(57)【要約】【課題】長寿命のピン先材を有するインパクト式プリンタ用プリントハンマを提供する。【解決手段】打撃力によりインクリボン２を介して印字用紙１１に画像を形成するインパクト式プリンタ用プリントハンマにおいて、そのプリントハンマの打撃部が、空孔内に低摩擦材料を装填した多孔質金属体で構成されていることを特徴とする。【選択図】　　図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
打撃力によりインクリボンを介して印字用紙に画像を形成するインパクト式プリンタ用プリントハンマにおいて、そのプリントハンマの打撃部が、空孔内に低摩擦材料を装填した多孔質金属体で構成されていることを特徴とするインパクト式プリンタ用プリントハンマ。
【請求項２】
請求項１記載のインパクト式プリンタ用プリントハンマにおいて、前記多孔質金属体が白金族系の金属または超硬金属であることを特徴とするインパクト式プリンタ用プリントハンマ。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載のインパクト式プリンタ用プリントハンマにおいて、前記多孔質金属体の空孔率が５〜４０体積％の範囲内に規制されていることを特徴とするインパクト式プリンタ用プリントハンマ。
【請求項４】
請求項１記載のインパクト式プリンタ用プリントハンマにおいて、前記多孔質金属体中の空孔がほぼ同一方向に延びていることを特徴とするインパクト式プリンタ用プリントハンマ。
【請求項５】
請求項４記載のインパクト式プリンタ用プリントハンマにおいて、前記空孔内に装填された低摩擦材料が、当該ハンマの打撃面に対してほぼ垂直に整列していることを特徴とするインパクト式プリンタ用プリントハンマ。
【請求項６】
請求項４記載のインパクト式プリンタ用プリントハンマにおいて、前記空孔内に装填された低摩擦材料が、当該ハンマの打撃面に対してほぼ平行に整列していることを特徴とするインパクト式プリンタ用プリントハンマ。
【請求項７】
請求項４記載のインパクト式プリンタ用プリントハンマにおいて、前記空孔内に装填された低摩擦材料が、当該ハンマの打撃面に対して鎖交する方向に整列していることを特徴とするインパクト式プリンタ用プリントハンマ。
【請求項８】
請求項１記載のインパクト式プリンタ用プリントハンマにおいて、前記低摩擦材料が、フッ素系樹脂またはアモルファスカーボンであることを特徴とするインパクト式プリンタ用プリントハンマ。
【請求項９】
請求項１ないし請求項８のいずれか１項記載のプリントハンマを備えたことを特徴とするインパクト式プリンタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、打撃力によりインクリボンを介して印字用紙に文字などの画像を形成するインパクト式プリンタに係り、特にそれのプリントハンマの打撃部に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
インパクト式プリンタは、コンピュータの高性能化、大容量化が進むに連れて高速印字化が要求されると同時に、さらに低価格化が要求されている。このインパクト式プリンタに用いられているハンマピンにも、長寿命化と製造価格の低減が要求される。
【０００３】
この課題に対しては、ビッカース硬度（以下、単に硬度と略記する）が２４００にも達するＷＣ−Ｃｏ系粉末合金、或いは硬度８００前後の溶融凝固で作製する白金属系金属などの高硬度材がハンマピンに用いられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ピン先となる素材は多くの場合、その製造方法に依存して直径１ｍｍ以下の小球で提供される。このピン先材は安価な炭素鋼に抵抗溶接された後、所定の形状に切削加工される。耐磨耗性の観点からは硬いものほど良いとされており、４００以上の硬度が必要である。
【０００５】
しかし、実際に磨耗試験をすると必ずしも硬度が高いからといって耐磨耗性がある訳ではない。一例を挙げると、超高硬度のＷＣ−Ｃｏ合金は白金属系合金より耐磨耗性が悪い。その理由は以下のように考えられる。
【０００６】
図１０に示すように、ハンマピン１がインクリボン２を打つ時、Ｎニュートンの力が加えられる。するとハンマピン１を擦る力（ｆ）は摩擦係数をμとすると、ｆ＝μＮとなる。
【０００７】
すなわち耐磨耗性を向上させるには、必要条件として材料が破壊することを防ぐために硬いこと、十分条件として摩擦力ｆを低減すること、換言すると低摩擦係数を持つ材料にする必要がある。ところが、ＷＣ−Ｃｏは硬度差の大きい粉末を焼き固めて作るため、摩擦係数が大きくなり、そのためにハンマピン１の磨耗が促進される。
【０００８】
従って、摩擦係数を小さくする必要がある。他方、加工の上から考えると、必要以上に硬い材料は研削機の磨耗を早め、また加工時間が長くなるだけでメリットがない。硬度の範囲は下限は材料強度の点から４００、上限は易加工性の点から１０００程度が良好とされる。すなわち前記硬度範囲で材料の選択が必要となるが、現状では適切な材料がない。なお、図１０において、符号３はプリントヘッド、４はスプリング、５はピンブランク部である。
【０００９】
本出願人は、先にプリントハンマの打撃部をアモルファスカーボンで構成することを提案した（特開２００１−２５３１０１参照）。このプリントハンマは耐磨耗性、耐食性に優れているが、問題がない訳ではない。即ち、アモルファスカーボンで打撃部を構成したプリントハンマは、硬度が６００前後、摩擦係数も小さいが、アモルファス材料は他の結晶質の材料に比べて衝撃に弱いという欠点があるため、、突発的な大負荷によってはハンマ先端部の角部が欠け落ちるという問題がある。
【００１０】
本発明の目的は、このような従来技術の欠点を解消し、適度な硬度を有し、インクリボンとの摩擦係数を低減することで、安価で長寿命の打撃部を有するプリントハンマとそれを用いたインパクト式プリンタを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の第１の手段は、打撃力によりインクリボンを介して印字用紙に文字を含む画像を形成するインパクト式プリンタ用プリントハンマにおいて、そのプリントハンマの打撃部が、空孔内に低摩擦材料を装填した多孔質金属体で構成されていることを特徴とするものである。
【００１２】
本発明の第２の手段は前記第１の手段において、前記多孔質金属体が例えばＩｒやＯｓ−Ｉｒなどの白金族系の金属、または例えばＷＣ−Ｃｏなどの超硬金属であることを特徴とするものである。
【００１３】
本発明の第３の手段は前記第１の手段または第２の手段において、前記多孔質金属体の空孔率が５〜４０体積％の範囲内に規制されていることを特徴とするものである。
【００１４】
本発明の第４の手段は前記第１の手段において、前記多孔質金属体中の空孔がほぼ同一方向に延びていることを特徴とするものである。
【００１５】
本発明の第５の手段は前記第４の手段において、前記空孔内に装填された低摩擦材料が、当該ハンマの打撃面に対してほぼ垂直に整列していることを特徴とするものである。
【００１６】
本発明の第６の手段は前記第４の手段において、前記空孔内に装填された低摩擦材料が、当該ハンマの打撃面に対してほぼ平行に整列していることを特徴とするものである。
【００１７】
本発明の第７の手段は前記第４の手段において、前記空孔内に装填された低摩擦材料が、当該ハンマの打撃面に対して例えば４５°で鎖交する方向に整列していることを特徴とするものである。
【００１８】
本発明の第８の手段は前記第１の手段において、前記低摩擦材料が、例えばポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素系樹脂またはアモルファスカーボンであることを特徴とするものである。
【００１９】
本発明の第９の手段はインパクト式プリンタにおいて前記第１の手段ないし第８の手段プリントハンマを備えたことを特徴とするものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図とともに説明する。
図９は、後述するプリントハンマを用いたインパクト式プリンタの概略構成図である。このプリントハンマを多数個搭載したハンマ機構部６は、その一端がカム機構やリニアモータなどからなるシャトル機構部７に連結されている。インクリボン２は、複数のリボンガイド８によりハンマ機構部６の前面を通るように引き回され、一対のリボンローラ９により駆動されて、リボンカセット１０の一方の端部より引き出され、リボンガイド８を経由してハンマ機構部６の前面を走行し、リボンカセット１０に折畳収納される。印字用紙１１は、プラテン１２の表面に接する経路上を間欠的に送られる。
【００２１】
図１は印字機構部の断面図であり、動作中の状態を示している。待機時、プリントヘッド３が取り付けられているスプリング４の自由端側を吸着しているマグネット１３の磁力を、印字時にキャンセル用電磁コイル１４によりキャンセルすることによって、スプリング４の反発力でインクリボン２を瞬間的に打撃して印字用紙１１にドットを印字する。
【００２２】
プリントヘッド３は、ハンマピン１とそれを支持するピンブランク部５から構成されている。ハンマピン１には、白金属系金属あるいは超硬系合金が用いられ、白金属系金属としては、例えばＩｒ単体、Ｏｓ−Ｉｒ（４０重量％）合金、Ｏｓ−Ｗ（３０重量％）合金，Ｒｕ−Ｒｈ−Ｗ（３０重量％）合金などが好適である。超硬系合金としては、例えばＷＣ−Ｃｏ（６〜２５重量％）合金などが好適である。これらの硬質金属からなる多孔質体を製造する。
【００２３】
図２は、金属多孔質体を製造する装置の概略構成図である。同図に示すように溶解鋳型２１の周囲に誘導加熱コイル２２が巻装され、溶解鋳型２１の下部に冷却部２３が設けられ、溶解鋳型２１の上端開口はガス室２４と連通している。
【００２４】
溶解鋳型２１に前述の白金属系金属あるいは超硬系合金の金属材料が投入され、ガス室２４を通して溶解鋳型２１内を真空状態に保ち、誘導加熱コイル２２への通電により金属材料が加熱溶融されて溶融金属２６となる。
【００２５】
この状態でガス室２４に酸素ガス、水素ガス、窒素やアルゴンなどの不活性ガス、あるいは酸素ガスまたは水素ガスと不活性ガスの混合気体などのガス２５が供給されて所定のガス圧に維持される。溶融金属２６に対する溶解ガス量はガス圧によってコントロールされるから、溶融金属２６中のガス濃度が飽和濃度に達するように予めガス圧とガス供給時間が設定されている。
【００２６】
飽和濃度に達するまでガスを溶解した溶融金属２６は、下方側から冷却部２３によって冷却・凝固される。この溶融状態からの一方向凝固により過飽和ガス原子の析出に伴って、空泡（ポア）を一方向に生成することができる。図２は、溶融金属２６が凝固する途中の状態を示しており、それぞれの連続した空孔２７が一方向に向いて形成された指向性のある金属多孔質体２８が得られる。
【００２７】
走査電子顕微鏡で観察したところ繊維状の空孔２７の横断面形状はほぼ円形をしており、直径が約５０〜２００μｍ程度のほぼ均一サイズの空孔２７が形成されていることが確認された。
【００２８】
ハンマピン１に用いる金属多孔質体２８の空孔率は５〜４０体積％が望ましく、１０〜３０体積％がさらに好ましい。空孔率が５体積％未満であると、後述する低摩擦材料の装填（封入）量が不十分となり、摩擦係数の低減効果が十分に得られない。一方、空孔率が４０体積％を超えるとポーラスになり過ぎてハンマピンとしての機械的強度（特に耐衝撃強度）が得られない。この空孔２７の方向、サイズ、空孔率などの空孔状態は、金属の溶融温度、ガス溶解時の圧力、凝固時のガス圧力、冷却温度、凝固速度、不活性ガスとの混合比などによって任意に調整可能である。
【００２９】
このようにして製造した金属多孔質体２８を適当な大きさのチップにスライス加工した後、ボールベアリングのボール形成法と同様の手法である加圧式の研磨盤で回転させながら、図３に示すように直径１．０ｍｍ程度の小球２９に加工した。同図に示されているように小球２９には、ほぼ同じ方向を向いて延びた指向性の空孔２７がランダムに開口している。本実施形態では小球２９としたが、例えば円柱状など他の形状に加工しても構わない。
【００３０】
この小球２９をまとめて超音波洗浄器に入れ、超音波洗浄して空孔２７内にある研磨残査を除去した後、空孔２７内に低摩擦係数を有する材料が装填（封入）される。
【００３１】
低摩擦材料としては、例えばポリテトラフルオロエチレン、ポリクロロトリフルオロエチレン、テトラフルオロエチレンとフルオロプロピレンの共重合体、テトラフルオロエチレンとエチレンの共重合体などのフッ素系樹脂、あるいはアモルファスカーボン（グラッシーカーボンを含む）などが、摩擦係数が低く、かつ耐インキ性を有しているため賞用できる。
【００３２】
低摩擦材料の１例としてポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素系樹脂を用いる場合、加熱により半溶融状態に維持したフッ素系樹脂層中に超音波洗浄済みの小球２９を浸漬し、５０気圧の高圧をかけて半溶融状態のフッ素系樹脂を空孔２７内に圧入した。
【００３３】
低摩擦材料の他の例としてアモルファスカーボンを用いる場合、加熱により半溶融状態に維持したフェノール樹脂層中に超音波洗浄済みの小球２９を浸漬し、１０気圧の高圧をかけて半溶融状態のフェノール樹脂を空孔２７内に圧入した。次いで窒素雰囲気中で１５００℃まで加熱し、小球２９内に装填されているフェノール樹脂をアモルファスカーボン化した。
【００３４】
なお、フェノール樹脂が完全にアモルファスカーボン化しないで、一部グラッシーカーボン化している場合（アモルファスカーボンとグラッシーカーボンの混在）、あるいは加熱温度が１５００℃よりも低いとグラッシーカーボンのみの場合もある。
【００３５】
このようにして低摩擦材料を装填した小球２９をピンブランク部５に溶接し、シェイピング加工後、プリントヘッド３に組み上げる（図１参照）。前述のように空孔２７は方向性（指向性）を有しているから、その中に装填された低摩擦材料３０をハンマピン１の打撃面３１に対して、図４（ａ）に示すようにほぼ垂直に配列、図４（ｂ）に示すようにほぼ平行に配列、あるいは図４（ｃ）に示すように鎖交する方向（例えば４５°方向）に配列することができる。
【００３６】
図４（ａ）〜（ｃ）のいずれの配列例においても、空孔２７は金属多孔質体２８内においてランダムに形成されているから、ハンマピン１が磨耗してもいずれかの低摩擦材料３０が常に打撃面３１に露呈しており、長期間にわたって摩擦低減機能を発揮することができる。
【００３７】
ハンマピン材料として多孔質体のＯｓ−Ｉｒ（４０重量％）からなる白金族系金属を用い、その空孔内にポリテトラフルオロエチレンを装填した本実施形態に係るプリントヘッドＡと、ハンマピン材料として同じ材質のものを使用した空孔（ポリテトラフルオロエチレン）無しの従来のプリントヘッドＢとを摩擦係数測定機にセットし、実際のインパクト式プリンタに近似した状態で、それぞれのプリントヘッドの摩擦係数を測定した。
【００３８】
その結果を図５に示す。この図から明らかなように、本実施形態に係るプリントヘッドＡは摩擦係数が０．０２で、従来のプリントヘッドＢの摩擦係数の０．３２に比べて格段に低くなり、その状態が安定しており、ポリテトラフルオロエチレンを装填した効果が顕著に現れている。
【００３９】
前記プリントヘッドＡ，Ｂを実機のインパクト式プリンタに組み込んで稼動させて、ハンマピンの耐磨耗性を測定し、その結果を図６に示す。なお、図中の縦軸の磨耗量は、初期ピン先材の長さに対する試験中のピン先材の磨耗長さの比で定義している。この結果から明らかなように、本実施形態に係るプリントヘッドＡは従来のプリントヘッドＢの耐用寿命より２倍程度延び、２０億回の印字に耐える、耐用寿命の長いプリントヘッドであることが立証できる。
【００４０】
ハンマピン材料として多孔質体のＯｓ−Ｉｒ（４０重量％）からなる白金族系金属を用い、その空孔内にアモルファスカーボンを装填した本実施形態に係るプリントヘッドＣと、ハンマピン材料として同じ材質のものを使用した空孔（アモルファスカーボン）無しの従来のプリントヘッドＤとを摩擦係数測定機にセットし、実際のインパクト式プリンタに近似した状態で、それぞれのプリントヘッドの摩擦係数を測定した。
【００４１】
その結果を図７に示す。この図から明らかなように、本実施形態に係るプリントヘッドＣは摩擦係数が０．０３で、従来のプリントヘッドＢの摩擦係数の０．３５に比べて格段に低くなり、その状態が安定しており、アモルファスカーボンを装填した効果が顕著に現れている。
【００４２】
前記プリントヘッドＣ，Ｄを実機のインパクト式プリンタに組み込んで稼動させて、ハンマピンの耐磨耗性を測定し、その結果を図８に示す。この結果から明らかなように、本実施形態に係るプリントヘッドＣは従来のプリントヘッドＤの耐用寿命より３倍程度延び、２５億回の印字に耐える、耐用寿命の長いプリントヘッドであることが立証できる。
【００４３】
なお、ポリテトラフルオロエチレンを装填した場合より耐用寿命が長い理由は、両者とも摩擦係数は同等なのに、アモルファスカーボンの方が硬度が６００と高いことによるものであると考えられる。
【００４４】
前記実施形態では指向性のある空孔を有する金属多孔質体を製作し、その空孔内に低摩擦材料を装填したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば金属の粉末焼結体あるいは発泡体からなる多孔質体の空孔内に低摩擦材料を装填してプリントハンマの打撃部を構成することもできる。なお、指向性のある空孔を有する金属多孔質体の空孔内に低摩擦材料を装填した方が、粉末焼結体や発泡体からなる多孔質体の空孔内に低摩擦材料を装填したものよりも、機械的強度が優れているため、指向性のある空孔を有する金属多孔質体の方が賞用される。
【００４５】
【発明の効果】
本発明は前述のような構成になっており、適度な硬度を有し、インクリボンとの摩擦係数を低減することで、安価で長寿命の打撃部を有するプリントハンマとそれを用いたインパクト式プリンタを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るインパクト式プリンタの印字機構部の断面図である。
【図２】本実施形態で使用する金属多孔質体の製造装置の概略構成図である。
【図３】本実施形態で使用する小球の平面図である。
【図４】本実施形態に係るハンマピン先端部の拡大断面図である。
【図５】ポリテトラフルオロエチレンで封孔処理した本発明の本実施形態に係るハンマピンと従来のハンマピンの摩擦係数の変化を示す特性図である。
【図６】ポリテトラフルオロエチレンで封孔処理した本発明の本実施形態に係るハンマピンと従来のハンマピンの磨耗量の変化を示す特性図である。
【図７】アモルファスカーボンで封孔処理した本発明の本実施形態に係るハンマピンと従来のハンマピンの摩擦係数の変化を示す特性図である。
【図８】アモルファスカーボンで封孔処理した本発明の本実施形態に係るハンマピンと従来のハンマピンの磨耗量の変化を示す特性図である。
【図９】本発明の本実施形態に係るプリントヘッドを備えたインパクト式プリンタの概略構成図である。
【図１０】ハンマピンへの負荷力と摩擦力の関係を示す図である。
【符号の説明】
１　ハンマピン
２　インクリボン
３　プリントヘッド
４　スプリング
５　ピンブランク部
６　ハンマ機構部
７　シャトル機構部
８　リボンガイド
９　リボンローラ
１０　リボンカセット
１１　印字用紙
１２　プラテン
１３　マグネット
１４　キャンセル用電磁コイル
２１　溶解鋳型
２２　誘導加熱コイル
２３　冷却部
２４　ガス室
２５　ガス
２６　溶融金属
２７　空孔
２８　金属多孔質体
２９　小球
３０　低摩擦材料
３１　打撃面
【図１】
2004017579.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2004017579.tif 000008
【図７】
2004017579.tif 000009
【図８】
2004017579.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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