CH658627A5 - Imprimante matricielle a aiguilles. - Google Patents

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Description

La présente invention se rapporte à une imprimante à aiguilles comprenant un jeu d'aiguilles dont chacune est reliée à un support et dont une extémité est libre, des organes de guidage de ces aiguilles et des moyens pour appliquer lesdites extrémités libres respectives 5 contre une surface d'écriture associée à des moyens de marquage sensibles à la pression, chaque aiguille étant formée d'un conducteur électrique dont une portion s'écarte latéralement d'un axe reliant lesdits moyens de guidage à l'extrémité solidaire dudit support et qui est connecté, à ses deux extrémités, aux deux pôles respectifs d'une io source de courant, un générateur de champ magnétique étant disposé pour former un champ qui, en présence d'un courant dans ladite portion du conducteur, engendre des forces électrodynamiques tendant à rapprocher, respectivement à éloigner cette portion dudit axe, suivant le sens du courant.
15 On a déjà proposé dans le brevet N° GB-A-1.423.518 et en particulier dans la forme d'exécution de la fig. 4 de ce document un mode d'actionnement électrodynamique d'une aiguille d'imprimante.
Selon cette forme d'exécution, une boucle est formée dans la portion du conducteur écartée latéralement de l'axe de guidage de l'aiguille. 20 Cette boucle est placée dans un plan perpendiculaire au plan contenant le reste du conducteur et de sa portion écartée latéralement. Un pôle d'aimant est placé vis-à-vis de ladite boucle avec son flux divergeant orienté pour pénétrer dans cette boucle. Lorsqu'un courant parcourt la boucle du conducteur, celle-ci a tendance à embrasser le 25 flux maximum. Comme celui-ci est divergeant et que le pôle de l'aimant est voisin de l'axe de guidage du conducteur, la boucle est donc attirée vers cet axe et l'extrémité libre de l'aiguille est poussée vers la surface d'impression.
Etant donné que le plan du conducteur et celui de la boucle des-30 tinée à coopérer avec le champ magnétique divergeant sont forcément perpendiculaires, une telle solution ne permet pas de former un empilement de plusieurs aiguilles pour réaliser une imprimante matricielle. Il faut d'ailleurs remarquer que ce document reste muet sur la solution à adopter pour réaliser une telle imprimante à l'aide de 35 cette forme d'exécution. Or, une seule aiguille ne constitue pas une imprimante, de sorte que l'on peut logiquement admettre que cette forme d'exécution ne constitue pas une solution industrielle dans la mesure où elle ne permet pas à l'homme de métier de réaliser sans autre une imprimante matricielle à aiguilles basée sur le principe décrit par la fig. 4 du document susmentionné.
On a proposé d'autres solutions électrodynamiques dans les brevets Nos US-A-3.918.567 et SU-A-867682, qui permettent de remédier aux inconvénients de la solution susmentionnée en disposant 4S des éléments de frappe emplilés dans l'entrefer d'un aimant permanent. Si ces solutions permettent de résoudre le problème de l'empilement d'une pluralité d'éléments de frappe, c'est au détriment de l'élasticité, de la course de ces éléments, et de leur masse. Cela se traduit en pratique par une réduction de la fréquence de frappe, 50 malgré une augmentation importante du courant dans le conducteur. Dans le premier document cité, on constate, des données fournies, que pour une course de 0,25 mm des éléments de frappe, il faut faire passer un courant de l'ordre de 70 A. Indépendamment des problèmes posés par la création d'un tel courant une 1 ms, il y a ss celui de faire passer ce courant à travers les languettes élastiques de suspension des éléments de frappe. Compte tenu de la section de passage fortement réduite à cet endroit, le risque de détruire ces languettes élastiques est grand. En outre, le calcul montre que même avec un tel courant, le temps de déplacement aller de ces organes de 60 frappe est de l'ordre de 1,5 ms sans tenir compte des pertes dues aux organes élastiques. Cela réduit la fréquence de frappe au-dessous de 500 Hz, alors que de telles imprimantes doivent atteindre au moins 1000 Hz et de préférence se situer entre 1500 et 2000 Hz.
Le but de la présente invention a pour objet une imprimante ma-65 tricielle à aiguilles selon la revendication 1.
Le dessin annexé illustre, schématiquement et à titre d'exemple, le principe et diverses variantes de l'imprimante matricielle à aiguilles objet de la présente invention.
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La fig. 1 est une vue en élévation latérale illustrant le principe de l'imprimante matricielle à aiguilles, selon l'invention.
La fig. 2 est une vue selon la ligne II-II de la fig. 1.
La fig. 3 est une vue selon la ligne III-III de la fig. 1.
La fig. 4 illustre un mode d'alimentation électrique de cette aiguille.
Les fig. 5 et 6 illustrent deux formes d'exécution d'aiguilles.
La fig. 7 représente un mode de rigidification sélective d'une aiguille.
La fig. 8 représente une variante d'aiguille avec des zones de rigidité et de conductivité électrique différentes.
La fig. 9 est une vue en perspective d'une variante d'aiguille destinée à transmettre des ultrasons.
La fig. 10 est une vue en élévation d'une autre variante d'aiguille destinée à transmettre des ultrasons.
La fig. 11 est une vue en élévation, d'une tête d'imprimante selon la variante de la fig. 10.
Les fig. 1 à 3 illustrent le principe d'actionnement êlectrodynami-que de l'imprimante à aiguille objet de l'invention. La tête de cette imprimante comporte une série d'aiguilles 1 de sections rectangulaires, empilées les unes sur les autres avec l'interposition d'un revêtement isolant électrique. Ces aiguilles sont fixées à leurs extrémités arrière à un support 2 et passent dans un guide 3 situé à proximité de leurs extrémités avant. Ces aiguilles 1 présentent entre ce support 2 et ce guide 3 trois points d'inflexion 4, 5 et 6, de sorte que les aiguilles 1 forment avec la ligne droite joignant les points d'inflexion 4 et 6 un triangle isocèle très aplati. Cette portion des aiguilles 1 est disposée dans l'entrefer d'un aimant permanent 7. Vis-à-vis des extrémités avant des aiguilles 1, une liasse, comprenant au moins un support encreur 17 et une feuille à imprimer 18, est placée sur un support 19.
En faisant passer un courant I dans une aiguille, des forces F s'exercent sur elle et tendent à la ramener sur la droite joignant les points d'inflexion 4 et 6.
2F ~ LIB F en Newton
B en Tesla I en Ampères L en mètres
Si la longueur L est de 4 cm, le champ magnétique B de 1 Tesla, le courant I de 10 A, on a 2F = 0,4 N, ce qui donne à l'extrémité de l'aiguille une force F2 de l'ordre de 2 N, le rapport F2/Pi étant fonction de la valeur de déplacement du point d'inflexion 5.
Cette solution présente des avantages importants. On peut noter que l'empilement des aiguilles 1 permet d'obtenir directement la hauteur des caractères à imprimer sans devoir concentrer les pointes d'aiguilles. L'application de forces F réparties sur toute la longueur des côtés isocèles du triangle provoque une rigidification naturelle de l'aiguille. Suivant le sens de l'impulsion de courant, l'action des forces F est positive, comme illustré, ou négative, ce qui permet de commander positivement le mouvement d'avance et de recul de la pointe des aiguilles 1.
La fig. 4 illustre l'alimentation électrique des aiguilles 1. Celle-ci comporte un générateur d'impulsions de courant 8, un transformateur abaisseur 9, un conducteur 10 dont une extrémité est connectée à l'aiguille 1 à proximité de son support fixe 2 et dont l'autre extrémité est souple et connectée à proximité de l'autre extrémité de l'aiguille 1, de sorte que le courant I parcourt les côtés isocèles de l'aiguille 1.
La résistance électrique du circuit électrique englobant la portion d'aiguille et le secondaire du transformateur est de l'ordre de 0,01 à 0,1 ohm par exemple, de sorte que le courant est de l'ordre de 1 à 20 A.
Pour fournir une telle impulsion de courant, on peut avantageusement avoir recours à un transformateur dont le primaire a 200 tours et le secondaire 10 tours. Dans ce cas, à 10 A au secondaire correspond 0r5 A au primaire. Si la résistance du circuit d'actionnement de l'aiguille est de 0,02 ohm, la tension au secondaire est de 0,2 volt et au primaire de 10 volt.
Pour fournir une impulsion d'une durée totale de 0,5 ms, la section de fer du transformateur doit être de 0,3 cm2 environ. Il s'agit donc de très petits transformateurs qui peuvent être placés sur la tête d'impression ou à l'extérieur de cette tête et rester immobiles. 5 Dans le cas des variantes des fig. 5 et 6, deux aiguilles symétriques 10 et 11 dont l'axe de symétrie est (x-x) sont fixées l'une à l'autre en formant une boucle 12. Entre les parties adjacentes des deux aiguilles, allant du support 13 au premier point d'inflexion 14, un isolant électrique 15 sépare les deux aiguilles. Les parties isolées io de ces aiguilles sont connectées respectivement aux deux extrémités du secondaire du transformateur 16 d'alimentation. Les impulsions de courant parcourent ainsi la boucle 12 qui se situe dans le champ magnétique d'un aimant 7 comme décrit précédemment. Dans cette variante, les forces induites sur les deux aiguilles 10 et 11 sont oppo-15 sées et la force résultante des aiguilles est donc doublée. Le support 13 auquel l'extrémité arrière de cette double aiguille 10 et 11 est fixée est, dans cet exemple, un transducteur ultrasonique situé à une distance X./4 de son point nodal de fixation 21 situé également à une distance X/4 de l'extrémité libre de la double aiguille 10,11. Dans le 20 cas où les aiguilles IQ et 11 ne transmettent pas d'ultrasons, la partie de ces aiguilles située derrière le support 21 peut être supprimée.
La variante de la fig. 6 illustre une double aiguille 22, 23 dont les extrémités arrière sont fixées à un oscillateur 24 formé par une céramique de 5 mm de diamètre par exemple située au point d'appui 25 nodal et fixée à l'extrémité d'une tige d'acier 25. Dans cette variante, l'oscillateur destiné à engendrer les vibrations ultrasoniques est donc intégré à l'aiguille.
Il existe diverses solutions pour réaliser des aiguilles avec des points d'inflexion jouant le rôle d'articulations. Il faut cependant 30 distinguer deux cas, celui où l'aiguille constitue une fibre acoustique destinée à transmettre des vibrations ultrasoniques et celui où l'aiguille ne constitue pas une telle fibre, soit qu'elle est destinée à imprimer par un autre moyen, par exemple par la seule pression, soit que l'aiguille est destinée à appliquer une portion de la liasse comprenant 35 le support encreur 17 et le papier 18, contre un support 19 constitué par une surface vibrante solidaire d'un transducteur ultrasonique 20 (fig. 7). Dans le cas où l'aiguille n'est pas une fibre acoustique, les contraintes sont limitées à la résistance électrique et à la masse qui doivent être le plus faible possible. Les points d'inflexion doivent 40 être aussi souples que possible tout en augmentant aussi peu que possible la résistance électrique. L'épaisseur de l'aiguille dans l'entrefer de l'aimant permanent doit être le plus faible possible.
Si l'on admet par exemple un entrefer de 0,2 mm et une pente de la droite de recul au point de fonctionnement de l'aimant dont la 45 tangente est de 25, la longueur d'aimant peut être ramenée à:
0,2 x 25=5 mm = 0,5 cm
Dans un tel cas, le Samarium Cobalt n'est plus nécessaire, le Ticornal 800 étant suffisant.
50 L'induction de l'aimant peut également être renforcée par des concentrations de fer pur comme on le montrera par la suite.
Enfin, en réalisant une tête par empilement d'aiguilles comme illustré par les fig. 1 à 3, l'êcartement des points étant de 2,6 mm/8=0,325 mm, on peut empiler les aiguilles sans devoir con-55 centrer leurs pointes, l'empilement correspondant à la hauteur des caractères à imprimer. En outre, en plus de l'autorigidification des aiguilles due à l'exercice de forces sur toute la portion d'aiguille située dans le champ magnétique, les aimants servent également d'éléments de guidage.
60 Les aiguilles empilées peuvent être isolées les unes des autres par des vernis ou des céramiques fines, cette isolation peut également servir à isoler les aiguilles des aimants.
La pointe des aiguilles peut également être isolée par un revêtement de verre ou d'un matériau équivalent recouvrant l'extrémité de 65 l'aiguille ou la surface du support 19 de la liasse formée du support encreur 17 et du papier 18.
Il existe divers moyens pour réaliser des points d'inflexion moins rigides lorsque l'aiguille n'est pas destinée à transmettre des ultra
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sons. C'est ainsi que, comme illustré par la fig. 7, on peut prendre deux fils 26 d'acier inox de 50 (im de diamètre et les enrober dans les zones de plus grande rigidité et conductivité électrique avec de l'aluminium pour former des barreaux 27 qui peuvent avoir par exemple 0,15 mm d'épaisseur et 2 mm de largeur, ces barreaux étant séparés les uns des autres par des espaces de 4 mm.
Dans le cas de la variante de la fig. 8, les points d'inflexion sont affaiblis par des entailles 28 faites dans la largeur des lamelles 29 de section rectangulaire.
Pour réaliser une aiguille d'impression constituant simultanément une fibre acoustique destinée à transmettre des vibrations ultrasoniques, plusieurs conditions doivent être remplies en plus de la section constante de la fibre. La fig. 9 illustre un mode de réalisation d'une telle aiguille. Cette aiguille 30 est constituée par deux lamelles de section rectangulaire 1 x 0,15 mm liées par leur face de 1 mm de large et fixées à leurs extrémités arrière à un amplificateur 31 connecté à un transducteur ultrasonique 32. La longueur totale de l'aiguille est un multiple entier de Xj2 alors que le point d'appui de cette aiguille se trouve à un point nodal correspondant à X/4. Les deux portions arrière des lamelles de l'aiguille 30 sont isolées électriquement par un vernis isolant et ces lamelles sont connectées à une alimentation semblable à celles décrites précédemment à leur point d'appui nodal. Dans un tel cas, c'est le grand axe de la section des lamelles de l'aiguille 30 qui définit l'entrefer d'un aimant permanent 33, en Ticonal 800, de sorte que celui-ci est au minimum égal à 1 mm. Les lamelles de l'aiguille 30 sont en bronze au phosphore ou en acier recouvert de cuivre ou d'aluminium pour réduire la résistance électrique. Une telle solution ne permet pas de réaliser une tête d'impression par empilement des aiguilles.
La fig. 10 illustre une variante d'aiguille 34 dans laquelle les 5 zones d'inflexion moins rigides 35 sont réalisées en tordant les lamelles de section rectangulaire constituant l'aiguille, de 90° autour de l'axe longitudinal de manière que la largeur de ces lamelles soit perpendiculaire à la direction des forces engendrées par induction magnétique des aimants 36 sur les lamelles de l'aiguille 34 parcourues io par un courant électrique. Par contre, entre les aimants 36 c'est l'épaisseur des lamelles qui définit l'entrefer. La largeur des lamelles étant dans le plan de l'entrefer, leur rigidité dans cette portion est donc plus grande vis-à-vis des forces exercées que celle des zones d'inflexion et l'entrefer est minimum.
15 La fig. 11 montre comment on peut réaliser avec de telles aiguilles une tête d'impression à aiguilles multiples. Etant donné que de telles aiguilles ne peuvent pas être purement et simplement empilées, l'empilement des aiguilles 34 peut être réalisé avec interposition de lames de fer 37 destinées à compenser la différence entre la largeur 20 des lamelles des zones d'inflexion moins rigides 35 et l'épaisseur des lamelles des parties plus rigides reliant ces zones d'inflexion 35. Ces lames de fer permettent de renforcer l'induction en jouant le rôle de concentrateurs et d'obtenir ainsi un effet d'entrefer faible. Les extrémités des aiguilles 34 doivent alors être rapprochées les unes des 25 autres de part et d'autre de l'aiguille située au centre de la tête d'impression.
R
3 feuilles dessins

Claims (6)

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1. Imprimante matricielle à aiguilles comprenant un jeu d'aiguilles (1) dont chacune est reliée à un support (2) et dont une extrémité est libre, des organes de guidage (3) de ces aiguilles et des moyens pour appliquer lesdites extrémités libres respectives contre une surface d'écriture (18) associée à des moyens de marquage sensibles à la presssion (17), chaque aiguille (1) étant formée d'un conducteur électrique dont une portion s'écarte latéralement d'un axe (x-x) reliant lesdits moyens de guidage (3) à l'extrémité solidaire dudit support (2) et qui est connecté, à ses deux extrémités, aux deux pôles respectifs d'une source de courant (8, 9; 16), un aimant permanent (7) étant disposé pour former un champ qui, en présence d'un courant dans ladite portion du conducteur engendre des forces électrodynamiques tendant à rapprocher, respectivement à éloigner cette portion dudit axe (x-x), suivant le sens du courant, caractérisée par le fait que ledit conducteur formant chaque aiguille comporte deux parties symétriques situées dans un plan (lia, 11b, 12; 22, 23; 26) et dont ledit axe (x-x) constitue l'axe de symétrie, ce conducteur comportant deux segments de part et d'autre de la portion écartée latéralement dudit axe (x-x), segments dans lesquels les brins de conducteur sont adjacents l'un à l'autre, les brins du segment adjacents audit support étant isolés électriquement l'un de l'autre et connectés à deux bornes de ladite source de courant (16), les brins de l'autre segment étant en contact électrique entre eux, le plan de ce conducteur étant disposé entre les pôles dudit aimant permanent (7), formant un champ magnétique homogène dont les lignes de force sont perpendiculaires audit plan.
2. Imprimante selon la revendication 1, caractérisée par le fait que ladite source de courant (8, 9; 16) comporte un générateur d'impulsions (8) relié au primaire d'un transformateur (9) dont le secondaire est connecté à l'une desdites aiguilles (1).
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REVENDICATIONS
3. Imprimante selon la revendication 1, caractérisée par le fait que lesdits conducteurs formant lesdites aiguilles (1) sont de section rectangulaire avec le grand axe de la section situé dans le plan des aiguilles respectives, plusieurs aiguilles étant empilées dans l'entrefer d'un aimant permanent (7) générateur dudit champ magnétique avec interposition d'isolant électrique entre ces aiguilles, des portions moins rigides (4, 5, 6; 28) étant ménagées le long des aiguilles pour former des zones d'articulation.
4. Imprimante selon la revendication 1, caractérisée par le fait qu'un transducteur ultrasonique (13, 20, 31) est associé aux aiguilles (1) ou à la surface d'écriture (18).
5. Imprimante selon l'une des revendications 1 ou 4, caractérisée par le fait que les conducteurs formant lesdites aiguilles (1) sont de section rectangulaire constante avec le grand axe de la section situé dans le plan des aiguilles respectives, des portions d'articulations moins rigides (35) étant ménagées le long des aiguilles en orientant le grand axe de la section rectangulaire des conducteurs respectifs perpendiculairement au plan des aiguilles, un empilement de ces aiguilles dans l'entrefer dudit aimant étant réalisé avec interposition de lames de fer (37) dans les portions des aiguilles où le grand axe de leur section est dans le plan des aiguilles pour compenser la plus faible hauteur occupée dans l'empilement par rapport auxdites portions d'articulation (35).
6. Imprimante selon l'une des revendications 1 ou 4 dans laquelle le transducteur ultrasonique est associé à une extrémité de chacune desdites aiguilles (13, 31), caractérisée par le fait que la section du conducteur est rectangulaire et constante avec le grand axe de cette section parallèle au champ magnétique dans l'entrefer de l'aimant (7, 33), que la longueur totale de l'aiguille correspond à un multiple entier de la demi-longueur d'onde dudit transducteur alors qu'elle est reliée audit support à son point nodal situé à égale distance de ses deux extrémités.
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