JPS59115870A - 印刷ワイヤ・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】 〔発明の分野〕 本発明は、電気的な駆動力を少ししか必要とせずに高い
打撃力の長いワイヤ・ストロークを生じることのできる
印刷ワイヤ・アクチュエータに関する。

〔従来技術〕

マトリックス形式のプリンタは従来も良く知られている
。このようなプリンタでは、標準的なマトリックス状の
ドツトから選択された複数個のドツトによって記録媒体
に文字が形成されろ。典型的なマトリックスは幅５ドツ
ト、高さ７ドツトであるが、任意の寸法を取り得る。マ
トリックス・プリンタは、普通複数個の印刷ワイヤの夫
々に協働する電磁的なアクチュエータによって各ワイヤ
が記録媒体を打撃するよう推進される構成から成る。こ
のマトリックスの各ドツトは１本のワイヤによって形成
され、典型的な印刷ヘッドは数本のワイヤを同数の協働
するアクチュエータとともに有する。

従来のアクチュエータでは、磁性材料で構成された可動
のアーマチュアに印刷ワイヤが固着される。このアーマ
チュアは、コイルの形状的な中心から外れたワイヤ・コ
イル・ソレノイドの長手方向の軸に泊って配設される。

コイルに電流が印加されろと、コイルのその軸に沿いア
ーマチュア及びワイヤをその休止位置から記録媒体に向
かって突進させる電磁力を生じる。このワイヤが記録媒
体に衝突してドツトを発生し、アーマチュアとともにそ
の休止位置へ弾ね返る。そこでアクチュエータは次のコ
イル付勢即ち次のコイル付勢手順に備えろ。休止位置へ
の弾ね返りは、磁石若しくは機械ばねなどの位置復帰手
段により助けられろ。

この従来からのアクチュエータは最小限の機械部品しか
使用しないので信頼性が高い。しかしアーマチュア・ス
トロークを長（する必要があれば、ソレノイドに印加さ
れる電流は長くなったストロークに対応する分だけ長い
期間維持される必要がある。印刷ワイヤの打撃力を高（
したければ、アーマチュア及び印刷ワイヤは高速まで加
速されてから記録媒体を打撃する必要があり、またソレ
ノイドに印加される電流も大きな加速を生じるため増す
必要がある。以上のいずれの場合（長いストロークの開
電流を維持する場合が、高い打撃力を得るため電流を増
す場合）でも、印刷アクチュエータで消費される電力は
増すことになる。所与の印刷ヘッドの中で複数個のアク
チュエータの各々で消費される電力の総量を考慮すると
、総電力量の要求は受容し難い程であったり、更には全
く受容できない程であったりすることが分った。

典型的な印刷ワイヤ・アクチュエータでは、ストローク
が短いというのが、０．３０ｍｍ乃至０．４６ｍｍ位で
あり、またワイヤ打撃力が低いというのが、約９００ｇ
と考えられている。一方で、約０７６ｍｍ程度になると
、これはストロークが長い先考えられ、また１８００ｇ
乃至２７００ｇともなるとワイヤ打撃力が高いと考えら
れる。

従来の典型的なワイヤ・アクチュエータの１つに、０．
３８ｍｍというような短いストロークと２３００ｇ位の
高い打撃力とを有するものがある。

このアクチュエータで必要なエネルギは、１回のワイヤ
付勢あたり約０００８ジユールである。

２６００ｇという打撃力を維持したまま０．７６ｍｍ位
までこのアクチュエータのストロークを長くすると、約
５０％増しのエネルギ即ち合計０．１２ジ斗−ルのエネ
ルギが必要になる。

従来の他の型の印刷ワイヤ・アクチュエータの中に弾丸
のように惰性で移動する型のアクチュエータがある。こ
れも休止位置から移動可能な磁性材料のアーマチュアを
含む電気的なコイル・ソレノイドを使用している。これ
もコイルを付勢することによってアーマチュアが移動さ
せられる。この惰性移動式のアクチュエータでは、印刷
ワイヤがアーマチュアに取付けられていないが、その代
りアーマチュアがそのストロークの終りの付近にあると
きワイヤの端部がアーマチュアで打撃されろよう位置決
めされる。この打撃の結果、ワイヤがアーマチュアの打
撃を受けて離れ、休止位置から記録媒体に向かって推進
されろ。そこで印刷ワイヤが「飛翔」即ち移動し、記録
媒体を打撃してドツトを生じろ。この飛翔期間中、印刷
ワイヤはそれ自身の運動量若しくは惰性で移動して行き
、アーマチュアとは最早接触しなくなる。従って、その
移動は惰性による移動として正確に説明される。このア
クチュエータは次の付勢手順の準備をする。この惰性に
よる方式のアクチュエータはアーマチュアが短いストロ
ークで良いので低電力でワイヤのストロークを長くでき
る。しかし惰性移動式のアクチュエータは従来方式のア
クチュエータより多くの機械部品を必要とするので信頼
性が下る。また印刷ワイヤとアーマチュア間の干渉も頻
繁に起り、その打撃面が物理的な変形を生じたり損傷し
たりする。この惰性移動式のアクチュエータの欠点は、
ワイヤが電磁力にょって常時駆動されるというよりそれ
自身の惰性で移動して行くということがら記録媒体への
打撃力が低いということである。

従って電気的な駆動力は低くても記録媒体への打撃力は
高し・という態様で、しかもワイヤ・ストロークを長く
できる印刷ワイヤ・アクチュエータを提供できることが
望ましい。

〔本発明の装置の概要〕

本発明は如上の従来のアクチュエータの欠点を解決する
ものである。本発明は、駆動力が小さくて済み、信頼性
も高いままで、印刷ワイヤのストロークを長（したり、
印刷ワイヤの打撃力を高くすることのできる印刷ワイヤ
・アクチュエータである。

本発明の装置は、従来の印刷ワイヤ・アクチュエータで
使用される単一構造のアーマチュアの代りに望遠鏡のよ
うに伸びる２個の磁性材料から成るアーマチュア構成体
を使用する。その大きい方の第１のアーマチュアは部分
的に中空であり、その中に第２のアーマチュア即ちプラ
ンジャを納めである。この第２のアーマチュア即ちプラ
ンジャには印刷ワイヤが固着される。この望遠鏡のよう
に伸びるアーマチュアの対はワイヤ・コイル・ソレノイ
ドの中にコイルの長手方向の軸に沿って位置決めされて
いる。従って両方のアーマチュアがその軸に沿って移動
できる。このコイルが付勢されろと、２個のアーマチュ
アは第１の所定の距離、−緒に移動し、この移動の最後
にその第１のアーマチュアが機械的なストッパに達する
。その後も、内部に納められているプランジャ（アーマ
チュア）は初めの所定の距離よりも長い距離、印刷ワイ
ヤとともに移動し続ける。第２のアーマチュア・プラン
ジャの連続移動は、部分的にはその付勢されたコイルで
発生され第２のアーマチュアに作用する電磁力によるも
のである。またそれは部分的には２個のアーマチュアが
初めの所定の距離にわたり同時に移動することにより第
２のアーマチュアに与えられる運動量若しくは惰性によ
るものである。従って本発明の好適な実施例は、従来の
アクチュエータから取り入れた一部の特徴構成と、惰性
移動式のアクチュエータから取り入れた他の特徴構成と
の新規な組合わせである。

この望遠鏡のようなアーマチュアを用いて構成されたア
クチュエータは、約０．７６ｒｎ、ｍというようにワイ
ヤ・ストロークを長（でき、またワイヤ打撃力も約２３
００ｇというように高（できる。

そしてこのときのエネルギは僅か０．０　Ｏ８ジユ一ル
程度に過ぎない。これは従来のアクチュエータの場合０
０１２ジユールであるのと対照的である。

本発明の第１の目的は、記録媒体の打撃力が高いままで
印刷ワイヤ・ストロークを長くでき、一方で電力消費が
低くて済む印刷ワイヤ・アクチユ工−りを提供すること
にある。

本発明の他の目的は、記録媒体の打撃力が高いままで印
刷ワイヤのストロークも長（でき、一方で一般的なアク
チュエータのように物理的な信頼性が高いことも維持で
きる印刷ワイヤ・アクチュエータを提供することにある
。

本発明の更に他の目的は、印刷ワイヤのストローク中、
惰性移動と電磁力による移動とを組合わせた印刷ワイヤ
・アクチュエータを提供することにある。

本発明は、電力消費が低くワイヤ・ストロークも短いが
、これは惰性移動式のアクチュエータに似た特性であっ
て従来の一般的なアクチュエータには］工い特性である
。しかし、惰性移動式のアクチュエータとは異なり、第
２のアーマチュアにその延長ル１間中に作用する電磁力
は従来方式のアクチュエータの作用に似た高い打撃力を
与えろ。

〔実施例の詳細な説明〕

第１図には、シリコン−鉄合金のような磁性材料ででき
たアーマチュア１０（以下プランジャと称する）が、同
様の磁性材料でできたもう１つのアーマチュアの中に望
遠鏡の内筒のように入れられている。プランジャ１０と
アーマチュア１１との間の界面１２は例えばナイロンの
ような、摩耗に長期間耐える材料であって、アクチュエ
ータの動作期間中、プランジャ１０とアーマチュア１１
とがくっつかないような滑らかな動作を行なう。

界面１２はプランジャ１０を被覆するか又はアーマチュ
ア１１の内面を被覆することで形成できる。

アーマチュア構成体はボビン（巻き枠）１４の長手方向
の通路１３の中に摺動可能に係合されろ。

長手方向の通路１３の断面は円形であることが望ましい
が、通路１６の断面及びアーマチュア１１０周面が相補
形状である限り、任意の形状のものが使用できろことが
理解できよう。例えば、通路１３の断面は、内側のアー
マチュア１１が矩形や三角形であれば、それと相補形状
となるよう夫々矩形や三角形になっている。同様に、プ
ランジャ１０及びアーマチュア１１の内面（界面１２）
も断面が円形であることが望ましいが、任意の相補形状
のものでも本発明の目的に適合する。

ボビン１４は、摺動するアーマチュア１１との摩擦界面
を低くするため、例えばナイロンのように電気的に絶縁
性で且つ耐摩耗性の材料から成る。

更に通路１ろ中に配設されているのはコア若しくはコア
片１５である。このコア片１５は、シリコン−鉄合金の
ような磁性材料から成９、通路１ろ中に固着される。コ
ア片１５及びアーマチュア構成体の各月（アーマチュア
１１及びプランジャ１０）が空隙を２カ所形成する。第
１の空隙Ｐがコア片１５とアーマチュア１１との間に形
成され、また第２の空隙Ｓがコア片１５と、望遠鏡の内
筒のようなプランジャ１０との間に形成される。実施例
では、第１の空隙Ｐが約０．１３　ｍｍで、第２の空隙
Ｓが約０．７６　ｍｍであった。しかし他の寸法の空隙
でも本発明の目的に合致するであろう。

クッション片１６がコア片１５の端部を覆い、コア片１
５をアーマチュア１１の打撃を和らげろ。

このクッション片１６は、アーマチュア１１が第１図の
休止位置から位置接合面のコア１５に移動されろときア
ーマチュア１１とコア１５との間に小さい空隙を維持す
る。このように小さい空隙を維持するのは、アーマチュ
ア１１がコア１５に接合するときプランジャ１０に十分
な磁束が流れるのを確保してプランジャ１０に高い電磁
力を維持することが望ましいからである。

印刷ワイヤ１７の一端がプランジャ１０に固着され、プ
ランジャ１０とともに移動できる。このワイヤ１７はク
ツ７３７片１６中の孔を通り、コア１５の孔を抜けてワ
イヤ案内部材１８に方向づけられる。このワイヤ１７は
プランジャ１０がコア１５に向かって突出されろときプ
ランジャ１０とともに移動される。ワイヤ案内部材１８
はワイヤ１７との間の摩擦が小さく維持されるようナイ
ロンのように耐摩耗性の高い材料でできている。

ボビン１４の凹んだ部分にはワイヤ・コイル・ソレノイ
ド１９が巻かれており、そのリード線２０が印刷回路板
２１の表面の回路の線（図示せず）に接続されている。

この回路の線はコネクタ・ハウジング２３に装着された
側対ものコネクタ・ピン２２及び２２°（第２図をも参
照のこと）のところまで延びている。ソレノイドが、コ
ネクタ・ピン２２及び２２１に接続された電源（図示せ
ず）によって付勢されろとき、そのソレノイドの中に電
流が流れ、ソレノイド１９の軸方向に磁束が発生され、
アーマチュア１１及びプランジャ１０を第１図の休止位
置からコア片１５に向かつて付勢し、これによって空隙
Ｐ及びＳを小さくする。印刷ワイヤ１ノがプランジャ１
０とともに移動し、ワイヤ案内部材１８に沿って摺動す
る。

この伺勢中、プランジャ１０及びアーマチュア１１は、
第１の空隙Ｐに等しい第１の距離だけ一緒に移動する。

その移動後、アーマチュア１１はクッション片１６と衝
突し、コア片１５に被さる。

プランジャ１０及び印刷ワイヤ１７は第２の距離、移動
し続けろ。プランジャ１０及びワイヤ１７のこの連続の
移動期間中、付勢されているソレノイド１９で生じる磁
束によってプランジャには電磁力が作用している。グラ
ンジャ１０及びワイヤ１７のこの連続の移動期間内の第
２の期間中、ソレノイドが減勢され、この結果第１の空
隙Ｐに対応する第１の所力の期間にわたってプランジャ
１０及びアーマチュア１１が同時に移動している間プラ
ンジャ１０及びワイヤ１７に与えられた運動量若しくは
惰性によってワイヤ１７及びプランジャ１０は移動する
。プランジャ１０及びアーマチュア１１の運動とソレノ
イド付勢電流との時間的な関係については後で第４図に
関連して詳細に説明する。

ここで第６図を参照すると、印刷ワイヤ１７及び印刷ワ
イヤ端２４がプランジャ１Ｄとともに移動してから印刷
ワイヤ端２４が記録媒体２５を打撃する。この記録媒体
は一般には１枚のシー）・であるが、インク担持部材２
６（通常はリボン）、及び可撓性のプラテン２７ととも
に配列されて該記録媒体上にインクのドツト（点）を生
じる。

記録媒体の打撃後、印刷ワイヤ１７及びプランジャ１０
は第１図の休止位置に向がって弾ね返る。

休止位置へ戻るこの期間中、プランジャ１ｏはアーマチ
ュア１１と再び一緒になり、この２つが対として休止位
置に戻る。戻って行くアーマチュア１１が背面板２９と
衝突する際背面ストッパ２８がこの打撃を和らげる。

第１図の好適な実施例では、永久磁石６ｏがアーマチュ
ア１１及びプランジャ１ｏを、次の付男手順に備えてそ
の休止位置に保持する。同じ保持機能を与える代替手段
として、プランジャ１０とコア片１５との間に機械的な
ばねを用いても良い。

その場合このばねはアーマチュア構成体をその休止位置
に向かって押しつげるよう配設されることになろう。

（磁石３０若しくは機械的ばねの）いずれかの保持手段
で力えられる力は、アーマチュア構成体にソレノイド１
９で力えられる電磁力よりはるかに小さい。従ってその
保持手段は、ソレノイド１９の減勢時にその休止位置に
アーマチュア構成体を保持するのに役立つだけである。

磁束ブロック６１及び磁束ディスク６２がソレノイド１
９で生じろ磁束のために低い磁気抵抗の復帰路となる。

これがアクチュエータの効率を高めるのである。磁束ブ
ロック３１が、シリコン−鉄合金のような磁性材料で一
般には構成され、例えば第２図及び第６図に示すように
９個若しくは複数個のアクチュエータを収容するような
形状をもつ。

第２図及び第３図に示す完成品の印刷ヘッドはねじ６３
で互いに保持されるよう組立てられている。７ランク片
３４には、印刷ヘッドをプリンタに装着し且つ整列し易
くするため装着孔６５が設けられる。

第４図は１回の付勢手順の期間にわたって第１図のアク
チュエータに於るソレノイド電流が時間とともにどのよ
うに変化するかを表わすグラフと、アーマチュア１１の
速度及びプランジャ１０の速度がどのように変化するか
を表わすグラフである。

即ち上のグラフがソレノイド電流波形１を示す。

また下のグラフがアーマチュア１１の速度曲線を破線３
で示すとともにプランジャ１０の速度曲線を実線２で示
す。各グラフの横座標は時間である。

この２つのグラフは同じ期間中の付勢手順を示す。

ソレノイド１９中の正の電流（第１図も参照）により磁
束が確立され、これによって電磁力がプランジャ１０及
びアーマチュア１１をコア片１５に向かって移動させろ
。尚アーマチュア１１及びプランジャ１０がコア片１５
に向か−って移動するときそれらの速度を正とし、逆に
アーマチュア１１及びプランジャ１０がコア片１５から
遠去かるよう移動するときそれらの速度を負とする。印
刷ワイヤ１７がプランジャ１０に固着されているので、
印刷ワイヤ１７及びそのワイヤ端２４の速度はプランジ
ャ１０の速度と同じである。

尚第４図のグラフは本発明を説明する関係で示しただけ
であり、本発明を制限するものではない。

原点０の時点で、ソレノイド１９中の電流は０であり、
アーマチュア１１及びプランジャ１０は第１図の休止位
置にある。

０乃至Ａの期間中、ソレノイド１９に電流が流れ、やが
て最大値ＩＭＡＸに達する。その典型的な値は３アンペ
ア位である。ソレノイド１９中の電流が電磁力を生じ、
第４図の速度波形２及び３が高くなることで示すように
アーマチュア１１及びプランジャ１０を加速させろ。ま
た口乃至Ａの期間中は、アーマチュア１１及びプランジ
ャ１０がコア片１５に向かって同時に移動するので第１
及び第２の空隙Ｐ及びＳが同じ速さで小さくなって行く
。

Ａの時点で、アーマチュア１１がクッション片１６と衝
突し、コア片１５に被さる。Ａ乃至Ｂの期間中、アーマ
チュア１１は迅速に減速し、Ｂの時点でそれはコア片１
５に対しクッション片１６で隔てられただけでお互いの
面を接するようにして休止することになる。

波形２で示すように、プランジャ１０及び印刷ワイヤ１
７は、Ａ乃至Ｂの期間が経過した後も加速し続けろ。Ａ
の時点でプランジャ１０はアーマチュア１１の中で摺動
し始め、Ｂの時点で第１の空隙Ｐが完全になくなる。し
かし第２の空隙Ｓは未だ残って℃・て小さくなり続ける
。

Ｂ乃至Ｃの期間中にソレノイド１９中の電流が消滅して
行く。しかしプランジャ１０及び印刷ワイヤ１７は正の
速度で移動し続ける。Ｂ乃至Ｃの期間中にプランジャ１
０が移動するのは、部分的にはソレノイド１９に電流が
ある間ソレノイド１９で与えられる電磁力があるからで
ある。また一部には０の時点以来プランジャ１０及び印
刷ワイヤ１７が得た運動量若しくは惰性があるからであ
る。Ｂ乃至Ｃの期間中にソレノイド電流が０に達した後
にプランジャ１０及び印刷ワイヤ１７が移動するのは、
完全にそのような運動量若しくは惰性があるからである
。だからこのような運動は純粋に惰性によるものと云え
る。

Ｃの時点で印刷ワイヤ端２４（第６図も参照のこと）が
記録媒体２５と接触し、プランジャ１０及び印刷ワイヤ
１７が急に減速を始める。

Ｃ乃至りの期間中に印刷ワイヤ端２４が記録媒体の下に
ある、弾性をもつプラテン２７の面を変形して行き、そ
の過程でプランジャ１０及び印刷ワイヤ１７からの機械
的な全エネルギが、その弾性のあるプラテン２７に移さ
れる。Ｄの時点でも第２の空隙Ｓは完全にはなくならな
い。何故なら通常の例勢手順中に生じるプランジャ１０
の全変位が第２の空隙Ｓよりも小さいからである。

Ｄ乃至Ｅの期間中は、Ｃ乃至りの期間中に弾性をもつプ
ラテン２７に貯蔵された機械的なエネルギがプランジャ
１０及び印刷ワイヤ１７に戻されて行く。波形２のこの
負の速度の部分は、プランジャ１０及び印刷ワイヤ１７
が逆方向に移動して第１図の休止位置に戻りつつあるこ
とを示す。Ｅの時点で、印刷ワイヤ端２４が記録媒体２
５と接触しなくなる。

Ｅ乃至Ｆの期間中もプランジャ１０及び印刷ワイヤ１７
が休止位置に向かって戻り続け、Ｆの時点でプランジャ
１０はアーマチュア１１との結合位置に戻る。

Ｆ乃至Ｇの期間中にアーマチュア１１がプランジャ１０
の速度まで加速され、Ｈの時点で両者が一緒のまま同時
に休止位置に戻る。Ｈの時点では非常に僅かな弾ね返り
しか生じない。何故なら背面ストッパ片２８が背面板２
９に対するアーマチュア１１の衝突を和らげろし、保持
手段（磁石６０）もアーマチュア１１及びプランジャ１
０を休止位置に保持するからである。

Ｈの時点の後、アクチュエータは次の印刷ワイヤ突出の
ためのソレノイド１９の付勢に再び備えろ。次の付勢ザ
イクルはＨの時点の後任意の時点で開始できよう。これ
は第４図に新し℃・原点ＯＩで示す。全付勢手順に要す
る時間即ち０乃至Ｈの期間は約０００１秒である。

〔まとめ〕

如上のとおり、本発明の実施例について説明したが、特
許請求の範囲の欄に記載の「印刷ワイヤを磁気的に推進
する第１手段」が実施例のアーマチュア１１及びソレノ
イド１９に対応することｂｓ容易に理解されよう。また
「第１手段」による印刷ワイヤ１７の推進が、ストッパ
の役割を為すコア片１５やクッション片１６で阻止され
た後、惰性で印刷ワイヤ１７が突出するようそれに作用
する「第２手段」が、実施例のプランジャ１０に対応す
ることも容易に理解されよう。斯して本発明の印刷ワイ
ヤ・アクチュエータでは、記録媒体までの所定の距離（
ワイヤ・ストローク）のうち実施例の空隙Ｐに対応する
初めの部分は一般的なアクチュエータのように印刷ワイ
ヤが磁気的に推進され、その残りの部分は惰性移動式の
アクチュエータのようにそれが惰性で推進される。

従って〔本発明の装置の概要〕の欄でも述べたように、
小さいエネルギで磁気的に付勢された印刷ワイヤでも長
いワイヤ・ストロークの後に高い打撃力を生じることが
できろ。

【図面の簡単な説明】

第１図は、ソレノイドが付勢されていす２つのアーマチ
ュアの構成体が休止位置にあるときの本発明の印刷ワイ
ヤ・アクチュエータの断面図である。第２図は、第１図
に示す印刷ワイヤ・アクチユエータを９個含む印刷ヘッ
ドを上から見た図である。第３図は、第１図の印刷ワイ
ヤ・アクチュエータを含む第２図の印刷ヘッドの部分断
面図である。第４図は、典型的な付勢手順の間、各アー
マチュア片の速度及びソレノイド電流を経時的に示すグ
ラフである。 １０・・・・アーマチュア若しくはプランジャ（第２手
段）、１１・・・・アーマチュア（第１手段）、１５・
・・・コア片、１６・・・・クッション片、１９・・・
・ンレノイド若しくはソレノイド・コイル（第１手段）
。 出願人　　インターナショナル・ビジネス・マン、ンズ
・コー仕し仁クヨン代理人　弁理士　　山　　　本　　
　仁　　　朗（外１名） 第１図 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 速度零の休止位置から記録媒体まで所定の距離、印刷ワ
   イヤを推進する印刷ワイヤ・アクチュエータにして、 上記印刷ワイヤを上記所定の距離の初めの部分を経て上
   記記録媒体に向かって磁気的に推進する第１手段と、 上記印刷ワイヤを上記所定の距離の残りの部分を経て上
   記記録媒体に向かって惰性で突き出すよう上記第１手段
   の推進後に上記印刷ワイヤに作用する第２手段と を具備する印刷ワイヤ・アクチュエータ。