Brevet FR2627428A1 — publié le 19890825

L'invention concerne un procédé pour fabriquer un cylindre d'impression en plastique, destiné à des machines à écrire ou des machines de bureau analogues, qui présente une peau corpacte et un coeur de structure cellulaire. Comme les cylindres pour machines de bureau doivent satis- faire à des exigences de construction très variées, ils repré- sentent des pièces relativement complexes, donc coûteuses. Un cylindre d'impression traditionnel comporte un corps de base en forme de cylindre, constitué par un tube de métal ou de plastique, dans lequel est disposé coaxialement un axe métallique pour le mon- tage en rotation ou tout au moins des tourillons métalliques pour ce montage. Le corps de base est revêtu d'une enveloppe ou garnis- sage, le plus souvent en caoutchouc, qu'il faut rectifier afin d'obtenir une précision dimensionnelle suffisante de la surface et afin de conférer la nature nécessaire à cette surface. Pour produire le mouvement du cylindre, ou son immobilisation, l'axe de montage porte souvent des combinaisons d'une roue d'interligne et d'une roue à rochet, combinaisons qui sont calées sur l'axe de montage. Pour effectuer un interlignage, un cliquet monté dans la machine est engagé dans la roue d'interligne afin de tourner le cylindre d'une fraction au moins d'un interligne. Aux différentes positions auxqueLLes le cylindre a été amené au moyen de ce cliquet d'interligne et de la roue d'interligne, il est immobilisé par un nez d'arrêt à ressort, qui est monté solidaire du bâti et est en prise avec la roue à rochet. Comme de telles combinaisons d'une roue d'interligne et d'une roue à rochet peuvent être prévues sur les deux côtés du cylindre, celui-ci peut être entrainé en rotation en avant et en arrière. Un bouton d'entraînement de cylindre est calé sur au moins une extrémité de l'axe de montage pour pouvoir tourner le cylindre manuellement. Afin d'obtenir un niveau sonore acceptable avec de tels cylindres, on prévoit des nervures pour la subdivision de l'inté- rieur du corps de base tubulaire, ou alors des remplissages avec des matériaux les plus divers. Dans le but de simplifier la structure complexe du cylindre et son processus de fabrication, le brevet DE 15 61 267 proposait déjà d'enrober un axe de montage avec du plastique, dans une opération de moulage par injection, de manière à produire un corps de base cylindrique, sur l'une des extrémités duquel est formée une roue d'interligne. La surface de ce corps de base est revêtue d'un garnissage en catouchouc et l'intérieur du corps est divisé en compartiments par des nervures s'étendant le long de l'axe de montage. Bien qu'un tel cylindre possède une structure nettement plus simple et qu'il puisse être fabriqué beaucoup plus économi- quement que les cylindres de la forme traditionnelle décrits plus haut, il n'est pas encore possible de renoncer à l'emploi d'un garnissage en caoutchouc pour obtenir une qualité d'impression raisonnable. Par la demande de brevet allemand soumise à l'Inspection Publique DE 36 07 415, on connaît un cylindre pour machines de bureau, qui est composé d'un arbre et d'un corps de cylindre principal en résine de polyuréthanne, monté sur cet arbre. Le corps principal est réalisé selon le procédé d'expansion à peau intégrée et il comporte une couche de mousse interne qui se raccorde progressivement et sans limite distincte à une couche externe formant une peau compacte. Par l'ajustement adéquat des caracté- ristiques du matériau, ce cylindre est censé pouvoir être utilisé également en tant que cylindre d'impression dans les machines à écrire ou des machines de bureau semblables. Certes, de tels cylindres possèdent une surface dont la nature correspond à peu près à celle de la surface de cylindres d'impression garnis de caoutchouc. Cepencant, le matériau utilisé, c'est-à-dire la résine de polyuréthanne, ne permet pas de réaliser des éléments d'usure tels que la roue d'interligne, la roue à rochet et des pièces semblables en un seul tenant avec le corps du cylindre. De plus, ce matériau ne convient pas bien pour une surface d'appui d'impression sollicitée en permanence parce que sa nature prédispose à une destruction rapide de la surface. L'invention vise par conséquent, en évitant les défauts décrits ci-dessus des cylindres connus, à indiquer un procédé de fabrication qui permette de produire le cylindre et d'autres éléments fonctionnels en une seule opération, du même matériau, de préférence en une seule pièce. Un autre but de l'invention est d'indiquer des modes de réalisation particulièrement avantageux de cylindres d'impression fabriqués selon ce procédé. Dans ce but, selon l'invention, un procédé pour fabriquer un cylindre d'impression en plastique, pour machines à écrire ou machines de bureau analogues, qui possède une peau compacte et un coeur de structure cellulaire, est caractérisé en ce que l'on produit le cylindre par la mise en forme d'une polyoléfine de haute résilience, sous addition d'un agent moussant réagissant avec du retard et en utilisant un effet de refroidissement partiellement différencié du moule, selon le procédé de moulage par injection, en accordant mutuellement l'instant de réaction de l'agent moussant et l'effet de refroidissement sur différentes parties du moule, de manière que le matériau durcisse avant la réaction de l'agent moussant dans la région de la surface du cylindre et dans la région d'au moins un autre élément fonctionnel fabriqué ensemble avec le cylindre dans la même opération de moulage par injection. L'avantage procuré par le procédé selon l'invention réside surtout dans le fait qu'il permet de produire un cylindre ensemble avec d'autres éléments fonctionnels, comme par exemple une roue d'interligne, une roue à rochet, un axe ou des tourillons de montage, une ou plusieurs roues dentées et/ou le bouton d'entrai- nement de cylindre, en une seule pièce et dans la même opération, de telle manière que la nature du matériau est adaptée aux différentes fonctions à remplir malgré l'emploi du même matériau, dans la région de la surface du cylindre et dans celle de l'autre ou des autres élézents fonctionnels. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de plusieurs exemples de réalisation non limitatifs, ainsi que des dessins annexes, sur lesquels: - la figure 1 est une coupe axiale d'un cylindre pourvu de la combinaison d'une roue d'interligne et d'une roue à rochet, produite dans la même opération que le cylindre; - la figure 2 est une coupe axiale d'un cylindre fabriqué en une seule pièce avec la combinaison d'une roue d'interligne et d'une roue à rochet et avec des évidements pour le montage rotatif du cylindre par des tourillons; et - la figure 3 est une coupe-axiale d'un cylindre fabriqué en une seule pièce avec la combinaison d'une roue d'interligne et d'une roue à rochet et sur lequel est formé en plus un bouton d'entraînement du cylindre. On décrira d'abord le processus de fabrication du cylindre, avant d'expliquer plus en détail les représentations des figures 1 à 3. Le façonnage de matières thermoplastiques au moyen du procédé de coulée de mousse thermoplastique, en pièces appelées généralement "pièces moulées en mousse à peau intégrée", est bien connu dans l'industrie des matières plastiques. Une telle mise en forme prévoit le mélange de la matière thermoplastique, se présen- tant habituellement sous forme d'un granulé, avec un porogene, éventuellement avec addition en mélange d'un agent adhésif, la proportion en porogène étant fonction des autres paramètres du matériau et/ou des paramètres du façonnage. La mise en forme du mélange de plastique et de porogène s'effectue de préférence sur des machines à mouler par injection conçues spécialement pour la fabrication de pièces moulées en mousse à peau intégrée, avec introduction du matériau plastique fluidifié dans le moule quand le porogène atteint la température de réaction. La quantité de matière à introduire dans le moule et la vitesse de remplissage de celui-ci dépendent de la masse volumique désirée de la pièce moulée. Les pièces mouLées en mousse à peau intégrée présentent sur leurs surfaces externes une structure rugueuse qui n'est pas sans rappeler celle du bois raboté; en effet, bien que la masse fluidifiée entrante vienne en contact avec la totalité de la paroi interne du moule, la zone interne de la paroi n'est pas entièrement remplie par la masse fluidifiée en raison du gaz gonflant libéré. La section usuelle de telles pièces présente une peau relativement compacte et un noyau ou coeur en mousse, c'est-à-dire de structure cellulaire. En raison de la structure superficielle décrite ci-dessus, Les pièces mouLées selon le procédé de coulée de mousse thermo- plastique conviennent surtout en tant que pièces de carters, mais cette structure exclut l'application du procédé à des pièces de construction de haute précision, comme par exemple des cylindres pour machines à écrire ou analogues, sur lesquelles doivent être formés d'autres éléments fonctionnels tels que des combinaisons de roues d'interligne et de roues à rochet. Un usinage ultérieur n'apporte pas le résultat recherché en raison des faibles quantités de bulles de gaz qui subsistent encore dans la peau. Lors d'expérimentations faites dans cette direction, il a été trouvé qu'en choisissant un groupe déterminé de matériaux et en ajustant les paramètres de fabrication d'une certaine manière, on peut produire des pièces moulées qui diffèrent des pièces produites selon le procédé de coulée de mousse thermoplastique décrit plus haut, notamment en ce qui concerne la nature de leur surface, mais aussi quant à leur struct.re en section et leurs caractéristiques de résistance, au point que lorsqu'elles sont conformées de façon adéquate, elles peuvent être utilisées - sans usinage ultérieur en tant que cylindres pour machines à écrire et machines de bureau analogues. Le groupe de matériaux mentionné est constitué par des polyoLéfines de haute résilience, la préférence étant donnée à du prolypropylène de haute résilience. Pour la mise en forme de ce matériau, on commence par méLanger la matière plastique, sous forme de granulés, ave: un porogène réagissant avec du retard. L'opé- ration de moulage par injection proprement dite, s'effectuant sur des machines habituelles pour la production de pièces moulées en mousse à peau intégrée, comprend l'introduction du matériau fluidifié à une vitesse d'écoulement relativement élevée dans le moule, lequel est refroidi pour produire un effet de refroidis- sement différencié en fonction de la structure désirée en section. Grâce à la réaction retardée du porogène et grâce à l'adaptation de l'effet de refroidissement du moute au temps de retard, la paroi interne du moule est entièrement remplie de masse fluidifiée, si bien que la pièce moulée possède une surface lisse et une structure, en section droite, qui ne présente pas de mousse dans les zones correspondant aux parties fortement refroidies du moule, zones qui forment ensuite des éléments fonctionnels tels que la combinaison d'une roue d'interligne et d'une roue à rochet, des tourillons de montage, des évidements ménagés concentriquement au cylindre pour son montage rotatif ultérieur, et ainsi de suite, tandis que le cylindre lui-même, grâce à un refroidissement moins intense de la partie concernée du moule, possède une peau entiere- ment fermée et un coeur de structure cellulaire. En raison des nombreux paramètres influençant le processus de fabrication, il n'est pas possible d'indiquer une combinaison universellement applicable de la température de refroidissement, du temps de retard, pour ce qui concerne l'instant de réaction du porogène, donc aussi la composition de celui-ci, de la température de mise en forme du matériau plastique et ainsi de suite. La combinaison la plus favorable doit être déterminée dans une série d'essais uti- lisant les porogènes connus et en choisissant la température de façonnage et la température de refroidissement en conséquence. Il en va de même pour les emplacements des canaux de carottes, lesquels sont également à optimiser dans une série d'essais. Le matériau employé de préférence, du polypropylene de haute résilience, assure de la tenue à l'usure pour les éléments fonctionnels mentionnés dans ce qui précède, une surface lisse et, en combinaison avec la structure cellulaire dans la région du cylindre, une élasticité suffisante, ce qui procure la possibilité de fabriquer un cylindre en une seule gièce et en une seule opé- ration avec de tels éléments, en supprimant toutes les opérations d'usinage ultérieures. La plus grande dureté du cylindre dans la zone d'impression permet de réduire considérablement la force d'impression, comparativement à celle demandée par les cylindres conventionnels, pour la même qualité d'impression, ce qui se traduit par une diminution du coût du système de frappe ou de percussion des machines à écrire et imprimantes du type dont il est question ici. De plus, grâce à ses propriétés d'amortissement favorables, une polyoLéfine diminue considérablement le bruit des impacts. Cet effet est accentué par la structure cellulaire à l'intérieur du cylindre et par La réduction de la force d'impres- sion. On décrira maintenant quelques exemples de cylindres fabriqués selon le procédé qui vient d'être expliqué. La figure 1 représente un cylindre d'impression 1 avec des tourillons 2, 3 incorporés latéralement lors de la coulée. Sur le tourillon 2 est disposée, en plus, la combinaison 4 d'une roue d'interligne et d'une roue à rochet. La partie des tourillons 2, 3 située à l'intérieur du cylindre 1 est moletée,ce qui assure une liaison solidaire en rotation entre le cylindre 1 et les touril- lons. Dans la région de la corbinaison 4, le tourillon 2 présente un moletage supplémentaire, de sorte que cette combinaison de la !5 roue d'interligne et de la roue à rochet est également maintenue solidaire en rotation sur ce tourillon. La représentation en coupe montre clairement que le cylindre 1 possède une peau compacte 5 à sa surface, à ses extrémités et aux endroits o les tourillons 2, 3 sont fixes dans le cylindre, tandis que le coeur 6 de ce dernier est en mousse. La combinaison 4 est entièrement en matériau compact, sans aucune structure cellulaire. Pour la fabrication du cylindre 1 selon le procédé décrit plus haut, les parties du moule destinées à former la surface du cylindre 1 sont refroidies moins fortement que les parties situées dans la région des tourillons 2, 3 et celles devant former la combinaison 4. La figure 2 représente, également en coupe axiale, un autre exemple dréalisation d'un cylindre d'impression. Ce cylindre est désigné par 7 et il est pourvu à ses deux extrémités d'une combinaison 8 d'une roue d'interligne et d'une roue à rochet, combinaison qui est formée directement sur le cylindre; de plus, les deux extrémités du cylindre présentent des parties 9, formées directement sur le cylindre, avec des évidements 10 concentriques au cylindre et servant au montage en rotation de celui-ci. La coupe montre clairement que la zone du cylindre 7 servant d'appui pour l'impression possède, dans cet exemple également, une structure cellulaire à l'intérieur, ce qui est obtenu par un refroidissement un peu plus faible de la partie concernée du moule, tandis que la zone externe 7a est formée par une peau compacte. Les deux extré- mités du cylindre 7, formant chacune la combinaison d'une roue d'interligne et d'une roue à rochet 8 et un dispositif de montage 9, 10, sont faites de matériau compact, de façon homogène, en raison du refroidissement plus intense des parties concernées du moule lors du processus de fabrication, de sorte qu'elles possèdent une tenue suffisante à l'usure compte tenu des fonctions qui leur sont attribuées. A titre complémentaire, il est à noter que le montage rotatif du cylindre dans la machine à écrire est réalisé au moyen de tourillons (non représentés) formés sur le bâti de la machine et pénétrant dans les évidements 10. Afin d'empêcher le jeu axial et d'obtenir en même temps un faible frottement, il est possible de prévoir des bagues de frottement (non représentées) sur le cylindre ou sur le bâti de la machine à écrire. Ce concept de réalisation d'un cylindre d'impression a l'avantage que le cylindre peut être fabriqué en une seule opé- ration et d'un seul tenant avec d'autres éléments fonctionnels. Le processus de fabrication peut ainsi être automatisé entièrement. La figure 3 montre enfin, également par une coupe axiale, un cylindre d'impression 11 qui possède, outre la combinaison 12 d'une roue d'interligne et d'une roue à rochet, un tourillon 13 formé directement sur le cylindre et un bouton d'entraînement 14 formé sur le tourillon. Ce dernier est entouré par un palier divisé 16 prévu dans le bâti 15 de la machine à écrire et pourvu d'une bague de frottement 17; le bouton 14 pour l'entraînement manuel du cylindre, formé au bout du tourillon 13 traversant le carter 18 de la machine, est situé à l'extérieur. La coupe de la figure 3 montre également que le cylindre 11 possède une peau compacte dans la zone externe 19 formant l'appui pour l'impression, ce qui a également été obtenu par un refroidissement légèrement plus faible de la partie concernée du moule, lors du processus de fabrication, tandis que le coeur 20 est de structure cellulaire. L'extrémité du cylindre, comprenant la combinaison 12 d'une roue d'interligne et d'une roue à rochet, le tourillon 13 et le bouton d'entraînement 14 formés sur cette combinaison, est faite de nouveau de matériau compact - ce qui est obtenu par le refroidissement adéquat de cette région du moule pendant le processus de fabrication - et peut ici également assurer, grâce à la tenue à l'usure ainsi réalisée, les fonctions Qui lui sont attribuées. La partie droite de ce cylindre, non représentée sur la figure 3, peut porter également la combinaison d'une roue d'inter- ligne et d'une roue à rochet, de même qu'un tourillon formé sur cette combinaison, ou alors avoir une exécution comme celtte repré- sentee sur la figure 2. Le montage en rotation est réalisé en conséquence. IL va de soi que les éléments fonctionnels décrits rela- tivement aux figures 1 à 3 ne sont que des exemples: d'autres éLéments fonctionnels sont réalisables en même temps et éventuel- lement d'un seul tenant avec le cylindre, comme par exemple des roues dentées destinées à engrener avec un mécanisme d'entraine- ment prévu dans la machine, ou des roues dentées agissant sur des dispositifs de transport de papier prévus à l'extérieur. Bien entendu, il est possible encore de réaliser le cylindre d'impression en même temps et éventuellement d'un seul tenant avec une roue d'interligne seulement, avec un bouton d'entraînement de cylindre seulement ou avec une roue dentée unique. De plus, bien que les éléments fonctionnels représentés soient formés axialement aux extrémités du cylindre, d'autres dispositions sont concevables également. La mise en oeuvre du procédé décrit précédemment pour fabriquer des cylindres d'impression, permet donc, pour la première fois, de réalise en une seule opération et d'un seul tenant, de préférence entièrement en matière plastique, des cylindres d'impression et des éléments fonctionnels qui leur sont coordonnés, comme par exemple des combinaisons de roues d'interligne et de roues à rochet, des axes ou des tourillons de montage, des boutons pour l'entraînement manuel du cylindre, et ainsi de suite, malgré les exigences différentes auxquelles doivent répondre d'une part les éléments fonctionnels et d'autre part la surface du cylindre formant l'appui proprement dit pour l'impression. De plus, grâce au respect des cotes réalisable avec ce procédé de fabrication et grâce à La nature des surfaces ainsi obtenues, on peut se dispenser de tout usinage ou revêtement ultérieur. En particulier, il n'est pas nécessaire de couvrir le cylindre d'un garnissage en caoutchouc comme celui utilisé sur les cylindres classiques pour machines à écrire, puisque la structure en section que l'on peut obtenir par le procédé de fabrication décrit, avec un coeur en mousse et une peau compacte, peut servir directement d'appui pour l'impression, avec la possibilité, comme déjà mentionné dans ce qui précède, de réduire considérablement la force de percussion du système de frappe, c'est-à-dire l'énergie cinétique avec laquelle le caractère d'impression vient heurter la surface formant l'appui pour l'impression, sans que cela affecte la qualité de l'impression. Cette particularité rend le système de frappe moins coûteux et se traduit également par une diminution du bruit de la machine. REVENDICATIONS 1. Procédé pour fabriquer un cylindre d'impression en plastique, pour machines à écrire ou machines de bureau analogues, qui possède une peau compacte et un coeur ou noyau de structure cellulaire, caractérisé en ce que l'on produit le cylindre par la mise en forme d'une polyoléfine de haute résilience, sous addition d'un agent moussant réagissant avec du retard et en utilisant un effet de refroidissement partiellement différencié du moule, selon le procédé de moulage par injection, en accordant mutuellement l'instant de réaction de l'agent moussant et l'effet de refroidis- sement sur différentes parties du moule, de manière que le matériap durcisse avant la réaction de l'agent moussant dans la région de la surface (5, 7a, 19) du cylindre et dans la région d'au moins un autre élément fonctionnel (4, 8, 9, 10, 12, 13, 14) fabriqué ensemble avec le cylindre (1, 7, 11) dans la même opération de moulage par injection. 2. Cylindre fabriqué conformément au procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément fonctionnel est une roue d'interligne. 3. Cylindre fabriqué conformément au procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément fonctionnel est la combinaison (4, 8, 12) d'une roue d'interligne et d'une roue à rochet. 4. Cylindre fabriqué conformément au procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments fonctionnels sont des tourillons (13) formés axialement sur le cylindre. 5. Cylindre fabriqué conformément au procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments fonctionnels sont des évidements (10) pour le montage rotatif du cylindre, évidements qui sont formés coaxialement sur le cylindre. 6. Cylindre fabriqué conformément au procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément fonctionnel est un bouton (14) pour l'entrainement manuel du cylindre. 7. Cylindre fabriqué conformément au procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément fonctionnel est constitué par au moins une roue dentée.