Brevet FR2391852A1 — publié le 19781222

L'invention concerne les imprimantes, et notamment des têtes d'impression pour imprimantes à percussion ou par points. Dans les imprimantes par points, les éléments d'impression en forme d'aiguille sont projetés longitudinalement afin de porter en bout contre un support d'enregistrement pour y former un point. Chacun de ces points fait partie en général d'une combinaison qui forme un caractère alphanumérique donné, la combinaison étant choisie dans une grille de positions possibles. En général, des organes électromagnétiques de commande sont associés à chaque aiguille ou fil d'impression. Ces organes de commande doivent déplacer l'aiguille associée avec une force suffisante pour qu'elle frappe le support d'enregistrement, puis ils doivent ramener l'aiguille afin de l'éloigner du support.Bien que la vitesse constitue une caractéristique importante d'une telle imprimante, la force a'impact de l'ai- guille sur le support est également très importante, car elle doit être suffisante pour introduire l'image souhaitée. Autrement dit, une force suffisante pour produire une image sur une feuille unique de papier lorsque l'aiguille n'est séparée du papier que par un ruban encreur est probablement insuffisante pour produire l'image demandée sur chacune des feuilles constituant le support et intercalées avec des feuilles de papier carbone. Certains organes antérieurs de commande d'aiguilles d'impression, tels que celui décrit dans le brevet des Etats Unis d'Amérique NO 3 592 311, comportent une armature d'électroaimant et un ressort plat associés à une aiguille d'impression. Cette dernière est reliée à 11 armature et celle-ci est ellemême reliée au ressort plat. L'électro-aimant maintient l'armature de manière que le ressort plat soit en position de flexion. Lorsque l'enroulement magnétique est désexcité, l'armature et l'aiguille sont propulsées vers l'avant par le ressort plat afin d'atteindre une position d impression. L'excitation de l'enroulement magnétique ramène ensuite 11 aiguille de la position d'impression à une position de retrait et fait de nouveau fléchir le ressort plat afin de réarmer l'organe de commande.Le brevet des Etats-Unis d'Amérique N 3 672 482 décrit une forme de réalisation fonctionnant suivant le même principe, au lieu de mettre en oeuvre un électro-aimant qui est désexcité pour libérer l'armature et le ressort, cette dernière forme de réalisation comporte un aimant permanent dont le champ est vaincu par l'excitaticn d'un électro-aimant qui produit un champ de sens inverse à celui de l'aimant permanent et d'amplitude à peu près égale. En général, les aiguilles d'impression soumises à une telle commande à ressort sont projetées avec une force d'environ 7 N. La vitesse de fonctionnement est en général d'environ quarante caractères par seconde. Une plus grande force de frappe, par exemple d'environ 14 N, peut être obtenue avec un dispositif comportant un électro-aimant qui déplace l'aiguille d'une position de retrait à une position d'impression. La vitesse de fonctionnement d'une telle forme de réalisation est en général d'environ 165 caractères par seconde Normalement, un ressort retient l'aiguille en position de retrait ou de non-impression. La force développée par 1'électro-aimant est supérieure à la force de retenue du ressort. Par exemple, le brevet des Etats-Unis d'Amérique NO 3 584 575 décrit une aiguille reliée à une armature qui, elle-même, est reliée à un ressort hélicoldal la maintenant dens une position de retrait pu de non-impression. Cette armature est montée à l'intérieur d'un enroulement magnétique à proximité d'un noyau.Lorsque l'enroulement magnétique est excité, il coopère avec le noyau pour attirer l'armature et la déplacer, avec l'aiguille d'impression qui y est reliée, vers une position d'impression dans laquelle le ressort fléchit élastiquement et est dévié de sa position normale. La des excitation de l'enroulement magnétique permet au ressort de revenir dans sa position normale non fléchie et de ramener ainsi l'aiguille d'impression à sa position de retrait. De même, le brevet des Etats-Unis d'4mérique NO 3 690 431 décrit un dispositif dans lequel l'excitation d'un solénolde déplace rapidement l'aiguille d'impression dans le sens de la frappe, contre la force d'un ressort.Dans cette forme de réalisation, le ressort, au lieu d'être hélicoïdal comme décrit dans la forme de réalisation du brevet des Etats-Unis d'Amérique NO 3 584 575 précité, présente la forme d'une roue à rayons au moyeu de laquelle l'armature est reliée de manière que son mouvement provoque une déviation élastique des rayons par rapport à la jante. L'invention concerne une tête d'impression qui permet d'augmenter sensiblement la force de frappe des aiguilles d'impression en combinant-efficacement les forces de champs magnétiques directement opposés. A cet effet, un aimant permanent maintient une armature, reliée à une aiguille d'impression, dans une position de retrait ou de non-impression en appliquant une force de retenue sur cette armature et en faisant fléchir un ressort qui y est relié afin qu'il emma- gasine une certaine énergie. Un électro-aimant est excité de manière à produire un champ magnétique qui agit sur l'armature et qui est supérieur au champ de l'aimant permanent. De plus, un second électro-aimant produit un champ dont une composante tend à déplacer l'armature e l'aiguille, reliées l'une à l'autre, de leur position de retrait vers une position d'impression. Par conséquent, l'armature et l'aiguille d'impression sont accélérées vers une position d'impression sous l'effet de forces combinées et concourantes résultant de la libération de l'énergie emmagasinée dans un ressort fléchi et de l'excitation d'un électro-aimant pour créer un champ magnétique exerçant une poussée ers l'avant. La force communiquée à une aiguille d 'impression par le dispositif selon l'invention peut atteindre environ 30 N par la mise en oeuvre d'éléments de dimensions et d'une puissance du même ordre que celles des éléments produisant les forces de 7 à 14 N des dispositifs antérieurs. Une telle force n'a pu être obtenue en pratique avec les dispositifs antérieurs à cause de la saturation magnétique et/ou des limites pratiques des dimensions et de la masse du mécanisme de commande. En général, l'augmentation de la force d'impression implique un accroissement de la force d'entraînement produite par le ressort dans un cas, et de la force du champ magnétique d'entraînement dans l'autre cas. Lorsque la force du ressort est augmentée, la force magnétique qui surmonte la force du ressort pour ramener l'aiguille d'impression à sa position de retrait peut être augmentée. Comme décrit ci-après, il en découle la nécessité d'un accroissement de la dimension et de la masse du ressort et du circuit produisant le flux magnétique, ce qui nuit à la vitesse ae fonctionnement. L'augmentation de la force du champ magnétique d'entraSnement nécessite une augmentation correspondante de l'aptitude du circuit magnétique à faire circuler le flux magnétique accru. L'armature mobile reliée à l'aiguille d'impression fait partie du circuit du flux magnétique et il est donc nécessaire d'accroi- tre son aptitude à laisser passer le fluide magnétique et, par conséquent, sa masse. En conséquence, l'augmentation des forces produites par le ressort et/ou le champ magnétique n'entraîne pas une augmentation correspondante de la force d'impression en oraison de l'accroissement des masses à déplacer.En outre, i' augmentation de la masse de l'armature ou du ressort entraîne un allongement de la durée demandée à l'aiguille d'impression pour passer d'une position de retrait à une position d'impression et pour revenir à la position de retrait. De même que la force d'impression, la vitesse d'impression constitue une caractéristique importante. De plus, l'accroissement des dimensions du ressort et du circuit magnétique rend difficile la réalisation d'un montage peu volumineux de nombreuses aiguilles, comme cela est nécessaire dans une tête d'impression. L'invention apporte une solution au problème qu il n'a pas été possible de résoudre jusqu'à présent. En utilisant une combinaison de forces de ressort et de forces de champ magnétique pour propulser une aiguille d'impression, il est possible d'augmenter la force d'impression tout en maintenant la grande vitesse d'impression et en permettant un montage peu volumineux du dispositif de commande des aiguilles. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemple nullement limitatif et sur lesquels la figure 1 est une coupe axiale du dispositif da commande à bobine d'une tête d'impression selon l'invention la figure 2 est une représentation graphique de-la force produite pour actionner l'aiguille d'impression en fonction du temps la figure 3 est une vue en perspective de la bobine de commande de tête d'impression selon l'invention ; et la figure 4 est une coupe suivant la ligne IV-IV de la figure 1 de la bobine de commande de tête d'impression selon l'invention. Les figures représentent une aiguille 10 d'impression qui peut être réalisée en tungstène et qui traverse une armature cylindrique allongée 12, en métal magnétique, à laquelle elle est reliée. Cette armature est alignée axialement dans l'ouverture cylindrique centrale d'une enveloppe 11, également en matière magnétique, qui renferme deux enroulements ou bobines électriques 14 et 15 comportant des bornes 14a et 15a de connexion, respectivement, et font saillie à l'extérieur de l'enveloppe 11. L'enveloppe magnétique 11 est essentiellement cylindrique et présente une ouverture centrale à peu pres cylindrique délimitee à l'intérieur de noyaux 14b et 15t en matière plastique ou en toute autre matière non magnétique, portant les enroulements 14 et 15.L'armature 12 peut se déplacer axialement dans cette ouverture centrale. Le fil ou l'aiguille 10 d'impression est aligné axialement avec l'armature 12 et logé dans un orifice cylindrique central de cette dernière, afin de faire saillie axialement de ltenveloppe 11 et de l'enroulement 15 vers le support d'impression (non représenté). Un ruban encreur (non représenté) est monté classiquement entre le support d'impression et ''extrémité de l'aibuille 10. Un guide cylindrique 26 d'extrémité, destiné à supporter l'aiguille avec précision, est avantageusement placé à l'extrémité avant de l'enveloppe 11. Ce guide 26 est vissé dans l'extrémité de l'enveloppe de manière à la fermer et à recouvrir l'extrémité de l'enroulement magnétique 15. I1 présente un trou central 28 de guidage duquel l'aiguille 10 d'impression part vers l'arrière, c'est-à-dire vers l'armature ou le plongeur 12 (et à travers cette armature). Comme représenté, le trou 28 de guidage est resserré, c'est-à-dire présente un étranglement 29 à proximité de son extrémité. Cet étranglement assure le maintien de l'aiguille d'impression et constitue un siège pour un rubis ou tout autre palier convenable 30 monté dans le trou 28 de guidage, à son extrémité extérieure.Comme représenté, le guide 26 est également réalisé d'une seule pièce avec un tronçon 32 faisant saillie vers l'arrière et se logeant dans l'enroulement 15 afin d'en constituer une pièce polaire, ce tronçon étant réalisé en matière magnétique. Le tronçon 27 du guide 26 faisant saillie vers l'avant peut être fileté, comme représenté, afin de permettre le montage de la bobine ou de tout autre élément, par exemple un organe de guidage du ruban ou un masque (non représenté), ou autre. Un aimant permanent 16 est monté à l'extrémité de l'ouverture centrale cylindrique du dispositif, à l'intérieur de l'extrémité du noyau 14a sur lequel l'enroulement 14 est bobiné. Une pièce polaire centrale 13 en matière magnétique est également montée dans cette ouverture cylindrique, à l'intérieur du noyau 14a, à proximité de l'aimant permanent 16. Cette pIèce polaire est orientée vers l'armature 12 et porte contre cette dernière lorsque celle-ci est ramenée vers 1 t ar- rière, dans sa position de retrait ou de non-impression. La pièce polaire 13 présente un étranglement 22 et porte un palier 23 dans lequel l'aiguille d'impression peut coulisser, comme c'est le cas de la pièce polaire filetée 32. Un élément 17 anti-résiduel en forme de rondelle et réalisé en métal magnétique est monté entre une bague 20 et l'extrémité voisine du noyau 15b de manière à établir un circuit magnétique de retour conduisant le flux entre l:ar mature et l'enveloppe au cours de chaque cycle de mouvement de l'armature. Un ressort 18 en forme de disque est monté directement en arrière de l'armature 12 et maintenu fixement entre deux bagues ou rondelles 19 et 20 en matière plastique ou en toute autre matière non magnétique. Le ressort 18 peut être d'un type disponible dans le commerce. I1 présente généralement plusieurs fentes radiaies ou autres ouvertures analogues, partant de son bord intérieur, comme représenté, de manière à former des pattes ou des doigts flexibles qui peuvent constituer en fait, et si cela est souhaité, des pièces séparées les unes des autres. Comme représenté, l'armature 12 comporte une jupe ou un rebord circulaire extérieur 21 qui porte contre la face avant du ressort 18 pour faire fléchir la partie de ce dernier située diamétralement à l'intérieur (par exemple les doigts séparés par les fentes, dans la forme de réalisation représentée) vers l'arrière par rapport à la partie située diamétralement à-l'extérieur. Comme représenté, la face avant de la bague 19 est chanfreinée ou coupée en bais afin de permettre cette flexion axiale vers l'arrière du ressort 18. L'aiguille d'impression est reliée à l'extrémité avant de l'armature 12, c'est-à-dire à une partie resserrée 12a de l'armature, cette partie entourant étroitement l'aiguille d'impression à son passage à travers l'armature. Par conséquent, l'aiguille d'impression est fixée à l'armature mais peut coulisser axialement à travers les pièces polaires. Une longueur classiquement utilisée pour la course axiale de l'armature 12 est d'environ 1,8 mm. Un intervalle radial délimité classiquement entre l'armature 12 et la surface intérieure des noyaux 14b et 15b sur lesquels les bobines 14 et 15 sont enroulées est égal à environ 0,25 mm. Le fonctionnement du dispositif selon- l'invention sera à présent décrit. Lorsque ce dispositif est totalement au repos, sans excitation de l'une quelconque des bobines 14 et 15, 1 'aimant permanent 16 attire 1' armature 12 avec une force suffisante pour l'amener en contact avec l'extrémité de la pièce polaire 13 et éloigner ainsi l'extrémité de l'ai -gulle 10 du support d'impression.Le ressort 18 est alors fléchi. Dans la forme de réalisation décrite, ce ressort étant en forme de rondelle, il se déforme axialement de manière à prendre un profil conique. L'effet de l'excitation de la bobine 14 dans ces conditions est de créer un champ magnétique qui s'oppose au champ magnétique de l'aimant permanent 16 et le dépasse.Par conséquent, l'armature 12 et l'aiguille 10 sont entraînées vers l'avant de manière à s' éloigner de la pièce polaire 13 et à se rapprocher d'une position d'impression sous l'effet de énergie emmagasinée dans le ressort. Simultanément, l'excitation de ia bobine 15 fait apparaître une force supplémentaire de propulsion qui projette l'armature vers l'avant sous l'effet du champ magnétique de l'en- roulement 15 auquel l'armature est soumise et dont l'action a'associe à celle du ressort. La désexcitation des bobines 14 et 15 fait disparaître les champs magnétiques qui s'opposent (et qui dépassent) le champ magnétique de l'aimant permanent 16. Par conséquent, ce dernier champ magnétique ramène alors l'armature 12 et l'aiguille 10 de la position d'impression à la position de retrait. L'armature 12 se deplace alors dans l'ouverture cylindrique de l'enveloppe 11, vers l'aimant permanent 16, jusqu'à ce qu'elle porte contre la pièce polaire 13. Dans cette position de retrait, le ressort 18 est de nouveau fléchi et emmagasine ainsi une certaine énergie. La figure 2 montre les avantages résultant de l'utilisation à la fois d'une énergie emmagasinée par voie mécanique (force du ressort) et des forces magnétiques pour la commande d'une aiguille d'impression.- Cette représentation graphique de la force d'entraînement de 11 armature en fonction du temps montre que les armatures commandées par ressort cnt une force instantanée élevée (courbe Ar ) qui diminue rapidement, alors que les armatures à commande magnétique ont une force initialement faible qui cross avec le temps (courbe An). Chacune de ces commandes présente des inconvénients. En effet, la commande magnétique présente une faible accélération, alors que la commande par ressort donne à l'aiguille d'impression une faible force lorsqu:eile atteint le support d'impression. Par contre, la combinaison des deux commandes, à savoir la commande à ressort et la commande magnétique, réalisée par le dispositif selon l'invention et -indiquée par la courbe Ac, permet d'appliquer une force relativement constante à l'armature. Ce dispositif est donc avantageux car il permet d'obtenir une bonne vitesse de fonctionnement et une force élevée de frappe de l'aiguille sur le support d'impression. Un autre avantage résultant de la combinaison des forces du-ressort et des forces magnétiques pour la commande d'une aiguille d'impression est qu'il est inutile d'augmenter de manière indésirable les dimensions physiques et la masse des pièces utilisées. Comme mentionné précédemment, lorsque l'aiguille d'impression n' est commandée que par des forces magnétiques ou par un ressort, le dispositif à mettre en oeuvre est en général plus volumineux que le dispositif selon l'inven tion pour l'application de forces comparables. Par conséquent, le dispositif selon l'invention permet de rassembler con;renablement des groupes d'aiguilles d'impression dans une tête. De plus, la vitesse n'est pas affectée par l'augmentation des masses cu des dimensioiis. I1 va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au dispositif décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. Par exemple, la position de l'aimant permanent, la forme des bobines et celle du ressort ou de l'armature peuvent varier par rapport à la réalisation décrite. REVENDICATIONS 1. Dispositif de commande d'une tête d'impression, caractérisé en ce qu'il comporte un élément d'impression et une armature sensible aux forces magnétiques et destinée à déplacer cet élément sous l'application de telles forces, un organe de retenue de l'élément d'impression en position de repos ou de non-impression, un mécanisme destiné à exercer une force tendant à éloigner l'élément d'impression de sa position de repos et à le rapprocher d'une position d'impression, des organes magnétiques destinés à appliquer une force magnétique de commande à l'armature, de manière que cette dernière ait une astion opposée à celle de l'organe de retenue de l'élément dtimpression et qu'elle propulse ledit élément d'impression vers la position d'impression en coopérant avec la force produite par le mécanisme, la force magnétique et la force mécanique travaillant en coopération de manière que leur résultante dépasse la force de l'organe de retenue avec une composante supérieure à celle de la seule force produite par le mécanisme, un organe ramenant l'élément a t impression de sa position d'impression à ladite position de repos lorsque ladite force magnétique est supprimée. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le mécanisme comprend un ressort. 3. Dispositif selon la revendiation 2, caractérisé en ce que le ressort se présente sous la forme d'une rondelle discorde dont des parties centrales sont reliées à l'élément d'impression afin de le déplacer et dont des parties périphériques sont fixées à au moins une partie de la tête d'impression lorsque ledit élément d'impression est en position de repos, de manière que la rondelle fléchisse axialement en engendrant une force qui tend à déplacer l'élément d'impression vers sa position d'impression. 4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que organe de retenue comprend un aimant permanent monté de manière à appliquer à l'armature une force magnétique alignée axialement sur l'élément d'impression, afin de retenir ce dernier dans 5a position de repos. 5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une enveloppe magnétique présentant une ouverture axiale centrale, une armature mobile dans cette ouverture, un éiément d'impression du type à aiguille, relié à l'armature et aligné axialement sur la direction du mouvement axial de cette armature, l'élément d'impression faisant saillie axialement de l'enveloppe magnétique, un aimant permanent étant fixé à cette enveloppe afin de produire une force magnétique qui agit axialement sur l'armature, l'aimant constituant ledit organe de retenue, et un électro-aimant monté dans l'enveloppe et entourant circonférentiellement l'ouverture axiale, produisant ladite force magnétique de commande de l'élément d'impression, cette force ag1sa-- axialement sur l'armature en opposition à la force produite par l'aimant permanent, l'amplitude de la force de l:électro-aimant étant supérieure celle de la force de l'aimant permanent. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérise en ce que le ressort se présente sous la forme d'une rondelle flexible discoide, placée en contact avec l'armature de manière que l'axe de cette rondelle coïncide sensiblement avec celui de l'armature. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comporte une butée montée dans l'ouverture axiale, à une certaine distance de l'armature, et d1imitan t un intervalle qui détermine la distance sur laquelle l'armature peut se déplacer vers l'avant, à partir d'une position de centrage le long de l'axe de l'ouverture centrale, cette distance étant de l'ordre d'environ 1,8 mm. 8. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments magnétiques exercent une force qui agit conjointement et en coopération avec celle prodlli4ue par le mécanisme, un second organe exerçant une force de rappel dont le sens est opposé à celui de la force produite par le mécanisme, les éléments magnétiques comprenant deux enroulements -d'electro-aimants disposés à peu de distance l'un de l'autre, suivant un axe commun, le second organe comprenant un aimant permanent relativement proche d'au oins l'un des enroulemen-ts et aligné sur l'élément d'impression, le champ de cet aimant permanent étant orienté de manière à exercer une force qui tend à ramener l'élément l'ispression en retrait, 11 enroulement électromagnétique proche de l'aimant permanent étant connecté de manière que son excitation fasse apparaître un champ opposé à celui de l'aimant permanent. 9. Procédé dtimpression par points, caractérisé en ce qu'il consiste à retenir une armature et un élément associé d'impression en position de retrait ou de non-impression tout en emmagasinant de énergie potentielle dans un mécanisme destiné à propulser l'armature lorsqu'elle est relâchée, à relacher ladre armature et à la propulser vers une position d'impression en utilisant l'énergie potentielle emmagasinée, et à appliquer à ladite armature un champ électromagnétique qui produit un effet suppîémentafte de propulsion de ladite. armature dans le sens de l'impression, la force du champ magnétique étant supérieure à celle résultant de la suppression de la retenue, de manière que la force propulsant l'armature dans le sens de l'impression soit une force composée provenant de deux sources. 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il consiste ì ramener l'armature et l'élément d'im- pression vers leur position de retenue en utilisant un champ magnétique permanent.