JP4887410B2

JP4887410B2 - 印字ヘッドおよび印刷装置

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Publication number: JP4887410B2
Application number: JP2009208700A
Authority: JP
Inventors: 康正佐川
Original assignee: 株式会社沖データ
Priority date: 2009-09-09
Filing date: 2009-09-09
Publication date: 2012-02-29
Anticipated expiration: 2029-09-09
Also published as: US20110058877A1; CN102019761A; CN102019761B; JP2011056776A; US9090088B2

Description

本発明は、ドットインパクト方式の印字ヘッドおよびその印字ヘッドを備えた印刷装置に関する。

従来のＳＩＤＭ（ＳｅｒｉａｌＩｍｐａｃｔＤｏｔＭａｔｒｉｘ）印字ヘッド（クラッパ型）（以下、「印字ヘッド」という。）は、複数の印字素子から構成されており、その構成を図１０および図１１に基づいて説明する。

図１０において、コイルボビン１０２に任意のターン数でコイル１０６が巻かれており、その内側に柱状で磁気特性の良いコア１０１が配置されている。このコア１０１に接触してコアヨーク１０３、スペースヨーク１２５、およびスペースシート１２６が、またコア１０１と空隙を挟んで対向するようにアーマチュア１０４が、さらにアーマチュア１０４を挟み込みスペースヨーク１２５と接触するようにアーマチュアヨーク１１６が配置されており、これらの磁性体部材が磁路１２１を構成している。

アーマチュア１０４は、コンプレッションスプリング等で構成され、一端が固定されたリセットスプリング１０８によりリミッタ部１０７に押圧されており、先端にワイヤ１０５が溶着されている。図１１に示すようにリミッタ部１０７（ラバーリミッタ１０７ａ、シートリミッタ１０７ｂ）と筐体１１７との間には１枚、もしくは複数枚のスペーサ１３０が実装されており、これによりリミッタ部１０７のアーマチュア１０４との接触面の位置を上下させ、アーマチュア１０４のワイヤストロークを調整している。

各印字素子としてのワイヤ１０５は、ガイドノーズ１２０に固定されているワイヤガイド１０９により、先端がドットマトリクスを構成するように位置決めされており、またガイドノーズ１２０に固定されている複数の中間ガイド１１８がワイヤ１０５の横振動や座屈を抑制している。

前述したリセットスプリング１０８は、ホルダスプリング１２４に実装されており、アーマチュア１０４を押圧して待機位置に戻す力を作用させている。また、図１１に示すようにアーマチュア１０４は、接触するスペースシート１２６を介してスペースヨーク１２５面およびアーマチュアヨーク１１６面へプレッシャスプリング１１５により押圧されており、この接触点が、アーマチュア１０４が運動する回転支点１２９となる。プレッシャスプリング１１５は、筐体１１７が構成する面に固定されており、アーマチュア１０４の支点部に押圧力が作用するように任意の角度に曲げ加工がされている。

電源１１２からヘッド基板１２２にあるコネクタ１２３を通してコイル１０６に通電されると磁路１２１に磁束が発生し、その磁路１２１の一部であるコア１０１とアーマチュア１０４との空隙の磁束がアーマチュア１０４をコア１０１側に引き寄せる吸引力（電磁力）として作用する。

これにより、アーマチュア１０４と接合されているワイヤ１０５は、プラテン１１４方向へ運動を開始し、プラテン１１４により背面を支持された用紙１１１にインクリボン１１０を介してインパクトし、ドットを生成する。

電源１１２からコイル１０６への通電を止めると、吸引力が減少していき、インパクトの反力とリセットスプリング１０８のアーマチュア１０４への押圧力が、その吸引力の影響に勝ったときに、アーマチュア１０４は運動方向を反転し、リミッタ部１０７の位置に復帰する。このリミッタ部１０７は、制振材料もしくはその複合材により構成されており、リセット時のアーマチュア１０４の残振動を抑え、連続してドットを生成する場合の応答性に支障がないようにしている。

この一連の動作タイミングを制御部１１３により制御することで、用紙１１１へのドットの集合体である文字を形成することができるようになっている。なお、クランプスプリング１１９は、これらの部品をユニット化するための部材である。

このように従来の印字ヘッドは、構成されている。

また、レバー（アーマチュア）を保持するレバーホルダとヘッド構成部材を締結保持する固定バネとの間に金属性の補強板を設けているものがある（例えば、特許文献１参照）。

実開平２−１３３３４５号公報（１頁、図１）

しかしながら、上述した従来の技術においては、アーマチュアの回転支点を押圧するプレッシャスプリングの形状が制限されるため、アーマチュアの回転支点の浮きを完全に防止する十分な押圧力を得ることが難しいという問題がある。

上述のようにプレッシャスプリングの形状が制限されるのは、プレッシャスプリングの花弁状の板バネ部をそれぞれ片持ち梁としていることにより、幅を増やすことでの押圧力を強化することは、印字ヘッドの実装上、困難であり、また板厚を増やすことで押圧力を強化しようとすると塑性域に入ってしまいイレギュラー的な荷重が負荷された場合、変形が元に戻らず適切な押圧力を与えることができず、運動特性の低下やワイヤ間のバラつきを発生させてしまうためである。

本発明は、このような問題を解決することを課題とし、アーマチュアの回転支点の浮きを防止することを目的とする。

そのため、本発明は、端部に印字ワイヤが取り付けられ、回動自在に設けられたアーマチュアを有する印字ヘッドにおいて、前記アーマチュアの回転支点と接触するヨークと、前記ヨークとの間で前記アーマチュアを挟んで、前記アーマチュアの回転支点を前記ヨークに押圧する片持ち梁構造の弾性部材と、前記弾性部材の一端部を固定するとともに前記弾性部材との間に空隙を形成しつつ前記弾性部材を覆う筐体と、前記筐体と前記弾性部材との間に、前記筐体および前記弾性部材に接触し、潤滑油を含浸させた押圧部材とを備え、前記押圧部材は、前記弾性部材の固定端から自由端まで接触するフェルトであることを特徴とする。

このようにした本発明は、アーマチュアの回転支点の浮きを防止することができるという効果が得られる。

第１の実施例における印字ヘッドの構成を示す概略断面図第１の実施例における印字ヘッドの構成を示す分解斜視図第１の実施例におけるプレッシャフェルトの構成を示す説明図第１の実施例におけるプレッシャフェルトの構成を示す断面図第１の実施例におけるアーマチュア支点変位と押圧力の関係を示すグラフ第１の実施例におけるアーマチュア支点浮きを示す波形第２の実施例におけるアーマチュア支点部の構成を示す断面図第３の実施例における筐体の構成を示す説明図第３の実施例におけるプレッシャフェルトの構成を示す断面図従来例における印字ヘッドの構成を示す概略断面図従来例における印字ヘッドの構成を示す要部断面図

以下、図面を参照して本発明による印字ヘッドおよび印刷装置の実施例を説明する。

図１は第１の実施例における印字ヘッドの構成を示す概略断面図、図２（ａ）および図２（ｂ）は第１の実施例における印字ヘッドの構成を示す分解斜視図である。

図１および図２において、コイルボビン２に任意のターン数でコイル６が巻かれており、その内側に柱状で磁気特性の良いコア１が配置されている。このコア１に接触してコアヨーク３、スペースヨーク２５、およびスペースシート２６が、またコア１と空隙を挟んで対向するようにアーマチュア４が、さらにアーマチュア４を挟み込みスペースヨーク２５と接触するようにアーマチュアヨーク１６が配置されており、これらの磁性体部材が磁路２１を構成している。

アーマチュア４は、コンプレッションスプリング等で構成され、一端が固定されたリセットスプリング８によりリミッタ部７に押圧されており、先端部に印字ワイヤとしてのワイヤ５が溶着されている。図２に示すようにリミッタ部７（ラバーリミッタ７ａ、シートリミッタ７ｂ）と筐体１７との間には１枚、もしくは複数枚のスペーサ３０が実装されており、これによりリミッタ部７のアーマチュア４との接触面の位置を上下させ、アーマチュア４のワイヤストロークを調整している。

各印字素子としてのワイヤ５は、ガイドノーズ２０に固定されているワイヤガイド９により、先端がドットマトリクスを構成するように位置決めされており、またガイドノーズ２０に固定されている複数の中間ガイド１８がワイヤ５の横振動や座屈を抑制している。

前述したリセットスプリング８は、ホルダスプリング２４に実装されており、アーマチュア４を押圧して待機位置に戻す力を作用させている。また、アーマチュア４は、接触するスペースシート２６を介してスペースヨーク２５面、およびアーマチュアヨーク１６面へプレッシャスプリング１５により押圧されており、この接触点が、アーマチュア４が運動する回転支点２９となり、アーマチュア４は回動自在に構成されている。

プレッシャスプリング１５は、片持ち梁構造の弾性部材（例えば、板バネ）であり、その一端部が筐体１７の一面に固定され、他端部が自由端となってアーマチュア４に接触するように配置されており、スペースヨーク２５およびアーマチュアヨーク１６との間でアーマチュア４を挟むように配置されている。また、プレッシャスプリング１５は、アーマチュア４の回転支点２９に押圧力が作用するように任意の角度に曲げ加工がされた屈曲部が形成されている。

筐体１７は、ホルダスプリング２４との間でプレッシャスプリング１５の一端部を挟持して固定し、プレッシャスプリング１５との間に空隙を形成しつつ、そのプレッシャスプリング１５全体を覆っている。

また、アーマチュア４を押圧しているプレッシャスプリング１５と筐体１７との間には、繊維の目が細かい硬質フェルト等の繊維体で構成された押圧部材としてのプレッシャフェルト４０がプレッシャスプリング１５および筐体１７に接触するように配置され、そのプレッシャフェルト４０の弾性により、さらにプレッシャスプリング１５をアーマチュア４に押圧するようにしている。

電源１２からヘッド基板２２にあるコネクタ２３を通してコイル６に通電されると磁路２１に磁束が発生し、その磁路２１の一部であるコア１とアーマチュア４との空隙の磁束がアーマチュア４をコア１側に引き寄せる吸引力（電磁力）として作用する。

これにより、アーマチュア４と接合されているワイヤ５は、プラテン１４方向へ運動を開始し、プラテン１４により背面を支持された用紙１１にインクリボン１０を介してインパクトし、ドットを生成する。

電源１２からコイル６への通電を止めると、吸引力が減少していき、インパクトの反力とリセットスプリング８のアーマチュア４への押圧力が、その吸引力の影響に勝ったときに、アーマチュア４は運動方向を反転し、リミッタ部７の位置に復帰する。このリミッタ部７は、制振材料もしくはその複合材により構成されており、リセット時のアーマチュア４の残振動を抑え、連続してドットを生成する場合の応答性に支障がないようにしている。

この一連の動作タイミングを中央演算処理装置等の制御部１３が図示しないメモリ等の記憶部に記憶された制御プログラム（ソフトウェア）に基づいて制御することで、用紙１１へのドットの集合体である文字を形成することができるようになっている。なお、クランプスプリング１９は、これらの部品をユニット化するための部材である。

ここで、プレッシャフェルト４０を図３の第１の実施例におけるプレッシャフェルトの構成を示す説明図、図４の第１の実施例におけるプレッシャフェルトの構成を示す断面図に基づいて説明する。

図３において、プレッシャフェルト４０は、材質を繊維の目が細かい硬質フェルトとし、中央部４０ａから花弁形状に延びたそれぞれの外周先端部４０ｂ（例えば、２４箇所）が筐体１７のリブ１７ａ間に挿入されるようになっている。なお、図３（ａ）は筐体にプレッシャフェルトを実装した状態の正面図、図３（ｂ）は筐体にプレッシャフェルトを実装した状態の斜視図、図３（ｃ）はプレッシャフェルトの斜視図である。

図４において、プレッシャフェルト４０は、筐体１７と、アーマチュア４を押圧しているプレッシャスプリング１５との間に、プレッシャスプリング１５とオーバラップするように、すなわちプレッシャフェルト４０の厚さは、筐体１７とプレッシャスプリング１５との間の距離よりも大きく、またプレッシャフェルト４０の長さは、プレッシャスプリング１５の固定端から自由端までの長さと略同じ長さになっており、プレッシャスプリング１５の屈曲部を押圧するように実装されている。

また、そのプレッシャフェルト４０には、フッ素オイル等の湿度特性が良好な潤滑オイルが含浸されている。また、スペースシート２６は、ステンレス（金属）やポリイミド（ポリマー）などの耐摩耗特性の良い材料で構成されている。

図４（ａ）はアーマチュアを実装した状態を示し、図４（ｂ）はアーマチュアを実装していない状態を示しており、その図４（ｂ）において、プレッシャフェルト４０の板厚は、筐体１７の段差高さｈに対し、Δだけ大きく、厚さ（ｈ＋Δ）となっている。また、プレッシャスプリング１５の板厚をｔ、プレッシャスプリング１５を挟み込む筐体１７とホルダスプリング２４との空隙をｄとすると、筐体１７の段差高さｈと筐体１７とホルダスプリング２４との空隙ｄの和が、プレッシャフェルト４０の板厚（ｈ＋Δ）とプレッシャスプリング１５の板厚ｔの和よりも小さくなっている。

すなわち、ｈ＋ｄ＜（ｈ＋Δ）＋ｔ、の関係があり、Δ＞ｄ−ｔ（ガタ）となる。

Δは、プレッシャフェルト４０が、筐体１７およびプレッシャスプリング１５にオーバラップする量となる。

このように印字ヘッドは、プレッシャスプリング１５と筐体１７との間にプレッシャフェルト４０が配置されて構成され、インパクトプリンタ等の印刷装置に実装される。

上述した構成の作用について説明する。

図４（ａ）に示すように、プレッシャスプリング１５はプレッシャフェルト４０の弾性力により押圧されるため、十分な力でアーマチュア４を押圧する。したがって、アーマチュア４の回転支点部は、スペースシート２６に十分な力で押圧され、その浮き上がりが大幅に抑制される。

図５は、第１の実施例におけるアーマチュア支点変位と押圧力の関係を示すグラフであり、従来の方式の場合と、第１の実施例のプレッシャフェルト４０を設けた場合のアーマチュア４への押圧力を比較したものである。図５（ａ）は、横軸を図５（ｂ）に示すアーマチュアの支点の変位量Ｘとし、縦軸を図５（ｂ）に示すアーマチュアの支点の押圧力Ｆとしている。

このように図５（ａ）は、プレッシャフェルト４０を設けた場合のアーマチュア４をスペースシート２６に押圧する力が、プレッシャフェルト４０を設けない場合の押圧力と比較して大きくなっていることを示している。

また、図６は第１の実施例におけるアーマチュア支点浮きを示す波形をワイヤ５の飛行波形およびコイル１への駆動電流の波形とともに示したものであり、図６（ａ）は従来例、図６（ｂ）は本実施例を示している。なお、図６（ａ）および図６（ｂ）の縦軸で示すワイヤ５飛行の正方向およびアーマチュア４の支点浮き正方向を図６（ｃ）に示している。

図６に示すように本実施例では、アーマチュア４の支点部の浮き上がりを大幅に抑制することができる。従来例では、アーマチュア４の支点部の浮き上がりは印字ヘッド動作時のワイヤ５のインパクトサイクルと相俟って微小振動となるが、本実施例ではその微小振動が抑制される。

また、図４（ａ）に示すように、プレッシャフェルト４０に含浸された潤滑オイルは、図中矢印Ａが示す方向、すなわちプレッシャスプリング１５、アーマチュア４、スペースヨーク２５、アーマチュアヨーク１６へと表面を伝わっていく。プレッシャフェルト４０の中心部は十分な体積を有しているため、十分な潤滑オイルを含浸させることができる。

以上説明したように、第１の実施例では、プレッシャフェルトの外周先端部が図５に示すように従来例と比較して大きな押圧力でアーマチュアの回転支点を拘束するようにしたことにより、アーマチュアの回転支点部の浮きを防止することができ、その回転支点部に発生する微小振動を抑制することができるという効果が得られる。

また、アーマチュアの回転支点部に発生する微小振動に起因するアーマチュアの回転支点部およびそれと接触するスペースシート、アーマチュアヨークの摺動部のフレッジング磨耗を低減させることができるという効果が得られる。

さらに、プレッシャフェルトの中心部に十分な体積を持たせているため、十分な潤滑オイルを含浸させることができ、その潤滑オイルが外周先端部を通り、アーマチュアと、プレッシャスプリング、スペースシート、およびアーマチュアヨークとの摺動面に供給され、境界（液体）潤滑となるため、これによる耐磨耗効果が得られる。

またさらに、プレッシャフェルトは目の細かいフェルトで構成され、その中央部に体積を持たせるようにしているため、潤滑オイルの保持性能が良好であり、経時的に安定して潤滑オイルを供給することができる。その結果、長期間にわたり前記摺動部の磨耗を低減させることができ、ワイヤの印字力や速度等の運動性能を長期間にわたり安定させ、超寿命化させることができるという効果が得られる。

また、プレッシャフェルトは、その外周部先端部でプレッシャスプリングを介し、アーマチュアを押圧するほか、その中心部でもオーバラップ量Δでプレッシャスプリングを押圧するため、プレッシャスプリングとそれが入り込む筐体とホルダスプリングが成す空隙とのガタを吸収することができ、拘束不良に伴うプレッシャスプリングのピン（ワイヤ）間の押圧力のバラつきや振動（騒音）を抑制することができるという効果が得られる。

第２の実施例の構成を図７の第２の実施例におけるアーマチュア支点部の構成を示す断面図に基づいて説明する。

第２の実施例の構成は、図７（ｂ）に示す第１の実施例の構成からスペースシート２６を削除し、図７（ａ）に示すようにアーマチュア４の回転支点が直接スペースヨーク２５に接触するように構成している。それに伴い、スペースヨーク２５およびアーマチュアヨーク１６に硬質で摩擦係数の低い無電解ニッケルボロンメッキ処理を行う。

アーマチュア４は、一般的に無電解ニッケルメッキ処理等で良いが、アーマチュア４にも無電解ニッケルボロンメッキ処理を行うようにしても良い。

なお、上述した第１の実施例と同様の部分は、同一の符号を付してその説明を省略する。

上述した構成の作用について説明する。

従来例および第１の実施例では、図７（ｂ）に示すようにスペースシート２６は、５０μｍ程度の金属箔や樹脂シートにより構成されるが、その薄さにより反りが発生し易い。この反りがある場合、スペースシート２６は、アーマチュア４の支点部を弾ませる（浮かせる）弾性体となり、微小振動を発生させる。

第２の実施例では、図７（ａ）に示すようにスペースシート２６を削除し、アーマチュア４の支点部が直接スペースヨーク２５に接触するようにしているため、上記微小振動を発生させる要因を取り去ることができ、アーマチュア４の支点部に発生する微小振動を抑制することができる。

また、スペースシート２６の替わりに施行したスペースヨーク２５およびアーマチュアヨーク１６への無電解ニッケルボロンメッキ処理により、スペースヨーク２５およびアーマチュアヨーク１６の表面が硬化され、アーマチュア４との摺動面の摩擦力が低減される。

以上説明したように、第２の実施例では、第１の実施例の効果に加え、第１の実施例で採用していたスペースシートの加工不良等による反りに起因して発生し得る微小振動をなくし、この微小振動に起因するフレッジング磨耗を防止することができるという効果が得られる。

また、無電解ニッケルボロンメッキ処理により、アーマチュアとスペースヨークおよびアーマチュアヨークとの摺動面の摩擦力が小さくなるため、ワイヤの印字力や速度等の運動特性を向上させることができるという効果が得られる。

さらに、無電解ニッケルボロンメッキの持つ摩擦係数低下の効果および硬化の効果により、アーマチュア、スペースヨークおよびアーマチュアヨークの磨耗量を低減させることができ、耐食性により塩害等の腐食の影響（腐食磨耗）を受けづらく、第１の実施例よりも印字ヘッドの動作を安定させ、また長寿命化させることができるという効果が得られる。

またさらに、スペースヨーク、アーマチュアヨーク、およびアマーチュアとワイヤとの溶着部品は、他の部材と接着等でユニット化されておらず、それらの部品は磨耗の影響が出てきた場合、部品毎に保守交換ができるという効果が得られる。

第３の実施例の構成を図８の第３の実施例における筐体の構成を示す説明図に基づいて説明する。なお、図８（ａ）は第３の実施例における筐体の平面図、図８（ｂ）は第３の実施例における筐体の斜視図、図８（ｃ）は従来例における筐体の平面図、図８（ｄ）は従来例における筐体の斜視図である。

第３の実施例の構成は、図８（ａ）、図８（ｂ）に示すように、第１の実施例または第２の実施例の構成における筐体１７のプレッシャフェルト４０との接触面に凹形状の閉空間としてのオイル溜り部（オイル貯留部）５０を形成している。図８（ａ）、図８（ｂ）では、各アーマチュアに対応するように複数のオイル溜り部５０を形成しているが、それらを繋げて１つの閉空間としても良い。また、オイル溜り部５０にプレッシャフェルト４０のような材質からなるオイル吸収体を入れるようにしても良い。

なお、上述した第１の実施例および第２の実施例と同様の部分は、同一の符号を付してその説明を省略する。

上述した構成の作用について説明する。

図９は第３の実施例におけるプレッシャフェルトの構成を示す断面図である。

筐体１７のプレッシャフェルト４０との接触部に凹型の閉空間としてのオイル溜り部５０を形成したことにより、そのオイル溜り部５０を利用してプレッシャフェルト４０に吸収された容量以上に潤滑オイルを貯蔵することができる。

図９に示すように、オイル溜り部５０に貯蔵された潤滑オイルは、図中矢印Ｂが示す方向、すなわちプレッシャフェルト４０、プレッシャスプリング１５、アーマチュア４、スペースヨーク２５、アーマチュアヨーク１６へと表面を伝わっていく。

以上説明したように、第３の実施例では、第１の実施例および第２の実施例の効果に加え、オイル溜り部を形成したことにより、そのオイル溜り部を利用してプレッシャフェルトに吸収された容量以上に潤滑オイルを貯蔵し、潤滑オイルの総容量を増加させることができるため、アーマチュアと各部品の摺動部への潤滑オイルの供給時間を延ばすことができ、さらに印字ヘッドを長寿命化することができるという効果が得られる。

４アーマチュア
５ワイヤ
１５プレッシャスプリング
１６アーマチュアヨーク
１７筐体
２５スペースヨーク
３０スペーサ
４０プレッシャフェルト
５０オイル溜り部

Claims

端部に印字ワイヤが取り付けられ、回動自在に設けられたアーマチュアを有する印字ヘッドにおいて、
前記アーマチュアの回転支点と接触するヨークと、
前記ヨークとの間で前記アーマチュアを挟んで、前記アーマチュアの回転支点を前記ヨークに押圧する片持ち梁構造の弾性部材と、
前記弾性部材の一端部を固定するとともに前記弾性部材との間に空隙を形成しつつ前記弾性部材を覆う筐体と、
前記筐体と前記弾性部材との間に、前記筐体および前記弾性部材に接触し、潤滑油を含浸させた押圧部材とを備え、
前記押圧部材は、前記弾性部材の固定端から自由端まで接触するフェルトであることを特徴とする印字ヘッド。
請求項１の印字ヘッドを備えた印刷装置。