JPS61163880A - ハンマ−ソレノイド - 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】 ［技術分野］ 本発明は、ハンマーソレノイド、特にディジー型活字ホ
イールの活字を激打するプランジャ型印字ヘッドに好適
なハンマーソレノイドに関する。

［背景技術］ この種のハンマーソレノイドは、第６図に示すものが一
般的である。すなわち、ハンマーソレノイド１は、基本
構成要素として、長手方向に変位自在な中間段部２ａを
有する可動鉄心２と、可動鉄心２を支持する軸受３，４
と、可動鉄心２の外周に配置されるコイル枠５と、コイ
ル枠５に巻回されるコイル６と、有段円筒状に旋盤加工
されてコイル６の励磁時にその内周段７ａが前記中間段
部２ａを吸引する第１ヨーク７と、鍔付き有底円筒状に
旋盤加工されて第１ヨーク７とともに磁気回路とハンマ
ーソレノイドｌのハウジングとを構成する第２ヨーク８
と、可動鉄心２が変位した後にこれを元の状態に復帰さ
せるため一端を前記中間段部２ａに当接したコイル状の
復帰ばね９とを含む。

このハンマーソレノイド１における可動鉄心２の変位に
伴う電磁吸引力特性及びばね負荷特性は、第７図の如き
もので、ライン１１は復帰ばね９のばね負荷特性、ライ
ン１２は励磁時の可動鉄心２の電磁吸引力特性をぞれぞ
れ示している。コイル６にパルス電圧が印加されると、
可動鉄心２が矢符Ｗ方向へ変位し、活字駆動部となる可
動鉄心２の先端部（第６図の右万端部）が、例えばディ
ジーホイールの活字（図示せず）を激打し、その後復帰
ばね９のばね力により元の状態に復帰する。かかる一連
の動作により印字動作が行われる。

さらに、このハンマーソレノイド１の動作状態を第７図
に基づいて詳細に説明する。コイル６が励磁されると、
第１ヨーク７の内周段部７ａが可動鉄心２の中間段部２
ａを吸引するところの電磁吸引力が復帰ばね９のばね力
に勝って常規位置にあった可動鉄心２は矢符Ｗ方向に変
位し始める。

可動鉄心２が矢符Ｗ方向に変位するにつれて前記した内
周段部７ａと中間段部２ａ間の空隙も小さくなり、変位
途中において電磁吸引力がピーク値Ｐ１に達する。その
後さらに可動鉄心２が変位して第１ヨーク７と可動鉄心
２間で授受される磁束が変位方向に対して直交するよう
になると、電磁吸引力は急速に低下することとなり、ば
ね負荷特性を示すライン１１は点Ｐ２において交差しさ
らに低下していく。しかしなから、この交差点Ｐ２に達
するまでの運動エネルギー（第７図における斜線で示す
領域Ａｌ）によって、可動鉄心２は復帰ばね９のばね力
に抗して変位完了位置、すなわち作動位置まで到達する
ことが可能となる。作動位置に達した後に可動鉄心２は
、復帰ばね９のばね力により元の位置まで復帰する。

かかるハンマーソレノイド１にあっては、可動鉄心２の
変位方向と直交方向に漏洩磁束φ１があるため、電磁吸
引力として有効に作用する磁束、すなわち可動鉄心２の
変位方向に平行な磁束φ２が全磁束φＯの一部でしかな
（、従って可動鉄心２の高速化（ピーク値Ｐ１を大きく
する）を図ると消費電力が増し、消費電力を抑えれば（
ピーク値Ｐ１を小さくする）高速化が阻害される等の問
題点を有している。これは活字駆動部を含む可動鉄心２
が磁性材料にて一体的に形成されていることに起因する
。このことはまた、活字駆動部が薄板状であることを要
求されることにより、製造コストの上昇を招来する。さ
らに、磁性材料は一般的にマイクロビッカース硬度が小
さいため、印字品質や寿命の向上に限界がある。

［発明の目的］ 本発明は、上記事由に鑑みてなしたものであって、その
目的とするところは、磁気効率を高めて低消費電力化と
動作の高速化が達成でき、しかも製造コストの低減が図
れるハンマーソレノイドを提供するにある。

［発明の開示］ 本発明に係るハンマーソレノイドは、コイル枠の内周胴
にて長手方向に変位自在に支持されるプランジャと、前
記コイル枠に巻回されたコイルと、断面がコ字状に形成
されその連結片に前記プランジャが挿通し得る挿通孔を
有しその側片が前記コイルの外周に位置する第１ヨーク
と、前記第１ヨークの側片端部に磁気結合され前記プラ
ンジャが挿通し得る挿通孔を有した第２ヨークと、前記
コイル及び第１．第２ヨークの電磁力により作動位置へ
変位する前記プランジャに対しこれに抗してばね付勢す
る復帰ばねと、前記第２ヨークの側面に設けられて前記
プランジャの常規位置を規制する後部フレームとよりな
り、前記プランジャは長手方向の一方側に位置する非磁
性材料の活字駆動部と他方側に位置しかつ前記第１．第
２ヨークの対向間隔に略等しい長さを有する磁性材料の
磁束授受部とにより構成することによって、低消費電力
化と動作の高速化が達成したものである。

（冥施例） 以下本発明の一実施例を第１図乃至第５図に基づいて説
明する。

本発明のハンマーソレノイド１１は、基本構成要素とし
て長手方向に変位自在なプランジャ１２、コイル枠１４
、コイル枠１４の外周に巻回されたコイル１５、コ字状
をなし対向する両脚片（側片）がコイル１５の外周に位
置する第１ヨーク１６、第１ヨーク１６の側片端部に磁
気結合された第２ヨーク１７、プランジャ１２を復帰さ
せる復帰ばね１８及びプランジャ１２の常規位置を規制
する後部フレーム１９とを含む。

プランジャ１２は、長手方向の一方側に位置する非磁性
材料の活字駆動部２２と他方側に位置しかつ前記第１．
第２ヨーク１６．１７の対向間隔に略等しい長さを有す
る磁性材料の磁束授受部２３とにより構成され、これら
が一体化されてなる。活字駆動部２２は薄板状であって
、かつ長手方向において幅が３段に、すなわち基端部２
２ａが小幅、中間部２２ｂが大幅、先端部２２ｃが中幅
に、さらに先端部２２ｃの端面に活字激打のため■溝２
２ｄ、板面の基端よりに固着用孔２２ｅがそれぞれ形成
しである。また、この活字駆動部２２は、マイクロビッ
カース硬度が６００以上である表面硬化処理を施した非
磁性ステンレス鋼板（ＳＵＳ３０４）あるいはセラミッ
クとするのが印字品質のために望ましい。一方、磁束授
受部２３は中心に活字駆動部２２の基端部２２ａが挿通
し得る有段貫通孔２３ａが、また活字駆動部２２側の端
面にその中間部２２ｂが嵌入し得る縦溝２３ｂがそれぞ
れ形成しである。しかして、これらが挿通・嵌入された
後、かしめ等により一体化されるのである。

コイル１５は、プランジャ１２の磁束授受部２１１３よ
り若干短い円筒部１４ａとフランジ部１４ｂ、１４Ｃか
らなるコイル枠１４に巻回される。コイル枠１４は、そ
の円筒部内周胴１４ｄがプランジャ１２の磁束授受部２
３外周胴２３ｃより若干大径にしてあり、従ってプラン
ジャ１２を長手方向に変位可能に支持しているのである
。１４ｅはコイル枠１４の位置決めのためフランジ部１
４ｂに突設した突起である。

第１ヨーク１６は、磁性板材料よりなり、対向する両脚
片（側片）１６ａと両脚片１６ａを連結する連結片１６
ｂにてコ字状に形成され、その両脚片１６ａがコイル１
５を被うようにその外周に位置する。第２ヨーク１７は
、磁性板材料よりなり、方形板状に形成され、コイル枠
１４の固定を兼ねて第１ヨーク１６の両脚片端部１６ｃ
に磁気結合され、かつ中央にはプランジャ１２の磁束授
受部２３が挿通し得る、詳しくはコイル枠１４の突出円
筒部ｉ４ｒが挿通し得る挿通孔１７ａを設けである。従
って第２ヨーク１７の挿通孔１７ａ端面は突出円筒部１
４ｆを含む磁気空隙Ｇ２を介して磁束授受部２３に対面
している。１６ｄはプランジャ１２が挿通し得る挿通孔
、１６ｅは突起１４８の嵌合孔、１６ｆはねし孔でそれ
ぞれ連結片１６ｂに穿設される。従って挿通孔１６ｄ端
面　″と磁束授受部２３の左方端面間に磁気空隙Ｇ１が
形成される。１６ｇは両脚片端部１６ｃに形成した第２
ヨーク１７の結合用凹部、１７ｂはその端部に形成した
結合用突部、１７ｃは後部フレーム１９を固着するため
の突起である。

後部フレーム１９は、亜鉛のような非磁性材料よりなり
、有底円筒体１９ａの開口縁から方形フランジ部１９ｂ
を延設した形状に形成され、これに第２ヨーク１７の突
起１７ｃに嵌合する嵌合孔１９ｃが設けられる。この嵌
合孔１９ｃを突起１７ｃに嵌合させた後、かしめ又は鑞
付けにより後部フレーム１９は第２ヨーク１７の外側面
に固着される。また、底部１９ｄはプランジャ１２の常
規位置を規制し、その中央に通気孔１９ｅが形成しであ
る。

２０は緩衝部材で、低反発性ゴムよりなり、円板状に形
成され、その中央には後部フレーム１９の通気孔１９ｅ
に連通ずる通気孔２０ａが設けである。

２１はプラスチックのような非磁性材料よりなるガイド
フレームで、開口縁に方形フランジ部２１ａを有するコ
ツプ状に形成され、かつその底部２１ｂに活字駆動部２
２の先端部２２ｃが挿通する長方形の挿通孔２１ｃが形
成される。第１ヨーク１６のねし孔１６ｆに対応する取
着孔２１ｄと、嵌合孔１６ｅに対応しこれを貫通してき
たコイル枠１４の突起１４ｅの嵌合凹部２１ｅはそれぞ
れ方形フランジ部２１ａに設けられる。２１ｆは長方形
の挿通孔２１ｃと交差するよう底部２１ｂに形成される
高速動作用の通気孔である。

復帰ばね１８は、コイル状に形成され、ガイドフレーム
２１の底部２１ｂとプランジャ１２間に圧縮弾装される
ものである。

しかして、プランジャ１２の磁束授受部２３をコイル枠
１４の円筒部内周胴１４ｄに挿通し、磁束授受部２３の
活字駆動部２２側端面に復帰ばね１８を載置して活字駆
動部２２の先端部２２ｃがガイドフレーム２１の挿通孔
２１Ｃに挿通するようガイドフレーム２１をねじ２４で
もって第１ヨーク１６の連結片１６ｂに取着する。従っ
て、復帰ばね１８が磁束授受部２３とガイドフレーム２
１の底部２１ｂ間に圧縮弾装されるので、プランジャ１
２は後部フレーム１９側にばね付勢されるのである。そ
して、磁束授受部２３−磁気空隙Ｇ１→第１ヨーク１６
→第２ヨーク１７→磁気空隙Ｇ２→磁束授受部２３とい
う経路で磁気回路が形成できる。

（動作） 第４図は、ハンマーソレノイド１１におけるプランジャ
１２の変位に伴う電磁吸引力特性及びばね負荷特性を示
すもので、ライン【３は復帰ばね１８のばね負荷特性、
ライン１４は励磁時のプランジャ１２の電磁吸引力特性
であり、コイル１５にパルス電圧が印加されるとプラン
ジャ１２が矢符Ｗ方向へ変位し、プランジャ１２の活字
駆動部２２がディジーホイールの活字（図示せず）を激
打し、その後パルス電圧の消滅とともに復帰ばね１８の
ばね力により元の状態に復帰する。かかる一連の動作に
より印字動作が行われる。

さらにこの動作を詳細に説明する。第１図の状態は、コ
イル１５が＃磁されていない状態であって、プランジャ
１２は復帰ばね１８のばね力のみの影響を受けて常規位
置、つまりプランジャ１２の一端（磁束授受部２３の右
万端）が後部フレーム１９の底部１９ｄ（詳しくはＦｊ
ｋ衝部材２０）に当接した位置で安定している。

この状態においてコイル１５が励磁されると、磁束φが
プランジャ１２（磁束授受部２３）−磁気空隙Ｇ１−第
１ヨーク１６−第２ヨーク１７−磁気空隙Ｇ２−プラン
ジャ１２（磁束授受部２３）という経路の磁気回路を流
れる。この磁束φは磁気空隙Ｇ１における流れがプラン
ジャ１２の軸線方向、つまり変位方向であるからプラン
ジャ１２を変位させるのに有効に作用し、一方磁気空隙
Ｇ２における流れがプランジャ１２の軸線方向に直交方
向であるから磁気空隙Ｇ１における作用を妨害せず、結
局その電磁吸引力特性が第４図のライン１４となり、そ
の電磁力が復帰ばね１８のばね力に勝ち、プランジャ１
２は矢符Ｗ方向へ変位し始める。

プランジャ１２が矢符Ｗ方向へ変位するにつれ磁気空隙
Ｇ１が小さくなり、変位途中において電磁吸引力がピー
ク値Ｐ３に達する。この間磁気空隙Ｇ２における磁束φ
の流れは依然としてプランジャ１２の軸線方向に直交方
向である。しかし電磁吸引力のピーク値Ｐ３を越える時
点では、プランジャ１２の一端（磁束授受部２３の右方
端）が第２ヨーク１７の板面と面一あるいはさらに活字
駆動部２２側へ変位し、従って磁気空隙Ｇ２における磁
束φの流れはプランジャ１２の軸線方向に（頃斜あるい
は平行となり、それまでの変位方向とは逆方向の吸引力
が作用することとなって電磁吸引力は急速に低下する。

もっともそれまでの運動エネルギー（第４図における斜
線で示す領域Ａ２）によってプランジャ１２は、変位完
了位置（作動位置）まで到達することができる。

第２図の状態は、プランジャ１２の一端が後部フレーム
１９の底部１９ｄから最も離反した作動位置にある状態
を示しており、活字駆動部２２の先端部２２ｃが活字を
激打している。また、この状態では磁気空隙Ｇ２での磁
束φの流れはプランジャ１２の軸線方向に平行となる成
分が増し、電磁吸引力はＰ４まで低下する。この状態に
なると同時にコイル１５の励磁が消滅せられ、プランジ
ャ１２′は活字激打時の衝突反発力と復帰ばね１８のば
ね力により矢符Ｗ方向と反対側、すなわち常規位置へ復
帰する。

第５図は、プランジャに作用する電磁吸引力について、
本発明のもの、すなわち活字駆動部２２を非磁性材料に
したプランジャ１２と、活字駆動部を磁性材料にて一体
的に形成したプランジャとでコイル起磁力を一定（１０
０ＯＡＴ）にして比較実験した結果である。これによれ
ば、本発明のもの（実線）は磁束の流れ状態に無駄がな
いため、電磁吸引力が増大しており、従ってプランジャ
１２の印字エネルギーが増大して高速動作が得られるこ
とがわかる。

次に印字品質の向上について説明する。従来より電子タ
イプライタやプリンタの印字用電磁石装置において、通
常の印字濃度Ｄ＞１．０を得るのに約１５ｍＪの印字エ
ネルギーが必要であることが知られている。そこで、我
々はこの印字エネルギーでもって印字濃度の実験をした
ところ、さらに印字衝撃力が印字濃度に影響を与えるこ
とが判明した。すなわち、印字濃度は印字衝撃力に比例
的に影響し、かつ一定値（約５０Ｋｇ）以上の印字衝撃
力を必要とするのである。我々は、プランジャ１２の活
字駆動部２２の材質を替えて印字衝撃力を測定し、エン
ジニアリングプラスチック２０〜３０Ｋｇｆ、アルミニ
ウム３０〜４０Ｋｇｆ、鉄（表面処理なし・ＨｍＶ＝３
００〜４００）４５〜５５、鉄（表面硬化処理・ＨｍＶ
＝６００）６０〜８０Ｋｇ　ｆ、非磁性ステンレス鋼板
（表面硬化処理・ＨｍＶ＝１０００〜１２００）９５〜
１２０Ｋｇｆの結果を得た・このことは・印字　　　　
　　１衝撃力が活字駆動部２２の表面硬度の影響を受け
　　　　　　′することを示している。従ってプランジ
ャ１２の活字駆動部２２は、表面硬化処理をした鉄、あ
るいは非磁性ステンレス鋼板を用いることにより、印字
濃度、つまり印字品質を向上させ得るのである。

なお、本案のハンマーソレノイドは、活字駆動部２２を
薄板状にすることで、従来のもののように旋盤加工やフ
ライス加工等を不要にし、簡単なプレス加工にて製造で
き大幅なコスト低減が図れる。また、活字駆動部２２を
マイクロビッカース硬度６００以上のものとすることで
、さらには表面硬化処理を施した非磁性ステンレス鋼板
やセラミックとすることで、印字品質を向上させ得る。

このことは、小さい印字エネルギーでも所定の印字衝撃
力が得られるので、低消費電力化にも寄与する。

また、このハンマーソレノイドは、プランジャ型印字ヘ
ッド以外の高速動作が要求されるあらゆるソレノイドに
使用できる。

［発明の効果］ 本発明のハンマーソレノイドは上記した如く構成したも
のであるから、磁気効率を高めて低消費電力化と動作の
高速化が達成でき、しかもプランジャは磁性材料だけで
一体的に形成するものではなく、従って製造コストの低
減が図れる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第５図は本発明の一実施例を示すもので、第
１図はプランジャが常規位置にある状態を示す断面図、
第２図は同じく作動位置にある状態を示す断面図、第３
図は分解斜視図、第４図はプランジャの移動量に対する
電磁吸引力及びばね負荷特性図、第５図は活字駆動部の
材質による電磁吸引力特性図、第６図は一般的なハンマ
ーソレノイドの断面図、第７図はそのプランジャの移動
量に対する電磁吸引力及びばね負荷特性図である。 １１−ハンマーソレノイド、１２−プランジャ、１４−
　コイル枠、１５−コイル、１６・−第１ヨーク、１７
−−−第２ヨーク、１８−復帰ばね、１９・−後部フレ
ーム、２１−・−ガイドフレーム、２２−活字駆動部、
２３・−磁束授受部。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）コイル枠の内周胴にて長手方向に変位自在に支持
   されるプランジャと、前記コイル枠に巻回されたコイル
   と、断面がコ字状に形成されその連結片に前記プランジ
   ャが挿通し得る挿通孔を有しその側片が前記コイルの外
   周に位置する第１ヨークと、前記第１ヨークの側片端部
   に磁気結合され前記プランジャが挿通し得る挿通孔を有
   した第２ヨークと、前記コイル及び第１、第２ヨークの
   電磁力により作動位置へ変位する前記プランジャに対し
   これに抗してばね付勢する復帰ばねと、前記第２ヨーク
   の側面に設けられて前記プランジャの常規位置を規制す
   る後部フレームとよりなり、前記プランジャは長手方向
   の一方側に位置する非磁性材料の活字駆動部と他方側に
   位置しかつ前記第１、第２ヨークの対向間隔に略等しい
   長さを有する磁性材料の磁束授受部とにより構成される
   ハンマーソレノイド。
2. （２）前記プランジャの活字駆動部を薄板状とした特許
   請求の範囲第（１）項記載のハンマーソレノイド。
3. （３）前記プランジャの活字駆動部をマイクロビッカー
   ス硬度６００以上のものとした特許請求の範囲第（１）
   項又は第（２）項記載のハンマーソレノイド。
4. （４）前記活字駆動部は、表面硬化処理を施した非磁性
   ステンレス鋼板よりなる特許請求の範囲第（３）項記載
   のハンマーソレノイド。
5. （５）前記活字駆動部は、セラミックよりなる特許請求
   の範囲第（３）項記載のハンマーソレノイド。