JPH03193360A - 印字ヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野　〕 本発明はコンピュータシステムの出力装置である衝撃式
プリンタの衝撃式プリントヘッドに関するものである。

〔従来の技術　〕

電子計算機が開発された当初から、プリンタは出力装置
として重要な地位を占めてきた。現在ではオフィスコン
ピュータ、パソコン、ワープロに代表される小型システ
ムの普及と共に急速に発展し、プリンタの種類は非常に
多くなっている。

中でも衝撃式ワイヤドツトマトリクスプリンタは、印字
速度領域が広い、多くの文字を選択できる。同時複写が
とれる１節易性に冨む、低価格であるなどの特徴をもち
、現在ある多種多様なプリンタの中にあっても依然プリ
ンタの代表的存在である。

そして現在もなおプリンタの小型軽量化、高速化が進め
られ、低消費電力化、高信頬度化更にその生産性、経済
性の向上などが追求されている。

特にドツトプリンタの技術開発の中枢である印字ヘッド
においては、基本となる電磁メカニズムの理論設計と共
に量産効果の高い構造を追求した設計が重要であって、
そのメカニズムも電磁吸引型のプランジャマグネット方
式およびクランパマグネット方式から、ばねの歪エネル
ギーを印字エネルギーとして利用する電磁解放型のばね
駆動方式に推移してきている。

第４図は従来の電磁解放型印字ヘッドの断面図である。

図において１はリング状の永久磁石、２はコアであり消
磁コイル３が巻かれている。

４はベースヨーク、５はリングヨークでありベースヨー
ク４上に永久磁石１を固定し、消磁コイル３が巻かれた
複数のコア２をリング状の永久磁石１の内側に同心にな
るように所定の位置に配置して、さらにリングヨーク５
を永久磁石１上に固定している。

６は板ばねであり延在方向が前記コア２の上にくるよう
に一端がリングヨーク５上にスペーサ７を挾み込んで載
せられている。

板ばね６の他端上面にはアーマチュア８がそれぞれのコ
ア２の直上にくるように固定され、アーマチュア８の端
部にはワイヤ９が上側に突出するように固定されている
。

１０は中央部に前記ワイヤ９を所定の配置にガイドする
ガイド穴１０ａを有するワイヤガイドであり、ガイド穴
１０ａにワイヤ９を通しアーマチュアヨーク１１を挟み
込んで板ばね６上に載せて全一体とすることで印字ヘッ
ドが形成されている。

印字が行われない状態においてはコア２に巻かれている
消磁コイル３に電圧を印加しないので消磁コイル３は励
磁されず、永久磁石１．ベースヨーク４．コア３．板ば
ね６に固定されたアーマチュア８．アーマチュアヨーク
１１．リングヨーク５により形成される磁路を永久磁石
１の磁束が通り、アーマチュア８がコア２に板ばね６の
ばね力に抗して引きつけられている。

印字を行う場合は所定の消磁コイル３に電圧を印加する
ことにより消磁コイル３は励磁され、前記した永久磁石
１の磁束を打ち消す磁束が発生することで、アーマチュ
ア８は消磁コイル３の磁束がある程度強くなったところ
で永久磁石１の磁束の影響を受けな（なり、このため板
ばね６が自身のばね力により元の状態に戻ることで、板
ばね６の他端に固定されているアーマチュア８及びアー
マチュア８の端部に固定されているワイヤ９がこのばね
力により加速され、ワイヤ９がワイヤガイド１０のガイ
ド穴１０ａから突出して図示しないがワイヤ９の先端が
インクリボン等を介して印字媒体に打撃することでイン
クリボンのインクが印字媒体に転写され所定の印字が行
われることになる。

印字が終了したなら、消磁コイル３に対する電圧の印加
を停止することで消磁コイル３の磁束が無くなり、再度
永久磁石１の磁束によりアーマチュア８をコア２に引き
つけておくことができようになっていた。

〔発明が解決しようとする課題　〕 しかしながら上述した従来技術は以下のような問題を有
している。

すなわち、非印字時は永久磁石の磁束によりアーマチュ
アはコアに引きつけられ、印字時には消磁コイルに電圧
を印加することで消磁コイルを励磁させ消磁コイルの磁
束により永久磁石の磁束を打ち消してアーマチュアが磁
束の影響を受けないようにしているが、消磁コイルの電
圧を印加し始めてから消磁コイルの磁束が永久磁石の磁
束を打ち消す強さになるまでにはある程度時間がかかり
、完全に磁束が打ち消されるまでの間アーマチュアは永
久磁石の磁束と消磁コイルの磁束の両方の影響下で運動
しなければならず、アーマチュアを最適な条件で動作さ
せるためには陶磁束の影響と板ばねのばね力等の複合的
な力を調整して行かなければならないため、大変な手間
がかかるという問題を有している。

本発明は以上のような問題を解決するためになされたも
ので、印字ヘッドの非印字時にはアーマチュアを高い吸
引力でコアに保持すると共に、消磁コイルに電圧を印加
したときに消磁コイルから効率良（磁束が発生するよう
にすることで永久磁石の磁束を打ち消してアーマチュア
が磁束の影響を受けなくなるまでの時間を短縮すること
ができ、それにより少ない消費電力で駆動できる電磁解
放型印字ヘッドを提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段　］ この目的を達成するため本・発明は、板ばねの一端をヨ
ークに固定し、他端には端部にワイヤが固定されている
アーマチュアを固定するとともに、アーマチュアの下方
に消磁コイルを巻いたコアを配し、アーマチュア、ヨー
ク、コアにより永久磁石の磁束が通る磁路を形成して、
非印字時には永久磁石の磁束によりアーマチュアを板ば
ねのばね力に抗してコアに引きつけ、印字時には消磁コ
イルを励磁して永久磁石の磁束を打ち消すことでばね力
によりワイヤを運動させる印字ヘッドにおいて、永久磁
石の単位磁極断面積を大きくとることで磁石利用率を向
上させ、アーマチュアとコアを永久磁石に近接させるこ
とで永久磁石からアーマチュアを通ってコアに至る磁路
を短縮して永久磁石の磁束の漏洩を防止すると共に、ア
ーマチュアとコアは永久磁石の磁束によりコアが板ばね
のばね力に抗してアーマチュアを引きつけられる最小限
の吸引力が確保できる磁極断面積とすることで永久磁石
の磁束によりコアにアーマチュアが引きつけされた時、
その両者がなす空隙部を磁気飽和状態にすることとする
。

〔作用〕

上述した構成によれば、消磁コイルに励磁されていない
状態においては永久磁石の磁束を最大限利用してコアに
アーマチュアを引きつけ、消磁コイルに電圧を印加して
励磁させると瞬間的に永久磁石の磁束を打ち消してアー
マチュアを磁束の影響なしに運動できる状態にすること
ができる。

また消磁コイルに電圧を印加させて瞬間的に永久磁石の
磁束を打ち消すことができるので電圧を印加させる時間
も短縮され印字ヘッドの消費電力を削減できる。

〔実施例　〕

以下に図面を参照して実施例を説明する。

第１図は本発明の一実施例を示す断面図であり、１２は
リング状の永久磁石で、実施例においては磁気抵抗を減
らすため薄型に形成されており、磁極断面積は太き（形
成されている。

１３は永久磁石１２の下面に設けられたヨーク、１４は
永久磁石１２の上面に設けられたヨークで、ヨーク１３
．１４共後述するように磁路が形成された時に永久磁石
１２０単位磁極断面積とほぼ同等の磁極断面積を有しか
つこの磁極断面積は極力大きくなるように形成されてい
ることより、永久磁石１２の磁束を漏れを少なく効率よ
く通すよううにしている。なお永久磁石の上側に固定さ
れるヨーク１４は磁路を形成する上ではない方が永久磁
石１２の利用率をあげることが可能となるが、印字ヘッ
ドを製造するにあたって構造上さらには作業工程上必要
となる場合があり、このときは構造上、工程上支障がな
い程度に薄く形成する。

１５は円形のベースヨークであり、所定の位置に前記し
た永久磁石１２の下面側に設けられているヨーク１３が
固定されている。

１６はコアであり永久磁石１２と各ヨーク１３゜１４が
成すリングの内側のベースヨーク上の所定の位置に複数
個固定されている。

１７は前記コア１６に巻かれた消磁コイルであり、この
消磁コイル１７に電流を流すことで励磁され永久磁石１
２の磁束を打ち消す磁束が発生することになる。

工８は仮ばねでその延在方向が各コアＩ６上に来るよう
に一端がヨーク１４上にスペーサ１９を介して固定され
ている。

２０は板ばね１８の他端の上側に固定されたアーマチュ
ア、２１は各アーマチュア２ｏの端部に上方に突出する
ように固定したワイヤである。

２２はワイヤガイドであり、中央部に前記ワイヤ２１を
所定の位置にガイドする穴２２ａが設けられ、アーマチ
ュアヨーク２３を挟み込んで板ばねＩ８上に固定される
ことで印字ヘッドが形成される。

未印字時においてはコイル１７は励磁されていないので
永久磁石１２から発生した磁束はヨーク１３、ベースヨ
ーク１５．コア１６　アーマチュア２０．ヨーク１４を
磁路として、アーマチュア２０を仮ばね１８のばね力に
抗してコア１６に弓きつけている。

ここで前記したようにヨーク１３とヨーク１４の磁極断
面積は、磁路−つ当たりの磁束を発生させる永久磁石１
２の単位磁極断面積とほぼ同等としているが、コアＩ６
とアーマチュア２ｏの磁極断面積は、板ばね１８のばね
力に抗してアーマチュア２０をコア１６に確実に保持で
きる最小限の吸引力を保証する磁極断面積であり、永久
磁石１２の単位磁極断面積より小さくなっている。

また、ヨーク１４を構造上や工程上支障がない程度に薄
く形成して、永久磁石１２からヨーク１４を通りアーマ
チュア２０を経てコア１６に到る磁路を短縮することで
、磁路における磁束の漏洩を低減させることが可能であ
り、前記したことと合わせて消磁コイル１７が励磁され
ていない状態において、永久磁石１２の磁束によりアー
マチュア２０がコア１６に引きつけられている時の両者
がなす空隙部２４は磁気飽和状態となる。

以上のように永久磁石１２．ヨーク１４．アーマチュア
２０．コア１６による磁路を形成した場合、永久磁石１
２の単位磁極断面積を１とするとコア１６の磁極断面積
は０．２〜０．２５、アーマチュア２０の磁極断面積は
０．３〜０．４５の範囲で形成することができ、また磁
路の飽和磁束密度を１とした時に永久磁石１２の磁束密
度は０．２８〜０．５５の範囲で構成可能である。

印字時には電圧を印加することで消磁コイルを励磁させ
、永久磁石１２の磁束を打ち消すことでアーマチュア２
０を板ばね１８のもつばねエネルギーにより運動させて
アーマチュア２０の端部に固定されたワイヤ２１により
印字を行うようになっている。

第２図は空隙部２４における起磁力と磁束の変化を示す
磁化曲線を模式的に表したグラフであり、横軸は消磁コ
イル１７に印加される起磁力Ａｔ、縦軸は空隙部２４の
磁束Φを示している。

消磁コイル１７に電圧が印加されない非動作時において
は永久磁石１２の内部起磁力Ａｔ、によりΦ、なる磁束
が上述した磁路に流れており、この点を初期設定Ｍとし
てお（。尚、消磁コイル１７の起磁力Ａｔと発生磁束Φ
を正の値にとるものとしているので永久磁石１２の内部
起磁力Ａｔ、４と磁束Φイは負の値となっている。

この初期状態から消磁コイル１７に電圧を印加していく
と、起磁力Ａｔと磁束Φの増加の関係は点Ｍから点Ｒ２
点Ｐを通る曲線で表される。

ここで同図にＦで示すアーマチュア２０の解放力を参照
すると、点Ｒにおいてアーマチュア２０はコア１６から
離れ始め、Ｏ′において永久磁石１２の磁束と消磁コイ
ル１７の磁束が打ち消しあって磁束が０になりアーマチ
ュア２０はフリーの状態になり、この時に印字が行われ
ることになる。

この状態から電圧をさらに上げて行くと、消磁コイル１
７の磁束が増加して、この磁束によりアーマチュア２０
はコア１６に引き寄せられ、点Ｐで完全にコア１６に吸
引されることになるので、印字ヘッドにおいてはＯ′点
近傍で電圧の印加を停止できるようになっている。

消磁コイル１７に印加される電圧を下げて行くと、消磁
コイルの起磁力Ａｔと磁束Φの減少する関係は点Ｑから
点Ｍを通る曲線で表されるが、磁石の特性により増加す
る時の曲線とは必ずしも一致はしない。

第３図は上述したグラフのＯ′までを示した模式図で第
２図のグラフの０′を原点０にして説明している。

磁気回路方程式は一般に知られるようにｄΦ Ｇ−＋Ａｔ−八ｔｓへ　　　・　・　・（１）ｔ と表され、ここでＧはコンダクタンス、Ａｔは起磁力、
Ａｔｓは定常状態の起磁力である。

消磁コイル１７に電圧を印加した瞬間からアーマチュア
２０がコア１６から解放されるまでの時間をＴｒとし、
Φｒはアーマチュア２０が消磁コイル１７により解放さ
れる時の磁束であるとすると、（１）弐を変形して（２
）式を得る。

アーマチュア２０が解放される時の消磁コイル１７の電
流によって誘導される起磁力をＡｔ、とすると、初期条
件として１＝０の時Ａｔ＝Ｏ，ｔ＝ｔｒのときＡｔ−Ａ
ｔ、であるから式（２）より以下の式が得られる。

第３図に示す磁化曲線において点Ｍから点Ｒの範囲を任
意のｎ個に分割する。このｎを大きく取ると式（３）は 但し、Ａｔｏ＝Ａｔ、、・　・　・、　Ａｔ。

＝Ａｔ、−（＾ｔ、−八１．） に近似できる。

実際の磁気回路においては （ｄΦ／ｄＡｔ）＋＜　　（ｄΦ／ｄＡｔ）２＜　　・
　・＜　　（ｄΦ／ｄＡｔ）　　。

であるが、本実施例においては消磁コイル１７が励磁さ
れていない状態においては空隙部２４が磁気的に十分な
飽和状態になるような構成としているので、初期磁化点
Ｍに近づくにつれ磁路が飽和領域に入り、（ｄΦ／ｄＡ
ｔ）は零に漸近することになる。

したがって本実施例の構成においては（４）式のｔｒは
僅かな値にしかならず、コイルに電圧が印加されてから
アーマチュアがコアから解放されるまでの時間を短縮で
きることになるので消費電力が削減できるようになって
いる。

また本実施例の構成において磁束の変化は第３図に示す
ように起磁力の増加に対して消磁コイル１７の磁束は初
期においては緩やかに増加し、アーマチュア２０がコア
１６から離れ始め点Ｒを過ぎると急激に消磁コイル１７
の磁束が増加するようになるので、アーマチュア２０は
コアＩ６から離れ始めるまでは永久磁石が発生する磁束
の影響を強く受けてコア１６に確実に保持され、離れ始
めると磁束が象、激に打ち消されアーマチュアはフリー
の状態になるため磁束の影響を受けずにアーマチュアが
板ばね１８の持つ運動エネルギを十分活用して運動でき
るようになる。

〔発明の効果　〕

以上説明したように本発明は、板ばねの一端をヨークに
固定し、他端には端部にワイヤが固定されているアーマ
チュアを固定するとともに、アーマチュアの下方に消磁
コイルを巻いたコアを配し、アーマチュア、ヨーク、コ
アにより永久磁石の磁束が通る磁路を形成して、非印字
時には永久磁石の磁束によりアーマチュアを板ばねのば
ね力に抗してコアに引きつけ、印字時には消磁コイルを
励磁して永久磁石の磁束を打ち消すことでばね力により
ワイヤを運動させる印字ヘッドにおいて、永久磁石の単
位磁極断面積を大きくとることで磁石利用率を向上させ
、アーマチュアとコアを永久磁石に近接させることで永
久磁石からアーマチュアを通ってコアに至る磁路を短縮
して永久磁石の磁束の漏洩を防止すると共に、アーマチ
ュアとコアは永久磁石の磁束によりコアが板ばねのばね
力に抗してアーマチュアを引きつけられる最小限の吸引
力が確保できる磁極断面積とすることで永久磁石の磁束
によりコアにアーマチュアが引きっけされた時、その両
者がなす空隙部を磁気飽和状態にすることとしたもので
ある。

したがってこれによれば、消磁コイルに励磁されていな
い状態においては永久磁石の磁束を最大限利用してコア
にアーマチュアを引きつけ、消磁コイルに電圧を印加し
て励磁させると瞬間的に永久磁石の磁束を打ち消すこと
で、アーマチュアを磁束の影響なしにばねの運動エネル
ギーを十分に活用して運動させることができるという効
果を有する。

また消磁コイルに電圧を印加させて瞬間的に永久磁石の
磁束を打ち消すことができるので電圧を印加させる時間
も短縮され印字へンドの消費電力を削減できるという効
果も有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す断面図、第２図及び第
３図は起磁力と磁束の変化の関係を示すグラフ、第４図
は従来例を示す断面図である。 １２・・永久磁石 １２：永久（］五５ Ｉ３、＋４：ヨーク １６コ　コア １７：　コイ１し ２０：アーマチュア ２４：全隙邪 ７毛ず７５月の一冥万ねイク１ｊΣ示ＪＪ汀面Ｚ甫　１
　国 １４・　・ヨーク ・・コア ・・消磁コイル ・・アーマチュア ・・空隙部 作出願人 理　　　　人 沖電気工業株式会社

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）板ばねの一端をヨークに固定し、他端には端部に
   ワイヤが固定されているアーマチュアを固定するととも
   に、 アーマチュアの下方に消磁コイルを巻いたコアを配し、
   アーマチュア、ヨーク、コアにより永久磁石の磁束が通
   る磁路を形成して、 非印字時には永久磁石の磁束によりアーマチュアを板ば
   ねのばね力に抗してコアに引きつけ、印字時には消磁コ
   イルを励磁して永久磁石の磁束を打ち消すことでばね力
   によりワイヤを運動させる印字ヘッドにおいて、 永久磁石の単位磁極断面積を大きくとることで磁石利用
   率を向上させ、 アーマチュアとコアを永久磁石に近接させることで永久
   磁石からアーマチュアを通ってコアに至る磁路を短縮し
   て永久磁石の磁束の漏洩を防止すると共に、アーマチュ
   アとコアは永久磁石の磁束によりコアが板ばねのばね力
   に抗してアーマチュアを引きつけられる最小限の吸引力
   が確保できる磁極断面積とすることで永久磁石の磁束に
   よりコアにアーマチュアが引きつけされた時、その両者
   がなす空隙部を磁気飽和状態にすることを特徴とする印
   字ヘッド。
2. （２）永久磁石の単位磁極断面積を１とした時に、アー
   マチュアの磁極断面積を０．３〜０．４５、コアの磁極
   断面積を０．２〜０．２５とすることを特徴とする請求
   項（１）記載の印字ヘッド。
3. （３）磁路の飽和磁束密度を１とした時に永久磁石が発
   生する磁束密度が０．２８〜０．５５となるように磁路
   を形成することを特徴とする請求項（１）記載の印字ヘ
   ッド。