JPH04223188A - 低コスト静音インパクトプリンタ - 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】

【０００１】

【発明の分野】本発明は、印字作業中の打撃音の発生を
相当に軽減した低コストタイプライタに使用するインパ
クトプリンタエンジンに関するものである。

【０００２】

【発明の背景】長年にわたってオフィスは、多数の騒音
発生源、例えばタイプライタ、高速インパクトプリンタ
、ペーパシュレッダ及びその他の事務機器が一因になっ
てストレスの多い環境になっている。幾つかのそのよう
な装置が一室に一緒に配置されている場合、集合的騒音
汚染は在室者の健康及び安寧に有害にもなる。そのよう
な状況は十分に認識されており、政府機関も本格的に取
り組み、オフィス環境における最高許容騒音レベルの基
準を設定している。インパクトプリンタの分野では、騒
音汚染の軽減が事務機器設計者によって試みられている
。これらの方法には、インパクトプリンタを減音カバー
で包囲する方法、打撃音を軽減したインパクトプリンタ
を設計する方法、及びインクジェットや熱転写等のノン
インパクト技術に基づいた静音印字装置を設計する方法
が含まれる。

【０００３】低コストの個人用タイプライタは、主に家
庭用（個人及び自宅オフィスを含む）や学校用に購入さ
れている。これらの環境では発生源の印字機構の騒音レ
ベルを不快感を与えないレベルまで軽減することが特に
望ましい。例えば、家庭では共同部屋で使用された場合
に他の家族がタイプライタのガチャガチャという音に悩
まされてはならない。中等学校や大学では、タイプライ
タを図書室、学習室または寄宿室で使用した場合に他の
学生などに迷惑がかかってはならない。これまでは、タ
イプライタは非常にうるさい装置であるため、そのよう
な所で使用することはできなかった。本発明の低コスト
静音タイプライタは静かに作動するため、静音はそのよ
うな有益な装置に新しい物理的環境をもたらし、携帯性
を高めることから、そのような所で使用することができ
る。使用者は迷惑をかけずに直接的にグループ内で作業
できるので、仕事グループメンバ間の連絡を自由にする
ことができるという利点がある。

【０００４】業務用タイプライタ市場部分は、製品コス
トの上限、すなわち＄１０００〜＄２０００である。こ
のため、多数の設計変更によって必要となる製造コスト
の増分は、最終購入者に示される製品コストの比較的小
さい割合を占めるだけである。製品コストの下限、すな
わち＄１５０〜＄３００にも消費者、すなわち商品市場
がある。明らかに、この市場では消費者に対する製品コ
ストの増加は大きい割合の上昇を確約するものではない
から、減音設計の実施に必要な変更は必然的にコスト的
に非常に低くなる。

【０００５】本発明によって達成される騒音の軽減につ
いて以下に説明するため、騒音測定について説明するの
が妥当である。騒音測定値はｄＢＡ値としばしば呼ばれ
る。音量を識別する「Ａ」スケールは、音の強さの絶対
値に対して人が感知できる音の大きさのレベルを表して
いる。ｄＢ（またはｄＢＡ）単位で表された音エネル−
を考える時、スケールは対数になっており、１０ｄＢの
差は係数１０に等しく、２０ｄＢの差は係数１００に等
しく、３０ｄＢの差は係数１０００に等しくなることに
注意する必要がある。

【０００６】典型的なタイプライタが発生する打撃音は
、６５ｄＢＡから８０ｄＢＡをわずかに超える程度であ
る。これらの音レベルは攻撃的に感じられる。例えば、
アイ・ビー・エム（ＩＢＭ）のセレクトリック（Ｓｅｌ
ｅｃｔｒｉｃ）ボールユニットが発生する騒音は約７８
ｄＢＡである一方、ゼロックス・メモリライタ　（Ｘｅ
ｒｏｘ　　Ｍｅｍｏｒｙ　ｗｒｉｔｅｒ）　の場合は６
８ｄＢＡであり、低コストのスミス・コロナ・コレクテ
ィング・ポータブル（Ｓｍｉｔｈ　　Ｃｏｒｏｎａ　　
Ｃｏｒｒｅｃｔｉｎｇ　　Ｐｏｒｔａｂｌｅ）　では約
７０ｄＢＡである。 ５０代後半のｄＢＡまで軽減すると、騒音は不快でうる
さいと感じされるようになる。打撃音を５０ｄＢＡ付近
の値まで軽減することが非常に望ましい。本発明の低コ
ストタイプライタの測定値は一般的に約５０ｄＢＡであ
った。これは現在の低コストタイプライタの約１／１０
０程度の音圧にまで大幅に改善されており、ストレスを
軽減した環境作りに役立つ。

【０００７】最近のタイプライタの主たる騒音源は、ハ
ンマを打ち付けて文字パッドを押し進めることによって
用紙に印字を行う時に発生する。文字パッドは印字ホィ
ールの回転スポークの端部に取り付けられて、印字部を
通過するまで搬送される。選択された文字を印字する時
、それは印字部で停止され、ハンマがそれをリボン、用
紙及び支持プラテンに対して、リボンから用紙へインク
を移すことができる力で押し付ける。

【０００８】従来の弾道ハンマ打撃式タイプライタでは
、約２．５グラムのハンマ質量がソレノイド駆動式クラ
ッパによって文字、リボン、用紙及びプラテンの集合体
に向けて弾道的に押し進められる。ハンマは文字パッド
の背面に突き当たった後、それの運動量はそれを文字、
リボン、用紙及びプラテン集合体に当接するように押し
進め、プラテン表面を変形させ続ける。プラテンがハン
マの打撃エネルギを吸収してしまうと、プラテンはハン
マをホームポジションに押し戻すことによって通常の形
状に回復しようとし、ハンマは一般的に別の打撃によっ
てホームポジションに停止させなければならない。 この一連の高速打撃が、これらの印字装置におけるうる
さい打撃騒音の主たる源である。

【０００９】一般的にプラテンの変形打撃は非常に短時
間、すなわち１００マイクロ秒程度である。鋭い高速打
撃はうるさく、低速打撃の方が音が小さいことは直感的
にわかる。このため、もし打撃期間が低速化すれば、装
置をもっと静かにすることができるであろう。印字速度
が毎秒１０〜１２文字の最低コストのタイプライタでは
、文字打撃間に得られる平均時間は約８５〜９０ミリ秒
である。ハンマ打撃に対して通常の１００マイクロ秒以
上の有効時間を用いることができる。例えば、プラテン
変形時間を５〜１０ミリ秒まで延ばした場合、打撃パル
ス幅が５０〜１００倍まで増加するであろう。低速の打
撃がプラテンを同じ量だけ変形させてリボンからインク
を移すためには、使用するハンマの質量（または有効質
量）を大きくしなければならないことも直感的にわかる
。これは、変形の時間領域の操作によってそれから発生
する音波の周波数領域が変化し、打撃変形時間が延びる
と、変形から発生する音の周波数（実際には音の周波数
のスペクトル）が比例的に減少し、低周波数の感知騒音
出力が低減するからである。これは共振系であるから、
質量は周波数の変化の２乗に反比例する。従って、時間
領域（１００マイクロ秒〜１０ミリ秒）の１００倍の増
加は周波数出力をそれに比例して減少させ、その時には
質量が１万倍になる。ハンマの実際の質量をそれほどに
増加させることは現実的でないことは明らかである。ハ
ンマの質量自体を増加させる代わりに、機械式変換器に
よってそれの有効質量を増加させることができる。

【００１０】本発明のタイプライタにおける実施される
包括的概念は、ハンマの有効質量を大幅に増加させ、比
較的低速でハンマをプラテンに進めて、長期間にわたっ
てプラテンを変形させることによって打撃音を軽減する
ことである。ハンマ質量はプラテンに向かって移動して
、プラテンに当たるまで移動し続ける。ハンマがプラテ
ンの表面に接近すると、それの速度が大幅に低下して、
打撃が非常に低速で実施されるようになっている。 接触の開始後、ハンマ力が増加してプラテンを変形させ
る。

【００１１】本発明の主たる目的は、長い接触期間にわ
たって作用する大きい有効質量が、全軌道にわたって能
動制御を受けながら未知の接触点へ「動的に」押し進め
られる非常に低コストの静音インパクトプリンタを提供
することである。それの接触点に当たると、さらなる運
動エネルギが加えられる。

【００１２】

【発明の要約】本発明は１つの形式として、支持フレー
ムに回転可能に取り付けられたプラテンと、文字印字部
分を取り付けた印字エレメントと、前記印字エレメント
を移動させることによって、選択された文字印字部分を
印字位置に配置する印字エレメントセレクタとを有して
いるシリアルインパクトプリンタを提供することによっ
て実行される。調時的にプラテンに接離する方向に押し
進められる高有効質量のハンマが、選択された各文字印
字部分を押し進めることによって、プラテンを印字力で
変形させる。ハンマの移動特性及び力を加えるレベルは
、変位及び力制限機構を介して作用する直流モータによ
って決定される。

【００１３】マイクロプロセッサによって制御されるフ
ィードバック装置がハンマの移動全体にわたってその適
当な速度を決定すると共に、それによってプラテンに加
えられる適当な力レベルを決定する。印字エレメント、
印字エレメントセレクタ、ハンマ、ハンマ変位機構、剥
離形印字リボン及びこれらの部材の制御装置はすべて、
支持レールに沿って横方向に移動可能であると共に、そ
れを中心に回転可能なキャリッジに支持されている。印
字装置を横切る方向に設けられた反動バーが、プラテン
に平行になるように正確に位置決めされており、ハンマ
がプラテンに当たる時の印字力を発生させると共に、横
方向に移動する部材を正確に位置決めする反動表面を形
成している。

【００１４】〔図面の簡単な説明〕本発明のその他の目
的及びその他の特徴及び利点は、添付の図面を参照した
以下の説明から明らかになるであろう。

【００１５】図１は、低コスト静音インパクトタイプラ
イタのキャリッジ、反動バー及びその他の関連機構を概
略的に示す斜視図である。

【００１６】図２は、キャリッジの上から見下ろした概
略的部分平面図である。

【００１７】図３は、ハンマ駆動部を示す概略的断面図
である。

【００１８】図４は、ハンマ／カム変位特性のグラフ図
である。

【００１９】図５は、この装置に対する典型的な印字サ
イクルを示す状態図である。

【００２０】

【図示された実施態様の詳細な説明】

本発明の新規な低コスト静音インパクトプリンタ１０の
主だった機構について図面を参照しながら説明する。ハ
ウジング（底部１２だけが図示されている）が比較的少
数の可動部材を包囲している。直立した左右の側部プレ
ート１４及び１６がそれぞれ底部に固定されており、支
持プラテン１８がその間に設けられて、それらに回転可
能に受けられている。プラテンは、駆動歯車２０及びプ
ラテン軸２４に取り付けられた従動歯車２２を含む歯車
列を介して適当なモータ（図示せず）によって駆動され
る。側部プレートはさらに、高研摩ガイドロッド２６の
端部と、正確に加工された案内縁部３０を備えた反動バ
ー２８の端部とを支持している。反動バーは、案内縁部
とプラテン表面との間の距離を制御すると共にそれをプ
ラテン表面に平行に維持できるように調節可能に取り付
けられている。

【００２１】それぞれに軸受３８を取り付けたキャリッ
ジフレームプレート３４及び３６を有するプリンターキ
ャリッジ３２は、ガイドロッド２６上に支持されてそれ
に沿ってプラテンの全長にわたって往復移動できるよう
になっている。キャリッジの往復移動は、キャリッジに
取り付けられてプーリ４２及び４４に掛けられている歯
付きのスペースベルト４０を駆動するモータ（図示せず
）によって制御される。キャリッジ３２は軸受３８上で
ガイドロッド２６に沿って移動する時、重力の作用を受
けてそれの回りに（図１において）時計回り方向に回転
しようとし、軸受シュー４６を反動バー２８の案内縁部
に押し付ける。シューは硬質の低摩擦素材、例えばデル
リン（Ｄｅｌｒｉｎ）（登録商標）で形成される。この
キャリッジ取り付け構造では、ガイドロッドの位置が問
題にならなくなり、唯一の部材、反動バー２８を正確に
位置決めするだけでよいため、印字装置を低コストで容
易に組み立てることができる。反動バーの端部を側部プ
レート１４及び１６に対して調節することによって、案
内縁部３０をプラテンに平行になるように正確に位置決
めすることができるので、キャリッジ３２が印字装置を
横切る方向に移動すると、それに支持されたすべての部
材がプラテンに対して適正位置に配置される。

【００２２】印字エレメントは、印字ホィール５０、ハ
ンマアセンブリ５２及びリボンパックアセンブリ５４（
図３に示されている）を有している。キャリッジフレー
ムプレート３４及び３６に取り付けられた印字ホィール
駆動モータ５６の駆動連結部５８に印字ホィールハブ６
０が連結されて、（印字ホィールスポーク６４の端部に
配置された）文字パッド６２が印字部を通過してプラテ
ンに近接する位置へ回転できるようになっている。キー
ストロークによって開始される、プロセッサ制御された
駆動モータ５６の選択的回転によって、所望の文字パッ
ド６２が印字部に位置決めされてその位置に拘束される
。やはりキャリッジフレームプレートに取付けられてい
る弾性のカードガイド６６が用紙をプラテン表面に密着
した状態に保持する。

【００２３】ハンマアセンブリ５２は、それを見えやす
くするためにキャリッジフレームプレート３４を破断し
た図３にわかりやすく示されている。ハンマ駆動直流モ
ータ７０がキャリッジフレームプレート３６に取り付け
られており、それの駆動軸７２が両フレームプレートを
貫通して延出している。軸に取り付けられた駆動カム７
４がカムフォロワ７６を移動させることによって、カム
フォロワ７６を取り付けたベルクランク７８が回動ピン
８０回りに回転する。ハンマ８２はベルクランクの他端
部にピン止めされており、固定ガイド軸受８４を貫通し
て摺動する。カムの回転が、キャリッジに固定された回
路基板８８に取り付けられた制御装置８６から送られる
信号に対応して直流モータによって所定の制御状態で実
施されると、ハンマがプラテンに接離する方向に移動す
る。カム７４を回転させるのに加えて、モータ７０はタ
イミングディスク９０を回転させるが、このタイミング
ディスクは、センサ９２と組み合わされて変位及び方向
出力を発生して制御装置に位置情報を送り返すことがで
きる簡単な光学エンコーダにすることができる。制御装
置はこの情報を利用して、瞬間ハンマ位置を追跡すると
共に、装置速度を算出する。

【００２４】本発明に用いられている形式の小型直流モ
ータは、小型装置に広く用いられている。従って、それ
らは安価で、多くの供給元から容易に入手できる。しか
し、最も重要なことは、直流モータが本発明に必要なハ
ンマ力を加えるのに特に望ましい特徴を備えていること
である。すなわち、それらは軽い負荷では高速となり、
低速では大きいトルクを発生する。本実施例では、モー
タは最初にハンマを高速で移動させて、ハンマ「ホーム
」ポジションとプラテン変形開始位置との間のスロート
を閉鎖し、続いて接触後の変形力を制御するために必要
なトルクを加える。さらに、接触状態は、モータの速度
の急激な低下を感知することによって簡単に判定するこ
とができる。モータの動きは、タイミングディスク９０
の回転の位置、速度及び方向に基づいてプロセッサ制御
の下に簡単なフィードバック装置で制御することができ
る。

【００２５】ガボール（Ｇａｂｏｒ）　の米国特許第４
、６８１、４６９号及びガボール他の米国特許第４，６
６８，１１２号に教示されているように、打撃音を低く
するためには、ハンマを非常に低速で接触させ始めなけ
ればならないが、十分な印字速度を得るためには、高速
でスロートを横切らせなければならない。これらの移動
特性は、カムの外形と、制御装置８６で決定される直流
モータの回転速度とによって決定される。カム変位特性
が図４に示されている。第１カム領域では、図示の正弦
ハンマ変位となる。騒音及び部品の摩耗を最小限に抑え
ることができるようにハンマを滑らかに移動させるため
、調和運動（ｈａｒｍｏｎｉｃ　ｍｏｔｉｏｎ）　が選
択されている。第２カム領域では、浅い直線状変位（例
えば０．００１インチ／モータの回転角度）となる。直
線状のカム領域は、打撃が予想される範囲、すなわち積
み重ねた用紙層（ｘ１）の表面から１枚の用紙（ｘ２）
の表面までの範囲にオーバーラップしなければならない
。このため、反動バー２８の案内縁部３０をプラテン表
面に対して接離方向に調節することによって、駆動カム
７４のｘ１−ｘ２変位範囲が用紙状態に対応するように
する必要がある。この第２カム領域の線形性から、モー
タ電流とハンマ力との間に線形関係が生じ、その傾斜は
、モータから得られるトルクについて各装置に必要な最
大力を発生できるように選択できる。ハンマ８２がプラ
テンに押し付けられ、シュー４６が反動バー２８に押し
付けられる時に、印字力が決定される。反動バーの存在
によって、ハンマは打撃時に高有効質量に変換されて、
低いハンマ速度で高印字力が得られる。理想的には、ハ
ンマと反動バーとが整合している場合、印字力と反動力
は反対向きで同じ大きさになり、他の装置部材は打撃時
に力を受けないであろう。しかし、設計上の制約から、
これらの力を一直線に整合させることは不可能であるこ
とが多く、その場合にはキャリッジや、ガイドロッド２
６を含むその他の装置部材に力が加えられ、それらはす
べて最小限に抑える必要がある。

【００２６】図５は、本装置の典型的な印字サイクルを
、先のサイクルからの情報及びモータ駆動回路へ送られ
る出力制御信号に基づいたそのサイクルのための駆動パ
ラメータを設定する制御装置６８によって決定した状態
図である。ハンマ速度の、それの「ホーム」ポジション
からの変位量に対する関係が示されている。

【００２７】加速段階Ａでは、直流モータに制御電流を
加えることによってハンマは予想打撃点までの距離の約
半分まで前進加速される。

【００２８】減速段階Ｂでは、直流モータに逆電圧を加
えることによってハンマは点ｘ１（移動特性の直線部分
の開始点）に向かって、約２．５４〜５．０８センチメ
ートル（１〜２インチ）／秒の所定の低速接近速度が得
られるまで減速される。

【００２９】接近段階Ｃでは、ハンマは、制御された低
速でプラテンに接触するまで接近し、接触したことは速
度の急激な変化によって示され、感知される。

【００３０】変形段階Ｄでは、一定電流がモータに加え
られて一定の変形力を発生できるようにするが、印字電
流の大きさは、選択された文字を印字するために必要な
力に応じて決められる。

【００３１】文字の印字後の戻り段階Ｅでは、直流モー
タは「ホーム」ポジションまでの距離の約半分まで逆向
きに加速される。

【００３２】最後の減速段階Ｆでは、逆電位を加えるこ
とによってハンマはそれの「ホーム」ポジション付近に
達するまで減速され、続いて動的制動が加えられること
によってハンマはそれの「ホーム」ポジションに止まる
。

【００３３】上記のようにして各文字が印字される時、
接近段階Ｃの終わりでのハンマ打撃位置に対応したカム
位置がメモリに更新される。次のサイクルでは、この更
新情報を用いて新しい減速開始点が計算される。このよ
うに制御されるため、本装置ではプラテンのひずみ、プ
ラテンの偏心、用紙層厚さ等のハンマ「ホーム」ポジシ
ョンからプラテン表面までの距離の機械的ばらつきに対
処するためプラテンの軸方向長さに沿った自動的「ロー
リング」補正を行うことができる。最初の印字サイクル
に先だって初期化サイクルを実施して、記憶値を定める
ようにしてもよい。あるいは、打撃が最短位置で発生す
るとの仮定に基づいて、初期化省略時の値を用いてもよ
い。それからの各後続のサイクルでは、制御アルゴリズ
ムが低速接近段階Ｃの長さを最短にすることができるよ
うに制動点を調節する。

【００３４】以上の説明は本発明の実施例にすぎず、本
発明の精神から逸脱しない範囲において構造や部品の組
み合わせ及び配置に様々な変更を加えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】　　低コスト静音インパクトタイプライタのキ
ャリッジ、反動バー及びその他の関連機構を概略的に示
す斜視図である。

【図２】　　キャリッジの上から見下ろした概略的部分
平面図である。

【図３】　　ハンマ駆動部を示す概略的断面図である。

【図４】　　ハンマ／カム変位特性のグラフ図である。

【図５】　　この装置に対する典型的な印字サイクルを
示す状態図である。

【符号の説明】

１０　　インパクトプリンタ １４、１６　　側部プレート ２６　　ガイドロッド ２８　　反動バー ３０　　案内縁部 ３２　　キャリッジ ５０　　印字ホィール ５２　　ハンマアセンブリ ５４　　リボンパックアセンブリ ７０　　ハンマ駆動直流モータ ７４　　カム

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　支持フレームと、前記支持フレームに
   回転可能に取り付けられたプラテンと、文字印字部分を
   取り付けた印字エレメントと、前記印字エレメントを移
   動させることによって、選択された文字印字部分を印字
   位置に配置する印字エレメントセレクタと、選択された
   文字印字部分を移動させることによって前記プラテンを
   印字力で変形させるハンマと、前記ハンマを前記プラテ
   ンに接離する方向に移動させる手段とを有しているシリ
   アルインパクトプリンタであって、次のものを含むその
   改良前記プラテンに対してほぼ平行に往復移動するよう
   に取り付けられており、前記印字エレメント、前記印字
   エレメントセレクタ、前記ハンマ及び前記移動手段を支
   持しているキャリッジ、および前記支持フレームに取り
   付けられて、前記プラテンから離れた位置にそれに平行
   に配置されており、前記ハンマが前記プラテンを変形す
   る時に前記印字力を発生するために前記キャリッジが押
   し付けられる反動表面を備えている固定反動バー。