JPH0673975B2 - インパクトプリンタ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明はシリアルインパクトプリンタに関し、特に印
字動作中におけるインパクトノイズの発生を大巾に減少
する新規なプリンタに関する。

（従来の技術） オフィス環境は長年の間、不快なノイズ発生体つまりタ
イプライタ及び高速インパクトプリンタの集中場所とな
ってきた。このような装置が幾つか１つの室内に一緒に
置かれると、累積ノイズの公害がその室内で作業する人
達の健康や精神的安定を害する恐れさえある。こうした
状況はよく認識され、専門技術分野及び関連官庁によっ
て取り組まれてきた。次のようて幾つかの方法でノイズ
を減少する試みがなされてきた。インパクトプリンタを
消音カバー内に入れる；インパクトノイズが減るように
インパクトプリンタを設計する；及びインクジェットや
熱転写等非インパクト技術に基づく低騒音プリンタを設
計する。また、立法府及び規制当局もオフィス環境にお
ける最大許容ノイズレベルの基準を設定している。

dBA尺度で測定された音量レベルは、音強度の絶対値と
異なり昔の大きさの人による感知レベルを表わす。dBA
（またはdB）単位で表わされた音エネルギーについて見
る場合には、尺度が対数尺で、10dBの差は10倍、20dBの
差は100倍、30dBの差は1000倍等々をそれぞれ意味する
ことに留意すべきである。一般に、従来のインパクトプ
リンタは70dBA〜80dBA強の範囲の平均ノイズを発生し、
80dBは我慢できないレベルである。60〜70dBAの範囲に
減少されれば、ノイズは不快レベルと解釈される。イン
パクトノイズレベルの50〜60dBA範囲への更なる減少
は、不快の度合いをいっそう改善する。インパクトノイ
ズのdB値を40dB半ばにまで減少できれば望ましいのは勿
論だが、これはインパクトプリンタのノイズにおいて極
めて至難な降下である。

上記の印字ノイズはパルス的な性状で、ハンマーが活字
文字パッドをリボン、印刷シート及びプラテンに対し、
リボンからインクを放出させるのに充分な力でインパク
ト駆動するときに主に生じる。ここでの議論は、系内の
その他のノイズを覆い隠してしまうインパクトノイズに
ついてのみ行なう。しかし、インパクトノイズが大巾に
減少されれば、その他のノイズも無関係でなくなる。従
って、本当に静かなプリンタの設計では、キャリッジの
移動、文字の選択、リボンのリフトと前進、さらに種々
のクラッチ、ソレノイド、モータ及びスイッチから生ず
るもの等その他全てのノイズ源を減少させるように設計
者は取り組み必要がある。

本発明で緩和されるのはインパクトノイズなので、通常
の弾道ハンマーインパクトプリンタにおけるインパクト
ノイズの発生原因を理解する必要があろう。一般的なデ
イジーホイールプリンタでは、約2.5gのハンマー質量が
ソレノイド作動形クラッパーによって弾道駆動される。
ハンマーは文字パッドの背面に衝突し、文字パッドをリ
ボン／用紙／プラテンの組み合せ体にインパクトさせた
後、そこから最初のホーム位置にリバウンドし、そこで
も通常別のインパクトによって停止されねばならない。
この一連のインパクトが、不快なノイズの主な発生源で
ある。

従来のプリンタでは、プラテン変形インパクトの総滞留
時間、すなわちハンマーのリボン／用紙／プラテンの組
み合せ体に対する当接時間は一般に約100ミクロ秒であ
る。また、１秒当りの印字速度が30文字なら、文字イン
パクト間の平均時間は約30ミリ秒である。従って、イン
パクトの滞留時間を印字サイクルのうち従来のプリンタ
で一般的なものより著しく大きい割合にまで大巾に延長
できる可能性が充分にあるのは明らかである。例えば、
滞留時間を100ミクロ秒から６〜10ミリ秒に引き延ばせ
ば、パルス巾が従来の巾に比べ60倍〜100倍増加つまり
延長されることになる。プラテンの変形をより長い時間
へ延長すれば、それに伴なって発生ノイズの減少が達成
できる。この点は、発明者Andrew Gabor、名称「低騒音
インパクトプリンタ」で1985年７月２日に提出され、本
出願人に譲渡された係属中の米国特許出願No.751,169の
“動作理論”の項で詳しく説明してある。この係属中の
出願は参照によってここに含められる。

（発明が解決しようとする問題点） 最近のプラテンのオペレータには、そこで使える多数の
リボン材料が与えられる。各種類のリボンは特定の目的
用に定式化され、固有のインク放出特性を有するが、そ
れらは全て通常の高インパクト力、低質量、短い滞留時
間のプリンタで使えるようになっている。プリンタのメ
ーカが、自社製プリンタと特に適合するように調整され
た放出特性を持った種類及び定式のリボンを製造して指
定することも考えられる。しかし、現在市販されている
種類のリボンが本発明の低質量、長い滞留時間のプリン
タで使え、匹敵するまたは改良された印字品質を示すこ
とができれば望ましい。プリンタの設計における真の挑
戦は、異なった種類の複数綴り書式（マルチパートフォ
ーム）について高い印字品質を得る能力にある。プリン
タのメーカが自社製プリンタで使うべき特定のリボンを
指定しても、顧客はプリンタと関係なく複数綴り書式を
選んでしまう。

従来のリボンと複数の綴り書式の種類及びそれらの特性
について簡単に見ることは、以下に述べる改良インク放
出機構を理解する手助けとなろう。“シングルストライ
ク（１回衝突）”リボンは、ポリエチレン基材上に施し
た乾燥ワックス状インク材の層で構成されている。ハン
マーで推進された印字エレメントがぶつかると、ワック
スが文字形状に裂離しその基材から剥れて、像受容シー
ト上へ完全に転写付着する。この過程は事実上、文字形
状の小片（プラグ）を裂離して押し出すことから成る。
カーボンを挟んだ複数パート書式は、カーボンシートが
低品質紙上に被覆した同様のワックス状物質から成るの
で、上記と同じインク放出機構を持つ。一方、カプセル
封入インク式の複数綴り書式では、カプセルが破れ、中
のインク液がシート上の被覆と作用して紙シートに書き
込まれ着色像を形成する。

“マルチストライク（複数回衝突）”リボンは、マイラ
ー（Mylar）として一般に知られるポリエステル基材上
に支持され、インクの充填されたマイクロスタンプパッ
ドあるいは薄い多孔性スポンジと見なせる。この種の基
材材料は、密接に重複する領域への複数回のインパクト
に耐えるのに充分な強度を有する。“ファブリック（布
地）”リボンは同じくマルチストライク型だが、繊維に
インク液の含浸された布基材から成る。

“コレクタブル（修正可能）”インクは、印字後すぐな
ら用紙から除去できるものである。このインクは、ポリ
エチレン基材上の破砕性プラスチックに含まれたカーボ
ン（またはその他の着色剤）である。この種のリボン
は、米国特許No.3,825,470、名称「接着式除去可能転写
媒体」（D.L. Elbert他）に説明されている。プラスチ
ック被覆がインパクトで容易に裂離し、紙製像受容体上
に加圧固定され文字形状の凝集塊となる。この凝集塊は
プラスチックなので、紙の繊維内へ深く侵入しない。従
って修正時には、接着テープを凝集塊に付着させて、そ
れを紙から引き剥がす。ある充分な時間（約５分）の経
過後、プラスチック粒が最終的に紙内へ流入して永久像
を形成する。

シングルストライクリボン及び複数綴りカーボン書式で
は、せん断成分すなわちプラテンに対して接線方向の成
分がインパクト力に加わると、インク放出が改善される
ことが認められている。このせん断成分は、インク“プ
ラグ（小片）”を用紙上に固定保持しながら基材が文字
エレメントによってシフトされるときに、“引剥し”作
用を引き起こす。一方せん断成分は、実質上マイクロス
ポンジ状であるマルチストライクや布式リボンのインク
放出に対しては有利な効果を及ぼさないことが明らかで
あろう。つまり、圧力の作用によってのみスポンジ孔か
らインク液がしぼり出され、圧力の方向はほとんどある
いは全く結果に影響しない。同じく、修正可能なリボン
もせん断成分に反応しない。

マルチストライク、布及び修正可能式リボンはせん断力
に反応しないが、圧力印加の時間延長には有効に反応す
る。スポンジに圧力の加わる時間が長くなれば、それだ
け多くのインク液が放出されることは周知である。他
方、シングルストライクリボン及び複数綴りカーボン挟
み込み書式のインク放出は、滞留時間の延長によって改
善されない。つまり、固体状のインクコーティングを裂
離するのに充分な力が加えられさえすれば、インク小片
は用紙に転写される。力の印加を延長しても、インクコ
ーティングはそれ以上裂離しない。従って、滞留時間の
延長はこれらの印字材料にとって有利な効果を及ぼさな
い。

本発明の主な目的は、使用するリボンまたは複数パート
書式の種類に関係なく同じ印字品質を得ながら、現在市
販されている一般的なプリンタより数倍静かに作動する
プリンタを提供することにある。

（問題点を解決するための手段） 上記の目的を達成するため、本発明はその一態様におい
て、マーキング媒体、紙シート等のマーク受容支持体及
びプラテン上の印字ラインに対して文字エレメントを逐
次駆動するように印字力が伝えられ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施される。印字力
は、文字エレメントのプラテンとの接触点でプラテンに
対して垂直なラインと角度を成すラインに沿い文字エレ
メントに対して移動されるインパクトエレメントによっ
て伝えられる。発明のこの態様はインパクトにせん断力
を加え、シングルストライキリボン及び複数綴りカーボ
ン書式のインク放出を高める。またこの発明は、文字エ
レメントに対してインパクトエレメントを移動し、従来
のプリンタより著しく大きい少くとも１ミリ秒に及び長
い滞留時間の間プラテンに対して文字エレメントを付勢
するという要求の達成も意図している。発明のこの態様
は、マルチストライクリボン、布リボン及び修正可能リ
ボンのインク放出を高める。斜めのインパクト及び滞留
時間の延長両方を具備することで、通常のリボン全ての
インク放出特性が高められる。

本発明の利点は、添付の図面を参照した以下の詳細な説
明から当業者に理解されよう。

（実施例） 以下、本発明の新規なインパクトプリンタを特に第１、
２及び３図を参照して説明する。本インパクトプリンタ
は従来のインパクトプリンタで使われているのと同等な
プラテン10を具備し、プラテン10はフレーム（不図示）
の軸受で回転自在に取り付けられ、文字がその上に打印
されるシート11を前進及び後退させる駆動機構（同じく
不図示）に連結されている。キャリッジ支持バー12がプ
ラテンの下方で、プリンタの片側から他側にわたって延
びている。キャリッジ支持バー12はベースとフレームと
一体に作製してもよいし、あるいは所定の位置に固着し
てもよい。またキャリッジ支持バー12は上側及び下側の
Ｖ字状座14、16を備え、これらの座にロッドストックレ
ール18、20がそれぞれ着座固定されている。これによっ
て、比較的低いコストを維持しながら、非常に滑らかな
低い摩擦面を有するキャリッジレール構造が形成可能で
ある。

キャリッジ22とこれに支持された印字エレメントがプラ
テンの長さに沿って、キャリッジのあらゆる横方向位置
へ正確に位置決めされるように、キャリッジ支持バー12
はプラテンの軸と平行に延びていることが重要である。
キャリッジ用の片持ち式支持機構は、レール18と20にそ
れぞれ当接し頂部に２組及び底部に２組、合計４組の斜
め止めローラ24によって与えられる。このようにしてキ
ャリッジは滑らかに支持され、幾つかのモータ及びその
他の制御機構で、プラテンに対して横方向に移動自在で
ある。通常のケーブル、ベルトまたはネジ駆動装置等の
適切なキャリッジ駆動機構（不図示）がキャリッジに連
結され、キャリッジを支持バー12上で矢印Ａの方向にプ
ラテン10と平行に移動させる。

キャリッジ22は一対の側面プレート25を含むものとして
示してあり、これらの側面プレート25は連結ロット26で
一体的に固定され、そこから張り出した斜め止めローラ
を支持している。現時点で好ましい態様は幾分異なって
構成されており、図面は各部品の関係をより分り易く例
示したものに過ぎない。キャリッジ22上には回転シャフ
ト28を有する印字ホイールモータ27が取り付けられ、印
字ホイール30のハブが回転シャフト28に固定可能であ
る。またキャリッジ22上にはリボンキャリッジ32（想像
線で図示）も取り付けられており、これが前述したうち
どの種類でもよいマーキング（打印）リボン33の供給体
を内部に収納し、リボンの露出部分を印字ホイール及び
像受容シートに直近して支持している。リボン駆動モー
タ及びリボンシフト機構もキャリッジ上に支持されてい
るが、図には示してない。

従来のプリンタでは、キャリッジがハンマーとその起動
機構も支持している。本発明の独特な構成では、キャリ
ッジがハンマー機構の一部だけ、つまり介設部材36に固
定されたＴ字状印字チップ34だけを支持する。介設部材
36はヨーク状で、軸受ピン38によりキャリッジ22へ旋回
自在に取り付けられ、プラテン10に対して接近及び離反
する方向に揺動自在に規制されている。介設部材36の運
動の自由度をより大きく許容するため、別の取付構造
（不図示）では軸受ピンの代りに板バネを支持体として
用いることも考えられる。

印字チップ34はＴ字状で、ベース40と、そこから外側へ
延び衝突面にＶ溝44を有するインパクト部42とを備えて
いる。Ｖ溝44は、各印字ホイール文字パッド45の背面に
形成されたＶ状突起と噛み合う。従ってインパクト時に
は、２つの噛み合うＶ状面が必要に応じ可撓性のスポー
クをわずかに左または右へ移動することによって文字の
微細な横方向位置合せを行ない、文字の打印を像受容シ
ート11の印字ライン上に正確に位置決めする。ベース40
の外側両端が介設部材36の取付パッド46に固定され、ベ
ース40の中央部は支持されていない。

印字チップ34を移動するため、質量変成器48から成るハ
ンマー力印加機構が設けられている。このハンマー力印
加機構は、通常のプリンタのハンマーと異なりキャリッ
ジに支持されていない。つまり、質量変成器48は押圧ロ
ッド50と、軸54を中心に矢印Ｂの方向に回動する揺動押
えバー52とを具備する。介設部材36の上端に取り付けら
れた軸受ピン56が、押圧ロッド50のＶ状駆動端58用の座
を与える。これら２つの軸受面56、58はバネ60で、密接
に接触する状態に付勢されている。従って、押えバー52
がプラテンに対して接近及び離反する方向に揺動するに
つれ、押圧ロッド50が介設部材36を移動し、印字チップ
34を矢印Ｃで示した方向にプラテンに対して接近反離せ
しめる。反対側の押圧ロッド50の被駆動端62には、一体
状ビード（玉緑）64の形をした押えバー52の細長い駆動
面との弾性接続部が設けられている。ビード64は揺動軸
54と平行に延びている。ビード64の片側が、押圧ロッド
50に固定されたピン68上に回転自在に軸支された第１の
押圧ロンド輪66に対する横方向の担持面を与える。ビー
ドの反対側は第２の押圧ロッド輪70に対する横方向の担
持面を与え、第２押圧ロッド輪70はビード反対側の担持
面に対してバネ付勢され、第１押圧ロッド輪66がビード
64と密接に接触するのを保証している。このバネ付勢
は、クレビスピン78で所定位置に保持されたピボットブ
ロック76の舌部74を受け入れるクレビス72を、押圧ロッ
ドの被駆動端に設けることによって得られる。第２押圧
ロッド輪70は、ピボットブロック76に止着された軸受ピ
ン80で支持されている。ブロック84に片持ち取り付けさ
れた板バネ82がピボットブロック76を介して第２押圧ロ
ッド輪70をビード64に対してバネ付勢し、第１押圧ロッ
ド輪66の押えバービード64に対する密接な接触を達成す
る。

揺動軸54を中心とした押えバー52の揺動は、プリンタの
ベースに固定取り付けされた音声コイルモータ86等の原
動機によって行なわれる。押えバー52のレバーアーム88
が、取付構造体94に結合された可動モータコイル巻回ボ
ビン92の頂部に取り付けられている。音声コイルモータ
86は中央の透磁製コア96と、これを取り囲みボビン92を
矢印Ｄの方向に支持シャフト100の軸方向に沿って駆動
する同心円状の磁石98とを具備する。ボビン92は、コイ
ルの巻線を流れる電流に応じてブッシュ102内で案内さ
れる。

動作時、インパクトを開始する信号を受け取ると、電流
がコイル巻回ボビン92中を一方向に流れ、ボビン92を下
方（矢印Ｄ）に吸引し、レバーアーム88を引っ張って押
えバー52をその軸54の周囲で揺動させる（矢印Ｂ）。押
えバー52の揺動により、ビード64が押圧ロッド50をプラ
テン10の方向に駆動する（矢印Ｃ）。押圧ロッド50は介
設部材36と密接に接触しているので、押圧ロッドの動き
が印字チップ34に伝えられ、印字チップ34が同じ角軌道
に沿って駆動され変形可能プラテンにインパクトする。
キャリッジ22がその駆動機構によってプリンタを横切り
横方向（矢印Ａ）に移動されると、押圧ロッド50も介設
部材36と押えバー52の間でキャリッジと共にプリンタを
横切って移動し、両者間の駆動接触はビードレールを間
に挟んだ２つのバネ付勢押圧輪66、70で維持されてい
る。逆に、電流がコイル巻回ボビン92を通って反対方向
に流れると、ボビン92が上方に付勢され、印字チップを
プラテンから離反する方向に引く。

プラテン10と接触するときの印字チップ34の実効質量の
大きさは、音声コイルモータ86で移動される重い押えバ
ー52の運動量に主に基づくことが理解されよう。移動す
る押えバーの運動エネルギーは滞留つまり接触時間の間
印字チップを介してプラテンに伝えられ、その間にプラ
テンが変形し、運動エネルギーが位置エネルギーとして
貯えられる。このように接触時間の長さを延ばし、印字
チップの実効質量を大巾に増加することによって、従来
のインパクトプリンタに対してインパクトノイズが約10
00分の１に減少された。

次に第４及び５図の概略図を参照し、リボンに作用して
そこからインクを放出される力の成分について説明す
る。第４図は従来技術のハンマー110を示しており、こ
れがインパクト力Ｆ′を文字エレメント45に伝え、文字
エレメント45をマーキング媒体33、用紙11及びプラテン
10に対して駆動する。インパクトの瞬間におけるインパ
クト力の軌道は、プラテンの半径方向に対してほぼ０°
である。一部のプリンタでは、ハンマーがインパクトす
る途中で弧状の経路を辿るものもある。しかし、設計上
通常の接触角は半径方向（つまり０°）なので、ハンマ
ーがどの経路を辿ってインパクト点に達するかは関係な
い。

本発明では第５図に示すように、印字チップ34がインパ
クト力Ｆを文字エレメント45に伝える。印字チップが移
動しインパクト力をそれに沿って伝えるラインは、接触
点でプラテンに対して垂直てラインと角度を成す。αで
表わしたこの角度は、15°〜40°の範囲に選ばれる。こ
のインパクト力Ｆは、半径方向の力成分Frと接線方向の
力つまりせん断力Ftとに分解される。印字チップ34の力
Ｆの方向に沿った移動は、印字ホイール上の文字エレメ
ントをプラテンの方へ付勢すると同時に、接線方向にも
引っ張る。従って、文字パッド及びリボン基材は接線方
向に移動する一方、ワックス状のインクコーティングは
像受容紙の粗い表面によって静止した状態に保持される
ため、リボン基材はシングルストライクリボンのワック
ス状コーティングに対して移動し、裂離したインクを基
材から引き剥す。カーボンを間に挟んだ複数パート書式
でも、インク放出メカニズムは同じである。接線方向に
約2mils移動してインク放出を改善するには、スポーク
の破壊を防ぐため印字ホイールの取付構造に何らかの手
段が講じられなければならない。

（発明の効果） 以上述べたように、本発明の改良プリンタ機構は、従来
のプリンタにおけるよりも著しく大きいハンマー質量の
移動と、力がプラテンに加えられるハンマー滞留時間の
延長とに基づいている。従来のプリンタにおける100ミ
クロ秒に対して少くとも１ミリ秒、好ましくは６〜10ミ
リ秒という延長された滞留時間が、より多くのインクを
しぼり出すことによって、マルチストライク、布及び修
正可能なリボンからのインク放出を高める。

これに付随して、通常のあらゆる種類のリボンに対する
インク放出効率の向上は、加えるべきインパクト力を大
巾に減少可能にするという追加の利点も与える。低いイ
ンパクト力は発生音をいっそう減少させるとともに、駆
動力の要求も勿論減少せしめる。また、ハンマー力印加
機構全体は、高い力の負荷に耐えるように設計しなくて
もよいため、製造するのに安価で制御も容易である。さ
らに、フオント（活字）の面の磨耗速度も著しく遅くな
るので、印字ホイールの寿命も延長する。

本発明による印字力の斜めの印加で、印字力の要求が著
しく減少することは明らかであろう。例えば、従来のイ
ンパクトプリンタで通常生じるピークエネルギーレベル
は、印字すべき文字のサイズ及びリボンや複数綴り書式
の種類に応じて50後半〜約100ポンドの範囲である。こ
れに対し、本発明のプリンタで６枚綴りのカーボン書式
をインパクトするとき、最大文字の最も打印におけるピ
ーク力は約40ポンドである。

印字チップが文字パッドにインパクトする地点でのプラ
テンの半径方向に対する斜めの角度は、約15°〜約40°
の範囲、特に25°〜35°の範囲にすべきことが認められ
ている。０°〜約15°の範囲では、必要なピーク力が高
過ぎる。また約40°〜45°の範囲では、必要な力が充分
に低いが、せん断力が大きくなり過ぎ印字文字が汚れて
しまう。

ハンマー力印加機構を望ましい斜め角度で配置すること
は、印字ラインを見易くするというさらに別の利点も生
じる。つまり、各文字の印字後、印字チップはプラテン
から離反し印字ラインより下方へ下がる方向に後退す
る。この動きにより、オペレータはハンマー機構で邪魔
されずに、印字ラインをいっそうはっきり見ることがで
きる。

尚、以上の開示は例示としてのみなされたものであり、
特許請求の範囲に記載の発明の真の精神及び範囲から逸
脱せずに、各部品の構造、組み合せ及び配置の詳細にお
いて数多くの変形が可能なことは明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の新規なインパクトプリンタの斜視図； 第２図は本発明の新規なインパクトプリンタの側面図
で、プラテンから離れている印字チップを示す； 第３図は第２図と同様の側面図で、力印加位置にある印
字チップを示す； 第４図は従来におけるハンマーインパクト力の印加を示
す拡大概略図；及び 第５図は本発明におけるハンマーインパクト力の斜め印
加を示す拡大概略図である。 10……プラテン、11マーク受容手段（シート）、33……
マーキング手段（リボン）、34……インパクト手段（印
字チップ）、45……印字エレメント、48……移動手段
（質量変成器）、86……接触時間維持手段（音声コイル
モータ）、Ft……せん断力。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】接触時間中プラテンを変形させるために、
   マーキング手段、マーク受容手段及びプラテン上の印字
   ラインに対して印字力を伝えて文字エレメントを逐次駆
   動する印字力伝達手段を有するシリアルインパクトプリ
   ンタにおいて、 この印字力伝達手段が、せん断力を生じさせるインパク
   ト手段と、このインパクト手段を上記文字エレメントに
   対し、インパクト手段のプラテンとの接触点においてプ
   ラテンの表面に垂直なラインと15°から40°の範囲の角
   度を成すラインに沿って移動させる手段とを有し、 せん断力が上記接触時間中に上記文字エレメントとマー
   キング手段との間に生じ、さらに、上記インパクト手段
   により上記接触時間が少なくとも１ミリ秒の間継続する
   ことを特徴とするシリアルインパクトプリンタ。