JPS5862072A - 打印エレメントを駆動する方法及び装置 - 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】 本発明は、電子的手段により自由端を変位せしめ打印エ
レメント、特にマトリックスプリンタの打印エレメント
を駆動する方法及び装置に関する。

ドイツ特許公報ＤＥ−ＰＳ　２６３３２３９　　によシ
現在の方法が知られており、ＤＥ−Ｐｓ２３４４０６５
　　及び米国特許明細書３．４７３．４６６により同様
の方法が公知になっている。

学術論文ゝ１超音波を用いてランプ仕上げする場合の主
形状の幾何学的誤差の問題に対する寄稿ｔｒｉｅ　ｂｅ
ｉｍ　Ｓｃｈｗｉｎｇｌａｐｐｅｒ　ｍｉｔ　Ｕｌｔｒ
ａｓｃｈＡｌｌ）”において１υノーバーエ大（Ｔｅｃ
ｈｎｉｓｃｈｅｎ　ＵｎｉｖｅｒｓｉｔａｔＨａｎｎｏ
ｖｅｒ）の機械科の教授である工学士テイチョベツタ−
（Ｔｙｃｈｏ　Ｖｅｔｔｅｒ）氏が、更には同ハノーバ
ー工大の機械科の教授、工学士ホルスト　シャイベナ−
（Ｈｏｒｓｔ　５ｃｈｅｉｂｅｎｅｒ）が論文″１超音
波加工用の高速ノーズの変位の仕方（Ａｕｓｌｅｇｕｎ
ｇ　ｖｏｎ　Ｈｏｃｈｌｅｉｓｔｕｎｇｓｒｕｓｓｅｌ
ｎ　ｆｕｒ　ｄｉｅ　Ｕｌｔｒａｓｃｈａｌｌｂｅａｒ
ｂｅｉｊｕｎｇ）“において、振動の強さを拡大するだ
めの機械的な変換器（いわゆるブースター）について研
究結果を発表している。

従来の打印エレメントの欠点は、磁気的なカを作ること
が可能な打印周波数が必要部材塊中に生ずる電磁的声失
（漂遊磁界、渦電流〕により、高くても２０００　Ｈｚ
ぐらいであることである。

本発明の目的は、特に圧電気的に作動する打印ニレメン
トラ駆動する方法において、圧電気的に作動する打印ニ
レメントラ正確に駆動し、それによって高い印字速度の
達成を、大きな印字力、で騒音及び比較的小さな電力損
失の下で得るようにすることにある。

この目的は、本発明に従い、特許請求の範囲第１項に記
載の方法により達成される。その発展形態は特許請求の
範囲第２項ないし第４項に記載されている。また本方法
を実施する装置については特許請求の範囲第５項に記載
されており、更にこの装置の発展形態は特許請求の範囲
第６項から第・１０項で取扱われている。

本発明による装置は打印周波数１に２０００Ｈｚより高
めて約５００００Ｈｚ　（５０ＫＨｚ　）までの範囲と
することができる。その上、発生する損失（内部吸収に
基づく損失及び圧電結晶装置内の損失）は僅かである。

圧電結晶装置の長さが比較的僅かに変化する場数倍増倍
された偏位約０．３藺のストロークに伝達されるという
点で、ストローク増倍器（Ｈｕｂｖｅｒａｔ′ａｒｋｅ
ｒ）ともブースターとも呼−れる。また、駆動するブー
スター変換比に基づきブースター尖端の直径が小さいこ
とから、印字像の分解度が高くなる。

打印ユニットの・駆動周波数が超音波の領域であること
は、従来の機械的な高速プリンタと較べ、人間の可聴範
囲内での騒音が本質的に小さくなると予想される。

ブースター特性を記録打印方法に使用する場合には、そ
の都度側々のブースターの振幅を、図示していない駆動
装置からの電圧パルスで発生させて、被記録体に印字を
造るたけでよい。

少なくともブースターを新たに励起（非励起）すること
によって、その戻９時のエネルギーは、続いての印字を
なす必要がないときには、ブースター７矢義ズが更に後
方に振れることなくその出発位置に戻って落ち着くよう
に、エネルギー相殺される。

本発明の特に有利な実施形態においては、電気的パラメ
ータ、電荷もしくは電流変化及び圧電駆動エレメ、ン本
の電極における電圧の時間的経過を、電気的な記録測定
回路により評価して、ブースターの励起もしくは非励起
を生せしめる電圧ノ（ルスの強さ及び時間経過を調整す
る。

以下、特に第１図、第２Ａ図及び第２Ｂ図を参照しなが
ら、本発明の有利な実施形態と、圧電的に作動される打
印システムの機能の仕方を、個々に説明する。

第１図は、円い断面がブースター脚部２からブースター
尖端部３まで連続的に縮小して先細状となったストロー
ク増倍器（ブースター）１を概略的に示した斜視図であ
る。ブースター脚部２には、同様に円い断面を有する圧
電駆動エレメント４力；固定連結されている。圧電駆動
エレメント４は、例えば圧電セラミック材料から造り、
ブースター脚部２に接着することができる。駆動エレメ
ント４０円い両端面には、端面全体を被って電極が設け
である。

第２Ａ図は、圧電的に駆動される非常に有オリな構成の
打印システムの概略図であり、双曲線状のチューブの一
方の側に圧電結晶装置を有するストローク増倍器即ちブ
ースター１ｔ−備えている。この圧電結晶装置は個々の
圧電結晶素子を圧電駆動エレメント４及び４１として電
気的に並列に且つ機械的にはその有効伸びに関し直列°
に、それぞれ同じ偏位極性の極面が互いに面するように
、接続したものである。この圧電結晶装置全体は常に圧
電駆動エレメントの偶数個が−まとめにされており、従
ってこの装置の内側に位置する端子即ち電圧源の正極へ
の端子は、この電圧源のアースされた負の電位に在る外
側電極によってシールドされている。ブースター１のブ
ースター脚部２は、例えば接着剤により駆動エレメント
４の電極２１を介して駆動エレメント４に、該駆動エレ
メント４は電極２２１ｆｔ介して駆動エレメント４１に
、そして該駆動エレメント４１は更に電極２３を介して
支持部材２５に連結しである。駆動エレメント４及び４
１はブースター脚部２と同じ断面積を有する。

適当に励起すると、駆動エレメント４及び４１はブース
ター１の軸方向に有効伸びを起す。この運動はブースタ
ー底部２のみならず支持部材２５にも作用する。

支持部材２５は圧電駆動エレメント４及び４１に対向し
て斜面１１を角度αで有し、これにより駆動エレメント
４及び４１から支持部材２５に導かれる衝撃波を無害な
方向に偏向させるようになっている。ブースターの尖端
は、ブースターガイド７内に案内されており、該ブース
ターガイドには例えば直接にインクキャリヤ９が配置さ
れている。インクキャリヤ９から被記録体１４への望ま
しくない転写を避けるだめのギャップ１０内において、
被記録体１４が基台８上に延びている。記録方法は、被
記録体１４を次の寸法配置に８．４ｍ／Ｓ　まで一定の
高速で連続的に通すことが可能である。

高い打印周波数を得るには、ブースター１の固有周波数
を有利な長さにおいてもつと高めることである。このよ
うな高い固有周波数は、ブースター材料の密度を小さく
し弾性係数を高くすることで担保される。密度を小さく
した場合にブースターの動作を弾性領域におくためには
、更に、発生する高い機械的応力に際し、ブースターの
相対的曲げ強さが高いことが必要である。相対的曲げ強
さとは、弾性係数の、特有の密度に対する割合をいう。

相対的曲げ強さの大きいブースターは、第４Ａ図〜第４
Ｃ図の如く薄層構造とするが、又はファイバーコンポジ
ットから形成することができる。

同じことが支持部材２５の形成についても言える。

、印字像の分解度を極めて良くするため、本実施例では
ブースター尖端の直径を０．２鰭に選定する。

複数部のベーパーコピー、例えば３部を打ち込むには、
ブースター尖端３の最小ストロークは約０．２６■必要
である。ブースター１を形成するため、破壊負荷が２１
１００ニユートン／ｌｌｌｌ１１２のカーボンファイバ
ー”　Ｃｅ１ａｎｅｓｅ　ＧＹ　７０　”を使用する。

このことは有利な長さ５０ｍ＋のブースターにおいて、
弾性領域にて最大機械的応力４３４０ニユートン／　ｗ
ａ”及び固有周波数１１２ＫＨｚで動作すると見込ｎる
。

本打印システムは圧電駆動エレメント４及び４１がブー
スター１と同じ１１２ＫＨｚの固有周波数を有するなら
ば、最初の接近で有利に調整される。

２　Ｌ　６Ｋｇ／　（ｍ”　ｓｅ　ｃ　）の音響インピ
ーダンスを有するカーボン７アイバー″Ｃｅ１ａｎｅｓ
ｅ　ＧＹ　７０　’を１はソ同じ音響イ・ンピーダンス
２４．０Ｋｇ／（■２Ｂｅｅ）を有する圧電セラミック
材料”　ＰＸＥ　４　”　（Ｖａｌｖ。

社）から成る圧電駆動エレメント４及び４１と組合せて
あり、これにより、衝撃波の材料の接口における有害な
反射を避は或いはできるだけ小さくの振動の節を同様に
電極２２に最初の接近で置こうとすることから、支持部
材２５はブースターと同じ材料で形成するのが好ましく
、その場合ブース−クー１におけるのと同様にカーボン
ファイバーの好ましい方向が衝撃波の方向と一致する。

駆動エレメント４１の厚さは、正確には、打印過程中の
システムの駆動の節ができるだけ電極２２に在るように
材料及び支持部材２５の形成の仕方によって定める。そ
の厚さは駆動エレメント４の厚さの下では徴々たるもの
でちる。打印システム全体の固有周波数は、このように
５６ＫＨｚ程度、従ってブースター１もしくは駆動エレ
メント４の固有周波数の半分である。’ＰＸＥ　４１セ
ラミツクから成る圧電駆動エレメント４及び４１はブー
スター１と同じ１１２ＫＨ２の固有周波数を有するので
、その厚さは８．２５■となっている。駆動エレメント
４及び４１に受は取られる最大許容機械的応力が６０ニ
ユートン／■２の場合、この駆動エレメント４及び４１
の最大許容偏位Ｆｉ、１．１ｇミクロンとなシ、このこ
とは、打印に必要なブースター尖端３の偏位０．２６＋
ａｍを発生するには２１９倍のストローク増倍を必要と
することを意味する。ブースター１（双曲線状チューブ
）の必要変換比が２１９倍であることは、ブースター尖
端３の直径が０．２簡の場合、ブースター脚部２の直径
は１５胃であるということになる。

従って、衝撃波の形での駆動エレメント４及び４１によ
る打印方向のブースター脚部２の偏位は、衝撃波がブー
スター１の全長をその材料の音響速度で伝わった後で、
２１９倍に変換さｎ同様に打印方向のブース尖端３の偏
位となって現わ扛る。このことは打印方向と逆の偏位に
ついても当て嵌る。

従って、この記録打印システムは、該システムの被記録
体１４に対する相対速度が８．４ｍ／秒でぬぐい印字が
７５ミクロンの場合、１秒当り５６００°０回の打印過
程をなすと期待される。この場合、被記録体１４に対す
るブースター尖端３の印字はその都度約２５％重なる。

ブースター１の長さ及び圧電駆動エレメント４及び４１
の厚さが倍になると、ブースター尖端３の偏位が同一で
ブースター１の変換比が同じ場合には、ブースター１及
び駆動エレメ；／）４及び４１における最大機械的応力
は半分に減少し、打印周波数も同様に半分に減する。

圧電駆動エレメント４及び４１は駆動電極２１゜２２及
び２３を介してドライブさｎる。この駆動制御は、ここ
では詳しい説明はしないが、電界をかけることによって
電極を時間的に正確にドライブする回路装置を介して行
なわれる。

この駆動装置内には、駆動エレメント４゛及ヒ４１の合
成機械的応力によって電極２１．２２及び２３に生ずる
アナログ電圧の時間的経過を記憶して評価装置に導き、
修正した励起又は非励起パルスを発生させる測定回路を
設ゆることができる。

第２Ｂ図は他の構成の打印システムの非常に有利な５他
の実施形態を示す。ブースター１は、例えば接着剤によ
って圧電駆動エレメント４と、該エレメント及び圧電駆
動ニレメン）４１は同様にこの実施例では例えば好まし
くは導電性の膜２７と固定連結されており、該膜を介し
て、ブースター１、両駆動エレメント４，４１及び該駆
動エレメント４１に例えば同様に接着剤で固定した他の
圧電エレメント４２から成る全振動システムが、台６に
、弾力的にかつ振動が抑制されるように、保持されてい
る。上記他の圧電エレメントは、まず第１に、ブースタ
ー１に対するダイナミック中立釣合錘として働く。この
３つの圧電エレメント４゜４１及び４２は、好°ましく
け同じ圧電セラミック材料から構成し、そしてブースタ
ー底部２と同じ断面（及び形状）で同じ厚さを有するの
が好ましい。上記他ノ圧電エレメント４２は後に制御エ
レメント４２として特徴づけら詐る。

駆動エレメント４及び４１並びに制御エレメント４２は
、ここでは同様に電気的に並列にかつ機械的にはその有
効伸びに関して直列に接続さｎ１同じ偏位極性の極面が
互いに壁をなすように向き合っている。ブースター１、
駆動エレメント４及び４１．制御エレメント４２、及び
両駆動ニレメン）４．４１の断面間に存する膜２７の部
分の材料は、衝撃波の有害な反射を避けるため、同じ音
響インピーダンスを有するのが好ましい。

ブースターガイド？、インクキャリヤ９〜、ギャップｌ
Ｏ内の被記録体１４並びに該被記録体１４の基台８の配
列装置は、第２Ａ図の実施例で説明したのと同一である
。

この第２Ｂ図に示した実施形態の動作の仕方は〜打印シ
ステムの第２Ａ図に示した実施形態のそｎとはソ同じで
あシ、異なる点は、導電膜２７が電極２２と同じ電気的
作用をなし、そして被記録体”１４及びインクリボン９
によって導出される緩衝作用と等価な非励起が制御エレ
メント４２の電極の＋Ｖｓｔと−Ｖｓｔ／＋Ｖ（第２Ｂ
図）の作用で行なわれる点である。駆動エレメント４１
は同様に電極−Ｖｓｔ／＋Ｖを介して励起もしくは非励
起パルスでドライブされる。全ての電極は圧電素子の全
断面を被っている。非導電性の膜を使用すべき場合には
、駆動エレメントのこの断面に専用の電極を設ける。

電極＋Ｖｓｔで被わ扛た制御エレメ、ント４２の断面は
、周囲から妨げられずにバックスイングできる。

第３Ａ図及び第３Ｂ図は圧電的に作動する打印エレメン
トの２つの別の実施例であり、全振動システムの振動の
節の場所に打印エレメントを保持するためのバンド３８
を有する　／２振動子（半波長振動子）の形で、ブース
ター１を備えている。

この実施例は、圧電的に作動する打印システム中に導か
詐る全励起エネルギーもしくは非励起エネルギーがブー
スター１に更に導れるという利点がある。第３Ｂ図にお
いて、ブースター１及び圧電駆動エレメント４間に別の
圧電エレメント５がセンサーとして挿入されている。

第３Ｄ図は、圧電特性の材料からブースターを形成した
圧電的に作動する打印エレメントを一部を切欠いて示し
たもので、これはブースター芯に施した電極３０とそし
てブースターの側面に設けた電極２９とを介して励起さ
れる。

このブースターは、圧電素子の代りに磁歪素子によって
励起することができ、この場合記憶及び調整の可能性が
上述の測定もしくは評価回路を用いることで維持される
。

第３Ｃ図、は一部を切欠いて示した励磁コイル２８を有
する磁歪動作の打印エレメントを示したものであり、こ
の場合ブースター１は磁歪特性を有する材料から実施さ
れている。

ブースターはいろんな断面形状とすることができ、そし
てブースター尖端−３は、断面が連続的に移り変るよう
形成するときは、ブースター底部２の断面形状とは異な
る断面形状を有することができる。

ブースターの高い錆性は薄層構造によって達成すること
ができ、この場合、薄層の方向は衝撃波えば六角頭ワイ
ヤ）から形成したブースターを示したもので、その断面
が（冷暖変化により）ブースターの収縮に応じて同様に
収縮するのが好ましい。

□　第４Ｂ図は、例えば互いに堅く結合された薄板又は
箔から形成した長方形断面のブースターを示したもので
−その断面は同様に（冷暖変形により）ブースターの収
縮に応じて収縮するのが好ましい。

第４Ｃ図は、例えば薄板又は箔の春秋物を互いに堅く結
合したコイルから出来ているブースターを示したもので
、春秋物はブースターへの後からの変形（冷暖変形）に
よシ形づくられる。

第５図は、例えばＩＢＭ社の機械的チェーンプリンタ３
２１１中に存在し且つ第２Ａ図の実施例に示した圧電作
動式打印システムで駆動さｎる活字シャンク１７を示す
。チェーンプリンタ中の比較的堅牢な活字シャンクの代
シに、記録圧電作動式打印ユニットのブースター尖端に
よシ、活字ホイールプリンタの活字シャ／り又は慣用の
マトリックスプリンタの針を駆動することができ、この
場合慣用の電磁的駆動装置を記録圧電作動式打印エレメ
ントに代える。

多くの圧電セラミックの場合、圧電駆動エレメント及び
事情によっては制御エレメント４２は、これらのエレメ
ントに大きな伸びを与えるべき−ときには、最良の選択
した圧縮応力で予備的に緊張さりは高い加圧負荷には耐
えるが高い引張応力には耐えられないからである。加圧
−予備的緊張を施すことによシ、圧電駆動エレメントは
いわゆる１加圧領域１でのみ振動するようになる。

インクキャリヤ９は、本記録打印方法においては、ブー
スター尖端３及び被記録体１４間を通る感圧インクパウ
ダー又は例えば煙霧質の形のインクミストとすることも
できる。それによって達成できる一層少ないブースター
尖端３の偏位は、短いブースターの長さ及び／又は低゛
い機械的な材料の緊張及び／又は小さなブースターｌの
断面比によって、打印周波数を高めることができる。

本発明の適用はプリンタに限定されるものではない。そ
の他翫該印及び穿孔用の装置にも適用することができる
。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の実施例を示したもので１第１図は圧電的に
動作する打印エレメントの概略を示した斜視図、第２Ａ
図及び第２Ｂ図は他の打印システムを直交方向からみた
略図、第３八図ないし第３Ｄ図は打印エレメントの他の
実施例を示す図、第４Ａ図から第４Ｃ図はブースターの
他の実施例を示す図、そして第５図は機械式の高速チェ
ーンプリンタにおける活字シキンクの駆動装置として゛
の圧電動作式打印エレメントの概略図である。 １・・・ブースター（ストローク増倍器）２・・・ブー
スター脚部（駆動端） ３・・・ブースター尖端部（自由端） ４．４１．４２・・・駆動エレメント ７・・・ブースターガイド ８・・・基台 ９・・・インクキャリヤ １０・・・ギャップ １１・・・斜面 １４・・・被記録体 １７・・・活字シャンク ２１、２２．２３・・・電極 ２５・・・支持部材 ２７・・・膜 ３８・・・バンド

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１１電子的手段により自由端を偏位せしめ打印エレメ
   ント、特にマトリックスプリン幻打印ニレメンｌ−’に
   駆動する方法において、前記打印エレメント（１）め一
   方の側は空間的に固定した少なくとも１つの駆動エレメ
   ント（４）によって駆動し、他方の側は、自由端（３）
   全駆動端（２１の偏位よりも本質的に大きく偏位させる
   ことを特命とする方法。 （２）　　自由端（３）の偏位を測定し、そして電子的
   手段により駆動端（２１において自由端（３）の静かな
   戻りを生せしめることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項に記載の方法。 （３］　　駆動ニレメン）　（４，４１，４２）は圧電
   的に作動することを特徴とする特許請求の範囲第１項又
   は第２項に記載の方法。 （４）　　駆動ニレメン）　（４，４１，４２）は磁歪
   的に作動することを特徴とする特許請求の範囲第１項又
   は第２項に記載の方法 （５）電子的手段によシ自由端に偏位を生じさせるよう
   にした打印エレメントの駆動装置、特にマトリックスプ
   リンタの打印エレメントの駆動装置において、前記打印
   エレメント（１１の一方の側を駆動するだめの空間的に
   固定した少なくとも１つの駆動エレメント（４１ｉ設け
   、打印エレメント（１）は他方の自由端（３）に向って
   断面を縮小させ、自由端（３）が駆動端（２１の偏位よ
   りも本質的に大きく偏位するように構成したことを特徴
   とする装置。 （６１上記の空間的固定は支持部材（２５）によｐ又は
   基台（６）及び膜（２７）により、或いはバンド（３８
   ）によシ行なうことを特徴とする特許請求の範囲第５項
   に記載の装置。 （７）　　自由端（３）が直接に打印することを特徴と
   する特許請求の範囲第５項又惟第６項に記載の装置。 （８１打印ニレメン目１）の自由端（３）゛が別の印字
   ユニットエレメント（１７）　１に駆動することを特徴
   とする特許請求の範囲第５項又は第６項に記載の装置。 （９１打印エレメント（１）の材料の弾性係数及び／又
   は密度がその作用軸線に沿って異なっていることを特徴
   とする特許請求の範囲第５項又は第６項に記載の装置。 （１０）打印エレメント（１）は成層に及び／又は束に
   構成されていることを特徴とする特許請求の範囲第５項
   又は第６項に記載の装置。