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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Anschlagpunktdruckkopf.
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Eine Fe-Co-V-Legierung ist allgemein bekannt als ein magnetisches Material, das eine hohe
magnetische Sättigungsinduktion aufweist. Diese Art von Legierung schließt 2V.
PERMENDUR" ein. Das weichmagnetische Material, das typischer Weise für einen Aktor der
obigen Art benutzt wird, hat eine chemische Zusammensetzung von 48 bis 52 Gew.-% Co,
weniger als 2,0 Gew.-% V und Rest Fe und unvermeidbare Verunreinigungen.
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Wenn dieses weichmagnetische Material für einen Aktor verwendet wird, zeigt es magnetisch
günstige Eigenschaften und einen guten Energiewirkungsgrad verglichen mit reinem Eisen oder
Siliziumstahl. Es ergeben sich jedoch einige Probleme, die diesem Material eigen sind, indem es
is einem großen magnetischen Verlust unterliegt und der Energiewirkungsgrad verschlechtert
wird.
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Aus dem Dokument Patent Abstracts of Japan, Band 11, Nr. 195 (E-518) [2642], 23. Juni
1987: & JP-A-62-22404 (Tohoku Metal Ltd.) 30.01.1987 ist es bekannt, die magnetischen
Eigenschaften eines Gußteils für ein Jochteil dadurch zu verbessern, daß ein 2V PERMENDUR
durch ein Präzisionsgießverfahren hergestellt wird und der Gußkörper in einer heißen
hydrostatischen Presse behandelt wird. Dies erlaubt es, ein Jochteil mit einer komplizierten Form
herzustellen, das mittels eines Kaltbearbeitungsprozesses nicht realisiert werden kann, während das
hergestellte Jochteil nichtsdestotrotz eine hohe magnetische Sättigungsinduktion verbunden
mit einer niedrigen Koerzitivkraft und einer hohen maximalen Permeabilität gleich der von kalt
bearbeitetem Material aufweist. Das in diesem Stand der Technik verwendete Material enthält
48 bis 52 Gew.-% Co, 1 - 3 Gew.-% V und Rest im wesentlichen Fe.
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Das Dokument Patent Abstracts of Japan, Band 11, Nr. 106 (C-41 4) [2552], 3. April 1987: &
JP-A-61-253348 (Daido Steel Co. Ltd) 11.11.1 986, offenbart ein weichmagnetisches Fe-Co-
Material für das Joch eines Punktdruckers, dessen spezifischer Widerstand ohne Verringerung
der magnetischen Sättigungsinduktion erhöht ist, wobei das Material in Gewichtsanteilen 10
bis 35 % Co und ≥ 10 % von einem oder mehreren der Elemente Si, Al, Cr, V, Nb und Ti
enthält.
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Die US-A-4375338 offenbart einen Druckkopf gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs.
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Es ist eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, die die vorgenannten Probleme beseitigt,
einen Anschlagpunktdruckkopf zu schaffen, der in der Lage ist, den magnetischen Verlust zu
verringern, und einen hohen Energiewirkungsgrad aufweist.
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Diese Aufgabe wird mit eine Anschlagpunktdruckkopf gelöst, wie er beansprucht wird.
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Das weichmagnetische Material, das Elemente bildet, die Teil eines magnetischen Kreises des
Druckkopfes sind, setzt sich aus 2,4 bis 2,8 Gew.-% V und dem Rest zusammen, der Fe und
Co enthält, die im wesentlichen denselben Gewichtsanteil aufweisen, sowie einer geringen
Menge unvermeidbarer Verunreinigungen.
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Der elektrische Widerstand des magnetischen Materials ist größer als der von kommerziell
erhältlichem "2V.PERMENDUR". Wenn ein magnetischer Fluß dadurch erzeugt wird, daß man
einen elektrischen durch eine Spule in einem magnetischen Kreis fließen läßt, dann tritt
wahrscheinlich ein Wirbelstrom in dem magnetischen Material des magnetischen Kreises auf, der die
Erzeugung eines magnetischen Flusses behindert. Infolge des erhöhten elektrischen
Widerstandes des weichmagnetischen Materials, das gemäß der Erfindung verwendet wird, ist es
möglich, solchen Wirbelstrom zu verringern, wodurch man einen Aktor erhält, der in der Lage ist,
den magnetischen Verlust zu verringern, und der einen hohen Energiewirkungsgrad aufweist.
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Andere Aufgaben und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Erörterung in
Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen, in denen:
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Fig. 1 eine Schnittansicht eines Anschlagpunktdruckkopfes ist, der eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt,
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Fig. 2 ein charakteristisches Diagramm eines Energiewirkungsgrads über einer
V-Zusatzmenge ist, das die Wirkungen der Erfindung zeigt,
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Fig 3 ein Diagramm ist, das den Zusammenhang zwischen dem elektrischen Widerstand
und der V-Zusatzmenge zeigt, und
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Fig. 4 ein Diagramm ist, das den Zusammenhang zwischen der magnetischen
Sättigungsinduktion und der V-Zusatzmenge zeigt.
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Eine erläuternde Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend im einzelnen
beschrieben.
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Es sei zuerst auf Fig. 1 Bezug genommen. Dort ist eine Ausführungsform gezeigt, bei der die
vorliegende Erfindung auf einen Anschlagpunktdruckkopf angewendet ist. Eine allgemein mit 4
bezeichnete Nadelnase steht im Eingriff mit einer Nadelführung 5 und ist außerdem an einer
Nase 6 befestigt. Ein mit einem Boden versehener, zylindrischer Kernblock 7, der sich aus
einem weichmagnetischen Material zusammensetzt, und dessen Lage durch die Nadelnase 4
bestimmt ist, ist einstückig befestigt. Der Kernblock 7 wirkt mit einem zylindrischen, mit einem
Boden versehenen Joch 8 und einem scheibenartigen Seitenjoch 9 zusammen, um einen
Antriebshebel 2 anzuziehen, wie später erläutert. Der Kernblock 7 ist so aufgebaut, daß sein
Inneres von einem ringartigen, vorstehenden Kern gebildet wird, um dessen Umfangsfläche
eine Spule 10 gewickelt ist und der damit teilweise einen magnetischen Weg bildet. Das
weichmagnetische Material hat eine chemische Zusammensetzung von 48,8 Gew.-% Co, 2,3
Gew.-% V und einem Rest enthaltend Fe und unvermeidbare Verunreinigungen. Bei der
vorliegenden
Ausführungform der vorliegenden Erfindung wird dieses weichmagnetische Material für
alle den Kernblock 7, das Joch 8, das Seitenjoch 9 und den Kern 11 umfassenden Teile
verwendet, die alle Teile eines magnetischen Kreises sind.
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sDie Beschreibung wird sich nun auf die Arbeitsweise der so aufgebauten Vorrichtung
konzentrieren. Ein elektrischer Strom wird an eine oder eine Vielzahl von Spulen 10 angelegt, die nach
Maßgabe eines Druckbefehlssignals ausgewählt sind. Zwischen dem Antriebshebel 2 und dem
Kern 11 wird aufgrund magnetischer Flüsse, die von dem Kern sowohl in das zylindrische Joch
8 als auch das Seitenjoch 9 eintreten, sofort eine magnetische Anziehung zwischen dem
Antriebshebel 2 und dem Kern 11 erzeugt. Als Folge davon dreht sich der Antriebshebel 2 um
eine Gelenkwelle 12, in der durch einen Pfeil in Fig. 1 angegebenen Richtung. Nachfolgend
schlägt eine Drucknadel 1, die am oberen Abschnitt des Antriebshebels 2 befestigt ist und von
etlichen Nadelführungen 3 gelagert und geführt wird, über ein (nicht gezeigtes) Farbband an ein
Druckpapier, wodurch der Druck ausgeführt wird. Da der elektrische Widerstand des
weichmagnetischen Materials, das den magnetischen Kreis bildet, groß ist, ist es möglich, einen
Wirbelstrom zu begrenzen und sein Auftreten zu verringern. Als Folge davon kann die
Eingangsenergie zur Spule 10 verringert werden, womit der Energiewirkungsgrad erhöht wird. Nach
Ausführung des Druckvorgangs dreht sich der Antriebshebel 2, an dem die Drucknadel 1
befestigt ist, um die Gelenkwelle 12, und zwar aufgrund der Rückstoßkraft von einer Schreibwalze
17 und der Kraft einer Rückholfeder 14. Der Antriebshebel 2 schlägt dann an einen Dämpfer 15
an und ist in dieser Position in einen Bereitschaftszustand gebracht.
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Wie oben erwähnt, wird das weichmagnetische Material für alle Komponenten des
magnetischen Kreises verwendet, und der magnetische Verlust kann durch Verringerung des
Wirbelstroms, der beim Anlegen eines elektrischen Stroms an die Spule 10 verursacht wird, gesenkt
werden.
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Es wurde ausgeführt, daß bei der erläuterten Ausführungsform alle Komponenten des
magnetischen Kreises aus dem weichmagnetischen Material bestehen. Wenn jedoch das
weichmagnetische Material gemäß der Erfindung nur für einige der Komponenten des magnetischen Kreises
verwendet wird, können ähnliche Wirkungen erzielt werden.
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Die chemische Zusammensetzung des weichmagnetischen Materials wird nachfolgend mehr im
einzelnen erläutert. Eine Fe-Co-Legierung, deren Fe-Co-Zusammensetzungsverhältnis in der
Nähe von 1:1 liegt, ist ein weichmagnetisches Material, das unter den magnetischen
Materialien die maximale magnetische Sättigungsinduktion aufweist und gleichzeitig eine große
Anfangspermeabilität besitzt. Wenn der Fe-Co-Legierung V zugesetzt wird, steigt gemäß
Darstellung in Fig. 3 der elektrische Widerstand der Legierung mit zunehmender Zusatzmenge. Wie
andererseits Fig. 4 zeigt, fällt die magnetische Sättigungsinduktion der Legierung mit einer
Zunahme der V-Zusatzmenge ab. Bei den Komponenten des magnetischen Kreises eines
Anschlagpunktdruckkopfes üben die Gleichstrommagneteigenschaften und der elektrische
Widerstand großen Einfluß auf die Leistungsfähigkeit des Druckkopfes aus. Der Grund dafür
liegt darin, daß der magnetische Kreis eines Anschlagpunktdruckkopfes so eingesetzt ist, daß
große Änderungen des elektrischen Stroms wie bei einem Wechselstrom verursacht werden,
und daher der Verlust infolge von Wirbelströmen zusätzlich zu den
Gleichstrommagneteigenschaften des magnetischen Materials berücksichtigt werden muß. Das Ausmaß, mit dem die
Erzeugung von Wirbelströmen, welche die Erzeugung des magnetischen Flusses behindern,
beschränkt wird, nimmt mit zunehmendem elektrischen Widerstand der Komponenten des
smagnetischen Kreises zu. Folglich kann der Verlust infolge des Wirbelstroms veinngert werden.
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Es ist also erforderlich, daß das Zusammensetzungsverhältnis des magnetischen Materials im
Hinblick auf die Gleichstrommagneteigenschaften und den elektrischen Widerstand bestimmt
wird.
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Es wurden Experimente unter Verwendung von Anschlagpunktdruckköpfen gemäß Darstellung
in Fig. 1 ausgeführt, die sich voneinander im Hinblick auf die V-Zusatzmenge des
weichmagnetischen Materials unterschieden, das für den Kernblock 7, das Joch 8, das scheibenartige
Seitenioch 9 und den Kern 11 verwendet wurde. Der Energiewirkungsgrad für jeden dieser
Anschlagpunktdruckköpfe wurde gemessen. Unter dem Energiewirkungsgrad ist der
Wirkungsgrad zu verstehen, mit dem die der Spule zugeführte elektrische Energie in kinetische Energie
der Nadel umgesetzt wird. Die experimentellen Ergebnisse sind, daß gemäß Darstellung in Fig.
2 der Energiewirkungsgrad für den Fall, daß die V-Zusatzmenge 2,1 % bis 5,0 % beträgt,
höher ist, als für den Fall, daß die V-Zusatzmenge 2,0 % oder weniger beträgt.
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Wenn daher die V-Zusatzmenge auf 2,1 bis 5,0 % eingestellt wird, kann ein
Anschlagpunktdruckkopf realisiert werden, bei dem der magnetische Verlust verringert ist und der
Energiewirkungsgrad entsprechend erhöht ist. Wie in Fig. 2 gezeigt, erhält man den höchsten
Energiewirkungsgrad, wenn die V-Zusatzmenge 2,6 % beträgt. Dies wird der Tatsache zugeschrieben,
daß bei diesem Verhältnis das Gleichgewicht zwischen den Geleichstrommagneteigenschaften
und dem elektrischen Widerstand für einen Anschlagpunktdruckkopf am günstigsten ist. Es ist
jedoch unmöglich, die V-Zusatzmenge stabil auf konstant 2,6 % einzustellen. Tatsächlich ergibt
sich ein Streubereich von ± 0,2 %. Daher beträgt die optimale V-Zusatzmenge 2,4 Gew.-% bis
2,8 Gew.-%, womit ein Anschlagpunktdruckkopf geschaffen wird, der einen geringen Betrag
an magnetischem Verlust und einen hohen Energiewirkungsgrad aufweist. Bei den oben
beschriebenen Experimenten ist das Zusammensetzungsverhältnis von Fe zu Co 1:1.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf einen Anschlagpunktdruckkopf mit direkter Anziehung,
wie bei der vorangegangenen Ausführungsform beschrieben, beschränkt. Dieselben Wirkungen
können mit einem Anschlagpunktdruckkopf der Federspannungsart erreicht werden.