマチュアストッパ21により待機位置で停止する。
<アーマチュア4の製造方法>
次に、アーマチュア4を製造するアーマチュア4の製造方法について図2、図3及び図4を参照して説明する。図3はアーマチュア4の製造方法の流れを示す説明図、図4はアーマチュア4の製造方法を説明するための説明図である。
図3に示すように、アーマチュア4の製造方法は、アーム9や磁気回路形成部材11等を形成する形成工程(ステップS1)と、アーム9や磁気回路形成部材11等に対して浸炭(浸炭処理)を施す浸炭工程(S2)と、浸炭が施されたアーム9や磁気回路形成部材11等に対してメッキ(メッキ処理)を施すメッキ工程(S3)と、メッキが施されたアーム9と磁気回路形成部材11との間にそれらの間の電気抵抗を高める電気抵抗増大材50を介在させてアーム9に磁気回路形成部材11を設ける設置工程(S4)と、電気抵抗増大材50が介在するアーム9と磁気回路形成部材11とを仮固定する仮固定工程(S5)と、仮固定されたアーム9と磁気回路形成部材11とをスポット溶接する溶接工程(S6)と、スポット溶接されたアーム9と磁気回路形成部材11とに支点軸13を取り付ける取付工程(S7)と、から構成されている。なお、アーム9には、所定のタイミングでワイヤ10がロウ付けされる。
形成工程では、アーム9と磁気回路形成部材11とを異種材料で形成し、例えば、アーム9を厚さ0.20mmのSK材により形成し、磁気回路形成部材11を1%SiFe材で形成する。なお、アーム9及び磁気回路形成部材11を形成する材料は、それらに限るものではない。さらに、形成工程では、仮固定軸12が挿通される仮固定孔15及び支点軸13が挿通される支点孔16も形成する。なお、仮固定軸12は例えば直径0.80mmの軸で形成される。
浸炭工程では、アーム9及び磁気回路形成部材11に対して浸炭を施す。さらに、浸炭工程では、仮固定軸12及び支点軸13に対しても浸炭を施す。これにより、アーム9、磁気回路形成部材11、仮固定軸12及び支点軸13のそれぞれの表面硬度は向上する。
メッキ工程では、浸炭が施されたアーム9と磁気回路形成部材11とに対してメッキ、例えば電解ニッケルメッキを施す。さらに、メッキ工程では、浸炭が施された仮固定軸12及び支点軸13に対してもメッキ、例えば電解ニッケルメッキを施す。これにより、防錆及びワイヤ10のロウ付け性の向上を実現することができる。さらに、メッキが施されていない部分にスポット溶接の電流が集中することを防止することが可能になるので、アーム9と磁気回路形成部材11との接合のために十分な発熱をそれらの接合面に発生させることができる。
設置工程では、アーム9と磁気回路形成部材11とが接合する互いの接合面に電気抵抗増大材50を塗布することで、アーム9と磁気回路形成部材11との間に電気抵抗増大材50を介在させ(図4参照)、アーム9をその厚さ方向から挟持するように磁気回路形成部材11をアーム9に設ける。なお、電気抵抗増大材50は、アルミナ粉末をバインダに分散させたものである。したがって、アーム9と磁気回路形成部材11との間には、電気抵抗増大材50による層が形成される。
仮固定工程では、電気抵抗増大材50が介在するアーム9及び磁気回路形成部材11の仮固定孔15に仮固定軸12を圧入することによって(図2参照)、アーム9と磁気回路形成部材11とを仮固定する。これにより、電気抵抗増大材50が介在するアーム9と磁気回路形成部材11との取り扱いが容易になり、スポット溶接を容易に行うことができる。
溶接工程では、磁気回路形成部材11に当接する2つの電極51により、仮固定されたアーム9及び磁気回路形成部材11に対してアーム9の厚さ方向の両側から加圧しながらそれらに電流を流すことによって(図4参照)、仮固定されたアーム9と磁気回路形成部材11とをスポット溶接する。このとき、アーム9と磁気回路形成部材11との間には、溶融凝固した部分であるナゲットが形成される。これにより、アーム9と磁気回路形成部材11とは完全に固着する。
取付工程では、アーム9及び磁気回路形成部材11の支点孔16に支点軸13を圧入することによって(図2参照)、スポット溶接されたアーム9と磁気回路形成部材11とに支点軸13を取り付ける。これにより、アーマチュア4が完成する。なお、アーム9には、所定のタイミングでワイヤ10がロウ付けされる。
このように本実施の形態では、アーム9と磁気回路形成部材11との間に電気抵抗増大材50を介在させることによって、アーム9と磁気回路形成部材11との接触が保たれ、さらに、それらの間の電気抵抗が高められる。これにより、スポット溶接の際にアーム9と磁気回路形成部材11との接合面に発熱が集中し、ナゲット領域が広く接合力が高い良好なナゲットが形成されるため、アーマチュア4におけるアーム9と磁気回路形成部材11との接合力の向上を実現することができる。特に、アーム9と磁気回路形成部材11とに対してメッキや浸炭等が施されていてもアーマチュア4におけるアーム9と磁気回路形成部材11との接合力の向上を実現することができる。その結果として、アーマチュア4が分解することが無くなり、アーマチュア4の高寿命化を実現することができる。
また、アーム9と磁気回路形成部材11との間に電気抵抗増大材50を介在させることによって、電気抵抗増大材50を介在させない場合に比べ、小さい溶接電流値で大きな接合力及びナゲット形成領域を得ることができる。したがって、電気抵抗増大材50を介在させない場合に比べ、アーム9及び磁気回路形成部材11に流す電流を小さくすることが可能になり、それらの変形を防止することができる。そのため、スポット溶接されたアーム9と磁気回路形成部材11とに支点軸13を取り付ける場合にも、スムーズに支点軸13を圧入することができる。
なお、本実施の形態では、設置工程はアーム9をその厚さ方向から挟持するように磁気回路形成部材11をアーム9に設けることから、アーム9の厚さ方向の両側に磁気回路形成部材11が存在し、安定したアーマチュアの揺動動作を実現することができる。ここで、アーム9の厚さ方向の両側に磁気回路形成部材11が存在していても、アーム9と磁気回路形成部材11との間に電気抵抗増大材50を介在させることによって、アーマチュア4におけるアーム9と磁気回路形成部材11との接合力の向上を実現することができる。
また、本実施の形態では、設置工程前にアーム9と磁気回路形成部材11とに対してメッキを施すメッキ工程を備えることから、アーマチュア4における防錆及びワイヤ10のロウ付け性の向上を実現することができる。特に、本実施の形態では、メッキ工程は、アーム9と磁気回路形成部材11とに対して電解ニッケルメッキを施すことから、確実に、アーマチュア4における防錆及びワイヤ10のロウ付け性の向上を実現することができる。なお、アーム9と磁気回路形成部材11とに対してメッキが施されていても、アーム9と磁気回路形成部材11との間に電気抵抗増大材50を介在させることによって、アーマチュア4におけるアーム9と磁気回路形成部材11との接合力の向上を実現することができる。
また、本実施の形態では、設置工程前にアーム9と磁気回路形成部材11とに対して浸炭を施す浸炭工程を備えることから、アーム9及び磁気回路形成部材11の表面硬度を向上させることができる。なお、アーム9と磁気回路形成部材11とに対して浸炭が施されていても、アーム9と磁気回路形成部材11との間に電気抵抗増大材50を介在させることによって、アーマチュア4におけるアーム9と磁気回路形成部材11との接合力の向上を実現することができる。
また、本実施の形態では、設置工程前にアーム9と磁気回路形成部材11とを異種材料で形成する形成工程を備えることから、アーム9を磁気回路形成部材11と異なる材料で形成することが可能になり、アーム9の強度を向上させることができる。特に、本実施の形態では、形成工程は、アーム9をSK材で形成し、磁気回路形成部材11をSiFe材で形成することから、アーム9を磁気回路形成部材11と異なる材料であるSK材で形成することが可能になり、容易にアーム9の強度を向上させることができる。なお、アーム9と磁気回路形成部材11とが異種材料であっても、アーム9と磁気回路形成部材11との間に電気抵抗増大材50を介在させることによって、アーマチュア4におけるアーム9と磁気回路形成部材11との接合力の向上を実現することができる。
また、本実施の形態では、設置工程前にアーム9と磁気回路形成部材11とに貫通孔である仮固定孔15を形成する形成工程と、設置工程後であって溶接工程前に仮固定孔15に仮固定軸12を圧入することでアーム9と磁気回路形成部材11とを仮固定する仮固定工程とを備えることから、スポット溶接において簡単にアーム9と磁気回路形成部材11とを溶接することができる。
また、本実施の形態では、設置工程前にアーム9と磁気回路形成部材11と仮固定軸12に対してメッキを施すメッキ工程を備えることから、アーマチュア4における防錆及びワイヤ10のロウ付け性の向上を実現することができ、さらに、メッキが施されていない部分にスポット溶接の電流が集中することを防止することが可能になるので、接合のために十分な発熱を接合面に発生させることができる。
本実施の形態のアーマチュア4の製造方法と比較例のアーマチュア4の製造方法とによりそれぞれアーマチュア4を製造し、それぞれのスポット溶接強度とナゲット形成領域とを比較した。なお、本実施の形態のアーマチュア4の製造方法と比較例のアーマチュア4の製造方法との相違点は、アーム9と磁気回路形成部材11との間に電気抵抗増大材50を介在させるか否かであり、比較例のアーマチュア4の製造方法は、アーム9と磁気回路形成部材11との間に電気抵抗増大材50を介在させない製造方法である。
まず、アーマチュア4の製造に用いるアーム9及び磁気回路形成部材11の構成について説明する。
[アーム9]
母材はSK−5M材であり、その硬度はHv580であり、その厚さは0.20mmである。表面のメッキは、電解ニッケルメッキ(Ep−Fe/E−Ni)であり、メッキ厚さは5μmである。なお、電解ニッケルメッキは、融点が1400℃と高く母材が変化する可能性があるスポット溶接により溶けにくく、スポット溶接強度の確保が困難な材料である。
[磁気回路形成部材11]
母材は1%SiFe材であり、その厚さは0.6mmである。表面のメッキは、電解ニッケルメッキ(Ep−Fe/E−Ni)であり、メッキ厚さは5μmである。なお、表面硬化処理として浸炭処理が施されている。浸炭深さ(硬化層深さ)は0.10mmである。
このような構成のアーム9と磁気回路形成部材11とを用いて、本実施の形態のアーマチュア4の製造方法と比較例のアーマチュア4の製造方法とによりそれぞれアーマチュア4を製造し、それぞれのスポット溶接強度及びナゲット形成領域を測定した。測定したスポット溶接強度は図4に示されており、ナゲット形成領域は図5に示されている。
なお、本実施の形態のアーマチュア4の製造方法と比較例のアーマチュア4の製造方法とにおけるスポット溶接の際には、図5に示すようなスポット溶接の条件(本実施例及び比較例)に基づいて、アーム9と磁気回路形成部材11とをスポット溶接する。
ここで、図5はスポット溶接の条件及びスポット溶接強度を示す説明図、図6はナゲット形成領域を概略的に示し、(A)は本実施の形態のアーマチュア4の製造方法によるナゲット形成領域を示す平面図、(B)は比較例のアーマチュア4の製造方法によるナゲット形成領域を示す平面図である。
図5に示すように、本実施の形態のアーマチュア4の製造方法により製造されたアーマチュア4(以下、単に本実施例のアーマチュア4という)のスポット溶接強度は5.8kgf・cmとなり、比較例のアーマチュア4の製造方法により製造されたアーマチュア4(以下、単に比較例のアーマチュア4という)のスポット溶接強度は5.5kgf・cmとなっている。したがって、本実施例のアーマチュア4は、比較例のアーマチュア4に比べ、アーム9と磁気回路形成部材11との接合力が5.5%程度増加している。これにより、本実施例のアーマチュア4のスポット溶接強度は比較例のアーマチュア4のスポット溶接強度に比べ大きくなることが確認された。また、溶接電流値が小さくても接合力が増加することも確認された。さらに、図6(A)及び図6(B)に示すように、本実施例のアーマチュアのナゲット形成領域R1は、比較例のアーマチュア4のナゲット形成領域R2に比べ、1.5倍程度大きくなっている。これにより、本実施例のアーマチュア4のナゲット形成領域R1は比較例のアーマチュア4のナゲット形成領域R2に比べ大きくなることが確認された。
したがって、本実施の形態のアーマチュア4の製造方法のようにアーム9と磁気回路形成部材11との間に電気抵抗増大材50を介在させることによって、溶融しにくい電解ニッケルメッキにおいても接合力の向上及びナゲット形成領域(R1>R2:図6(A)及び図6(B)参照)の拡大を実現することができる。また、比較例のアーマチュア4の製造方法のように電気抵抗増大材50を介在させない場合に比べ、小さい溶接電流値で大きな接合力及びナゲット形成領域を得ることもできる。
本発明の一実施の形態のワイヤドットプリンタヘッドを概略的に示す中央縦断正面図である。 ワイヤドットプリンタヘッドが備えるアーマチュアを分解して概略的に示す分解斜視図である。 ワイヤドットプリンタヘッドが備えるアーマチュアの製造方法の流れを示す説明図である。 ワイヤドットプリンタヘッドが備えるアーマチュアの製造方法を説明するための説明図である。 スポット溶接の条件及びスポット溶接強度を示す説明図である。 ナゲット形成領域を概略的に示し、(A)は本実施の形態のアーマチュアの製造方法によるナゲット形成領域を示す平面図、(B)は比較例のアーマチュアの製造方法によるナゲット形成領域を示す平面図である。
符号の説明
4 アーマチュア
9 アーム
10 印字用ワイヤ(ワイヤ)
11 磁気回路形成部材
12 仮固定軸
15 仮固定孔
50 電気抵抗増大材

Claims (9)

  1. 印字用ワイヤが設けられるアームとこのアームに設けられた磁気回路形成部材とを有するアーマチュアを製造するアーマチュアの製造方法において、
    前記アームと前記磁気回路形成部材とに貫通孔である仮固定孔と支点軸が圧入される支点孔とを形成する形成工程と、
    前記形成工程後に、前記アームと前記磁気回路形成部材との間にそれらの間の電気抵抗を高める電気抵抗増大材を介在させ、前記アームに前記磁気回路形成部材を設ける設置工程と、
    前記設置工程後に、前記仮固定孔に仮固定軸を圧入することで前記アームと前記磁気回路形成部材とを仮固定する仮固定工程と、
    前記仮固定工程後に、前記電気抵抗増大材が介在する前記アームと前記磁気回路形成部材とをスポット溶接して前記仮固定孔と前記支点孔との間にナゲット領域を形成する溶接工程と、
    を備えることを特徴とするアーマチュアの製造方法。
  2. 前記ナゲット領域は、前記仮固定孔および前記支点孔の双方から離間して形成されたことを特徴とする請求項1に記載のアーマチュアの製造方法。
  3. 前記設置工程は、前記アームをその厚さ方向から挟持するように前記磁気回路形成部材を前記アームに設ける、
    ことを特徴とする請求項1または2に記載のアーマチュアの製造方法。
  4. 前記設置工程前に、前記アームと前記磁気回路形成部材とに対してメッキを施すメッキ工程を更に備える、
    ことを特徴とする請求項1または2に記載のアーマチュアの製造方法。
  5. 前記メッキ工程は、前記アームと前記磁気回路形成部材とに対して電解ニッケルメッキを施す、
    ことを特徴とする請求項4に記載のアーマチュアの製造方法。
  6. 前記設置工程前に、前記アームと前記磁気回路形成部材とに対して浸炭を施す浸炭工程を更に備える、
    ことを特徴とする請求項1または2に記載のアーマチュアの製造方法。
  7. 前記形成工程は、前記アームと前記磁気回路形成部材とを異種材料で形成する、
    ことを特徴とする請求項1または2に記載のアーマチュアの製造方法。
  8. 前記形成工程は、前記アームをSK材で形成し、前記磁気回路形成部材をSiFe材で形成する、
    ことを特徴とする請求項7に記載のアーマチュアの製造方法。
  9. 前記設置工程前に、前記アームと前記磁気回路形成部材と前記仮固定軸に対してメッキを施すメッキ工程を更に備える、
    ことを特徴とする請求項1または2に記載のアーマチュアの製造方法。
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