JPH04282261A - 印字ヘッドにおける印字隙間検出装置 - 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】

【産業上の利用分野】本発明は、圧電素子印字ワイヤを
駆動する印字ヘッド装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】本出願人は、先に、特願昭６３−２７３
９２１号等において、いわゆるドットインパクト印字ヘ
ッドのアクチェータとして、電圧の印加により圧電素子
を伸縮させ、その伸縮運動を運動伝達機構を介して印字
ワイヤに拡大伝達し、この印字ワイヤで用紙などの印字
媒体に向かって打点記録するように構成することを提案
した。

【０００３】ところで、圧電素子を駆動させていない状
態での印字ワイヤ先端とプラテンとの隙間（以下印字隙
間という）を、予め適当な寸法に設定しておくことが必
要である。例えば、前記印字隙間が余りに広いときには
、印字ワイヤによるドットインパクト力が小さすぎて、
印字濃度が薄くなる。反対に印字隙間が狭すぎるときに
は、印字ワイヤが、プラテン表面の用紙及びインクリボ
ンに向かって出没しつつ、その印字ヘッドは当該プラテ
ンに沿って横移動するので、印字ヘッドのノーズ先端面
からわずかに印字ワイヤの先端が突出してしても当該印
字ワイヤが用紙やインクリボンに突き刺さったままで横
移動する事態が生じる。従って、印字ワイヤを損傷した
り、印字ワイヤによるインクリボン引っ掛け現象が生じ
たりして印字不良を起こすのであった。

【０００４】この不都合を解消するため、従来では、印
字ヘッドをプリンタに装着する取付け作業時に、印字ワ
イヤの先端とプラテン表面との隙間寸法を所定の寸法に
設定する調整作業を行う。または、用紙の枚数、厚さ等
に応じて印字隙間を手動もしくは自動的に調節するよう
にしていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、長期間の使用
にて印字ワイヤの長さが短くなってしまった場合や、印
字隙間を手動調節するときに誤った場合等において、前
述のように印字隙間が広がった異常状態等を気付かずに
印字作業を続行すると、やはり、印字ヘッドの寿命を極
端に短縮させてしまうという不都合があった。本発明は
、この従来の技術的課題を解決することを目的とするも
のであり、前記印字隙間の異常を容易に検出できるよう
にして、印字ヘッドの耐久性を向上させ、プリンタの正
常な作動及び正常な印字を確保しようとするものである
。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
、本発明は、圧電素子を伸縮させ、この伸縮動を拡大し
て印字ワイヤを駆動する印字ヘッドにおいて、圧電素子
に発生する電圧波形を監視する監視手段を設け、この電
圧波形から印字隙間の大小を判別する判別手段を設けた
ものである。

【０００７】

【実施例】次に実施例について説明すると、プリンタに
おけるプラテン１に対して送給された用紙２の表面側に
インクリボン３を配設し、ドットインパクト印字ヘッド
装置４は、そのノーズ部１２がプラテン１の円周面に対
面するように配設され、ステップモータ（図示せず）に
よりプラテン１の長手方向に沿って往復動するキャリッ
ジ５に搭載されている。このキャリッジ５には、２本の
ガイド軸２５，２６が嵌挿され、そのガイド軸２５，２
６に沿って移動する。一方のガイド軸２５は偏心した回
転軸線を中心に回転可能である。このガイド軸２５の回
転軸心はヘッドギャップ調整用のステップモータ（図示
せず）に接続されている。また他方のガイド軸２６はキ
ャリッジ５の前後方向の移動を妨げない。

【０００８】図２から図４はドットインパクト印字ヘッ
ド装置４の実施例を示し、正面視略円板状のヘッド本体
６と、略円板状の連結体の外周縁からヘッド本体６の裏
面側に向かって一体的に延びる筒状スカート部とにより
なるカバー７から構成されている。ヘッド本体６及びカ
バー７はアルミニウム合金製である。

【０００９】印字ユニット９はヘッド本体６の裏面側で
放射状に複数個配設されている。ヘッド本体６の前面に
は中空状のノーズ部１２を突設し、各印字ユニット９に
おける印字ワイヤ１０を案内板１１に前後移動可能に案
内している。印字ユニット９は、圧電セラミックを積層
状に接着してなる前後長手の圧電素子１３と、該圧電素
子１３の前端に装着して、当該圧電素子の伸縮運動を拡
大して印字ワイヤ１０に伝達するための運動伝達機構１
４と、この運動伝達機構１４及び圧電素子１３を支持す
る支持フレーム１５とからなる。支持フレーム１５は、
前記圧電素子１３の長手方向両側および後端部を囲むよ
うに、メイン支柱部１５ａと副支柱部１５ｂと後端部１
５ｃとによりコ字型に一体的に形成されている。

【００１０】電圧の印加により、圧電素子１３はその積
層方向（長手方向）に伸長し、電圧が除去されると積層
方向に圧電素子１３が縮小するものである。温度上昇に
て縮小する圧電素子１３の寸法を補正するため、正の温
度膨張係数を有する温度補償体１６は、圧電素子１３の
後端と支持フレーム１５の後端部１５ｃとの間に介挿固
着されている。

【００１１】運動伝達機構１４は以下のとおりの構成で
ある。印字ワイヤ１０の基端は、側面視略三角形状のア
ーム１７の先端に固着されている。該アーム１７の基部
には、メイン支柱部１５ａの長手方向後向きに延びる平
行状の第１板ばね１９と第２板ばね２０との先端連設部
２１箇所を固定する。前記第１板ばね１９の基端部は前
記メイン支柱部１５ａの側面に固着する一方、第２板ば
ね２０の基端部は、圧電素子１３の前端面に固着した可
動子２２の側面に固着されている。そして図４に示すよ
うに電圧印加で圧電素子１３及び可動子２２が矢印Ｂ方
向に伸長するとき、前記両板ばね１９，２０の先端連設
部２１が矢印Ａ方向に回動変位して、その変位量をアー
ム１７で拡大し、印字ワイヤ１０をノーズ部１２から突
出するように駆動させる。電圧の印加を解除すると、両
板ばね１９，２０の弾性力により、アーム１７が逆方向
に回動し、樹脂製のアーム側ストッパ１８ａが支持部側
ストッパ１８ｂに接当して止まる。

【００１２】図３及び図４に示す符号２３は、前記可動
子２２の他側部と副支柱部１５ｂとに跨がって配設する
４節リンク機構部材で、該４節リンク機構部材２３はば
ね板等の弾性材から成り、その広幅側板部２３ａ，２３
ａには側面視略Ｈ状等の切欠き孔２４を穿設して該切欠
き孔２４より外径側で、左右両広幅側板部２３ａ，２３
ａを副支柱部１５ｂの表裏側面及び可動子２２の表裏側
面に各々ろう付け固定し、圧電素子１３が電圧印加にて
伸縮するとき、４節リンク機構部材２３における左右両
広幅側板部２３ａ，２３ａが側面視平行四辺形状に弾性
変形して位置固定的な副支柱部１５ｂの長手方向に沿っ
て平行状に可動子２２が移動できるように構成したもの
である（図３の二点鎖線参照）。このように、可動子２
２を副支柱部１５ｂの長手方向に沿って平行状に、換言
すれば圧電素子１３の長手方向に直線的に、移動するよ
うに構成すれば、圧電素子（圧電セラミック）間の積層
接着面に曲げ力が作用せず、積層部や接着面が不用意に
剥がれることがない。

【００１３】図１は前記印字ユニットの圧電素子１３の
駆動回路を示し、直流電源５０と、トランジスタＴｒ１
と、コイル５１及び圧電素子１３が順次直列に接続され
、直流電源５０の負極側と圧電素子１３の負極となるべ
き電極側とが接地されている。トランジスタＴｒ１の順
方向は、直流電源５０の正極側から圧電素子１３の正極
となるべき電極に向かう方向（回路の順方向）とする。 さらにトランジスタＴｒ１とコイル５１の接続点は、ト
ランジスタＴｒ２を介して接地する。このトランジスタ
Ｔｒ２の順方向は前記トランジスタＴｒ１とコイル５１
の接続点から接地点に向かう方向とする。トランジスタ
Ｔｒ１，Ｔｒ２には各々ダイオードＤ１，Ｄ２が並列に
接続されており、これらのダイオードＤ１，Ｄ２の順方
向は、併設位置の各トランジスタの順方向に対して逆方
向とする。また、直流電源５０の正極側から圧電素子１
３の正極となるべき電極との間には、前記トランジスタ
Ｔｒ１およびコイル５１に対して並列的にダイオードＤ
３を接続する。このダイオードＤ３の順方向は、直流電
源５０の正極側に向かう方向とする。圧電素子１３には
、これと並列にダイオードＤ４を接続するのであり、そ
のダイオードＤ４の順方向は、圧電素子１３の負極とな
るべき電極側から正極となるべき電極側に向かう方向と
する。

【００１４】トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２の遮断状態と
導通状態との切り換え制御（スイッチ制御）は、スイッ
チ手段である制御回路５２（以下単に制御回路という）
によって実行される。この場合、制御回路５２における
充電パルスの印加時に作動するアンド回路５３の出力か
らトランジスタＴｒ３のベースに接続し、該トランジス
タＴｒ３のエミッタを接地し、コレクタを抵抗器Ｒ１を
介してトランジスタＴｒ１のベースに接続し、抵抗器Ｒ
１とトランジスタＴｒ１のエミッタ間を抵抗器Ｒ２で接
続している。抵抗器Ｒ３はトランジスタＴｒ３のエミッ
タとアンド回路５３出力端子とに接続する。トランジス
タＴｒ３のコレクタ接続線とトランジスタＴｒ４のコレ
クタ接続線とを接続し、該トランジスタＴｒ４のエミッ
タをトランジスタＴｒ３のベースに接続する一方、トラ
ンジスタＴｒ４のベースを放電電圧印加回路５４の出力
端子に接続する。該放電電圧印加回路５４の出力端子か
らトランジスタＴｒ２のエミッタに直列接続する抵抗器
Ｒ４，抵抗器Ｒ５の中間をトランジスタＴｒ４のエミッ
タに接続する。

【００１５】符号５５は圧電素子１３に発生する電圧波
形やその電圧値等を検出して監視する監視手段を示し、
Ａ／Ｄコンバータ５５ａを核とする。該監視手段５５で
は、印字のための充電・放電に伴うメイン電圧ＭＶ波形
形状より後の時期における、圧電素子１３の端子に現れ
る電圧波形ＰＶを検出するものである。

【００１６】また、符号５６は前記監視手段５５で得ら
れた圧電素子１３の電圧パルスの波形から、印字隙間の
大小によって生じる異常を判別する判別手段であり、正
常な印字隙間の場合に発生する電圧波形のピーク値をし
きい値として、それより大きいか否かの判別をする判別
器（比較回路）などから成る。なお、符号５７は、異常
な印字隙間である場合にオペレータに警告信号を送るた
めの、音声発生器、ブザー、ランプ等の警報装置であり
、この警報により自動的に印字作業を緊急停止するよう
に関連させても良い。

【００１７】前記制御回路５２は、同時にドットインパ
クト印字ヘッド装置４を搭載したプリンタ全体の制御を
も担うものでマイクロコンピュータにより構成され、こ
の制御回路５２にはタイマーを内蔵している。そして、
印字駆動の指令を制御回路５２に指令すると、制御回路
５２からの駆動（充電）電圧パルスＣＨＧＰの印加によ
り、アンド回路５３の出力がハイ（Ｈ）になるときトラ
ンジスタＴｒ１が駆動され、トランジスタＴｒ１を導通
状態に切り換える。すると直流電源５０で発生した電荷
はトランジスタＴｒ１とコイル５１を介して前記圧電素
子１３に流れ込む。コイル５１と圧電素子１３とは共振
しつつ充電され、この圧電素子１３が変位（伸長）し、
この伸長変位は印字ワイヤ１０を突出させるように運動
伝達機構１４を駆動させ、印字ワイヤ１０にて用紙に印
字するべく突出動する。

【００１８】制御回路５２は圧電素子１３に電荷が充分
に蓄積されるまで待機し、圧電素子１３に充分な電荷が
蓄積された後は、トランジスタＴｒ１が駆動されている
間コイル５１の作用により電流はダイオードＤ３とトラ
ンジスタＴｒ１を介した閉電流ループを流れ続け、コイ
ル５１を流れる電流が保持される。そして、圧電素子１
３に充分な電荷が蓄積された後、トランジスタＴｒ１を
遮断すると、コイル５１、ダイオードＤ３、直流電源５
０、ダイオードＤ２を介した閉ループを電流が流れ続け
、やがて減衰する。この間に、圧電素子１３により僅か
づつ電荷が消費されるが、この電荷はコイル５１から供
給されるので、圧電素子１３の変位は保持されたままと
なる。

【００１９】前記コイル５１に流れる電流が減衰し、且
つ印字に必要な変位時間経過後、制御回路５２は放電電
圧パルスＤＣＨＧＰの印加によりトランジスタＴｒ２を
導通させて、放電する。すると、圧電素子１３に蓄積さ
れた電荷はコイル５１→トランジスタＴｒ２→接地を介
した閉ループを流れ、圧電素子に蓄積されていた電荷に
起因する電気エネルギーは、所定時間後にすべてコイル
５１に磁気エネルギーとして蓄積される。

【００２０】次いで、制御回路５２により、トランジス
タＴｒ２を遮断すると、コイル５１の作用により当該コ
イル５１に電流が流れ続けようとするため、この電流は
ダイオードＤ１を介して直接直流電源５０に還元され、
コイル５１に蓄積される電気エネルギーは、すべて直流
電源５０に回生される。なお、放電に要する時間が充電
時に要する時間よりも大きくすると、印字ユニット９に
おける運動伝達機構１４の２次バウンドを小さくできる
。

【００２１】図５は時間を横軸に採ったタイムチャート
で、下記の各図において、実線は正常な印字隙間Ｌ０の
場合であり、点線は印字隙間が大きい場合（例えば印字
駆動しても印字ワイヤ１０の先端がプラテンに届かない
程度の大きな隙間である場合、フリー状態）を示す。図
５（ａ）は印字ワイヤ１０の動作態様であり、縦軸に印
字隙間Ｌ１を採って示す。図５（ｂ）は可動子２２の動
作態様であり、縦軸に移動距離Ｌ２を採って示す。図５
（ｃ）は圧電素子１３の端子電圧Ｖの変化を示す。図５
（ｄ）は充電電圧パルス（ＣＨＧＰ）のタイムチャート
、図５（ｅ）は放電電圧パルス（ＤＣＨＧＰ）のタイム
チャートである。

【００２２】図５から理解できるように、印字作動開始
からＴ１時間の充電電圧パルス（ＣＨＧＰ）する一方、
Ｔ２時間だけＯＦＦした後Ｔ３時間の放電電圧パルス（
ＤＣＨＧＰ）を駆動回路に印加すると、図５（ｃ）に示
すように、放電電圧パルス印加する寸前まで圧電素子１
３にはメイン電圧Ｍが印加される。この場合の最大電圧
値は一つの実施例として約１３０ボルトである。このメ
イン電圧により、印字ワイヤ１０はプラテン１の表面に
向かって前進し、図５（ａ）に示すようにプラテン１表
面に突き当たるとそれ以上前進せず、一定時間その状態
を保持した後、印字ワイヤ１０は後退する。その後の印
字ワイヤ１０の挙動は、以下に述べるようになる。即ち
、圧電素子１３にメイン電圧ＭＶが印加されると、可動
子２２を突き上げ、運動伝達機構１４における第２板ば
ね２０及び第１板ばね１９に曲げの弾性変形力を与えて
、アーム１７を前記のように回動させて印字することに
なる。

【００２３】前記メイン電圧ＭＶの印加終了後において
、前記Ｔ３時間の放電電圧パルス（ＤＣＨＧＰ）の印加
後にＴ４時間のＯＦＦ期間を与えて、圧電素子１３から
放電された電流を直流電源５０に戻す。この状態のとき
に圧電素子１３に外力が掛かると、当該圧電素子１３に
は以下の理由によって電圧波形Ｐが発生する。

【００２４】前記電圧波形Ｐは、印字ワイヤ１０の沈み
込み、もしくは可動子２２の圧電素子１３への衝突によ
って生じるものである。即ち、印字隙間Ｌ１が存在する
と、印字ワイヤ１０が前進する距離に対応して、前記運
動伝達機構１４における二枚の板ばね１９，２０に弾性
歪みエネルギーが蓄えられる。このエネルギーにより、
反動として前記板ばね１９，２０は揺れ戻す方向（印字
ワイヤ１０が後退する方向）に弾性変形する。この場合
、第２板ばね２０が取りつく可動子２２も後退し、これ
につれて圧電素子１３には圧縮方向の外力が作用するこ
とになる。この反動の圧縮力により圧電素子１３には電
圧波形Ｐが発生する。

【００２５】印字隙間Ｌ１が広い場合、印字するように
印字ワイヤ１０が前進する距離が大きいため、前記運動
伝達機構１４における二枚の板ばね１９，２０に蓄えら
れた弾性歪みエネルギーが大きくなり、可動子２２の後
退量、ひいては圧電素子１３への圧縮方向の外力も大き
いことになる。従って前記圧電素子１３に発生する電圧
波形ＰＶでの電圧値（ピーク値）ＰＶ０は、印字隙間が
広い程大きいことになる。　　例えば、正常な印字隙間
Ｌ０の場合、前記電圧値（ピーク値）ＰＶ０は５〜１０
ボルト程度であるが、印字隙間のきわめ大きいフリー状
態では約２０ボルトとなる。また、印字隙間Ｌ１が広い
程、可動子２２の戻りタイミング（後退して圧電素子１
３を押圧する迄の時間）も遅くなる。従って、そのよう
な反動により発生する電圧波形Ｐは、正常な印字隙間の
場合に比べて遅い時期に発生することになる（図５（ｃ
）の点線参照）。

【００２６】従って、図５（ｅ）に示すように、正常な
印字隙間Ｌ０の状態での可動子２２が戻ってくる迄、放
電電圧パルス（ＤＣＨＧＰ）を印加し、その後Ｔ４時間
のＯＦＦ期間を与え、そのＯＦＦ期間内で前記監視手段
５５により、圧電素子１３に発生した電圧波形ＰＶの有
無を検出し、そのピーク値ＰＶ０を検出する。そして、
判別手段５６により、前記ピーク値ＰＶ０と正常な印字
隙間Ｌ０の場合に発生するピーク値ＰＶ０′との大小を
比較して、印字隙間の大小を判断する。例えば、検出さ
れたピーク値ＰＶ０が正常な印字隙間Ｌ０の場合に発生
するピーク値ＰＶ０′に対して一定値以上大きい値とな
ったと判断するとき、「印字隙間が広がり過ぎ」の旨の
危険信号（危険表示）を出すのである。このとき、印字
作業を自動的に停止するように制御しても良い。このよ
うに、印字隙間が広過ぎるときには、使用者が印字隙間
を手動等にて修正調整すればよい。

【００２７】なお、前記検出されたピーク値ＰＶ０が正
常な印字隙間Ｌ０の場合に発生するピーク値ＰＶ０′に
対して一定範囲内にあるときには「印字隙間正常」の信
号（表示）を出し、反対に前記検出されたピーク値ＰＶ
０が正常な印字隙間Ｌ０の場合に発生するピーク値ＰＶ
０′より極端に小さいときには、「印字不適」等の信号
（表示）を出すようにしても良いのである。

【００２８】また、前述した実施例では、ピークのとき
の値によって判断したが、ピークの時のタイミングで行
うようにしても良い。その場合の制御について以下に説
明する。図６は前記判別手段５６内の中央処理装置（Ｃ
ＰＵ）の作用を抜粋して示すフローチャートである。放
電パルスの出力（ステップＳ１）の後、所定時間が経過
すると（ステップＳ２）、予め０にリセットされていた
変数ｎ（後述の所定時間間隔でフローのループを回す回
数に対応する値）がインクリメントされる（ステップＳ
３）。そして、例えば２マイクロ秒経過の後（ステップ
Ｓ４）、Ａ／Ｄコンバータの出力値Ｃｎを取り込む（ス
テップＳ５）。ステップＳ６の判別で、前記取り込んだ
値（Ｃｎ）が前回の値（Ｃｎ−１）（初回時は前回の値
として疑似的に充分高い値を設定しておく）よりも大き
ければ（ｎｏ）、ステップＳ７でｉ（読み取り回数）を
０にリセットしてステップＳ３に戻る。

【００２９】また、ステップＳ６で取り込んだ値Ｃｎが
前回の値Ｃｎ−１より高いと判断される（ｙｅｓ　）の
とき、ｉをインクリメントして（ステップＳ８）、その
値（ｉ）が３でなければ（ｎｏのとき）ステップＳ３に
戻る（ステップＳ９）。つまり読み取られた値Ｃｎが３
回連続して低くなるまで待つことになる。ステップＳ１
０で、その時点のｎの値よりＮを差し引いた値ｌ（＝ｎ
−Ｎ）とする。このＮは基本的には適正ヘッドギャップ
時における前記ｎの値と等しい。その後、このｌの値（
ステップモータの駆動タイミングに対応する）を参酌し
てヘッドギャップ制御用のステップモータを駆動する。 このステップモータの駆動ステップ数については、前記
ｌの値を入力値としたルックアップテーブルによって決
定して良く、その入力値として、前記ｌの値および前記
ピーク値をもってしても良い。また適当な定数を掛けた
値を、その入力パルス数（マイナス時は逆回転）として
も良い。なお、ルックアップテーブルを用いる場合は、
このルックアップテーブルは、予め実験的にその参照値
を求めて作成したものである。

【００３０】また、Ａ／Ｄコンバータにより読み取られ
た値の最大値を求め、その値が所定値を越えたら、エラ
ーを表示する等の処理も可能である。さらに、その最大
値を入力値としたルックアップテーブルを用い、モータ
のステップ数を算出しても良い。

【００３１】

【発明の効果】前述のように、本発明は、圧電素子に発
生する電圧波形を監視する監視手段を設け、この電圧波
形から印字隙間の大小を判別する判別手段を設けたもの
であり、印字作業中の任意の時点で印字隙間の大小を知
ることができ、前述のように広すぎる印字隙間の状態で
印字作業を長時間続行するという事態を回避できるから
、印字ヘッドの耐久性を向上させ、正常なプリンタの作
動および正常な印字作業を確保できるという効果を奏す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】印字ヘッドの駆動回路の図である。

【図２】印字ヘッドの側断面図である。

【図３】印字ユニットの要部拡大側面図である。

【図４】図２のＩＶ−ＩＶ矢視断面図である。

【図５】（ａ）は印字ワイヤ１０の動作態様のタイムチ
ャートである。 （ｂ）は可動子２２の動作態様のタイムチャートである
。 （ｃ）は圧電素子１３の端子電圧Ｖの変化を示すタイム
チャートである。 （ｄ）は充電電圧パルス（ＣＨＧＰ）のタイムチャート
である。 （ｅ）は放電電圧パルス（ＤＣＨＧＰ）のタイムチャー
トである。

【図６】フローチャートの抜粋である。

【符号の説明】

１　　　　プラテン ９　　　　印字ユニット １０　　　　印字ワイヤ １３　　　　圧電素子 １４　　　　運動伝達機構 １５　　　　支持フレーム １８　　　　アーム １９　　　　第１板ばね ２０　　　　第２板ばね ２２　　　　可動子 ５０　　　　直流電源 ５１　　　　コイル ５２　　　　制御回路 ５５　　　　監視手段 ５６　　　　判別手段 ５７　　　　警報装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　圧電素子を伸縮させ、この伸縮動を拡
   大して印字ワイヤを駆動する印字ヘッドにおいて、圧電
   素子に発生する電圧波形を監視する監視手段を設け、こ
   の電圧波形から印字隙間の大小を判別する判別手段を設
   けたことを特徴とする印字ヘッドにおける印字隙間検出
   装置。