JPS61244559A - 印字アクチユエ−タ - 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】 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ュエー
タに関するものであり、更に詳しくシ）えば、ステータ
の両磁極間のギャップに沿っ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
・コイル印字アクチュ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ュエータ装置が多い
。このような装置は種々のアクチュエータ構成を使って
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・７１−リクス・プリンタは隣接するアクチュ
エータ・ワイヤ間の距離を減少させることによって印字
密度を七げようとしている。従って、この分野において
いつも要求されることはアクチュ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
子を持ったコアより成る変換器構造体を使ったファクシ
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号しこ示されている可動コイ
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
っている。磁気リラクタンスは空気ギャップが互いに平
行になるようそれら極片を配置することによって小さく
されている。

Ｉ　Ｂ　Ｍテクニカル・ディスクロージャ・ブリティン
（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
バーによっ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−に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った長手方向に与え
られる。この機構を変更したものがＩＢＭ　　ＴＤＢ第
２８巻９号（１，９８３年２月発行）の第４９０１〜４
９０２ページに示されている。そこに開示されたアクチ
ュエータは付勢コイル、球形ストッパ及び静止ストッパ
を保持した磁石継鉄−ヒにカンチレバー装着された印字
ハンマを使用する。静止ストッ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、＝３− 接極子が曲って、「てこ」として作用する球形ストッパ
のまわりにハンマ素子を偏らせる。ピボッート印字フィ
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
チュエータは保持磁石と印字フィ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（１９８０年１０月発行
）の第１７６５〜］−７６６ページにはちょっと違った
構成が示されている。印字ワイヤはピストンによって駆
動され、ハウジング及び永久磁石を含む磁気回路によっ
てホーム位置に保持される。磁気帰還素子を持ったコイ
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（１，９８０年１月発行）の
第３１７１〜３１７２ページ及び同第２２巻８Ｂ号（１
，９８０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。

Ｃ１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
る印字ヘッド構造体が大きくなってしまうことが問題で
あった。

従って、本発明の目的は製造が容易でコンパクトな印字
ヘッ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
重なった面積が大きいインパクト・プリンタ用アクチュ
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ュエータに対し
て接極子を横切る磁束路を持ったステータを使用する印
字ハンマ用アクチュ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って、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。

本発明の更にもう１つの目的は隣接するアクチュエータ
に対する磁束路がステータ及び接極子を横切る磁束路で
は逆極性となるステータ構造体を使った印字ハンマ用ア
クチュエータを提供することである。

本発明の更にもう１つの目的は一体化されたステータに
コンパクトな電気的接続を持ったアクチュエータを形成
することによりその装置の大きさを更に小さくすること
である。

本発明の更にもう１つの目的は作動の際に最適な動力学
を生ずるような形状を持った接極子を提供することであ
る。

Ｄ０問題点を解決するための手段 本発明の装置は接極子の幅方向に横切る磁束を与えるよ
うステータ上にコイルを位置づける。接極子はコイルの
周辺に配置された別個のクラッパ素子として設けられる
。必要に応じて磁極片が使用されてもよい。従って、磁
気回路は隣接した接極子が印字のために選択される場合
それら隣接した接極子が１つの磁束路を共用するのを可
能にする横方向磁束路を使用する。しかし、離れたコイ
ルが選択される場合には個々の磁束路が生ずる。

一方、隣接したコイルは逆極性を持つので磁気的相互作
用を除去し得る。

ステータは剛性の鉄心即ち渦電流を少なくするよう薄片
の積層体より成る。ステータは効果的な放熱路を形成す
るようアルミニウムのような非磁性の熱伝導材より成る
放熱部を有する。端子の接続部は、ステータに装着され
た回路ボード又は可撓性の印字回路ケーブルをコイル用
のギャップに適合した構造にすることにより設けられる
。

Ｅ、実施例 第１図及び第２図を参照すると、１つのアクチュエータ
・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
は全体的にはＨ形をしており、その垂直壁は磁極として
働き、コイル］−２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。これによってそれはコ
イルを損傷することなくアクチュエータに対する高い入
力パワー及び高いデユーティ・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ュエータ
に組立てるということを必要としなくなることによって
コストが減少される。

ステータ１ｏ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Ｊ３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ッケージを形成し、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（Ｆ　ｅ）が例示され、非磁性部分に対してはアルミ
ニウム（ＡＱ）が例示される。

磁極板１４がステータ１０−１：に設けられ、接極子１
６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、アクチュ
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１６をコイ
ル１２よりもわずかに幅広くしてステータコ０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って作ってもよい
。

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を持った薄いリボン・ワイヤを使ってステー
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。磁性素子即ちステー
タ１０、磁極板１４及び接極子１６は鉄、磁性鋼、けい
索鎖等から仕上げたものでよく、或いは焼結鉄及び標準
の粉末冶金法を使って形成したものでもよい。

第１図はアクチュエータを通る磁束路を示す。

接極子１６を通る磁束路は横に逸れている。即ち、磁束
は左側の端部に沿って接極子内に流れ込み、その接極子
の幅を横切り、右側の端部を通ってコアに戻る。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。

逸れた磁束路によって接極子１６は非常に薄いもの、従
って飽和しない非常に軽いものが可能となり、エア・ギ
ャップ領域全体の寸法に大きくできる。大きいエア・ギ
ャッ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］６は支点１８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
りも薄い可焼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
を持ったカンチレバーが偏向して静止した形状）を持っ
ている。他の技術による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を含むそのアクチュエータの残り
の要素を概略的に示す。復帰ばね２４は一端を固定点２
６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によって上向きに常時偏倚さ
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。

作動によって接極子１６はコア１０にｌｉ’＋ロフて下
向きに電磁的に駆動され、それによりばね２４による偏
倚に打ち勝ってワイヤ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ュエータ
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つのモードは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っ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【づ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面である。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
流によって゛′保持″位置に戻される。この動作モード
はアクチュ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ッ
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ッド又はプ
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
、それによって接極子はプリンタが如何るデータも受け
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２５０〜３０
０ミリ秒の作動時間でもって０．３５ミリメートル程度
である。成る場合には、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
た外面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図のアクチュ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
チュエータの群をひとまとめにすることによって更に少
なくすることができる。単片のステータ３０はその」二
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３０１に配置される
。従って、第３図は単一のコア上に５個のアクチュエー
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
アクチュ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は付勢可能である。

第３図はアクチュエータ・コイル１．２及び４が付勢さ
れた場合のそれら５個のアクチュ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。

従って磁束φは両コイルをまわって接極子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ュエータのものの２倍
である。従って、接極子３６及び３７は、隣りのアクチ
ュ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。アクチュエータ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ュエー
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
束からそのアクチュ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３１〜３５
はステータの長さに沿って交番極性を有する。コイル３
１．３３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つのアクチュエータの片
側で複数のアクチュ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ュエータを流れ
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ットするために双極
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。従って、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、複数アクチュエータに対する部品数
の合計における更に減少が得られる。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３
６．３７．３８．３９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
とによって空気ギャップを迂回し得る磁束の量は少なく
なる。これは接極子」―の磁力にほとんど影響を与えな
い。従って、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
持っ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ったステータ１
０’　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って高速
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った線形配列を示
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って、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ュエータのパ
フォ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って、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
付きの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、従って特定なレベルの電力消散と関連した印字ヘッ
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″ピック・ア
ンド・ホールド（ｐｊｃｋ　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
アル印字ヘッ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５４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１〜５
６はその周辺部５８に沿って装着される。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６２を打
ち出すことによって作られる。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６０１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］Ｏ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」二面をけすることによって
外形の整った上面が得られる。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、″ピック・
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ドの外形に一致する
。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
一連の銅パッド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Ｗ７６のようなそ
のスタッ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のようなそのスタッ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パッドを与える。

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、銅のパッド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ュエータが直線的に配列されて示
されるけれども、それらアクチュエータは、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、それらアクチュエ
ータは接極子が通常のワイヤ・マトリクス印字ヘッドの
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
を通る逸れた磁束路を使ってコンパクトな複数コイルの
印字アクチュ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ュエ
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ュ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に沿った断面図、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
性を使ったマルチ・アクチュエータ構造のステータの概
略的断面図、第４図は交番極性を使ったステータの概略
的断面図、第５図はマルチ・アクチュエータの接極子板
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・アクチュエー
タ接極子板の第２実施例の概略的正面図、第８図は第７
図の線８−８に沿った断面図、第９図及び第１０図はス
テータと一体になった印刷回路ボードを使ったコイル端
子を示す概略図である。 １０−ｍ−ステージ １１−　　非磁性部分 １２−−−−］イノＬ＋ 第４図 １８−１東 ２０−支持液 ２２−１１′ｌｌ宰ワイヤ ２４−復帰１ｊ”ね ２６−　同是五 第２図 ３０−−−ステージ ３６〜４０−　　接）ｉゴー 第３図 第４図 １５図 第７図 第ｆ匁図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　強磁性体で作られ、複数の垂直方向に延びた磁極によ
   つて１つ又は複数のギャップが形成されて成るステータ
   と、 該ステータの中央部分に配置され、該ステータの軸に接
   近した軸を有するコイルと、 該コイルの軸に対して直角方向に配置され、該磁極の間
   のギャップを横切つて延びる接極子と、該接極子に連結
   された印字素子と、 より成り、磁束路は該接極子の幅方向に且つ該磁極を通
   ることを特徴とする印字アクチュエータ。