WO1986003718A1 - Imprimante matricielle a aiguilles - Google Patents

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WO1986003718A1
WO1986003718A1 PCT/CH1985/000176 CH8500176W WO8603718A1 WO 1986003718 A1 WO1986003718 A1 WO 1986003718A1 CH 8500176 W CH8500176 W CH 8500176W WO 8603718 A1 WO8603718 A1 WO 8603718A1
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WO
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conductor
needle
air gap
force
current
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PCT/CH1985/000176
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Inventor
Jacques Vermot-Gaud
Didier Joyeux
Original Assignee
Battelle Memorial Institute
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/22—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by selective application of impact or pressure on a printing material or impression-transfer material
    • B41J2/23—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by selective application of impact or pressure on a printing material or impression-transfer material using print wires
    • B41J2/235—Print head assemblies
    • B41J2/25—Print wires
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/22—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by selective application of impact or pressure on a printing material or impression-transfer material
    • B41J2/23—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by selective application of impact or pressure on a printing material or impression-transfer material using print wires
    • B41J2/27—Actuators for print wires

Definitions

  • the subject of the present invention is a needle matrix printer comprising a set of needles, each of which is slidably mounted longitudinally and is associated with a flexible electrical conductor over at least part of its length, situated in a plane containing this needle, one of which portion is engaged with the middle part of this conductor, at least one segment thereof being located in the air gap of a permanent magnet with a homogeneous magnetic field perpendicular to said plane, a lateral force acting on this conductor when it is crossed by a current.
  • this solution activates the needle by pushing it from its middle.
  • this needle must be able to deform easily to allow the displacement of its free end towards the writing surface and, on the other hand, that it must be sufficiently rigid to resist compression, it is necessary to simultaneously satisfy two conflicting requirements.
  • actuation mode moves the needle with a speed which tends towards zero and an increasing compressive force so that the kinetic energy also tends towards zero.
  • This actuation mode is therefore not suitable for a printing mode in which the ink is transferred following an impact, from its support to the sheet to be printed.
  • JP-A-58 145 467 describes a printer in which each needle is slidably mounted and its rear end bears against a segment of electrical conductor immersed in a homogeneous magnetic field. One end of this conductor is fixed, while its other end is mounted longitudinally sliding, so that when a current crosses this conductor, a lateral force is exerted on it. This force causes the lateral deformation of this conductor by longitudinal sliding of its end. This laterally deformed part of the conductor acts on the rear end of the needle and thus displaces it longitudinally.
  • each plate has a length equivalent to the width of the writing surface. This implies a magnet of great length and sufficient rigidity of the plates, therefore a width and a thickness proportional to this length, hence a high mass which implies a large current to actuate the plate at high speed.
  • the beé example indicating 40 watts, in can easily calculate that each plate must be supplied by a current of 70 A. This poses problems, given that such a current must be created in 1 millisecond and that the blade must be supplied with this high current. Indeed, the current having to pass through the elastic suspension elements where the passage section is reduced by the cutouts, the elastic tongues are liable to be deteriorated by an exaggerated heating.
  • the object of the present invention is precisely to remedy at least in part the drawbacks of the above-mentioned solutions.
  • the subject of this invention is a needle matrix printer according to claim 1.
  • the solution proposed by this invention has several advantages.
  • the electrodynamic actuation is dissociated from the needle so that one can have a rigid needle and an electrical conductor for flexible actuation.
  • the flexible conductor works exclusively in traction.
  • the needle receives kinetic energy capable of creating a pulse of sufficient force to effect a good transfer of ink from the ink carrier to the surface to be printed.
  • the air gap of the magnet can be of the same order of magnitude as the transverse dimension of the conductor perpendicular to the plane of this air gap.
  • This solution makes it possible to communicate large strokes on the hands, of the order of a millimeter with accelerations of the order of 6000 m / s 2 , which is much higher than existing solutions.
  • the masses involved are also very small.
  • the current flow section is constant so that there are no heating points of the conductor.
  • the elasticity of the conductor is good and can be limited to certain parts of it without increasing either the mass or the cross-section of the current.
  • the non-flexible parts can be made of aluminum increasing the electromechanical conversion efficiency.
  • Fig. 1 is a perspective view of an embodiment.
  • Fig. 2 is a perspective view of a variant of FIG. 1.
  • Fig. 3 is a perspective view of another variant.
  • Fig. 4 is a perspective view of yet another variant.
  • Fig. 5 is a perspective view of a variant of FIG. 3
  • Fig. 1 illustrates an embodiment in which a single needle 1 has been shown only for the sake of simplification. It is however obvious that several needles could be arranged in a stack for example. What is described here by way of example for a needle is obviously valid for each needle of a needle matrix printer.
  • the needle 1 is guided by two bearings 2 and 3 in a direction perpendicular to a sheet to be printed 4 placed on a support roll 5, an ink ribbon 6 being called to pass between the front point of the needle 1 and the sheet to be printed 4, in a known manner.
  • This needle 1 is connected by a stop 7 which is integral with it, to an electrical conductor 8 which, in this example, consists of a thin flexible copper tape, formed as a hairpin, fixed at its two ends with two elements of support 9 and 10 integral, like the bearings 2 and 3 of the needle 1, for example of a carriage (not shown), movable along an axis parallel to that of the roller 5.
  • This same carriage is intended to carry a permanent magnet 11 in the air gap of which the electrical conductor 8 is located.
  • the ends of this conductor are connected to the secondary of a transformer 12, the primary of which is connected to a source of current pulses 13.
  • Tests have been carried out with such a needle structure using an electrical conductor 8 formed from a CuAg strip 50 ⁇ m thick and 0.7 mm wide.
  • the length between the anchor points 9 and 10 and the hairpin loop is 3 cm, the needle 1 itself is made of a tungsten wire of 0.35 mm in diameter.
  • the maximum spacing between the two strands of the electrical conductor 8 is of the order of 3 mm.
  • the elongation e of needle 1 following the application of a current 1 A in conductor 8 with a magnetic cha ⁇ p of 0.5 Tesla is 100 to 200 ⁇ m. This is a static regime which does not correspond to reality since the needle is actuated according to a dynamic principle by brief current pulses. In this case, with pulses of 5 A during 0.5 ms, elongations e of needle 1 are measured from 200 to 400 ⁇ m.
  • the strands of the conductor 8 at rest are slightly curved towards the outside rod illustrated in FIG. 1, position in which a spacing of the strands results in a greater elongation of the needle than from parallel and straight strands.
  • FIG. 2 It essentially consists in spreading the anchor points 9 and 10 of the conductor 8 so that the deformation induced by the electromagnetic forces applied to the conductors 8 during the passage of a current I results in an elongation of the respective needles equal to the deflection of the conductor subjected to forces F.
  • the configuration of fig. 2 is, from this point of view, optimal since the entire amplitude of the deformation of the conductor 8 is transmitted to the needle 1. Furthermore, this conductor 8 works in traction like that of FIG. 1.
  • each pole N and S of the permanent magnet 11 can be shaped as a staircase 14, a milling 15 being intended to allow the passage of the needles 1.
  • the complementary configuration of the pole S (not shown) of the magnet 11 makes it possible to provide a minimum air gap, substantially corresponding to the width of the section of each conductor 8 and thus ensure a high magnetic induction. This configuration with the conductors 8 parallel to the printing surface makes it possible to obtain a compact needle matrix printer head.
  • the variant of fig. 3, which is directly applicable to the needle matrix print head of FIG. 2 makes it possible to avoid this triangulation effect by making the portion 8a of the conductor 8 which is disposed in the air gap of the permanent magnet 11 more rigid.
  • the rigidity of the portion 8a can be obtained simply by twisting the ribbon 90 ° around its longitudinal axis so that its width is in the plane d 'application of the force F. Therefore, the portions 8b of the conductor provide the elastic suspensicn of the portion 8a which, it does not deform and allows to remove the triangulation effect resulting from a completely flexible conductor.
  • the air gap of the magnet 11 can be further reduced.
  • the portion of the conductor 8 located in the air gap of the magnet 11 could be made more rigid by increasing the thickness of this portion, for example by welding a segment of the same strip against this portion of the conductor.
  • Tests by static supply of an electrical conductor 8 of the type illustrated in FIG. 2 were carried out to measure the elongation of the needle.
  • the electrical conductor 8 is produced from an AgMgO wire with a diameter of 0.25 mm having a straight portion of 4 cm, the needle 1 being produced from a tungsten wire with a diameter of 0.35 mm and 35 mm long with a mass of 68 mg.
  • the elongations measured are 0.06 mm for 0.2 A; 0.12 for 0.4 A; 0.17 for 0.6 A; 0.22 for 0.8 A; and 0.28 for 1 A.
  • the tests were carried out with a mechanism similar to that illustrated in FIG. 3 with a needle identical to that used previously, ie a needle cut from an AgMgO wire of 0.25 min in diameter at a length of 25 min representing a mass 12.5 mg.
  • the conductor 8 is produced from a CuAg ribbon 50 ⁇ m thick and 1.5 mm wide, representing a mass of approximately 0.60 mg / mm.
  • the total length of the wire between the sup ports 9 and 10 is 75 mins.
  • the length of the portion 8a located in the air gap of the arm is 50 mm.
  • the electrical resistance R of conductor 8 is around 40 m ⁇ .
  • the magnetic induction B in the air gap of the magnet is approximately 0.75 Tesla.
  • the conductor 8 is supplied by an alternating positive and negative pulse train of 0.4 volts of 500 ⁇ s.
  • the power dissipated in the useful part of approximately 60 mm in length is 2 watts.
  • the acceleration is a
  • the speed reached at the end of the 500 ⁇ s pulse is:
  • the corresponding energy is:
  • the positive pulse I accelerates the mass up to approximately 2.5 m / s at the time of impact against the surface to be printed which is located approximately 0.7 mm from the tip of the needle in rest position.
  • the negative pulse decelerates the needle and is added to the rebound of the needle against the paper and its support to bring the needle back.
  • it can still re be accelerated by shifting the negative pulse relative to the rebound following the impact against the surface to be printed and reducing the duration of this negative pulse accordingly. For example, you can offset this pulse by 0.2 ms and reduce it to 0.3 ms so that the needle does not move back beyond the rest position.
  • the same speed and the same kinetic energy are obtained, but the dissipated power is then divided by 4, ie 0.5 watt. However, the frequency is reduced by 40%.
  • the supply of the conductor 8 is preferably carried out using a transformer 12.
  • the primary of this transformer which is connected to the pulse source 13 can be for example 50 turns and the secondary connected to the conductor 8 of 2 turns.
  • a voltage of 10 V at the primary and a current of 0.4 A gives the secondary a voltage of 0.4 V and a current of 10 A.
  • the supply of the conductor 8 can also be carried out, without transformer, by means of power transistors, preferably of transistors with weak field effect and resistance in the conductive state.
  • the solution illustrated in fig. 4 is a variant of that of FIG. 3, in which the more rigid segment 8a is constituted by an aluminum strip which is welded at its respective ends to the bent portions 8b which are made of a strip or a wire of a CuAg alloy. Thanks to this solution, the fact of using an aluminum strip in the air gap of the magnet makes it possible to improve the electromechanical conversion efficiency. Indeed, this yield given by the formula:
  • Fig. 5 shows another variant of FIG. 3 in which two conductors 8 and 8 ′ are arranged in parallel in the same plane and therefore in the same air gap of a magnet 11.
  • the two conductors are in the plane of the air gap, which makes it possible to reduce the air gap occupied to the strict minimum, corresponding to the thickness of the only conductors 8 and 8 '.
  • a transverse groove 11a is formed in a polar face of the magnet 11 to allow the passage of the needles 1 and the.
  • the part of the needle l ' which passes under the conductor 8 and which is welded under the conductor 8' has a flat 11a to reduce its thickness.
  • the needle matrix printer according to this invention makes it possible to produce a compact print head, of simple construction and giving an impression having good contrast.
  • the type of electrodynamic actuator (a conductive element immersed in a magnetic induction) is particularly suitable for adjusting the impact force of the printing needle thanks to the fact that the driving force is proportional algebraically aware. It is therefore possible to reduce the impact force by using for example a negative current pulse following the positive pulse. This will significantly reduce the level of the source of acoustic noise. However, the printing force being reduced, this reduction can advantageously be offset by an additional supply of energy. It is indeed possible, for example, to replace the support roller 5 of FIG. 1 by an anvil formed by an ultrasonic transducer.

Landscapes

  • Electromagnets (AREA)
  • Printers Or Recording Devices Using Electromagnetic And Radiation Means (AREA)
  • Impact Printers (AREA)
  • Measurement And Recording Of Electrical Phenomena And Electrical Characteristics Of The Living Body (AREA)

Abstract

Cette imprimante comporte une série d'aiguilles (1) associée chacune à un conducteur électrique (8) qui s'étend dans l'entrefer d'un aimant permanent (11). Les extrémités de chaque conducteur sont fixées à des supports respectifs (9, 10) et sont connectées sélectivement à une source de courant pour faire passer un courant (I) dans ces conducteurs, de sorte qu'en présence du champ magnétique dans l'entrefer, une force (F) sollicite le conducteur (8) qui communique à l'aiguille (1) une élongation (e) en direction de la surface à imprimer.

Description

IMERIMANTE MATRICIELLE A AIGUILLES
La présente invention a pour objet une iirprimante matricielle à aiguilles comprenant un jeu d'aiguilles dont chacune est montée coulissante longitudinalement et est associée à un conducteur électrique souple sur au moins une partie de sa longueur, situé dans un plan contenant cette aiguille, dont une portion est en prise avec la partie médiane de ce conducteur, au moins un segment de celui-ci étant situé dans l'entrefer d'un aimant permanent à champ magnétique homogène perpendiculaire audit plan, une force latérale s'exerçant sur ce conducteur lorsqu'il est traversé par un courant.
On a déjà proposé dans le GB-A-1,423,518 d'actionner une aiguille d'imprimante matricielle électrodynamique. A cet effet, on a formé une boucle le long d'une portion de l'aiguille écartée latéralement de son axe de guidage. On fait passer dans cette aiguille des impulsions de courant, cette boucle étant placée vis-à-vis de l'extrémité d'un barreau magnétique qui produit un champ magnétique divergeant en direction de la boucle de l'aiguille. Lorsqu'une impulsion de courant parcourt cette boucle, celle-ci a tendance à embrasser le flux magnétique maximum sortant du barreau magnétique de sorte que la boucle est attirée vers l'extrémité du barreau. une telle solution présente de gros inconvénients. Elle ne permet notamment pas l'empilement de plusieurs aiguilles en raison de la présence des boucles, de sorte que la réalisation d'une imprimante matricielle à plusieurs aiguilles est pratiquement irréalisable. Par ailleurs, cette solution actionne l'aiguille en la poussant depuis son milieu. Comme, d'une part, cette aiguille doit pouvoir se déformer facilement pour permettre le déplacement de son extrémité libre vers la surface d'écriture et, d'autre part, qu'elle doit être suffisamment rigide pour résister à la compression, il est nécessaire de satisfaire simultanément deux exigences contradictoires. On doit encore signaler qu'un tel mode d'actionnement déplace l'aiguille avec une vitesse qui tend vers zéro et une force de compression croissante de sorte que l'énergie cinétique tend elle aussi vers zéro. Ce mode d'actionnement n'est donc pas adapté à un mode d'impression dans lequel l'encre est transférée consécutivement à un impact, de son support à la feuille à imprimer. Le JP-A-58 145 467 décrit une imprimante dans laquelle chaque aiguille est montée coulissante et son extrémité arrière prend appui centre un segment de conducteur électrique plongé dans un champ magnétique homogène. Une extrémité de ce conducteur est fixe, tandis que son autre extrémité est montée longitudinalement coulissante, de sorte que lorsqu'un courant traverse ce conducteur, une force latérale s'exerce sur lui. Cette force provoque la déformation latérale de ce conducteur par coulissement longitudinal de son extrémité. Cette partie du conducteur déformée latéralement agit sur l'extrémité arrière de l'aiguille et la déplace ainsi longitudinalement.
Cette solution présente un inconvénient important. En effet, étant denné que l'aiguille est poussée axialement par la portion du conducteur fléchie latéralement, la force exercée sur cette aiguille est limitée par la flexibilité inhérente à ce conducteur. Dès que l'aiguille rencontre une résistance à son déplacement, le conducteur fléchit en sens contraire, de sorte que la force de frappe et/ou de compression de l'aiguille ne peut être que faible et ne dépasse en aucun cas la force nécessaire pour faire fléchir le conducteur, laquelle doit être évidemment aussi faible que possible. Cette solution associe donc deux conditions contradictoires.
Une autre solution électrodynamique a été décrite dans le US A-3 918 567, proposant un empilement de marteaux constitués par des plaquettes présentant des languettes élastiques formées par des découpages et destinées à permettre un déplacement transversal de ces plaquettes, plongées dans un champ magnétique perpendiculaire à leurs plans lorsqu'un courant est envoyé longitudinalement le long de ces plaquettes.
La réalisation d'une telle solution pose des problèmes pratiques extrêmement difficiles à résoudre. Chaque plaquette présente une longueur équivalente à la largeur de la surface d'écriture. Ceci implique un aimant de grande longueur et une rigidité suffisante des plaquettes, donc une largeur et une épaisseur proportionnelles à cette longueur, d'où une masse élevée qui implique un courant important pour actionner la plaquette à grande vitesse. L'exemple denné indiquant 40 watts, en peut facilement calculer que chaque plaquette doit être alimentée par un courant de 70 A. Ceci pose des problèmes, étant donné qu'un tel courant doit être créé en 1 milliseconde et que la lame doit être alimentée avec ce courant élevé. En effet, le courant devant passer à travers les éléments de suspension élastiques où la section de passage est réduite par les découpages, les languettes élastiques risquent d'être détériorées par un échauffement exagéré. Avec cette conception dans laquelle l'élasticité est réalisée par des languettes découpées dans une plaquette, ces languettes sent très courtes et subissent une fatigue inportante. Si on diminue leur épaisseur pour réduire cette fatigue, c'est alors la surchauffe due au passage du courant qui augmente encore. Ces languettes relativement courtes ne permettent qu'une course proportionnellement limitée des organes de frappe, cette course étant inférieure à 0,25 mm. En outre, cette course et la vitesse de déplacement sont également limités par le courant maximum qui peut être atteint. De l'exemple dé¬
2 crit, l'accélération n'est que de 2400 m/sec ce qui donne, sans tenir compte de l'absorption importante de force par les languettes élastiques de suspension, un temps de déplacement de 1,5 milliseconde pour une course de 0,25 mm. L'empilement de plaquettes entre les pôles de l'aimant crée un entrefer important proportionnel au nombre de plaquettes. Enfin l'enclume centre laquelle les plaquettes viennent frapper est très peu rigide diminuant l'effet de rebond réduisant l'énergie cinétique récupérable. On constate donc que cette solution présente de nombreux inconvénients et qu'elle ne permet sans doute pas de répondre aux contraintes auxquelles les imprimantes par points doivent faire face.
On a encore proposé une autre solution électrodynamique dans le SU-A-867 682, document dans lequel les organes de frappe sont constitués par des plaquettes solidaires de conducteurs sous forme de rubans, les plaquettes s'étendant dans des plans respectifs perpendiculaires à ceux des rubans conducteurs. Ces rubans sont fixés à leurs extrémités respectives et présentent deux légères courbures pour leur conférer une certaine élasticité dans le sens de leur déformation. Cette solution présente plusieurs inconvénients. Les plaquettes qui servent à rigidifier la partie centrale des rubans conducteurs sont lourdes. Les légères courbures destinées à conférer de l'élasticité aux rubans créent une trop grande fatigue du métal, l'entrefer est proportionnel à la largeur des rubans et à leur nombre. Une telle solution est incapable de répondre aux exigences aux quelles sont soumises les imprimantes par points.
Le but de la présente invention est précisément de remédier au moins en partie aux inconvénients des solutions susmentionnées.
A cet effet, cette invention a pour objet une imprimante matricielle à aiguilles selon la revendication 1.
La solution proposée par cette invention présente plusieurs avantages. L'actionnement électrodynamique est dissocié de l'aiguille de sorte que l'on peut avoir une aiguille rigide et un conducteur électrique d'actionnement souple. Le conducteur souple travaille exclusivement en traction. L'aiguille reçoit une énergie cinétique apte à créer une impulsion de force suffisante pour réaliser un bon transfert d'encre du support encreur à la surface à inprimer. L'entrefer de l'aimant peut être du même ordre de grandeur que la dimension transversale du conducteur perpendiculaire au plan de cet entrefer. L'empilement de plusieurs aiguilles ne pose pas de problème, ce qui est particulièrement intéressant dans le cas d'une imprimante matricielle et peut se faire sans que l'entrefer soit proportionnel au nombre d'aiguilles eirpilées.
Cette solution permet de communiquer aux aiguilles des courses importantes, de l'ordre du millimètre avec des accélérations de l'ordre de 6000 m/s2, ce qui est très supérieur aux solutions existantes. Les masses en jeu sont également très faibles. La section de passage du courant est constante de sorte qu'il n'y a pas de points d'échauffement du conducteur. L'élasticité du conducteur est bonne et peut être limitée à certaines parties de celui-ci sans augmenter ni la masse ni la section de passage du courant. Les parties non flexibles peuvent être réalisées en aluminium augmentant le rendement de conversion électromécanique.
Le dessin annexé illustre schématiquement et à titre d'exemple, une forme d'exécution et des variantes de l'imprimante matricielle à aiguilles objet de la présente invention.
La fig. 1 est une vue en perspective d'une forme d'exécution.
La fig. 2 est une vue en perspective d'une variante de la fig. 1.
La fig. 3 est une vue en perspective d'une autre variante.
La fig. 4 est une vue en perspective d'une autre variante encore. La fig. 5 est une vue en perspective d'une variante de la fig.3
La fig. 1 illustre une forme d'exécution dans laquelle une seule aiguille 1 a été représentée uniquement par souci de simplification. Il est toutefois évident que plusieurs aiguilles pourraient être disposées selon un empilement par exemple. Ce qui est décrit ici à titre d'exemple pour une aiguille est évidemment valable pour chaque aiguille d'une imprimante matricielle à aiguilles.
L'aiguille 1 est guidée par deux paliers 2 et 3 selon une direction perpendiculaire à une feuille à iπprimer 4 placée sur un rouleau de support 5, un ruban encreur 6 étant appelé à défiler entre la pointe avant de l'aiguille 1 et la feuille à imprimer 4, de façon connue. Cette aiguille 1 est reliée par une butée 7 qui lui est solidaire, à un conducteur électrique 8 qui, dans cet exemple, est constitué par un mince ruban souple en cuivre, formé en épingle à cheveux, fixé à ses deux extrémités à deux éléments de support 9 et 10 solidaires, comme les paliers 2 et 3 de l'aiguille 1, par exemple d'un chariot (non représsenté), mobile selon un axe parallèle à celui du rouleau 5. Ce même chariot est destiné à porter un aimant permanent 11 dans l'entrefer duquel se trouve le conducteur électrique 8. Les extrémités de ce conducteur sont connectées au secondaire d'un transformateur 12 dont le primaire est connecté à une source d'impulsions de courant 13.
Lorsqu'une impulsion de courant I passe dans le conducteur électrique 8, des forces F s'exercent sur ce conducteur 8. Etant donné que les extrémités de ce conducteur sont fixées aux éléments de support 9 et 10, ces forces se traduisent par un gonflement de l'épingle à cheveux formée par le conducteur 8 de sorte que la portion coudée de l'épingle à cheveux se rapproche des éléments de support 9 et 10 et entraîne l'aiguille 1 vers l'avant.
Des essais ont été réalisés avec une telle structure d'aiguille en utilisant un conducteur électrique 8 formé à partir d'un ruban CuAg de 50 μm d'épaisseur et de 0,7 mm de largeur. La longueur entre les points d'ancrage 9 et 10 et la boucle en épingle à cheveux est de 3 cm, l'aiguille 1 proprement dite est réalisée en un fil de tungstène de 0,35 mm de diamètre. L'écartement maximum entre les deux brins du conducteur électrique 8 est de l'ordre de 3 mm. L'élongation e de l'aiguille 1 consécutivement à l'application d'un courant de 1 A dans le conducteur 8 avec un chaπp magnétique de 0,5 Tesla est de 100 à 200 μm. Il s'agit là d'un régime statique qui ne correspond pas à la réalité étant donné que l'aiguille est actionnée selon un principe dynamique par de brèves impulsions de courant. Dans ce cas, avec des impulsions de 5 A durant 0,5 ms, on mesure des élongations e de l'aiguille 1 de 200 à 400μm.
Compte tenu du mode de travail selon lequel le ruban constituant le conducteur électrique 8 travaille en traction et peut être aussi souple que possible, la fatigue du conducteur est très faible. Au contraire, l'aiguille 1 qui doit être relativement rigide ne subit pas de fatigue. Les élongations obtenues en régime dynamique sont importantes sans que la déformation du conducteur 8 ne le soumette à une fatigue excessive. On peut remarquer que pour obtenir une bonne élongation de l'aiguille 1, il est préférable que les brins du conducteur 8 au repos soient légèrement incurvés vers l'extérieur canne illustré par la fig. 1, position dans laquelle un écartement des brins se traduit par une élongation plus importante de l'aiguille qu'à partir de brins parallèles et rectilignes.
On peut également envisager une autre configuration pour augmenter encore l'elongation de l'aiguille. Cette configuration est illustrée par la variante de la fig. 2. Elle consiste essentiellement à écarter les points d'ancrage 9 et 10 du conducteur 8 de manière que la déformation induite par les forces électromagnétiques appliquées aux conducteurs 8 lors du passage d'un courant I se traduise par une élongation des aiguilles respectives égale à la déflexion du conducteur soumis à des forces F.
En observant la fig. 2, on retrouve sensiblement les mêmes éléments que ceux de la fig. 1, les éléments présentant les mêmes fonctions, étant désignés par les mêmes signes de référence.
Cette configuration présente plusieurs avantages sur la forme d'exécution illustrée par la figure 1. Cornue on le constate immédiatement, l'elongation e de l'aiguille 1 correspond à la déformation latérale du conducteur 8 soumis à la force de déflexion électromagnétique F. L'elongation e est donc maximum dans le cas de cette configuration.
Or, pour obtenir une impression avec un maximum de contraste, il est nécesssaire de conférer à l'aiguille une énergie cinétique aus si grande que possible à partir d'une force F appliquée pendant un temps t. Comme cette énergie cinétique W est:
W = F x e
e étant l'elongation de l'aiguille 1 pendant le temps t, on voit qu'il y a intérêt à ce que e soit le plus élevé possible pendant ce temps t. Cette élongation e sera d'autant plus élevée que la masse m de l'aiguille 1 est faible pour une force F et un temps t, c'està-dire une fréquence donnée
Figure imgf000009_0001
alors que l'énergie cinétique
Figure imgf000009_0002
Donc, la configuration de la fig. 2 est, de ce point de vue, optimale puisque toute l'amplitude de la déformation du conducteur 8 est transmise à l'aiguille 1. Par ailleurs, ce conducteur 8 travaille en traction comme celui de la fig. 1.
D'autres avantages sont liés à la structure de la fig. 2. Etant donné que seule une portion rectiligne des conducteurs 8 est située dans l'entrefer de l'aimant permanent 11, la largeur de l'entrefer ne doit correspondre qu'à un peu plus que l'amplitude de la déflexion latérale du conducteur 8. De ce fait, en adoptant la configuration illustrée par la fig. 2, chaque pôle N et S de l'aimant permanent 11 peut être conformé en escalier 14, un fraisage 15 étant destiné à permettre le passage des aiguilles 1. La configuration complémentaire du pôle S (non représenté) de l'aimant 11 permet de ménager un entrefer minimum, correspondant sensiblement à la largeur de la section de chaque conducteur 8 et d'assurer ainsi une induction magnétique élevée. Cette configuration avec les conducteurs 8 parallèles à la surface d'impression permet d'obtenir une tête d'imprimante matricielle à aiguilles compacte.
On peut cependant mentionner le fait que l'efficacité de la force électrodynamique appliquée au conducteur 8 est divisée par 2 en raison de l'effet de triangulation consécutif à la déformation latérale du conducteur 8, de sorte que la force F agissant sur l'ai guille 1 correspond à
F = 0,5 f x 1
f étant les forces élémentaires s'exerçant le long du conducteur 8 sur toute la longueur 1 de l'entrefer, avec f = BI, B étant l'induction magnétique et I le courant.
La variante de la fig. 3, qui est directement applicable à la tête d'impression matricielle à aiguilles de la figure 2 permet d'éviter cet effet de triangulation en rendant plus rigide la portion 8a du conducteur 8 qui est disposée dans l'entrefer de l'aimant permanent 11. Comme on le constate, avec un conducteur 8 en forme du ruban, la rigidité de la portion 8a peut être obtenue simplement en tordant de 90° le ruban autour de son axe longitudinal de manière à ce que sa largeur se trouve dans le plan d'application de la force F. De ce fait, les portions 8b du conducteur assurent la suspensicn élastique de la portion 8a qui, elle, ne se déforme pas et permet de supprimer l'effet de triangulation résultant d'un conducteur complètement souple.
Du fait de la rigidité de cette portion 8a, on obtient: F = 1 x f1 ce qui permet d'augmenter notablement l'énergie cinétique puisque
Figure imgf000010_0001
la valeur F étant le numérateur de la fraction et se trouvant élevée au carré.
En outre, l'entrefer de l'aimant 11 peut être encore réduit.
A titre d'exemple et pour fixer les idées, avec un conducteur 8 présentant une partie 8a de 4 cm de longueur, une induction magnétique de 0,8 Tesla, un courant I de 10 A appliqué pendant 0,5 ms, on obtient une force motrice F de 0,32 N.
Si la masse de l'aiguille 1 est de 50.10 kg, on obtient une énergie cinétique de 0,25.10-3 J, qui est largement suffissante pour assurer un bon contraste d' impression.
Dans le cas de la variante de la fig. 2, la portion du conducteur 8 située dans l'entrefer de l'aimant 11 pourrait être rendue plus rigide en augmentant l'épaisseur de cette portion, par exemple en soudant un segment du même ruban contre cette portion du conducteur.
Des essais par alimentation statique d'un conducteur électrique 8 du type de celui illustré par la figure 2 ont été réalisés pour mesurer l'elongation de l'aiguille. Le conducteur électrique 8 est réalisé à partir d'un fil de AgMgO d'un diamètre de 0,25 mm présentant une portion droite de 4 cm, l'aiguille 1 étant réalisée en un fil de tungstène de 0,35 mm de diamètre et de 35 mm de longueur présentant une masse de 68 mg. Les élongations mesurées sont de 0,06 mm pour 0,2 A; 0,12 pour 0,4 A; 0,17 pour 0,6 A; 0,22 pour 0,8 A; et 0,28 pour 1 A.
Des essais semblables réalisés avec la structure illustrée par la fig. 3 avec un conducteur 8 réalisé à l'aide d'un ruban de CuAg d'une section de 0,05 x 1 mm dont la portion 8a présente une longueur 1 de 4 cm et une longueur entre les portions coudées 8b de 7,1 cm et d'une aiguille AgMgO de 0,25 mm de diamètre et de 25 mm de longueur, dont la massse est de 12,5 mg, ont donnés les élongations suivantes, toujours en régime statique, 0,43 mm avec un courant de 0,2 A; 0,884 rrm avec 0,4 A; 1,284 mm avec 0,6 A; 1,720 mm avec 0,8 A et 2,030 mm avec 1,0 A. On constate qu'entre les formes d'exécutions des figs 2 et 3 et avec une aiguille légère, l'elongation est, à courant égal, presque d'un ordre de grandeur supérieur dans le cas de la figure 3.
On constate en régime dynamique à fréquence supérieure à 100 - 200 Hz que le retour de l'aiguille n'a plus le temps de se produire, ce qui limite l'élongation utile et également la fréquence. C'est la raison pour laquelle on a procédé à des essais de commande positive du retour de l'aiguille en inversant le sens du courant I dans le conducteur 8.
Les essais ont été réalisés avec un mécanisme semblable à celui illustré par la figure 3 avec une aiguille identique à celle utilisée précédemment, soit une aiguille coupée dans un fil de AgMgO de 0,25 mn de diamètre à une longueur de 25 mn représentant une masse de 12,5 mg. Le conducteur 8 est réalisé à partir d'un ruban de CuAg de 50 μm d'épaisseur et de 1,5 mm de largeur, représentant une masse d'environ 0,60 mg/mm. La longueur totale du fil entre les sup ports 9 et 10 est de 75 mn. La longueur de la portion 8a se trouvant dans l'entrefer de l'arLmant est de 50 mm. La masse du conducteur est donc de 0,60 x 75 = 45 mg et la masse totale, aiguille plus conducteur, est donc de 45 + 12,5 = 60 mg. La résistance électrique R du conducteur 8 est d'environ 40 mΩ. L'induction magnétique B dans l'entrefer de l'aimant est d'environ 0,75 Tesla. On alimente le conducteur 8 par un train d'impulsion alternativement positives et négatives de 0,4 volt de 500μs. Le courant I est donc égal à:
Figure imgf000012_0001
La puissance dissipée dans la partie utile d'environ 60 mm de longueur est de 2 watts.
La force électrcdynamique engendrée est: B.1.I = 0,75.50.10-3.10 = 0,375 N.
L'accélération est
Figure imgf000012_0002
On constate à ce sujet que cette accélération est presque trois fois supérieure à celle que l'on obtient dans le US-A-3 918 567 cité précédemment, ce qui est considérable.
La vitesse atteinte à la fin de l'impulsion de 500μs est:
Figure imgf000012_0003
L'énergie correspondante est de:
Figure imgf000012_0004
Lors des essais, on constate que l'impulsion positive I accélère la masse jusqu'à environ 2,5 m/s au moment de l'impact contre la surface à imprimer qui se situe à environ 0,7 mm de la pointe de l'aiguille en position de repos. L'impulsion négative décélère l'aiguille et s'ajoute au rebond de l'aiguille contre le papier et son support pour ramener l'aiguille en arrière. Compte tenu de ces deux effets qui provoquent le retour de l'aiguille, celui-ci peut enco re être accéléré en décalant l'impulsion négative par rapport au rebond consécutif à l'impact contre la surface à imprimer et en réduisant en conséquence la durée de cette impulsion négative. Par exemple, on peut décaler cette impulsion de 0,2 ms et la réduire à 0,3 ms de manière que l'aiguille ne recule pas au-delà de la position de repos.
On peut signaler qu'en utilisant des impulsions de 5 A pendant un temps correspondant à:
0,5 ms x √2 = 0,7 ms
on obtient la rnême vitesse et la même énergie cinétique, mais la puissance dissipée est alors divisée par 4, soit 0,5 watt. Cependant, la fréquence est réduite de 40%.
Comme on l'a décrit en relation avec la figure 1, l'alimentation du conducteur 8 s'effectue de préférence à l'aide d'un transformateur 12. Le primaire de ce transformateur qui est connecté à la source d'impulsion 13 peut être par exemple de 50 spires et le secondaire connecté au conducteur 8 de 2 spires. Dans ce cas, une tension de 10 V au primaire et un courant de 0,4 A donne au secondaire une tension de 0,4 V et un courant de 10 A.
Bien entendu, l'alimentation du conducteur 8 peut aussi être réalisée, sans transformateur, au moyen de transistors de puissance, de préférence de transistors à effet de champ de tension et de résistance à l'état conducteur faibles.
La solution illustrée par la fig. 4 est une variante de celle de la fig. 3, dans laquelle le segment plus rigide 8a est constitué par un ruban d'aluminium qui est soudé à ses extrémités respectives aux portions coudées 8b qui sont en un ruban ou un fil d'un alliage CuAg. Grâce à cette solution, le fait d'utiliser dans l'entrefer de l'aimant un ruban d'aluminium, permet d'améliorer le rendement de conversion électromécanique. En effet, ce rendement étant donné par la formule:
Figure imgf000013_0001
où B = induction magnétique T = durée de l'impulsion ∫ = résistivité d = densité
dans le cas du cuivre d~1,8. 10-4 alors que dans le cas de l'aluminium? d~0,73.10-4.
La fig. 5 montre une autre variante de la fig. 3 dans laquelle deux conducteurs 8 et 8' sont disposés en parallèle dans un même plan et donc dans le même entrefer d'un aimant 11. Dans cette variante, les deux conducteurs sont dans le plan de l'entrefer, ce qui permet de réduire l'entrefer occupé au strict minimum, correspondant à l'épaisseur des seuls conducteurs 8 et 8'. A cet effet, une gorge transversale lia est ménagée dans une face polaire de l'aimant 11 pour permettre le passage des aiguilles 1 et l'. La partie de l'aiguille l' qui passe sous le conducteur 8 et qui est soudée sous le conducteur 8' présente un plat lia pour réduire son épaisseur.
Comme le montrent les différentes variantes décrites ci-dessus, l'imprimante matricielle à aiguilles conforme à cette invention permet de réaliser une tête d'impression compacte, de construction simple et donnant une impression présentant un bon contraste.
Il faut également noter que le type d'acticnneur électrodynamique (un élément conducteur plongé dans une induction magnétique) se prête particulièrement bien à un réglage de la force d'impact de l'aiguille d'impression grâce au fait que la force motrice est proportionnelle algébriquement au courant. Il est donc possible de réduire la force d'impact en utilisant par exemple une impulsion de courant négative suivant l'impulsion positive. Cela permettra de réduire considérablement le niveau de la source de bruits acoustiques. Toutefois, la force d'impression étant réduite, on pourra avantageusement compenser cette réduction par un apport additionnel d'énergie. Il est en effet possible, par exemple, de remplacer le rouleau support 5 de la fig. 1 par une enclume constituée par un transducteur à ultrasons.

Claims

REVENDICATIONS
1. Imprimante matricielle à aiguilles comprenant un jeu d'aiguilles dont chacune est montée coulissante longitudinalement et est associée à un conducteur électrique souple sur au moins une partie de sa longueur, situé dans un plan contenant cette aiguille, dent une portion est en prise avec la partie médiane de ce conducteur, au moins un segment de celui-ci étant situé dans l'entrefer d'un aimant permanent à champ magnétique homogène perpendiculaire audit plan, une force latérale s'exerçant sur ce conducteur lorsqu'il est traversé par un courant, caractérisée par le fait que les deux extrémités de ce conducteur sont solidaires de deux éléments d'ancrage respectifs, ce conducteur formant, entre ces éléments,, une boucle ouverte allongée, l'ouverture étant située soit à une extrémité soit sur un côté de cette boucle, le ou les brins longitudinaux de ces boucles respectives constituant ledit segment situé dans ledit entrefer, ladite force latérale s'exerçant sur le ou les brins longitudinaux pour déformer ladite boucle et déplacer ladite partie médiane dans l'axe longitudinal de ladite aiguille.
2. Imprimante selon la revendication 1, caractérisée par le fait que ledit conducteur est de section rectangulaire, le grand axe de cette section étant orienté perpendiculairement au plan de la force engendrée consécutivement au passage du courant dans ce conducteur.
3. Imprimante selon la revendication 1, caractérisée par le fait que le brin longitudinal de la boucle allongée ouverte sur un côté, situé dans ledit entrefer, est moins souple dans le plan de la force induite par le passage du courant que celle qui se situe à l'extérieur dudit entrefer.
4. Imprimante selon les revendications 2 et 3, caractérisée par le fait que la portion du brin longitudinal dudit conducteur située dans ledit entrefer, présente le grand axe de sa section dans le plan de ladite force alors que les portions situées à l'extérieur de cet entrefer ont le grand axe de ladite section perpendiculaire au plan de ladite force.
5. Imprimante selon la revendication 1, caractérisée par le fait que les deux pôles dudit aimant permanent sont conformés en escaliers parallèles et écartés l'un de l'autre de la valeur dudit entrefer, chaque degré de cet entrefer en escalier étant traversé longitudinalement par le brin longitudinal de la boucle allongée ouverte sur un côté, associée à une des aiguilles de l'imprimante, la largeur de chaque degré de cet entrefer en escalier correspondant sensiblement à l'amplitude du déplacement dudit brin sous l'effet de ladite force.
6. Iriprimiante selon la revendication 1, caractérisée par le fait que la portion dudit brin longitudinal de la boucle allongée ouverte sur un côté, située dans ledit entrefer est en aluminium, le reste dudit conducteur étant en cuivre.
7. Imprimante selon la revendication 1, caractérisée par le fait que deux aiguilles sont disposées côte à côte par rapport aux plans parallèles des pôles dudit entrefer, chacune étant associée à un conducteur respectif, ces conducteurs étant disposés l'un derrière l'autre par rapport aux extrémités avant desdites aiguilles, l'aiguille associée au conducteur disposé à l'arrière présentant une partie amincie à l'endroit où elle croise le conducteur disposé en avant.
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