Brevet FR2286001A1 — publié le 19760423

L'invention due à Volker FLECHTNER est relative à un dispositif pcur l'entratnement d'éléments générateurs d'impression pour imprimantes par points. pour l'impression, sous forme d'une mosaïque, de données de sortie d'installations de traitement de données, et convient particulièrement à l'impression par colonnes à vitesse d'impression élevée. On connatt de nombreux dispositifs d'impression par points dans lesquels > pour imprimer un signe, on projette des éléments imprimeurs en forme d'aiguilles contre le support d'impression, l'entranement de ces éléments étant effectué de préférence par des systèmes électromagnétiques à armatures plongeuses ou basculantes.On connais des dispositifs d'impression qui contiennent des éléments imprimeurs pour la totalité de la matrice de signes et qui préparent les signes sous forme complète, prêts à 1'im- pression (demande de brevet en RFA publiée sous le numéro 1.019.694). Leur inconvénient est l'importance de la masse de la tête d'impression-et les difficultés liées à l'écartement l'un de l'autre des éléments imprimeurs, l'angle d'écartement des éléments imprimeurs diminuant avec leur longueur. La sûreté de fonctionnement dW dispositif d'impression diminue en mdme temps que la longueur des moyens transmetteurs d'énergie.On connais également des dispositifs dtimpression par lignes ou par colonnes (brevets FR nO 1.405.348 et nO 2.101.427). Leur avantage est certes leur nombre relativement petit d'éléments imprimeurs et par conséquent la masse relativement faible de la tête d'impression. Mais ils ont l'inconvénient d'une fréquence d'impression relativement élevée et de dimensions géométriques obligatoirement relativement grandes des systèmes d' entrainement > qui conduisent à un écartement relativement grand des éléments imprimeurs ou à un agencement à encastrement compliqué qui en traSne inévitablement des difficultés techniques de fabrication. Pour éviter un écartement mutuel exagéré des éléments imprimeurs et les difficultés de flexion et de frottement qui en résultent, on a proposé des dispositifs d'impression dont les systèmes d'en tratnement sont empilés selon plusieurs plans, les éléments imprimeurs étant guidés à l'intérieur ou à 1'extérieur des systèmes d'entrainement (demande de brevet en RFA publiée sous le numéro 1.254.388 ; brevet US nO 3.217.640). L'avantage est bien le faible écartement des éléments imprimeurs qui sont guidés presque parallèlement, mais l'inconvénient est l1encombrement en hauteur considérable de la tête d'impression, qui entratne des difficultés lorsque les têtes d'impression sont disposées sur un chariot d'impression. On connais d'autre part des systèmes d'impression disposés circulairement dans un plan, dans lesquels les éléments imprimeurs sont guidés radialement par rapport au centre. Le mode de réalisation utilisant des électro-aimants à armature plongeuse conduit obligatoirement à des éléments imprimeurs coudés, ce qui constitue un inconvénient (brevet GB nO 1.267.481). Le mode de réalisation utilisant des électro-aimants à armatures basculantes entratne un encombrement en hauteur relativement grand et un écartement mutuel important des éLéments imprimeurs (brevet FR nO 2.094.311).L'inconvénient rencontré avec les systèmes d'en tratnement électromagnétiques est que. du fait de la présence du matériau ferromagnétique constituant l'armature, il faut accélérer une mase relativement importante > alors que les forces d'attraction des électro-aimants n'augmentent que progressivement avec la diminution de l'entrefer correspondant. L'accélération de la masse de l'armature est donc relativement faible au cours de la phase initiale alors que la vitesse finale et par conséquent l'énergie d'impression dépendent essentiellement de la durée et de la longueur du déplacement pendant lequel s'effectue l1accélération tandis que les tolérances sur le dispositif d'impression se manifestent par une diminution de la qualité d'im- pression.Une augmentation de la puissance d'impression n'est possible que moyennant.une complexité et un prix excessifs. L'inconvénient des têtes d'impression à entratnement électromagnétique est que les dimensions relativement grandes des électroaimants et la longueur obligatoirement grande des éléments imprimeurs sont en contradiction avec une réduction de volume et de masse L'invention vise notamment à écarter dans une large mesure ces inconvénients. d'une manière simple et économique.Pour cela, il faut réaliser un dispositif d'impression par points qui présente un faible encombrement en hauteur pour un guidage des aiguilles dénué de frottements appréciables, qui permette une fréquence d'impression élevée avec une accélération initiale élevée des éléments imprimeurs et avec de faibles masses mises en mouvement et dont le comportement à l'impression soit peu sensible à l'épaisseur du papier ou au nombre de copies. Conformément à un aspect de l'invention, un manchon réalisé sous forme de bobinage secondaire en court-circuit. entoure le noyau d'un électro-aimant en présentant un degré de liberté axial; lorsque l'électro-aimant est excité par un courant alternatif ce manchon est repoussé axialement, par le champ magnétique créés en direction du support sous l'action de forces magnétiques ré répulsives, un flux magnétique alternatif traversant le noyau de l'électro-aimant à l'intérieur du manchon et se fermant à ltexté- rieur du manchon selon un circuit magnétique ; le manchon est disposé entre les branches d'un ressort à lames parallèles encastré d'un côté ; l'aiguille imprimeuses réalisée sous la forme d'un élément intermédiaire rigide, disposée parallèlement à l'axe d-u manchon, est fixée à un prolongement de l'extrémité du ressort. Selon un mode de réalisation avantageux, des moyens sont prévus dans le circuit magnétique, en amont de ce manchon, selon la direction de déplacement du manchon, moyens qui diminuent la densité de flux dans-cette zone, un premier de ces moyens étant constitué par un entrefer produisant un épanouissement du flux magnétique et un second moyen étant constitué par un élargissement de la section du noyau. L'invention propose encore d'autres dispositions. avantageuses mais non obligatoires, telles que les suivantes. Le manchon est réalisé en un matériau non magnétique bon conducteur de l'electricité, par exemple en cuivre. L'électroaimant est réalisé sous forme de pot, le bobinage d'excitation disposé concentriquement autour du noyau étant entouré par une paroi latérale et l'extrémité libre du noyau traversant le manchon. Selon une variante de cette solution, l'électro-aimant est réalisé sous la forme d'un noyau en forme de E, portant la bobine d'excitation, comportant une culasse et la partie centrale du E traverse le manchon. Selon une autre variante de cette solution. ltélectro-aimant est réalisé sous la forme d'un noyau en forme de U > portant la bobine d'excitation, comportant une culasse, lequel noyau traverse le manchon. Les parties, constituant le circuit magnétique. de l'électro-aimant sont en un matériau magnétique doux à faibles pertes magnétiques, de préférence en fer à haute fréquence ou en ferrite. Le ressort à lames parallèles, au contraire, est réalisé en matériau non magnétique, par exemple en bronze d'étain. En outre l'encastrement de l'extrémité postérieure du ressort à lames parallèles est réalisé sous la forme d'un dispositif réglable. Selon un mode de réalisation particulier de l'invention la bobine d'excitation, pendant la durée d'une opération de commande, peut être parcourue par plusieurs alternances complètes du courant alternatif. les demi-alternances positives et négatives de ce courant étant d'amplitudes égales et de préférence de-forme sinusoidale. L'invention est décrite plus en détail ci-après à l'aide d'un de ses modes de réalisation. pris à titre illustratif mais nullement limitatif, en se référant aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est une vue de dessus d'un mode de réalisation, - la figure 2 est une vue en élévation latérale en coupe partielle suivant la ligne A-A de la figure 1 - la figure 3 montre la forme du courant d'excitation d'un électro-aimant au cours d'un cycle de commande ; et - la figure 4 représente, en perspective, un élément imprimeur. Sur une base 1 en forme de roue à rayons sont disposés selon un cercle, au centre du corps de base 1, cinq électro-aimants 20. Chaque électro-aimant 20 a un noyau 11 > une'bobine d'excitation 10, une paroi latérale 9 et une butée de recul 8. Dans la paroi latérale 9 sont prévues deux ouvertures 5, 13, diamétralement opposées. Le noyau 11 est entouré par un manchon 7 libre axialement, qui au repus est en contact avec la butée de recul 8 et qui, lorsque l'électro-aimant 20 est excité, se déplace axialement en direction du support d'impression 17. Le manchon 7 est disposé entre les branches d'un ressort à lames parallèles 12. L'extrémité postérieure du ressort 12 a une liaison d'encastre ment > assurée par une pièce de serrage 4 et une pièce intermédiaire 3, qui permettent un réglage, sur l'anneau extérieur de la base 1. Le manchon 7 est accouplé, au moyen d'un élément intermédiaire rigide 22, à l'aiguille imprimeuse 19. L'aiguille 19 est guidée à peu près parallèlement à l'axe du noyau 11 et > par conséquent, à la direction de déplacement du manchon 7.Les aiguilles imprimeuses 19 sont toutes guidées dans une seule et même pièce de guidage 15 et leurs extrémités sont à une faible distance du cylindre support d'impression 18. Entre le cylindre 18 et les extrémités des aiguilles imprimeuses 19 sont disposés le ruban encreur 16 et le support d'impression 17. En restant dans le cadre de l'invention on peut utilisera au lieu d'un électro-aimant réalisé sous forme de pot 20, un noyau en forme de E portant la bobine d'excitation 10 et muni d'une culasse, la partie centrale du E traversant le manchon 7. L'électro-aimant 20 peut encore être réalisé sous la forme d'un noyau en forme de U portant la bobine d'excitation 10 et muni d'une culasse, qui traverse le manchon. Les parties constituant le circuit magnétique de ltélectro- aimant sont en matériau magnétique doux à faibles pertes magné tiques > par exemple en fer haute fréquence ou en ferrite. Le ressort à lames parallèles 12 est en matériau non magnétique, par exemple en bronze, le manchon 7 en matériau non magnétique bon conducteur de ltélectricité, par exemple en cuivre.L'invention porte notamment sur les moyens, prévus dans le circuit magnétique, en amont, dans la direction de déplacement du manchon 7, pour diminuer la densité de flux dans cette zone > qui peuvent être constitués par exemple par un entrefer 6 qui épanouit le flux magnétique ou par un élargissement de la section du noyau 11 > et l'excitaton de la bobine 10 à l'aide d'un courant alternatif 21 (figure 3). Le courant alternatif 21 présente, pendant la durée d'une opération de commande, plusieurs alternances complètes > dont les demi-alternances positives et négatives sont d'amplitudes égales et sont avantageusement sinusoidales. Pendant la commande d'un électro-aimant 20, le noyau 11 est parcouru, à l'intérieur du manchon 7, par un flux magnétique qui se referme à l'extérieur du manchon 7 selon un circuit magnétique. Sous l'action des forces magnétiques répulsives qui prennent nais cancel le manchon 7 est projeté en direction axiale à partir de sa position de repos et, du fait de la présence du ressort à lames parallèles 12 et de l'élément intermédiaire rigide 22, l'aiguille imprimeuse 19 vient frapper le support d'impression 17. Les causes physiques du mouvement résultant du manchon 7 sont résumées ci-après. L'excitation de la bobine 10 engendre dans le noyau 11 un flux magnétique qui se ferme selon un circuit magnétique à travers l'entrefer 6, la plaque 2 et la paroi latérale 9. Ce flux magnétique traverse également le manchon 7 mobile axialement, disposé sur le noyau Il et agissant à la manière d'un enroulement secondaire en court-circuit. Un mode de construction approprié des éléments en fer du circuit magnétique permet au flux magnétique total de traverser l'intérieur du manchon 7 et de ne se fermer, à l'extérieur de ce manchon 7, que dans le fer. Tout retour de flux par le manchon 7 est évité. Si la bobine d'excitation 10 n'est parcourue que par un courant alternatif sinusoSdal 21, le manchon 7 est le siège d'une tenson induite qui fournit un courant intense, proportionnel à la variation dans le temps du courant d'excitation 21.Le courant dans le manchon 7 engendre un champ magnétique antagoniste qui, moyennant un choix approprié du sens du courant d'excitation et de la variation du courant d'excitation, esttoujours dirigé en sens contraire du champ de la bobine d'exc tation 10. Selon la loi de Lenz le manchon 7 tend à s'écarter du champ magnétique de la bobine d'excitation 10, en direction d'une zone de moindre densité de flux, la force d'entrainement étant proportionnelle au produit des deux champs magnétiques. On obtient une force relativement grande qui entraîne brusquement le manchon 7, dont la masse est faible, hors du champ d'excitation. Un entrefer 6 ou un élargissement de la section du noyau fournit une zone de moindre densité de flux magnétique. Lors du mouvement du manchon 7, la force décroit en fonction du déplacement. Pu rapport au principe d'entraSnement généralement utilisé, dans lequel une armature de matériau magnétique doux est attirée dans la region d'attraction d'une bobine d'excitation, la solution conforme à l'invention présente des avantages importants. La masse mise en mouvement peut être considérablement inférieure à celle d'une armature de fer doux classique. A forces d'accélération égales, on peut obtenir des vitesses supérieures. La durée de contact de l'aiguille imprimeuse avec le support d'im- pression est, d'une manière générale, inversement proportionnelle à la vitesse finale et directement proportionnelle à la masse de l'aiguille imprimeuse. Dans les imprimantes à aiguilles on cherche habituellement, pour éviter l'étalement du point d'impression lors de l'impressinn à la volée, à obtenir des durées de contact très courtes. Lans l'impression selon les principes connus, à entrainement par armatures plongeuses ou basculantes, on n'obtient un grand accroissement de vitesse de l'aiguille imprimante que légèrement avant la frappe de cette aiguille contre le support d'impression, quand l'entrefer du circuit magnétique est voisin de zéro et par conséquent l'accélération de l'aiguille imprimeuse atteint son maximum.Mais la dernière partie du mouve ment de l'aiguille imprimeuse, jusqu'à la frappe de celle-ci, est surtout fonction de l'épaisseur du support d'impression, notamment du nombre des copies à effectuer. Des variations de la fraction du déplacement au cours de laquelle l'accélération croit fortement ont obligatoirement une influence importante sur la vitesse. Toute variation d'épaisseur du support d'impression entrain ainsi une variation de la vitesse d'impact de l'aiguille imprimeuse. Dans le cas de copies multiples, l'énergie d'impact à la frappe, de l'aiguille imprlmeuse diminue considérablement et la qualité des copies devient insuffisante. On a proposé des dispositifs qui palpent l'épaisseur du support d'impression avant la frappe et font varier, le plus souvent à l'aide de moyens mécaniques, l'espacement entre la tête d'impression et le support d'impression.La solution conforme à l'invention supprime le défaut, car l'accélération de l t aiguille imprimeuse est maximale au commencement du mouvement, la vitesse maximale résultante est atteinte avant l'impact contre le support d'impression, et la vitesse maximale jusqu'à l'impact est légèrement réduite par l'augmentation de la force de rappel du ressort. il se forme, dans le diagramme vitessefespace. un "plateau", c'est-à-dire que la vitesse est dans cette partie du mouvement de l'aiguille imprimeuse indépendante du déplacement et que, sous l'influence du ressort de rappel lrénergie d'impression s'adapte automatiquement au nombre ces copies à imprimer, c'est-à-dire que l'énergie d'impact des aiguilles imprimeuses est plus grande dans le cas d'un grand nombre de copies que dans le cas d'un petit nombre de copies.La complication envisagée par le passé devient donc inutile. La figure 4 représente un élément imprimeur vu en perspective. Le manchon 7 est disposé entre les branches du ressort à lames parallèles 12 qui sert à la fois d'organd de guidage et de ressort de rappel L'élément intermédiaire rigide 22 couple l'aiguille imprimeuse 19 au manchon 7. Le ressort à lames parallèles 12 guide axialement le manchon 7. La figure 3 montre la forme du courant d'excitation d'un électro-aimant au cours d'un cycle de commande de celui-ci. La fréquence du courant alternatif 21 est choisie en fonction de la fréquence d'impression de telle manière qu'un cycle de commande contiennent plusieurs alternances, les amplitudes des demialternances positives et négatives étant égales et le courant alternatif 21 étant avantageusement sinusoidal. Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède. l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus spécialement envisagés ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour l'entratnement d'éléments générateurs d'impression, pour imprimantes à impression par points, dans lequel plusieurs éléments généråteurs d'impression sont accélérés chacun en direction du support d'impression par la force magnétique d'un électro-aimant et sont ramenés par la force d'un ressort de rappel et les éléments générateurs d'imprssIon sont composés chacun par une aiguille imprimeuse de n'importe quelle section désirée et d'une partie susceptible d'être déviée par le flux de force électromagnétique de ltélectro-aimant,laquelle partie est accouplée à l'aiguille imprimeuse, en guidant celle-ci, par un élément intermédiaire, lequel dispositif est caractérisé en ce que la partie susceptible d'entre déviée est constituée par un manchon (7) qui entoure le noyau (11) d'un électro-aimant (20) de manière à pouvoir se déplacer librement suivart la direction de l'axe de cet électro-aimant, que le manchon (7) est disposé à l'extrémité libre d'un ressort à lames parallèles (12) fermement encastré à une extrémité, de telle manière que le manchon (7) soit fixé entre les branches de ce ressort (12), puisse être dévié principalement en direction axiale par des forces magnétiques répulsives et que sur le prolongement de l'extrémité, réalisé sous forme d'élément intermédiaire rigide (22), du ressort à lames parallèles (12) soit disposée l'aiguille imprimeuse (19) parallèle à l'axe du manchon (7), et que la bobine d'excitation (10) de l'électro-aimant (20) est excitée par un courant alternatif (21), de telle manière qu'un flux magnétique alternatif traverse le noyau (11) à l'intérieur du manchon (7) et se referme selon un circuit magnétique germé à l'extérieur du manchon (7). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que des moyens sont prévus dans le circuit magnétique, en amont de ce manchon (7),selon la direction de déplacement du manchon (7), qui diminuent la densité de flux dans cette zone. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le moyen pour diminuer la densité de flux est constitué par un entrefer (6) qui épanouit le flux magnétique ou par un élargissement de la section du noyau (11). 4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le manchon (7) est réalisé en un matériau non magnétique bon conducteur de l'électricité > par exemple en cuivre. 5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'électro-aimant (20) est réalisé sous forme de pot, le bobinage d'excitation (10) disposé concentriquement autour du noyau (11) étant entouré par une paroi latérale (9) et l'extrémité libre du noyau (11) traversant le manchon (7). 6. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'électro-aimant est réalisé sous la forme d'un noyau en forme de E, portant la bobine d'excitation (10), comportant une culasse et la partie centrale du E traverse le manchon (7). 7. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'électro-aimant (20) est réalisé sous la forme d'un noyau en forme de U, portant la bobine d'excitation (1gaz comportant une culasse, lequel noyau traverse le manchon (7). 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1, 6, 7 et 8, caractérisé en ce que les parties,constituant le circuit magnétique, de l'électro-aimant (2C) sont en un matériau magnétique doux à faibles pertes magnétiques, de préférence en fera haute fréquence ou en ferrite. 9. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le ressort à lames parallèles (12j est réalisé en matériau non magnétique, par exemple en bronze d'étain et en ce que l'en castrement (3, 4) de la partie postérieure du ressort à lames parallèles est réalisé sous la forme d'un dispositif réglable 10. Dispositif selon la revendication 1. caractérisé en ce que les forces magnétiques répulsives s'exercent en direction du support d'impression (17). 11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1, 6,7 et 8, caractérisé en ce que la bobine d'excitation (10), pendant la durée d'une opération de commande, peut être parcourue par plusieurs alternances complètes du courant alternatif (21), les demi-alternances positives et négatives de ce courant étant d'amplitudes égales et de préférence de forme sinusoidale.