Brevet FR2471281A1 — publié le 19810619

L'invention concerne les imprimantes à caractères pleins, et plus particulièrement une tête d'imprimante à longue durée de vie, destinée aux imprimantes à caractères pleins. Une imprimante par points est décrite dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N0 4 136 978. La tête de cette imprimante comporte de 7 à 9 modules commandant chacun un stylet pour l'impression de caractères par points en 7 à 9 niveaux, les huitième et neuvième stylets étant destinés à la frappe des queues des caractères. Chaque module comporte un bras d'impression qui porte un stylet à une extrémité et qui est supporté par un montage à éléments fléchisseurs croisés à son autre extrémité. Un organe rapporté en fer doux est monté sur le bras à proximité de son extrémité articulée, et cet organe forme l'armature d'un électro-aimant. L'électro- aimant et un aimant permanent, ainsi que l'organe rapporté, sont incorporés dans un circuit magnétique, l'électro-aimant s'opposant à l'action de l'aimant permanent lorsqu'il est excité. L'électro-aimant est normalement désexcité et l'organe rapporté est attiré vers le pôle de l'électro-aimant par l'action de l'aimant permanent. L'excitation de l'électro-aimant réduit le flux engendré dans le circuit magnétique; l'organe rapporté est alors libéré et les éléments fléchisseurs croisés et préchargés déplacent le bras de manière que le stylet frappe la surface sur laquelle l'impression doit être réalisée. Le bras portant le stylet rebondit sur la surface et est retenu par le pôle de l'électro- aimant, ce dernier ayant été désexcité au moment o le bras rebondissant a atteint une position de non- impression. Selon l'invention, le montage à circuit magnétique décrit dans le brevet précité est incorporé à une imprimante à caractères pleins et, dans le même temps, diverses modifications sont apportées au circuit magnétique de base et aux supports du bras afin d'accroître la durée de vie de l'appareil, de réduire le coût et le temps de fabrication, d'augmenter la force du circuit magnétique et d'accroître les vitesses possibles de fonctionnement, c'est- à-dire le nombre de caractères frappés par seconde. L'appareil comporte un bras d'impression dont une première extrémité porte un marteau de frappe et dont l'autre extrémité porte une armature du circuit magnétique, une barre, placée entre ces deux éléments, étant destinée à les supporter. Le bras est porté par deux éléments fléchisseurs parallèles, espacés et préchargés, constitués de lames de ressort et disposés à peu près perpendiculai- rement à la direction souhaitée pour le mouvement du bras. Le pôle d'un électro-aimant est placé à proximité de l'armature en fer doux du bras d'impression, en alignement avec l'armature, de manière que, lorsque les ressorts plats ou lames de ressorts sont sensiblement perpendiculaires à la barre, l'armature soit en contact avec le pôle. Le pôle d'un aimant permanent est placé directement au-dessous de l'armature avec laquelle il forme un petit entrefer. Les ressorts plats sont préchargés de manière que, lorsque l'armature est en contact avec le pôle, les ressorts tendent à éloigner le bras du pôle. L'assemblage à armature décrit ci-dessus peut être monté d'une manière très simple sur la structure à circuit magnétique et ce montage est beaucoup moins complexe que celui réalisé dans l'imprimante décrite dans le brevet précité. En particulier, l'ensemble à armature est serré de manière que l'armature soit appliquée contre le pôle de l'électro-aimant et espacée du pôle de l'aimant permanent pour réaliser l'alignement souhaité entre les pièces. Des vis de bridage sont ensuite serrées pour maintenir cet alignement. La configuration des ressorts plats et de la structure à armature est telle que, à l'instant du contact entre le pôle de l'électro-aimant et l'armature, la direction du mouvement de l'armature soit perpendiculaire aux faces en butée. Cette caractéristique associée à l'alignement exact et au maintien rigide réalisés entre le pôle et l'ensemble à armature, ainsi que-l'absence de mouvement dans le plan de la face du pôle, maintiennent l'usure des surfaces de butée à un niveau habituellement bas, ce qui permet des centaines de millions d'opérations avant l'apparition d'une usure importante. Le montage selon lequel l'armature est disposée à peu près parallèlement au pôle de l'aimant permanent et au- dessus de ce pôle, tout en portant contre le pôle de l'électro-aimant, permet d'obtenir une structure magnétique relativement courte par rapport à celle décrite dans le brevet précité, structure magnétique dans laquelle les deux entrefers coopèrent et produisent une force d'attraction suffisamment grande pour que, par un réglage approprié des ressorts plats, les forces de rupture et de rappel exercées sur le bras soient rendues à peu près égales. Ainsi, on obtient un système équilibré qui réagit rapidement à l'excitation et à la désexcitation de l'électro-aimant. Une caractéristique supplémentaire et importante de la structure est que le pôle important de l'aimant permanent exerce une traction vers le bas sur l'armature et que cette dernière est tirée vers le pôle de l'électroaimant qui est aligné avec l'ensemble à armature, de sorte que cette armature n'est soumise à aucune traction latérale ou déséquilibrée, cette caractéristique contribuant également à réduire les déformations et à accroître la durée de vie de l'appareil. L'invention concerne donc un mécanisme à marteaux à grande vitesse et longue durée de vie, destiné à des imprimantes à caractères pleins. L'invention concerne également un marteau d'impression dans lequel l'alignement entre une barre supportant le marteau et les pôles adjacents d'un électro-aimant et d'un aimant permanent, montés dans un circuit magnétique à bobine de compensation destiné à la commande du marteau de frappe, peut être réalisé rapidement et avec précision. Un pôle de l'aimant permanent et un pôle de l'électroaimant exercent des forces perpendiculaires entre elles sur une armature portée par une extrémité d'un bras de marteau de frappe, de manière que les forces engendrées dans les entrefers formés entre les pôles et l'armature coopèrent. L'invention concerne également un marteau de frappe à grande vitesse destiné principalement à des imprimantes à caractères pleins, ce marteau étant de conception relativement simple et pouvant être fabriqué rapidement et avec précision. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels: - la figure 1 est une vue de dessus de l'ensemble à marteau de frappe selon l'invention; la figure 2 est une coupe de l'ensemble à marteau de frappe suivant la ligne 2-2 de la figure l; - la figure 3 est une vue en perspective éclatée de la structure mécanique de l'ensemble à marteau de frappe selon l'invention; et - la figure 4 est une élévation partielle d'une variante du marteau de frappe selon l'invention. Les figures 1 à 3 représentent un marteau 1 de frappe monté sur une extrémité d'une tige ou barre 2 de préférence cylindrique. La barre 2 est suspendue à deux ressorts plats ou lames 3 et 4 de ressort partant vers le bas d'un support 6, parallèlement l'un à l'autre. Les termes ayant trait à des orientations telles que haut, bas, inférieur, etc. ne. sont pas limitatifs et n'indiquent que la position du marteau ou de l'ensemble représenté sur les figures, l'orientation n'ayant pas un effet sensible sur le fonctionnement de l'appareil. La barre 2 passe dans des trous 7 et 8 des ressorts plats 3 et 4, respectivement, et elle est brasée ou autrement fixée à ces ressorts. Le marteau 1 est disposé vers la gauche du ressort plat 3 avec lequel il peut être en contact ou non. Une armature 9 d&un électro-aimant décrit plus en détail ci-après est portée par l'extrémité droite de la barre 2, à droite du ressort plat 4, cette armature présentant une ouverture 10 dans laquelle la barre est reçue. L'armature peut être réalisée en toute matière résistant aux chocs et ayant une perméabilité magnétique élevée, par exemple en fer doux. Le marteau 1, la barre 2 et l'armature 9 constituent un bras de support d'un marteau de frappe, indiqué globalement par la référence numérique 15. La barre-2, ainsi que le marteau 1 et l'armature 9, peuvent osciller d'avant en arrière, c'est-à-dire vers la gauche et vers la droite, sur les extrémités des ressorts 3 et 4, la barre restant en position horizontale par suite de l'effet de parallélogramme produit par les deux ressorts plats parallèles et la barre 2 et le support 6 qui sont parallèles entre eux. Le mouvement de la barre 2 est commandé par un dispositif à bobine de compensation comprenant un aimant permanent 11 et une bobine 12 d'électroaimant. L'aimant permanent 11 est fixé entre un pôle 13 en matière à haute perméabilité magnétique, et un élément 14 pouvant avoir une section droite en forme de T et supportant l'aimant permanent sur la barre transversale du "T". Les éléments l1e 13 et 14 sont coaxiaux. Les pièces magnétiques peuvent avoir toute forme convenant aux exigences de coût, de poids et d'énergie et à l'application particulière prévue. L'aimant 14 est fixé, par exemple au moyen d'un boulon 15, à une embase 16, égale- ment en matière magnétiquement perméable. Les éléments 11, 13 et 14 peuvent être collés les uns aux autres, ou bien en variante, le boulon 15 peut être prolongé jusqu'à l'élément 13 dans lequel il peut être vissé. Un noyau 18 de l'électro-aimant 12 fait saillie vers le haut de l'embase 16, à une certaine distance de l'élément 11, afin de recevoir la bobine 19. Une plaque plane 21, en matière magnétiquement perméable, est fixée à l'extrémité du noyau 18 éloignée de l'embase 16, parallèlement à cette dernière. La plaque 21 porte contre le noyau 18 et ces deux pièces sont fixées à l'élément 16 par un boulon 17. La plaque 21 comporte un nez 22 de dimension transversale réduite, faisant saillie vers l'armature 9 et formant le pôle de l'électro-aimant. Lorsque la barre 2 est totalement rétractée en position de non- impression, l'armature 9 et le pôle 22 sont en contact. Une équerre 23 comporte une première branche 24 fixée à la face de la plaque 21 parallèle à la grande dimension de la barre 2. L'équerre 23 s'élève au-dessus de la plaque 21 au moins jusqu'à la hauteur, et de préférence au- dessus du support 6. Une seconde branche 26 de l'équerre 23 s'étend audessus et en travers du haut du nez 22 de la plaque 21. Une seconde équerre 27 comporte une branche 28 boulonnée à la branche 26 et présentant des trous oblongs 29 destinés à recevoir des boulons et permettant un réglage, comme décrit plus en détail ci-après. L'autre branche 31 de l'équerre 27 s'étend parallèlement à la barre 2, le support 6 des ressorts plats 3 et 4 étant fixé à cette branche 31. Les éléments 23 et 27 ne sont pas magnétiques. En cours de fonctionnement, l'armature 9 est maintenue contre le pôle 22 de l'électro-aimant 12 par l'attraction magnétique produite par l'aimant permanent 11. -Les ressorts plats 3 et 4 sont préchargés et exercent sur la barre 2 une force orientée vers la gauche, comme montré sur les figures 1 et 2. Lors de l'excitation de l'électro-aimant 12, le flux de l'entrefer de l'aimant 11 est neutralisé et l'ensemble à armature est déplacé rapidement vers la gauche par les ressorts. Lors du choc du marteau sur une surface 32 à imprimer, l'ensemble rebondit et est de nouveau retenu par l'aimant permanent, l'électro-aimant ayant été auparavant désexcité. Le montage décrit ci-dessus présente deux caractéristiques principales ayant trait à la disposition de l'armature par rapport aux pôles 13 et 22 et au système de montage du bras et de la structure du marteau. En ce qui concerne la dernière caractéristique, il convient de noter que la face de l'armature 9 est à la fois plus large et plus haute que le pôle 22. Ainsi, un alignement transversal et vertical précis n'est pas nécessaire entre l'armature et le pôle pour établir une force magnétique maximale en travers de l'interface et les pertes de flux magnétique sont minimisées. En outre, la grande surface de contact entre ces deux éléments, résultant de la structure décrite, permet de répartir la force de frappe de l'armature contre le pôle sur les surfaces étendues, ce qui réduit les pressions exercées sur les surfaces de contact. En outre, les forces de frappe sont minimisées, car, lorsque l'armature approche du pôle et que la force magnétique augmente, la force des ressorts 3 et 4 augmente dans le sens opposé à la force magnétique. Une autre caractéristique de l'invention, qui réduit également l'usure du dispositif, est la possibilité d'obtenir aisément un alignement précis entre les faces du pôle et de l'armature. La branche 26-est usinée de manière à être coplanaire à la face 22 du pôle et la branche 28 est usinée de manière à être coplanaire à la face de l'armature lorsque les ressorts 3 et 4 sont perpendiculaires au bras 2 de manière que, lorsque les éléments 26 et 28 sont boulonnés l'un à l'autre, un alignement précis soit réalisé entre l'armature et le pôle, seul l'entrefer entre l'armature et le pôle 13 restant à régler. En particulier, la branche 28 de l'équerre 27 est boulonnée librement sur la branche 26 de l'équerre 23 et l'armature 9 est ensuite serrée magnétique- ment contre le pôle 22, l'entrefer compris entre l'armature 9 et le pôle 13 étant réglé par un déplacement vertical de l'élément 27. Les boulons 30 sont ensuite serrés afin d'assurer le maintien de ce positionnement. Il apparaît que la géométrie est telle que tout frottement entre les surfaces du pôle et de l'armature est pratiquement éliminé. Une autre caractéristique de l'invention réside dans le positionnement de l'armature 9 dans le circuit magnétique, l'armature étant placée sensiblement dans un angle du rectangle formé approximativement par les différents éléments. L'aimant 11 et les éléments associés 13 et 14 forment un premier côté court du rectangle; l'embase 16 forme un deuxième côté; le noyau 18 forme un troisième côté; et la plaque 21 forme le quatrième côté court. L'armature 9 complète les premier et quatrième côtés. En raison de la structure en parallélogramme constituée par les ressorts plats 3 et 4, le support 6 et la barre 2, le bras reste parallèle au support 6 pendant son mouvement vers la gauche pour réaliser l'impression. Ainsi, les entrefers formés entre l'armature 9 et le pôle ou la plaque 13 de l'aimant permanent et le pôle ou le nez 22 de l'électro-aimant augmentent pendant l'impression et l'effet sur l'armature de tout flux résiduel diminue lorsque le marteau 1 approche de la surface 22 à imprimer. Lorsque le marteau rebondit contre la surface à imprimer et que l'électro-aimant est désexcité pratiquement en même temps, le flux rétabli dans les entrefers agit de plus en plus fort sur l'armature, le flux établi entre l'armature 9 et le pôle 13 tirant l'armature vers le bas et le flux compris -entre l'armature 9 et le pôle 22 tirant l'armature vers la droite, comme montré sur les figures 1 et 2. Ainsi, les forces produites par le flux dans les deux circuits s'ajoutent vectoriellement. La force horizontale produite par le pôle de l'aimant permanent n'est pas grande et elle est importante principalement par le fait qu'elle ne s'oppose pas, même secondairement, à la force d'attraction entre l'armature 9 et le pôle 21. Le circuit magnétique fonctionne à l'état saturé pour deux raisons: (1) la force maximale possible est appliquée à l'armature, et (2) la raideur des éléments fléchisseurs peut être plus aisément adaptée à la force magnétique afin d'appliquer à l'armature des forces sensible- ment égales d'écartement et de rétablissement. En ce qui concerne la première raison, il est évident qu'un rapport maximal de la force magnétique au poids de l'armature est nécessaire pour l'obtention d'une accéléra- tion maximale. Cette relation est obtenue par la saturation du circuit. - La seconde caractéristique concerne la vitesse de fonctionnement. Si l'on souhaite une vitesse maximale, une force maximale de rétablissement est nécessaire pour ramener l'armature aussi rapidement que possible en position de non- impression; il est nécessaire que l'armature soit ramenée dans cette position pour "armer" totalement les éléments fléchisseurs afin d'obtenir la frappe souhaitée par le marteau. Dans un circuit magnétique non saturé, la force s'exerçant sur l'armature varie sensiblement en fonction inverse du carré de l'entrefer, alors que la force des ressorts varie linéairement. Ainsi, un ressort ayant une raideur suffisamment élevée pour établir la force différen- tielle souhaitée aux deux extrémités de la course peut produire une force supérieure à la force magnétique à mi- course et peut donc ralentir le retour de l'armature. De plus, le réglage des-ressorts à grande raideur est difficile. Si la force du ressort est abaissée en position de rétablis- sement afin de faciliter la course de retour, la force magnétique doit être réduite bien avant que la course de frappe commence. En faisant fonctionner le circuit magnétique à l'état saturé, la variation du flux parcourant le circuit lors du mouvement de l'armature entre ses deux positions extrêmes est matériellement inférieure à celle se produisant à l'état non saturé et, par conséquent, les variations de force ne sont pas importantes. En conséquence, la raideur des éléments fléchisseurs peut être sensiblement accordée avec les variations de l'entrefer et les forces de rappel et d'écartement peuvent être adaptées initialement l'une à l'autre, ce qui accroit la vitesse de fonctionnement. La figure 4 représente une autre caractéristique de l'invention permettant d'accroître davantage la force de rappel exercée sur l'armature, bien que la force à entrefer fermé soit réduite par rapport à celle s'exerçant dans la première forme de réalisation. Dans cette forme de réalisa- tion, dont les éléments correspondant à ceux représentés sur les figures précédentes portent les mêmes références numériques auxquelles le signe prime est ajouté, la face de l'armature 9' en contact avec le pôle 22' est inclinée d'environ 450, cette inclinaison partant de la partie inférieure droite de la face et s'élevant vers la partie supérieure gauche. Le pôle 22' présente une inclinaison correspondante qui part également de la partie inférieure droite et s'élève vers la partie supérieure gauche. Lorsqu'un alignement convenable est réalisé, le glissement entre les surfaces correspondantes est minimisé, alors que l'aire de contact entre les deux surfaces corres- pondantes opposées est augmentée, de même, par conséquent, que le flux passant dans l'entrefer principal ouvert, ce qui entraîne un accroissement de la force de rappel. Le montage 247 128 1 de la figure 4 permet d'accroître l'aire du dernier entrefer et de réduire son épaisseur pour une course donnée du marteau et il permet donc le passage d'un flux plus important dans cet entrefer à l'état ouvert. Il est bien connu que pour une aire donnée, la force exercée est proportionnelle au flux. Si, dans cette forme de réalisation, l'aire de l'entrefer augmente de 40 %, mais que le flux total passant dans l'entrefer fermé n'augmente que de 20 % en raison de la réluctance d'autres pièces du circuit, la force, n'est pas augmentée. Cependant, la force à entrefer ouvert augmente, car la réluctance des autres pièces du circuit entre à présent pour une part plus faible dans la réluctance totale et le flux à entrefer ouvert est augmenté d'un taux supérieur aux 20 % supposés. Il est indiqué que les faces opposées de l'armature 9' et du pôle 22' présentent une inclinaison de 450 qui est préférable. Un plus grand angle d'inclinaison tend à accroître le glissement relatif des faces et un angle plus faible tend à diminuer l'aire de l'entrefer. Bien qu'un certain glissement entre les faces opposées des éléments 9' et 22' soit inévitable dans le montage de la figure 4, un tel glissement est maintenu à des niveaux acceptables pour certaines utilisations de l'appareil en raison de l'aligne- ment précis pouvant être obtenu au moyen de l'appareil selon l'invention. L'aimant permanent 11 doit être très puissant et il est constitué avantageusement d'un aimant au samarium- cobalt, bien qu'un aimant en alliage "Alnico 8" puisse être également utilisé. Il convient de noter que le pôle de l'électro- aimant et le support du bras sont reliés rigidement l'un à l'autre, cette caractéristique minimisant le mouvement latéral entre l'armature et le pôle et, par conséquent, l'usure de ces deux éléments. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au mécanisme décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. 247128 1 il REVENDICATIONS 1. Mécanisme d'impression, caractérisé en ce qu'il comporte un bras (2), un élément (1) d'impression fixé à une première extrémité du bras, une armature (9) destinée à un circuit magnétique et fixée à proximité d'une autre extrémité du bras, un support flexible pour le bras, un circuit magnétique à peu près rectangulaire, comportant quatre côtés et comprenant un aimant permanent (11) situé dans un premier côté et un électro-aimant (12) situé dans un autre côté, deux côtés adjacents de la structure rectangulaire, orientés perpendiculairement l'un à l'autre, étant courts par rapport au côté qui leur est parallèle, de manière que le circuit magnétique rectangulaire présente un seul angle ouvert, l'armature étant placée dans cet angle ouvert afin de fermer sensiblement la structure rectangulaire, le flux de l'aimant permanent maintenant l'armature en contact avec l'un des côtés courts qui est à peu près parallèle au bras. 2. Mécanisme d'impression selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'électro-aimant et l'aimant permanent sont disposés dans des côtés à peu près parallèles de la structure rectangulaire. 3. Mécanisme d'impression selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'aimant permanent est placé dans le second des côtés courts. 4. Mécanisme d'impression selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'un des côtés courts est constitué par un pôle (22) de l'électro-aimant. 5. Mécanisme d'impression selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit côté comprend un aimant permanent et se termine par une surface plane, parallèle au bras et s'étendant à proximité immédiate d'au moins une partie de l'armature de manière que le vecteur force produit entre l'armature et ladite surface plane soit à peu près perpendiculaire à la force s'exerçant entre l'armature et le pôle de l'électro-aimant. 6. Mécanisme d'impression selon la revendication , caractérisé en ce que la surface de contact entre l'armature et ledit premier côté court est perpendiculaire à la direction du mouvement du bras. 7. Mécanisme d'impression selon l'une des revendications 1 et 6, caractérisé en ce que le support flexible comprend deux ressorts plats préchargés et parallèles (3, 4), le bras étant supporté par une première extrémité de chacun des ressorts plats, et un élément (6) de support auquel les autres extrémités des ressorts plats sont fixées. 8. Mécanisme d'impression selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit magnétique est saturé par ledit aimant permanent. 9. Structure magnétique, caractérisée en ce qu'elle comporte une armature (9), un dispositif destiné à supporter cette armature afin qu'elle puisse se déplacer sur une course prédéterminée, un circuit magnétique comprenant un aimant permanent (11) et un électro-aimant (12) qui produisent dans le circuit des flux opposés l'un à l'autre, le circuit magnétique présentant un entrefer compris entre deux parties inclinées de ce circuit magnétique, l'armature étant disposée dans l'entrefer et l'une desdites parties étant disposée sur la course de l'armature de manière que le flux produit dans les entrefers entre l'armature et lesdites parties engendre des forces qui s'ajoutent vectoriellement. 10. Mécanisme d'impression selon la revendica- tion 7, caractérisé en ce que l'élément de support et ledit premier côté court sont reliés rigidement l'un à l'autre.