JPH038446Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔技術分野〕 本考案は、圧電磁器の圧電作用を利用して印字
ワイヤで印字媒体を衝撃することにより印字を行
う電歪駆動型の衝撃式印字ヘツドに関する。

〔従来技術〕

近年、電子計算機の入出力装置に衝撃式による
ドツトマトリクスプリンタが広く利用されてお
り、現在非常に多種の印字ヘツドが開発されてい
る。

そのうちの、電磁駆動型の衝撃式印字ヘツドは
電磁エネルギーを利用するもので、その動作原理
から電磁吸引型と電磁解放型の２種に大別される
が、後者の方が前者のものに比べて、特に駆動機
構の簡素化が可能であるという大きな利点を有し
ているため、最近の衝撃式印字ヘツドの設計目標
である小型化、高速化、低消費電力化、及び印字
ドツドの高密度化に良く適応できるものとして注
目されている。

現在では、この型式のドツトの繰り返し周波数
が2.5KHzに達する衝撃式印字ヘツドが出現して
いる。

以下に従来の電磁解放型の衝撃式印字ヘツドに
ついて説明する。

第１図は従来のこの種の衝撃式印字ヘツドの側
面図で、１はベースプレート、２は該ベースプレ
ート１上に配置した円筒状の永久磁石、３は該永
久磁石２の内部に略円形を成すようにベースプレ
ート１上に複数固定したコア、４は該コア３に装
着したコイル、５は前記永久磁石２上に配置した
円筒状のヨーク、６は該ヨーク５上に配置したス
ペーサ、７は放射状に分割片を形成した円形の板
ばね、８は該板ばね７の各分割片に搭載したアー
マチユア、９は各アーマチユア８の先端に固定し
た印字ワイヤ、１０は前記板ばね７上に位置し放
射状に複数形成した溝に前記アーマチユア８を遊
嵌しているヨーク、１１は該ヨーク１０上に配置
したワイヤガイドであり、該ワイヤガイド１１は
その先端の孔に各印字ワイヤ９を直線状に集束し
ている。

このような構成部品を、永久磁石２を主にする
ユニツト、印字ワイヤ９を主にするユニツトとい
うように、多構成部品を部分的に組立ててユニツ
ト化し、そのユニツトを組み合わせることで衝撃
式印字ヘツドを構成する。

次にこの印字ヘツドの動作について説明する。

第１図に示すように、コイル４に通電していな
い状態では、永久磁石２の磁束が通る磁気回路が
形成され、アーマチユア８とコア３間に吸引力が
生じている。

この状態では、前記アーマチユア８は板ばね７
の弾性力に抗して対向するコア３側に吸引拘束さ
れており、従つて印字は行われない。

そこで、印字を行うために前記コイル４に通電
すると、該コイル４とコア３によつて形成される
磁束により永久磁石２の磁束が消去され、アーマ
チユア８とコア３の空〓部の磁力が消磁されてい
く。

これによりアーマチユア８の拘束が解放される
ので、板ばね７に蓄えられていた弾性歪エネルギ
ーによりアーマチユア８が駆動され、印字ワイヤ
９は加速されて図示しない印字媒体に衝突し、該
印字媒体上に画素を形成する。

その後、前記コイル４への通電を断つと、再び
永久磁石２の磁束によりアーマチユア８はコア３
側に吸引拘束され、次の印字動作に備える。

このような従来の電磁解放型の衝撃式印字ヘツ
ドにおける印字特性は、板ばね７の系の固有特性
と、アーマチユア８とコア３間の空〓磁束の消磁
特性に依存するといえるが、各磁気回路に磁気抵
抗の大きな永久磁石２が介在しているため、各磁
気回路間に励磁相殺現象が起こることになる。

そのため、コイル４を複数同時に励磁してアー
マチユア８を同時に解放する場合、その励磁数に
対応して印字特性が変動してしまい、場合によつ
ては印字不能になることもある。

この現象は、磁気干渉と呼ばれており、印字ヘ
ツドの小型化や駆動機構部の高密度実装化を進め
る上で、さけて通れない大きな問題として出現し
てくる。

次に、この磁気干渉について第２図を用いて説
明する。

第２図はアーマチユア８の解放過程における磁
気回路の復旧磁化曲線を示しており、印字ヘツド
で１画素のみを形成する単独励磁の場合では、初
期動作点Q_n（〓_n，φ_n）は印加起磁力〓に対応し
て復旧磁化曲線C₀C₁⌒上をC₁へ向けて移動し、Q_r
（〓_r，φ_r）点に一致したときアーマチユア８がコ
ア３から解放される。

次に、復旧磁化曲線C₀C₁⌒上の任意の動作点Q_i
で複数個のコア３が同時に励磁される場合では、
各磁気回路から漏洩磁束が主磁気回路に流入し、
その磁束と磁束路のパーミアンスの比で表される
起磁力が永久磁石２による誘導磁化の順方向に加
わつて、動作点Q_iからリコイル線上をQ′_i点へ移
動する。

この時の相互干渉による起磁力の干渉量をδ〓
_ｉとすると、単独励磁の場合の印加起磁力Ａの変
化量〓_i+1−〓_iに対応して動作点はQ_iからQ_i+1へ移
動する。従つて、磁気干渉が起きた時の有効印加
起磁力に対する実際の磁束が変化する割合は次式
で与えられることになる。

ε_i＝dφ／ｄ〓｜_i（１−δ〓_i／〓_i+1−〓_i） これはコイル４からみた磁気回路のパーミアン
スに相当し、励磁数の増加とともに減少すること
になる。

このような考え方で、Q_i点におけるε_iの値か
ら、初期動作点Q_nで与えられる干渉磁化曲線
C₀C₂⌒が得られる。

以上のことから、従来の電磁解放型の衝撃式印
字ヘツドでは、磁気干渉の悪影響として、以下の
ような欠点がある。

すなわち、アーマチユア８を解放するとき、そ
の解放数の増加とともに、コイル４からみた磁気
回路のパーミアンスが減少することになり、アー
マチユア８の解放後の初期加速性が鈍くなるとい
う欠点がある。

また、アーマチユア８の解放に必要な印加起磁
力がその解放数の増加とともに増加するので、解
放に要する供給エネルギーを多く必要とし、コイ
ル４の実行電力が増加して電力量が多くなるばか
りか、印字ヘツドの性能を低下させる多大な熱発
生原因となる等の欠点も有している。

以上のように、従来の電磁解放型の衝撃式印字
ヘツドは、磁気干渉にまつわる問題から、上記の
欠点を有しており、これが印字の高速化、高品質
印字等に向けての大きな障害となつている。

〔考案の目的〕

本考案は上記の欠点を解決することを目的と
し、非対称バイモルフ構成の印字ハンマを持つ電
歪駆動型の衝撃式印字ヘツドに着目して、この印
字ハンマを改良することにより、印字の高速化、
高品質印字等が得られる衝撃式印字ヘツドを提供
するものである。

〔考案の構成〕

この目的を達成するため、本考案は大略扇形の
圧電磁器を大略扇形の弾性板の片面に接合して、
扇形の円弧側を固定端としかつ他端側を自由端と
した非対称バイモルフ型の印字ハンマを備え、該
印字ハンマにより印字ワイヤを駆動し、印字媒体
に印字ワイヤを当接及び離反させて印字を行う衝
撃式印字ヘツドにおいて、弾性板に略コの字形の
切欠き孔を設けることにより該弾性板の自由端側
から固定端側に延びる舌片部を形成すると共に、
一端に印字ワイヤを付設した慣性質量を、印字ワ
イヤが弾性板の自由端側になるように前記舌片部
に取付け、圧電磁器は前記慣性質量により２分割
して弾性板に接合したものである。

〔実施例〕

以下図面を参照して実施例を説明する。

尚、印字ヘツドは同一構造の印字ハンマが複数
集合して構成されるので、ここでは１個の印字ハ
ンマを図示して説明する。

第３図ａは本考案による電歪駆動型の衝撃式印
字ヘツドの一実施例を示す印字ハンマの分解斜視
図、同図ｂはその組立て状態を示す斜視図、同図
ｃは印字メカニズムを示す側面図である。

図において１２は印字ワイヤ、１３は略扇形に
形成された弾性板、１３ａは該弾性板１３の中央
部に略コの字形の切欠き孔を設けることにより該
弾性板１３の自由端側から固定端側に延びるよう
に形成された舌片部、１４ａと１４ｂは両面に電
極を有する２枚の圧電磁器で、この２枚の圧電磁
器１４ａ，１４ｂは略扇形の圧電磁器を２分割し
た形状となつている。

１５は印字ハンマ、２３はこの印字ハンマ１５
の曲げスチフネスを大きくして高い印字尖頭値を
得るための慣性質量で、この慣性質量２３の一端
に前記印字ワイヤ１２が取付けられている。

本実施例の印字ハンマ１５は、前記弾性板１３
の後面に圧電磁器１４ａ，１４ｂを略コの字形の
切欠き孔の両側に位置するように接合すると共
に、前記の如く印字ワイヤ１２を取付けた慣性質
量２３を舌片部１３ａに接触面の全面を熔着また
は接着して一体化することにより構成され、大略
扇形の非対称バイモルフ型となつている。

つまり、本実施例では圧電磁器１４ａ，１４ｂ
が慣性質量２３により２分割された形で略コの字
形の切欠き孔の両側に配置され、後述する印字動
作の際に舌片部１３ａと慣性質量２３の動作の妨
げにならない構造となつている。

１６は前記弾性板１３の前面側に配置された前
部プレート、１６ａは前部プレート１６の固定端
側から自由端側に向けて設けた切欠き溝、１６ｂ
は該切欠き溝１６ａの端部、１７は円弧状の端面
を有し前記印字ハンマ１５の後面基部に配置され
たスペーサ、１８は前記印字ハンマ１５とほぼ同
形状に形成されスペーサ１７の後面に配置された
後部プレート、１８ａは後部プレート１８の固定
端側から自由端側に向けて設けた切欠き溝、１８
ｂは該切欠き溝１８ａの端部であり、ここで前部
プレート１６、印字ハンマ１５、後部プレート１
８のそれぞれの基部とスペーサ１７を図示しない
ネジ等で一体に固定し、この構成においてスペー
サ１７の円弧状端面を印字ハンマ１５の固定端と
している。

次に、上述した構成の動作を第３図ｃを用いて
説明する。

第３図ｃに示す状態は、圧電磁器１４ａ，１４
ｂの電極間に電圧を印加した状態であり、この時
の圧電磁器１４ａ，１４ｂの圧電歪によつて印字
ハンマ１５のバイモルフ部はクランプ用のスペー
サ１７の円弧状端面を大略中心にしてある曲率で
自由端側が瞬間的に撓み、所望の負のポテンシヤ
ルエネルギーが印字ハンマ１５に蓄えられる。

この時、慣性質量２３は弾性板１３に形成され
た可動部としての舌片部１３ａに支持されている
ため、印字ハンマ１５の撓みに対応して変位し、
後部プレート１８に設けられた切欠き溝１８ａの
端部１８ｂを支点としてある角度回転する。

この回転により慣性質量２３は印字ワイヤ１２
側の部分が後部プレート１８の切欠き溝１８ａ内
に、また反対側が前部プレート１６の切欠き溝１
６ａ内にそれぞれ遊嵌し、印字ワイヤ１２を後方
へ駆動して非印字状態となる。

尚、圧電磁器１４ａ，１４ｂは、前記の如く慣
性質量２３により２分割された形で配置されてい
るため、舌片部１３ａ及び慣性質量２３の動作に
妨げになることはない。

この状態で印字タイミングを与える指令パルス
により圧電磁器１４ａ，１４ｂの電極面上の電荷
は瞬間的に放出されと、印字ハンマ１５は前記圧
電歪による拘束から解放される、これにより該印
字ハンマ１５に蓄えられていたポテンシヤルエネ
ルギーが慣性質量２３の運動エネルギーに変換さ
れ、該慣性質量２３に取付けられている印字ワイ
ヤ１２が加速されて、その先端が図示しない印字
媒体に衝突することにより、印字媒体上に画素を
形成する。

こうして印字ハンマ１５の印字動作が行われた
後、再び圧電磁器１４ａ，１４ｂの電極間に電圧
を印加すると、印字ハンマ１５は撓んでポテンシ
ヤルエネルギーを蓄え、次の印字指令のために待
機する。

ところで電歪駆動型の衝撃式印字ヘツドでは、
その動作原理から、圧電磁器１４に供給された電
源エネルギーは全て該圧電磁器１４に蓄えられる
ので、印字ハンマ１５はエネルギー効率の高いも
のといえるが、本実施例において印字ハンマ１５
の印字動作に、直接衝撃メカニズムに関与するの
は弾性板１３の舌片部１３ａに弾性支持された慣
性質量２３の動的挙動である。

慣性質量２３は前記の構成により印字ハンマ１
５に支持されつつ、印字ハンマ１５から独立して
運動可能であり、この慣性質量２３の回転振動系
の固有振動数は、印字ハンマ１５が圧電歪による
拘束から解放された時に誘発される高次振動数に
比べてはるかに小さいため、例えば印字ハンマ１
５に比較的大きな振幅をもつ高次振動モードが存
在しても、慣性質量２３の運動には殆ど影響を与
えることはない。

従つて、本実施例では、印字ハンマ１５におけ
る印字挙動に好ましくない高次振動成分は除去さ
れ、慣性質量２３は高次振動成分を含まない安定
した解放飛行を行うことができる。

そして、印字ワイヤ１２が印字媒体に衝突する
と、これにより発生した衝撃力が印字ワイヤ１２
に縦振動を誘発し、この縦振動が印字ハンマ１５
ん横振動を誘発することになるが、この印字ハン
マ１５の横振動は、印字ハンマ１５を構成する材
料や形状等により決まると共に、印字ハンマ１５
の各部の振幅分布も一義的に定まる。

これによると、印字ハンマ１５の曲げスチフネ
スが小さい程、大きな振幅分布をもつ横振動が誘
発されることになり、この比較的大きな振幅分布
の高次振動を伴つて印字ワイヤ１２が印字媒体に
接触すると、印字力尖頭値が十分に上がらず、印
字ワイヤ１２と印字媒体との接触時間も長くなつ
てしまう等の支障が生じることになる。

しかしながら、本実施例では、慣性質量２３に
よる印字メカニズムを擁しているために、前記衝
撃現象を論ずる領域では、印字ハンマ１５の曲げ
スチフネスが慣性質量２３を持たない系に比べて
非常に大きな値となる。

従つて、本実施例では大略剛体と印字媒体の衝
突と見做し得ることができると共に、印字ハンマ
１５のバイモルフ部は前部プレート１６に全面接
触しているので、印字ハンマ１５の横振動も低減
され、正弦波状の高い印字力尖頭値が得られると
共に、印字媒体との接触時間も短縮でき、前記高
次振動成分の除去と共に、高速印字、高品質印字
を行うことができる高性能な印字ヘツドが実現さ
れる。

〔考案の効果〕

以上説明した本考案によると、次のような効果
が得られる。

まず、大略扇形の弾性板の片面に圧電磁器を接
合して、扇形の円弧側を固定端としかつ他端側を
自由端とした非対称バイモルフ型の印字ハンマを
用い、圧電磁器に印加した電圧によつて生じる圧
電歪みにより印字ワイヤを駆動するため、従来の
電磁解放型の衝撃式印字ヘツドで発生する磁気回
路相互の磁気干渉によるアーマチユア解放後の初
期加速性の低下や解放に要する実行電力の増加等
の問題がなくなり、印字ハンマの高密度実装化が
可能になると共に、低消費電力で、小型化、薄型
化が可能な衝撃式印字ヘツドとなる。

また、前記弾性板の自由端側から固定端側に延
びる舌片部を形成し、一端に印字ワイヤを付設し
た慣性質量を、印字ワイヤが弾性板の自由端側に
なるように前記舌片部に取付けることで、慣性質
量が印字ハンマに支持されつつ印字ハンマから独
立して運動できるようにすると共に、前記圧電磁
器を前記慣性質量により２分割して弾性板に接合
することにより、慣性質量の運動の妨げにならな
いようにしているため、例えば印字ハンマに比較
的大きな高次振動モードが存在しても、慣性質量
の運動に殆ど影響を与えることがなく、慣性質量
は安定して運動することができるので、高速印
字、高品質印字が可能となる。

これらの効果が得られるので、本考案は細密印
字の漢字や、グラフイクス、及びイメージの出力
に対して、特に優れた衝撃式印字ヘツドとして有
益に利用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の衝撃式印字ヘツドを示す側断面
図、第２図は磁気干渉を説明する磁気回路の復旧
磁化曲線を示す図、第３図ａは本考案による衝撃
式印字ヘツドの一実施例を示す印字ハンマの分解
斜視図、同図ｂはその組立て状態を示す斜視図、
同図ｃは印字メカニズムを示す側面図である。 １２……印字ワイヤ、１３……弾性板、１３ａ
……舌片部、１４……圧電磁器、１５……印字ハ
ンマ、１６……前部プレート、１７……スペー
サ、１８……後部プレート、２３……慣性質量。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 大略扇形の圧電磁器を大略扇形の弾性板の片面
   に接合して、扇形の円弧側を固定端としかつ他端
   側を自由端とした非対称バイモルフ型の印字ハン
   マを備え、該印字ハンマにより印字ワイヤを駆動
   し、印字媒体に印字ワイヤを当接及び離反させて
   印字を行う衝撃式印字ヘツドにおいて、 弾性板に略コの字形の切欠き孔を設けることに
   より該弾性板の自由端側から固定端側に延びる舌
   片部を形成すると共に、一端に印字ワイヤを付設
   した慣性質量を、印字ワイヤが弾性板の自由端側
   になるように前記舌片部に取付け、 圧電磁器は前記慣性質量により２分割して弾性
   板に接合したことを特徴とする衝撃式印字ヘツ
   ド。