JPH054353A

JPH054353A - ワイヤドツト印字ヘツド

Info

Publication number: JPH054353A
Application number: JP18180291A
Authority: JP
Inventors: Koichi Ando; 紘一安藤; Hideaki Iwami; 英昭石水; Yoichi Umezawa; 洋一梅沢; Toshiyuki Asaka; 俊行浅香; Masayuki Ishikawa; 匡幸石川
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 1991-06-26
Filing date: 1991-06-26
Publication date: 1993-01-14

Abstract

(57)【要約】【目的】エネルギー変換効率を改善することにより、
発熱量や消費電力を増加させることなく、性能を維持し
つつ印字速度の高速化を可能とする。【構成】自由端に印字ワイヤ５が固着されて板バネ３
によって弾性支持されたアーマチュア４と、永久磁石１
０の磁束によりアーマチュア４を偏倚状態にバイアスす
る磁気回路部と、印字動作の際に永久磁石１０による磁
束を打ち消す磁束を発生してアーマチュア４を偏倚状態
から解放する電磁石１２とを具備するワイヤドット印字
ヘッドにおいて、永久磁石１０及び電磁石１２の各磁束
に対する磁路を形成するサブコア１８をアーマチュア４
の基端部と対向配置し、電磁石１２の通電時、両者間を
通る磁束の増加により板バネ３のコア１３部でのバネ力
が増加する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、シリアルプリンタにお
けるワイヤドット印字ヘッドに関し、特にワイヤドット
印字ヘッドにおける磁気回路部の構造に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】シリアルドットプリンタに用いられるイ
ンパクト式ドット印字ヘッドとして、所謂バネチャージ
式ドット印字ヘッドが知られており、その構造を図６に
示す。同図を参照しつつその要部の構成及び動作を説明
すると、永久磁石１０にて発生する磁束が、ヨーク１１
Ａ、ベース１１Ｂ、コア１３、板バネ３、アーマチュア
４、アーマチュアヨーク７、スペーサ８及びサイドヨー
ク９のいずれも透磁性のある材料よりなる磁路を通り、
再び永久磁石１０に戻ることで、板バネ３に固着された
アーマチュア４を吸引しておく。

【０００３】印字に際しては、コイル１５に通電するこ
とによって電磁石１２を励磁することにより、コア１３
を通る永久磁石１０の磁束と反対方向の磁束を発生させ
てアーマチュア４を吸引状態から解放する。このアーマ
チュア４の吸引解除により、アーマチュア４の先端に固
着された印字ワイヤ５が板バネ３のバネ力によってワイ
ヤガイド６より突出し、図示せぬインクリボンと印字媒
体をプラテンに押し付けてドット印字を行い、再びアー
マチュア４がコア１３によって吸引されることにより、
１回の印字動作を終了する。

【０００４】インパクト式ワイヤドット印字ヘッドは、
これら１ドット分の印字素子を印字ドット数に対応した
数だけ放射状に複数個配列してなるものであり、アーマ
チュア４、印字ワイヤ５及び電磁石１２を除いては複数
個分が一体的に形成されて組み立てられている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、印字ヘ
ッドの印字速度の高速化を図る場合、単位時間当りの印
字ドット数は印字速度に比例して増えるため、発熱量や
消費電力も増加し、放熱用のフィンを大型化したり、放
熱用のファン等を設ける必要があるという問題があっ
た。また、電源容量も増加させる必要があるため、ヘッ
ド自体が大型化し、コストが上昇してしまうという問題
もあった。

【０００６】そこで、本発明は、エネルギー変換効率を
改善することにより、発熱量や消費電力を増加させるこ
となく、性能を維持しつつ印字速度の高速化を可能とし
たワイヤドット印字ヘッドを提供することを目的とす
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明によるワイヤドッ
ト印字ヘッドは、自由端に印字ワイヤが固着されて板バ
ネによって弾性支持されたアーマチュアと、永久磁石の
磁束によりアーマチュアをコアに吸着する磁気回路部
と、印字動作の際に永久磁石による磁束を打ち消す磁束
を発生してアーマチュアをコアから解放する電磁石とを
具備するワイヤドット印字ヘッドにおいて、永久磁石及
び電磁石の各磁束に対する磁路を形成するサブコアが、
アーマチュアの基端部と対向配置され、電磁石の通電時
サブコアとアーマチュアの基端部を通る磁束の増加によ
り板バネのコア部でのバネ力が増加する構成となってい
る。

【０００８】

【作用】本発明によるワイヤドット印字ヘッドにおい
て、サブコアを通る磁束によりアーマチュア基端部を吸
引しつつ偏倚させることで、板バネのバネ力が変化す
る。すなわち、電磁石への通電時は、サブコア端面とア
ーマチュア基端部を通る磁束が増加することで板バネの
バネ力が上がり、板バネの歪エネルギーも増加し、この
歪エネルギーより得られる運動エネルギーも増加するた
め、エネルギー変換効率が向上する。

【０００９】同時に、磁気回路上では、電磁石のコイル
の両端で見た磁気抵抗値が減少し、コイルの同じ起磁力
で発生する磁束が増加することで、エネルギー変換効率
が上昇するため、板バネのバネ力の上昇に伴うエネルギ
ー変換効率と併せて大幅にエネルギー変換効率が向上す
る。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。図１は、本発明によるワイヤドット印字ヘ
ッドの一実施例を示す半断面図である。図において、ガ
イドノーズ１及びこれを固定するガイドフレーム２の下
方には、板バネ３及びその上に固着されたアーマチュア
４が配されている。アーマチュア４の自由端には印字ワ
イヤ５が取り付けられている。この印字ワイヤ５は、印
字動作の際に、ガイドノーズ１の開口部に嵌着されたワ
イヤガイド６によって案内される。アーマチュア４の基
端部は、後述するように、アーマチュアヨーク７の溝内
に遊嵌されている。板バネ３の下面にはスペーサ８が設
けられ、このスペーサ８の下部には、サイドヨーク９を
介して永久磁石１０が取り付けられている。この永久磁
石１０はベースヨーク１１によって担持されている。

【００１１】ベースヨーク１１上の板バネ３の下方には
電磁石１２が配されている。この電磁石１２は、ベース
ヨーク１１に一体的に取り付けられたコア１３と、コイ
ルボビン１４に巻装されてコア１３に装着されたコイル
１５とによって構成されている。コイルボビン１４に
は、コイル１５の両端が接続された端子１６が設けられ
ており、これら端子１６は基板１７に半田付けにて接続
固定されている。また、永久磁石１０と電磁石１２の間
にはサブコア１８が配されており、このサブコア１８
は、アーマチュア４の基端部と対向するようにベースヨ
ーク１１に固着されている。

【００１２】本発明に係るワイヤドット印字ヘッドは、
これら１ドット分の印字素子を印字ドット数に対応した
数だけ放射状に複数個配列されたものであり、アーマチ
ュア４、印字ワイヤ５、電磁石１２及びサブコア１８を
除いては複数個分が一体的に形成されて組み立てられて
いる。また、ベースヨーク１１の下方には冷却フィン１
９が配されており、この冷却フィン１９とガイドフレー
ム２とがクランプスプリング２０によって一体的に保持
されている。

【００１３】図２は、図１の要部の構成を示す分解斜視
図である。同図において、板バネ３は、２つのバネ有効
部３ａ，３ｂと、アーマチュア４を固着するための先端
側，後端側の各固着部３ｃ，３ｄと、バネ部の基端側で
他の素子部と連なる外縁部３ｅとからなり、複数の素子
分が一体に成形されたものである。また、アーマチュア
４は、その固着部４ａの下面にて板バネ３の固着部３
ｃ，３ｄに対して図に×印で示す点で溶着され、又その
レバー部４ｂの先端には印字ワイヤ５が固着されてい
る。

【００１４】アーマチュアヨーク７は、アーマチュア４
を微妙な間隔をもって避けた切欠部７ａを有し、他の素
子分と外周で連なる外縁部７ｂよりなる。スペーサ８
は、板バネ３のバネ有効部３ａ，３ｂの基端に対応する
基端部８ａ，８ｂ及び他の素子分と連なる外縁部８ｃよ
り構成され、基端部８ａ，８ｂが板バネ３の後端側固着
部３ｄを避けるように形成されている。そして、アーマ
チュアヨーク７は板バネ３を上方より、スペーサ８は板
バネ３を下方より挟んで、×印で示す点で相互に溶接さ
れて一体化される。以上により、アーマチュアアッセン
ブリが構成されている。

【００１５】一方、ベースヨーク１１上の外周側には、
全素子分に対応した円盤状の永久磁石１０が固着され、
その上にさらに同様に円盤状のサイドヨーク９が固着さ
れ、またベースヨーク１１上の中央側には、各板バネ３
に対向して電磁石１２のコア１３が固着され、サイドヨ
ーク９及び永久磁石１０とコア１３との間にはサブコア
１８がベースヨーク１１に取り付けられており、以上に
より磁気回路アッセンブリが構成されている。

【００１６】この状態で、サイドヨーク９、コア１３及
びサブコア１８の各上面を同一面に仕上げておき、クラ
ンプスプリング２０を使って先のアーマチュアアッセン
ブリを所定の位置に固着することにより、本発明による
ワイヤドット印字ヘッドが形成される。

【００１７】次に、かかる構成のワイヤドット印字ヘッ
ドの動作について説明する。非印字状態では、永久磁石
１０にて発生する磁束が、ベースヨーク１１、コア１
３、板バネ３、アーマチュア４、アーマチュアヨーク
７、スペーサ８及びサイドヨーク９のいずれも透磁性の
ある材料よりなる磁路を通り、再び永久磁石１０に戻る
磁気閉回路が形成されており、この磁気閉回路の作用に
よって板バネ３に固着されたアーマチュア４が電磁石１
２方向にバイアスされてコア１３に吸引された偏倚状態
となる。

【００１８】印字に際しては、コイル１５に通電するこ
とによって電磁石１２を励磁することにより、コア１３
を通る永久磁石１０の磁束と反対方向の磁束を発生さ
せ、これにより両磁束が相殺し合うことになるため、ア
ーマチュア４を吸引状態（偏倚状態）から解放する。こ
のアーマチュア４の吸引解除により、板バネ３のバネ力
によってアーマチュア４がコア１３から離れる。そし
て、アーマチュア４が回転することで基端部とサブコア
１８の隙間が狭まり、電磁石１２による磁束と永久磁石
１０による磁束がサブコア１８で増加し、アーマチュア
４をサブコア１８に吸引する力も増加する。

【００１９】その結果、アーマチュアの回転力が増しア
ーマチュア４の先端に固着された印字ワイヤ５が速い速
度でワイヤガイド６より突出し、図示せぬインクリボン
と印字媒体をプラテンに押し付けることによってドット
印字を行う。電磁石１２のコイル１５への通電が断た
れ、アーマチュア４が再びコア１３に吸引されることに
より、１回の印字動作を終了する。

【００２０】次に、磁気回路アッセンブリにおける磁束
の流れについて図３に基づいて説明する。なお、図３
は、図１の磁気回路アッセンブリを簡略化し、ベース部
２０、コア部２１、サブコア部２２、アーマチュア部２
３、ヨーク部２４、マグネット部２５及びコイル部２６
で構成されたものとして示している。また、同図におい
て、図（Ａ）はマグネット部２５による磁束の流れ、図
（Ｂ）はコイル部２６による磁束の流れ、図（Ｃ）はマ
グネット部２５とコイル部２６による合成磁束の流れを
それぞれ示し、磁束の大きさを本数で概念的に表現して
いる。

【００２１】先ず、図３（Ａ）では、マグネット部２５
で５本の磁束が発生したと仮定すると、そのうちの３本
の磁束Φ_M1，Φ_M2，Φ_M3がコア部２１を通ってアーマチ
ュア部２３の先端側に流れ、この磁束の流れによってア
ーマチュア部２３がコア部２１に吸引される。また、サ
ブコア部２２を設けたことによって発生する磁束Φ
_M4が、サブコ部２２からアーマチュア部２３の基端部側
に流れ、さらに磁束Φ_M5がマグネット部２５の外周部及
びサブコア部２２からヨーク部２４に空間を通って流れ
る。

【００２２】また、図３（Ｂ）では、図３（Ａ）のコア
部２１からアーマチュア部２３に流れる磁束Φ_M1，
Φ_M2，Φ_M3を打ち消すように、コイル部２６で磁束
Φ_C1，Φ_C2，Φ_C3を発生させた場合の磁束の径路を示し
ており、磁束Φ_C3はサブコア部２２を通ってアーマチュ
ア部２３の基端部に流れ、磁束Φ_C2はサブコア部２２よ
りヨーク部２４、アーマチュア部２３に流れ、磁束Φ_C1
はマグネット部２５を通ってヨーク部２４、アーマチュ
ア部２３に流れる。

【００２３】図３（Ａ），（Ｂ）を合成した図３（Ｃ）
では、磁束Φ₁，Φ₂がサブコア部２２からアーマチュ
ア部２３の基端部を通ってヨーク部２４に流れ、磁束Φ
₃，Φ₄がサブコア部２２から空間を通ってヨーク部２
４に流れることにより、コア部２１からアーマチュア部
２３には磁束が流れず、アーマチュア部２３は吸引状態
から解放される。また、図３（Ａ）の吸引状態では、サ
ブコア部２２からアーマチュア部２３の基端部には磁束
Φ₄が１本だけ通っているだけであるが、図３（Ｃ）の
通電状態では、磁束Φ₁，Φ₂の２本が通ることで倍増
しており、実際は、アーマチュア部２３が偏倚するため
それ以上増加する。

【００２４】図４は、図２における板バネ３のモデル
（Ａ）と板バネ３及びアーマチュア４の偏倚（Ｂ）〜
（Ｄ）を示すものである。図４（Ａ）から明らかなよう
に、板バネ３は、二股状のバネ有効部３ａ，３ｂ及び接
続部（固着部）３ｃよりなり、外縁部３ｅにて固定され
ている。そして、接続部３ｃには二点鎖線で示すアーマ
チュア４が固着されており、点Ｐ₁にて図示せぬコアに
吸引され、基端部の点Ｐ₂にて図示せぬサブコアに吸引
されるものとする。

【００２５】図４（Ｂ）は、点Ｐ₁にＦ₁なる力が下方
に加わった場合の板バネ３の曲がりを示しており、点Ｐ
₁にて

【数１】δ_A＝Ｆ₁Ｌ³／３ＥＩなる撓みδ_Aを発生する。ここに、Ｅは縦弾性係数、Ｌ
はバネ長さ、Ｉは断面２次モーメントである。

【００２６】図４（Ｃ）は、点Ｐ₂にＦ₂なる力が下方
に加わった場合の板バネ３の曲がりを示しており、点Ｐ
₁と点Ｐ₂間の距離をｒとすると、点Ｐ₁にＭ＝Ｆ₂×
ｒなるモーメント力が加わったことになり、点Ｐ₁で
は、

【数２】δ_B＝ＭＬ²／２ＥＩなる撓みδ_Bを発生する。

【００２７】また、図（Ｄ）では、点Ｐ₁にＦ₁、点Ｐ
₂にＦ₂なる力が加わった場合を示しており、図４
（Ｂ）と図４（Ｃ）の偏倚量を足し合わせたものとな
る。すなわち、点Ｐ₁での撓みδ_Cは、δ_C＝δ_A−δ
_Bとなり、この点Ｐ₁でのバネ力はやはりＦ₁であり、
任意の撓み量δでのバネ力Ｆは、

【数３】Ｆ＝（３ＥＩδ／Ｌ³) ＋（３Ｍ／２Ｌ）となり、第１項は図４（Ｂ）の力Ｆ₁のみ加わった場合
（数１を参照）のバネ定数と同じで、第２項の力が

【数４】３Ｍ／２Ｌ＝３Ｆ₂ｒ／２Ｌだけさらに加わっている。

【００２８】図５にバネ力と撓みの特性図を示す。図５
（Ａ）において、Ｋ_Aは図４（Ｂ）の力Ｆ₁のみ加わっ
た場合の特性であり、Ｋ_Cは図４（Ｄ）の力Ｆ₁及びＦ
₂が加わった場合の特性であつて、バネ力が３Ｆ₂ｒ／
２Ｌの分だけ上がり、同じ撓み量ではバネ力が高くな
り、歪エネルギーも増大する。故に、前述したように、
サブコア部からアーマチュア基端部に磁束が流れること
で吸引力が発生し、その磁束量に応じてコア部のバネ力
も変化することになる。

【００２９】なお、力は磁束量の２乗に比例し、サブコ
ア部よりアーマチュア基端部に流れる磁束量もそのギャ
ップとコイルの通電状態で変化するため、実動作ではサ
ブコア部とアーマチュア基端部の吸引力も刻々と変化
し、図５（Ｂ）において、コア吸引時のサブコア吸引力
によるバネ力線Ｋ_D上の点Ｐ₃よりスタートし、コイル
最大通電時のサブコア吸引力によるバネ力線Ｋ_E上の点
Ｐ₄を通り、コア解放時のサブコア吸引力によるバネ力
線Ｋ_F上の解放点Ｐ₆と先の点Ｐ₃を結ぶ一点鎖線で示
す線上の印字時の撓み点Ｐ₅を通り、再び点Ｐ₃に戻る
点線で示す変化をし、この点線で囲まれた範囲のバネの
歪エネルギーがコイル通電によって増加したことにな
る。図５（Ａ），（Ｂ）において、Ｋ_Aは同じものであ
る。

【００３０】このように、サブコア１８を設けることに
より、印字の際、アーマチュア４が動き出し、その回転
によりアーマチュア４の基端部とサブコアの隙間が狭ま
り、永久磁石１０及び電磁石１２の各磁束が増加し、そ
の磁気吸引力によってアーマチュア４の基端部がサブコ
ア１８に向けてさらに強く吸引されることになるので、
発熱量や消費電力を増加させることなく、エネルギーの
変換効率を改善することで性能を維持しつつ印字速度の
大幅な高速化が図れるのである。

【００３１】なお、上記実施例では、永久磁石１０を電
磁石１２の外側に配置した構成のワイヤドット印字ヘッ
ドに適用した場合について説明したが、永久磁石１０を
電磁石１２のコア１３の下側に配置した構成のワイヤド
ット印字ヘッドであっても、永久磁石１０及び電磁石１
２の各磁束に対する磁路を形成するようにサブコア１８
を設けるとともに、このサブコア１８の端面をアーマチ
ュア４の基端部に対向させることで、同様の効果が得ら
れるのは言うまでもない。

【００３２】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、永久磁石及び電磁石の各磁束に対する磁路を形成
するサブコアを設けるとともに、このサブコアの端面を
アーマチュアの基端部に隙間を設けて対向配置したこと
により、サブコアを通る磁束によってバネ力が増加し、
これに伴いバネの歪エネルギーが増加し、運動エネルギ
ーも増加するため、エネルギー変換効率が向上する。

【００３３】また、サブコアを通る磁路が従来の磁気回
路の磁路に並列に入ることにより、電磁石のコイル部よ
り見た磁気抵抗が減少し、同じ量の磁束を発生させる場
合、従来よりも少ない起磁力で済み、通電する電流が減
少するため、さらにエネルギー変換効率を向上させるこ
とができる。よって、発熱量や消費電力を増加させるこ
となく、性能を維持しつつ印字速度の大幅な高速化が図
れるのである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるワイヤドット印字ヘッドの一実施
例を示す半断面図である。

【図２】図１の要部の構成を示す分解斜視図である。

【図３】磁気回路アッセンブリにおける磁束の流れを示
す図である。

【図４】板バネのモデル（Ａ）と板バネ及びアーマチュ
アの偏倚（Ｂ）〜（Ｄ）を示す図である。

【図５】バネ力と撓みの関係を示す特性図である。

【図６】ワイヤドット印字ヘッドの従来例を示す半断面
図である。

【符号の説明】

２ガイドフレーム３板バネ４アーマチュア５印字ワイヤ９サイドヨーク１０永久磁石１２電磁石１３コア１５コイル１８サブコア

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者浅香俊行東京都港区虎ノ門１丁目７番12号沖電気工業株式会社内 (72)発明者石川匡幸東京都港区虎ノ門１丁目７番12号沖電気工業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】【請求項１】自由端に印字ワイヤが固着されて板バネ
によって弾性支持されたアーマチュアと、永久磁石の磁
束により前記アーマチュアをコアに吸着する磁気回路部
と、印字動作の際に前記永久磁石による磁束を打ち消す
磁束を発生して前記アーマチュアをコアから解放する電
磁石とを具備するワイヤドット印字ヘッドにおいて、前
記永久磁石及び前記電磁石の各磁束に対する磁路を形成
するサブコアを、前記アーマチュアの基端部と対向配置
し、前記電磁石の通電時、前記サブコアと前記アーマチ
ュアの基端部を通る磁束の増加により前記板バネのコア
部でのバネ力が増加することを特徴とするワイヤドット
印字ヘッド。