JPH0517863B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 Ａ 産業上の利用分野 本発明は印字機構において使用するためのアク
チユエータに関するものであり、更に詳しくいえ
ば、ステータの両磁極間のギヤツプに沿つて磁束
路を完成するように設けられた軽量の接極子を使
用するコンパクトなマルチ・コイル印字アクチユ
エータに関するものである。

Ｂ 従来の技術 この分野では、電磁式の印字アクチユエータ装
置が多い。このような装置は種々のアクチユエー
タ構成を使つて高い速度及び大きい印字密度を得
ようとしている。特に、ワイヤ・マトリクス・プ
リンタは隣接するアクチユエータ・ワイヤ間の距
離を減少させることによつて印字密度を上げよう
としている。従つて、この分野においていつも要
求されることはアクチユエータの大きさ全体を小
さくすることである。

米国特許第3138427号は接極子、コイル、脚部
素子を持つたコアより成る変換器構造体を使つた
フアクシミリ・システムを開示している。マーク
部材が一方の脚部にクランプされる。そのマーク
部材の長手方向前方端により与えられる圧力の量
は巻線の付勢の関数である。

米国特許第3780650号に示されでる可動コイル
構造体は両極板の間に極片が置かれた形のコイル
を使つている。磁気リラクタンスは空気ギヤツプ
が互いに平行になるようそれら極片を配置するこ
とによつて小さくされている。

IBMテクニカル・デイスクロージヤ・ブリテ
イン（TDB）第21巻11号（1979年４月発行）の
第4452〜4453ページには、印字ハンマがカンチレ
バーによつて基体上に個々に支持されたものを使
用した印字ハンマ構造体が開示されている。接極
子磁極はその上に置かれたボビン上にコイルを連
続して巻かれている。磁束はコイルの直列巻線の
ために最小にされ、スプリング・ハンマ素子の運
動方向に揃つた長手方向に与えられる。この機構
を変更したものがIBM TDB第28巻９号（1983年
２月発行）の第4901〜4902ページに示されてい
る。そこに開示されたアクチユエータは付勢コイ
ル、球形ストツパ及び静止ストツパを保持した磁
石継鉄上にカンチレバー装着された印字ハンマを
使用する。静止ストツパは印字ハンマを静止位置
へ偏倚するための永久磁石を含んでいる。コイル
が付勢されると、接極子が曲つて、「てこ」とし
て作用する球形ストツパのまわりにハンマ素子を
偏らせる。ピボツト印字フインガを使用する印字
ハンマ機構のもう１つの例がIBM TDB第22巻
8B号（1980年１月発行）の第3536〜3537ページ
に示されている。それのアクチユエータは保持磁
石と印字フインガをその保持体から解放するため
のコイルとを使用する。

IBM TDB第23巻５号い1980年10月発行）の第
1765〜1766ページにはちよつと違つた構成が示さ
れている。印字ワイヤはピストンによつて駆動さ
れ、ハウジング及び永久磁石を含む磁気回路によ
つてホーム位置に保持される。磁気帰還素子を持
つたコイル・ボビン構造体が印字ワイヤの移動路
から離れて設けられる。磁束路は印字ワイヤの移
動路と一致した方向で作用する。

本発明とあまり関係ないと思われる他の技術が
IBM TDB第22巻第8A号（1980年１月発行）の
第3171〜3172ページ及び同第22巻8B号（1980年
１月発行）の第3672ページに開示されている。そ
れらは印字ハンマの飛行時間制御のための電子的
技術に関するものである。磁気回路という目的だ
けで考えられるものとして米国特許第2202729号
があり、それはコイル、接極子、磁極片を開示し
ている。その特許で開示されたリレーは印字ハン
マ構造体に関連するものとは思えない。

Ｃ 発明が解決しようとする問題点 従来の技術では、ワイヤ・マトリクス・プリン
タにおける印字ヘツド構造体が大きくなつてしま
うことが問題であつた。

従つて、本発明の目的は製造が容易でコンパク
トな印字ヘツド構造体を得ることである。

本発明のもう１つの目的は低質量の接極子上に
磁極面の重なつた面積が大きいインパクト・プリ
ンタ用アクチユエータを提供することである。

本発明の更にもう１つの目的は各アクチユエー
タに対して接極子を横切る磁束路を持つたステー
タを使用する印字ハンマ用アクチユエータを提供
することである。このような磁束路を使うことに
よつて、互いに離隔したコイルが選択される場合
には個々の磁束路が使用可能である。しかし、隣
接したコイルの作動が求められる場合には１つの
磁束路が共用される。

Ｄ 問題点を解決するための手段 上記目的を達成するための本発明の構成を、１
実施例に対応する第３図に即して説明する。本発
明の印字アクチユエータ装置は、強磁性体で作ら
れたコア部分及び該コア部分からその長手方向の
中心軸に対し垂直方向に延びる複数の磁極で以て
ステータ３０を構成することにより、上記複数の
磁極のうち対向する各１対の磁極の端部でそれぞ
れ１つのギヤツプを形成するとともに、各コイル
３１−３５を収容すべき各巻線領域を上記各１対
の磁極によつてそれぞれ規制する。各巻線領域に
は、上記コア部分の中心軸に沿つた磁束を発生す
るように、個別に付勢可能な各コイル３１−３５
をそれぞれ配置し、また上記コア部分の中心軸に
直角方向に延びる上記各ギヤツプをその全長にわ
たつて実質的に覆うように、上記各ギヤツプに対
応する接極子３６−４０をそれぞれ設け、各接極
子３６−４０にそれぞれ印刷素子を連結すること
により、付勢された各コイル３１−３５から発生
された磁束が該当する各１対の磁極のうち一方の
時刻を経て各接極子３６−４０を横方向に流れ、
そしてさらに当該１対の磁極のうち他方の磁極に
流れるように構成したものである。

Ｅ 実施例 第１図及び第２図を参照すると、１つのアクチ
ユエータ・ステータ１０が部分的に示される。ス
テータ１０はコイル１２のための巻線ボビンとし
て作用する。ステータ全体的にはＨ形をしてお
り、その垂直壁は磁極として働き、コイル１２を
収容してボビン巻線領域を形成する。この技術は
コイルからコアを通して周囲の大気に通ずる効果
的な熱伝導路を与える。これによつてそれはコイ
ルを損傷することなくアクチユエータに対する高
い入力パワー及び高いデユーテイ・サイクルを可
能にする。コイル・ボビンを個別に設けた後それ
をアクチユエータに組立てるということを必要と
しなくなることによつてコストが減少される。

ステータ１０は非磁性ステータ部分１１及び磁
性ステータ部分１３を含む。磁性ステータ部分１
３は所望の磁束領域に制限される。非磁性ステー
タ部分１１はコイル保持のための物理的パツケー
ジを形成し、熱伝導媒体として働く。材料は変更
可能であるが、磁性部分に対しては鉄（Fe）が
例示され、非磁性部分に対してはアルミニウム
（Al）が例示される。

磁極板１４がステータ１０上に設けられ、接極
子１６が、磁極板１４上にクランプされる。磁極
板１４は狭い接極子１６が幅広いコイル１２と関
連して使用されるのを可能にする。これは、コイ
ルにおけるリラクタンス損失がそのコイル断面積
に逆比例するために、アクチユエータ効率を改善
する。

代案として、磁極板１４を取り除き、接極子１
６をコイル１２よりもわずかに幅広くしてステー
タ１０上に来るようにしてもよい。ステータ１０
はコア及び磁極板の組合せのような形を持つよう
焼結鉄を使つて作つてもよい。

第１図では、コイル１２は通常の円形ワイヤと
して示される。幅Ｗを持つた薄いリボン・ワイヤ
を使つてステータ１０のまわりに連続テープのよ
うに巻きつかせることも可能である。この場合、
平らなリボン・ワイヤは広がらないので完全なボ
ビンは必要ない。

磁性素子は強磁性体であり、非磁性素子は反磁
性体又はこの分野で周知の弱磁性体である。磁性
素子束ちステータ１０、磁極板１４及び接極子１
６は鉄、磁性鋼、けい素鉄等から仕上げたもので
よく、或いは焼結鉄及び標準の粉末治金法を使つ
て形成したものでもよい。

第１図はアクチユエータを通る磁束路を示す。
接極子１６を通る磁束路は横方向である。即ち、
磁即は左側の端部に沿つて接極子内に流れ込み、
その接極子の幅を横切り、右側の端部を通つてコ
アに戻る。コアの下部はコイルを保持するように
働くだけである。第１図に示されるように、所望
の磁束はコアの下部、特に第１図及び第２図のア
ルミニウム吸熱器のような非磁性材部分、を流れ
ない。

横方向の磁束路によつて接極子１６は非常に薄
いもの、従つて飽和しない非常に軽いものが可能
となり、エア・ギヤツプ領域全体の寸法を大きく
できる。大きいエア・ギヤツプ領域は低質量の接
極子上に大きい磁気力を生じさせる。この結果、
高い加速性及び速い応答性が得られる。

第２図に示されるように、接極子１６は支点１
８に固定され、即ち磁極板１４と支持板２０との
間でクランプされる。

接極子１６は比較的固いものでよく、ポイント
１８のまわりに回動し得るものであるが、ワイ
ヤ・マトリクス印字のような低エネルギの応用に
対しては、固い回動体よりも薄い可撓性のカンチ
レバーであることが好ましい。

支持板２０は接極子の自由端の移動を制限する
ように働く。接極子と支持板との間に大きい接触
領域が与えられるので、接極子の安定特性の改良
が得られる。支持板は磁気回路の一部分も形成す
るものではないがエネルギ吸収ポリマからモール
ドされるのが好ましく、最適の接極子安定を与え
るよう選択された形状（例えば、端部負荷を持つ
たカンチレバーが偏向して静止した形状）を持つ
ている。他の技術により接極子の取付けが使用さ
れてもよい。例えば、接極子及びステータの各々
を、それらの両方を支持する装着構造を形成した
第３の部材に装着することもできる。

第２図は接極子１６から釣り下げられた印字ワ
イヤ２２及び圧縮復帰ばね２４を含むそのアクチ
ユエータの残りの要素を概略的に示す。復帰ばね
２４は一端を固定点２６に連結され、他端を接極
子１６に連結される。その結果、接極子１６はば
ね２４によつて上向きに異常偏倚され曲げられて
おり、印字ワイヤ２２を図示の静止位置に置く。
作動によつて接極子１６はコア１０に向けて下向
きに電磁的に駆動され、それによりばね２４によ
る偏倚に打ち勝つてワイヤ２２を印字接触位置へ
動かす。

第２図はコイルが付勢される時にいつもアクチ
ユエータが印字ワイヤ２２をリボン及び用紙に向
けて押しつけるという１つの動作モードを示す。
もう１つのモード印字が必要でない時にはいつも
接極子自体のばね力に抗して接極子及び印字ワイ
ヤを機械的に保持することである。この“保持”
動作において、接極子自体は曲がることによつて
ばね力を得ることができる。貯えられたエネルギ
はワイヤをリボン及び用紙へ向けて加速するのに
使用される。コイルは接極子を保持するためには
比較的低い電流で付勢可である。そこで接極子は
コイル電流を一時的に停止することにより解放さ
れる。然る後、接極子はコイルにおける短期間の
高電流によつて“保持”位置に戻される。この動
作モードはアクチユエータ構造を簡単にすること
ができ、別のエネルギ貯蔵のために使われる永久
磁石のコスト及びスペースに関する要件を取り除
き、更にコンパクトな全体構造を可能にする。し
かし、印字中でない時でも印字ヘツドにおいて電
力が消費されるので、それは電源に関する問題を
生じさせる。この電源の問題は印字ヘツド又はプ
ラテンを電子制御のもとに引込めることにより解
決でき、それによつて接極子はプリンタが如何な
るデータも受けていない時用紙にマークを生じさ
せることなく解放可能となる。

接極子に対する１つの典型的な移動量は約250
〜300ミリ秒の作動時間でもつて0.35ミリメート
ル程度である。或る場合には、印字ワイヤはオー
バートラベル即ち接極子の停止後にもワイヤが移
動することと関連した弾直飛行を生ずることがあ
る。500ミリ秒以下のサイクル時間を得ることも
可能である。

第３図は、本発明を修正したものを示すもので
あり、それは多数の印字位置に対して１つの共通
のステータを使用する。第１図のアクチユエータ
における全体の部品数はわずかであるけれども、
第３図に示されるようにアクチユエータの群をひ
とまとめにすることによつて更に少なくすること
ができる。単片のステータ３０はその上に複数の
コイル３１〜３５を巻かれる。接極子３６，３
７，３８，３９及び４０がステータ３０上に配置
される。従つて、第３図は単一のコア上に５個の
アクチユエータを配置されたものを示す。ステー
タ３０の垂直部分が完全に飽和しない限り、付勢
されないコイルと関連したアクチユエータを作動
するようなことなく、如何なる組合せでも所望の
コイルを付勢可能である。

第３図はアクチユエータ・コイル１，２及び４
が付勢された場合のそれら５個のアクチユエータ
に対する磁束路を示す。隣接したコイル１及び２
の磁束路は、それらコイルが同じ極性で付勢され
るので磁束がそれら２つのコイルを分ける垂直な
コア部分を迂回するように生ずる。従つて磁束φ
は両コイルをまわつて接極子３６及び３７を通過
する。この磁束を駆動する電磁力及び磁路のリラ
クタンスの両方とも単一のアクチユエータのもの
の２倍である。従つて、接極子３６及び３７は、
隣りのアクチユエータが付勢されているかどうか
に関係なく同じ磁束流を受ける。アクチユエータ
４は第１図に示されたものと同じ磁束φ′を有す
る。

第３図に示されるように、付勢されてないアク
チユエータ３に対する接極子を流れる磁束はな
い。それは飽和してない垂直コア片が隣接のコア
を流れる磁束からそのアクチユエータを隔離する
ためである。

第４図は第３図と同じ構造を示すが、コイル３
１〜３５はステータの長さに沿つて交番極性を有
する。コイル３１，３３及び３５に磁束路φを与
えることができコイル３２，３４に磁束路φ″を
与えることができるこの技法は、不作動のままで
いるべき１つのアクチユエータの片側で複数のア
クチユエータが付勢される場合、受容し得ない程
多数の磁束がその不作動のアクチユエータを流れ
るという可能性を除くものである。印刷されるパ
ターンの関数として隣接コイルの極性をセツトす
るために双極性の駆動器を使うことを含む他の可
能な駆動機構が存在することは勿論である。従つ
て、本発明はコイル極性の特定な配列に限定され
るものではない。

カンチレバー接極子が第５図に示されるような
櫛状構造で結合される場合、複数アクチユエータ
に対する部品数の合計における更なる減少が得ら
れる。接極子４２はベース部分４４と５つの櫛状
部分４６，４８，５０，５２及び５４とより成
る。この個々のプレートが第３図における５つの
接極子片３６，３７，３８，３９及び４０に置き
換わる。その接極子は薄いため、櫛状プレートの
ベース部分４４を通ることによつて空気ギヤツプ
を迂回し得る磁束の量は少なくなる。これは接極
子上の磁力にほとんど影響を与えない。従つて、
本発明によれば、単一のコアがＮ個の別個のコイ
ルを巻かれた構造にすることが可能である。この
装置のための接極子アセンブリとして、Ｎ個の櫛
状部を持つた単一のプレートが構成可能となる。
第３図及び第４図には示されていないが第２図の
素子２０として示されたものと同様の単一の支持
プレートが使用可能である。これら３つの素子は
クランプ又は接着可能である。

第６図は接着された薄い鉄の積層体を使つたス
テータ１０′を示す。このような積層体を使用す
ることはその薄い積層体の各々を電気的に絶縁す
ることによつて高速度動作中のうず電流の影響を
減少させるものである。積層体は型で打ち抜くこ
とができそして簡単に接着可能であるので、更に
コストの減少が得られる。第６図は共通の線形ス
テータが複数の巻線部分を持つた線形配列を示
す。コイル巻線のためのボビンの形を作る助けと
するために、アルミニウムのような非鉄材の溝付
きバー１１である非磁性ステータ部分が磁性ステ
ータ部分１０′と背中合わせに接着される。ステ
ータ・バーに上部及び底部にコイル溝を持たせる
ことによつて、同じ機能が得られるが、その非活
性の溝を通る磁束漏れはアクチユエータのパフオ
ーマンスを下げる傾向がある。溝１５を比較的深
い深さにすることによつて、アルミニウムのバー
１１はコイルで発生した熱を周囲の空気へ消散さ
せるようにひれ付き熱吸収装置として作用する。
コイルとアルミニウムのひれとの十分な接触は非
常に効果的な後伝導路を与え、従つて特定なレベ
ルの電力消散と関連した印字ヘツドのピーク温度
を減少させる。その熱消散のひれは第６図で鎖線
で示されるような種々の形をとることができる。

第７図及び第８図は以下で説明するような“ピ
ツク・アンド・ホールド（pick and hold）モー
ドで動作する即ち作動後再びホーム位置に保持さ
れるシリアル印字ヘツド用の共通接極子プレート
５６を示す。接極子プレート５６は適当な長さの
２つのステータ・バー（図示されてない）と関連
して使用される。印字ワイヤは接極子プレート５
６上に一体的に形成された一連の小さい突起６２
と置き換えられる接極子６０を互いに離隔するた
めに溝６４が設けられる。接極子プレート５６は
その周辺部５８に沿つて装着される。接極子プレ
ート５６は１枚の平らなプレート上にまず突起６
２を打ち出すことによつて作られる。そこで、溝
６４をそのプレート上に食刻し接極子６０を形成
する。別の製造技術を使用してもよいことは勿論
である。

第８図は第７図の共通接極子プレートを使用す
るためのツイン・ステータを示す。共通接極子プ
レート５６は支持部６６上に設けられ、その支持
部は各接極子６０上に設けられた突起６２を示す
ために分割して示される。コイル１２及びステー
タ１０はわずかにずれて配列される。支持部６６
には第６図の冷却ひれ１５のための窓を設けても
よく、或いは熱消散を促すのを補足するようにし
てもよい。

ステータ１０は組立て後に上面をけずることに
よつて外形の整つた上面が得られる。その研磨は
粗い端部を取り除くための単に滑らかにする研磨
であるが、外形を整える研磨の方が好ましい。そ
の外形６８は、“ピツク・アンド・ホールド”モ
ードの動作における最良の結果のためには、第１
の自由振動曲げモーの外形に一致する。必要に応
じて接極子の動力学を修正するよう別の外形が利
用可能であることは勿論である。

第９図及び第１０図を参照すると、コイル巻線
の末端を処理する２つの技術が示される。第９図
は第６図に示される様な積層体のステータ１０′
を示す。一対の薄い印刷回路ボード７０，７２が
ステータ１０′を構成する磁性鉄の積層体の両端
に接着される。各印刷回路ボードは一連の銅パツ
ド７４を有する。コイル（図示されてない）を巻
く前に、コイル巻線の一端が位置７６のようなそ
のスタツク一端において印刷回路ボード７２に接
続（はんだ付け）される。コイルを巻いた後、そ
のコイルの自由端が位置７８のようなそのスタツ
クの他端に接続される。各印刷回路ボードはコイ
ルの電気的絶縁を与えるよう適当な配線パターン
を持ち、コイルを駆動器に最終的に接続するのに
便利なはんだバツドを与える。

その代りとして、第１０図に示されるように、
印刷回路ボード７０はステータ１０′の底部に置
かれてもよい。その場合、銅のパツド７４が外向
きに突出する。突出部８０はコイルを巻く時の線
の規制部としても働く。

図面では一群のアクチユエータが直線的に配列
されて示されるけれども、それらアクチユエータ
は、印字ワイヤが密に詰め込まれた線形クラスタ
を形成するよう束ねられる必要のある状況に適応
するよう、種々の軸のまわりに、曲線状にされて
もよい。例えば、それらアクチユエータは接極子
が通常のワイヤ・マトリクス印字ヘツドの構造で
放射状に配列されるよう曲線状に配列されてもよ
い。櫛状プレートは、接極子が半径方向内向きに
延びる場合、円形の形状をとるであろう。

コイルがステータを直接に囲むようにしたもの
で接極子を通る横方向の磁束路を使つてコンパク
トな複数コイルの印字アクチユエータを形成する
ことにより本発明を具体化することもできる。

Ｆ 効果 本発明により、小型の即ちコンパクトな印字ア
クチユエータが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のアクチユエータの実施例の側
面図、第２図は第１図における線２−２に沿つた
断面図、第３図は複数の独立したコイルがステー
タ上に巻かれ一定の極性を使つたマルチ・アクチ
ユエータ構造のステータの概略的断面図、第４図
は交番極性を使つたステータの概略的断面図、第
５図はマルチ・アクチユエータの接極子板の概略
的正面図、第６図は積層したステータ・アレーの
好適な実施例の投影図、第７図はマルチ・アクチ
ユエータ接極子の第２実施例の概略的正面図、第
８図は第７図の線８−８に沿つた断面図、第９図
及び第１０図はステータと一体になつた印刷回路
ボードを使つたコイル端子を示す概略図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 強磁性体で作られたコア部分及び該コア部分
   からその長手方向の中心軸に対し垂直方向に延び
   る複数の磁極を有し、該複数の磁極のうち対向す
   る各１対の磁極の端部によつてそれぞれ１つのギ
   ヤツプが形成されて成るステータと； 上記コア部分の中心軸に沿つた磁束をそれぞれ
   発生するように、上記各１対の磁極によつて規制
   された上記コア部分の各巻線領域にそれぞれ配置
   されたコイルと； 上記コア部分の中心軸に対し直角方向に延びる
   上記各ギヤツプをその全長にわたつて実質的に覆
   うように、当該各ギヤツプに対応してそれぞれ１
   つずつ設けられた接極子と； 上記各接極子にそれぞれ１つずつ連結された印
   字素子とを備え； 上記各コイルによつて発生された磁束が上記各
   １対の磁極のうち一方の磁極を介して上記各接極
   子を上記コア部分の中心軸と平行な巾方向に流
   れ、さらに上記各１対の磁極のうち他方の磁極に
   流れるようにしたことを特徴とする印字アクチユ
   エータ。