ДЕРЖАТЕЛЬ ПЕРА В ГРАФОПОСТРОИТЕЛЕ Советский патент 1994 года по МПК G01D9/06 G01D15/00 

Изобретение относится к автоматически пишущим устройствам в вычислительной технике.

В практике создания регистрирующих приборов известны графопостроители, в каждом из которых перемещаемая по прямоугольным координатам чертежная (пишущая) головка содержит держатель пера, посредством которого записывается информация. С возникновением тенденции и развитием направления вести графическую запись не одним, а попеременно несколькими перьями, разнящимися, например, по цвету изображения или толщине написания линий, возникла необходимость создания многоцветных или многоперьевых головок (например, многоперьевая пишущая головка по авт. св. СССР N 310115, кл. G 01 D 15/16, 1971 г. ), в которых содержалось столько держателей, сколько перьев задействовалось в устройстве. Однако поскольку скорость построения графиков и качество записи в значительной мере зависят от инерционности подвижной системы, т. е. от общей массы, перемещающей перо конструкции, то со временем для уменьшения веса пишущей головки пришлось вернуться к разработкам устройств с одним возимым пером, но со средствами его автоматической смены. Одним из важнейших органов таких средств является держатель, с помощью которого осуществляется изъятие пера из магазина перьев, фиксирование его положения относительно пишущей головки и удерживание в камере держателя в процессе нанесения информации на носитель записи.

Известно реверсивное устройство для замены перьев (патент США N 4417258, кл. G 01 D 15/00, публикация 1983 г.). Устройство используется в графопостроителе, на котором смонтирован имеющий возможность автоматически перемещаться механизм замены перьев, удерживающий одно из них при вычерчивании графика. Захват и фиксирование пера производится посредством подпружиненного поворотного рычага, свободный конец которого представляет защелку в форме кулачка. Такой рычаг выполняет также роль схвата при вырывании пера из гнезда (камеры) одного из жестко прикрепленных к графопостроителю приспособлений, снабженного таким же рычагом с защелкой.

Недостатком устройства является нежесткое удерживание пера по его диаметру, допускающее люфт пера в гнезде в процессе построения графика, тогда как удерживание пера по высоте жесткое, не обеспечивающее достаточно мягкого соударения пера с планшетом при подаче пера по вертикали к носителю записи. Подвижный механизм для замены и удерживания перьев состоит из двух секций, одна из которых всегда бывает свободной и оказывается лишним грузом при записи информации.

Известно устройство смены пера с ортогональным захватом пера из револьверной головки (патент США N 4660054, кл. G 01 D 9/00, 15/16, 9/28, публикация 1987 г.). Держатель этого устройства состоит из фиксированного удерживающего рычага и связанного с ним (посредством оси, пружины и ограничивающего штифта) подвижного удерживающего рычага, имеющего возможность поворачиваться свободным концом к свободному концу фиксируемого рычага и обратно. На свободных концах рычага имеются заостренные фасонные выступы, позволяющие этим рычагам входить поочередно внешними или внутренними поверхностями в контакт с идентичными рычагами магазина перьев, при этом подвижный рычаг имеет возможность прижимать перо к фиксированному рычагу посредством пружины. Каждый из рычагов состоит из верхней и нижней частей, выполненных в виде полок, на которые сажается перо и, опираясь на которые, удерживается по высоте. Жесткий захват пера по высоте требует постановки строгих допусков на охватывающие и охватываемые размеры, а жесткое удерживание пера по высоте нежелательно ввиду того, что подача пера к планшету, на котором расположен носитель записи, должна быть как можно мягче во избежание ударной нагрузки при столкновении пера с планшетом (резкие жесткие удары создают шум и являются причиной быстрого износа пишущего конца пера).

Недостатком этого устройства является наличие большого количества деталей, усложняющих держатель и утяжеляющих в целом конструкцию, перемещающую столь легкий предмет как перо и предназначенную для качественного и быстрого построения графиков.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является держатель, входящий в приспособление для смены пера в рисующем устройстве с автоматическим управлением (заявка Франции N 2466053, кл. G 06 K 15/22, G 01 D 9/06, 15/00, 1981 г. ). Подвижная каретка устройства содержит камеру с упругими рычагами для удерживания одного из пишущих перьев после его захвата этими рычагами из камеры магазина перьев. Упругие рычаги имеют на свободных концах утолщения в форме удерживающих крючков, охватывающих перо по диаметру и фиксирующих его положение в камере подвижной каретки.

Недостатки, выявленные в аналогах, присущи и прототипу. Следствием недостаточно жесткого удерживания пера по диаметру является люфт пера по его высоте в направлении вычерчиваемой линии. Хотя люфт лежит в пределах едва ощутимого пошатывания пера, но из-за этого возможна самопроизвольная зигзагообразность линий, когда перо, контактируя с носителем записи, перемещается во всевозможных направлениях относительно носителя. По причине ненадежного удерживания пера по диаметру имеется возможность его выброса из камеры держателя во время его смены или из-за случайных неровностей на поле записи. Жесткое удерживание пера по высоте также идет вразрез с требованиями эксплуатации, ибо подача пера к планшету должна быть, наоборот, как можно более мягкой, пружинящей. Жесткий удар способствует быстрому износу пишущего конца пера, когда в качестве последнего взят фломастер, или возникновению шума, если пишущий конец металлический. Наличие в подвижной каретке средств для крепления и подпружинивания рычагов и необходимость применения в конструкции полок для удерживания пера по высоте не позволяет придать устройству для смены пера наилегчайший вес (в заявке Франции по данному техническому решению эти средства и полки не отображены, а рассмотрен принцип смены пера и показано его удерживание по диаметру).

Цель изобретения - повышение надежности захвата пера.

Для этого, в держателе пера в графопостроителе, содержащем камеру для установки пера с первой парой фиксаторов, имеющих на свободных концах крючки, выполненные с возможностью фиксации пера по его диаметру, камера с первой парой фиксаторов выполнена в виде единой тонкостенной металлической оболочки и снабжена второй парой фиксаторов, между которыми и перпендикулярно им расположены фиксаторы первой пары, крючки которых отогнуты внутрь камеры, при этом фиксаторы второй пары выполнены с вырезами, закругленными у основания в соответствии с диаметром пера, с возможностью фиксации пера в камере по диаметру и высоте при помощи крючков первой пары фиксаторов.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что предлагаемый держатель отличается тем, что он состоит из тонкостенной детали, представляющей собой металлический корпус, который имеет не только пару фиксаторов, имеющих возможность упруго сходиться и расходиться, схватывая перо по диаметру и отпуская его, но имеет и пару фиксаторов, обладающих возможностью схватывать перо упруго по высоте. При этом первая пара фиксаторов, имеющая крючки, образованные посредством отгибов, фиксирует перо крючками жестко в пазах второй пары фиксаторов, охватывающих перо посредством этих пазов по диаметру. Упругие свойства работающих во взаимоперпендикулярных направлениях двух пар фиксаторов позволяют вкупе с возможностью жесткой фиксации пера в камере держателя существенно повысить надежность захвата (удерживания) пера и работоспособность держателя пишущей головки, не препятствуя при этом легкой смене пера, которая производится, как и в прототипе, посредством взаимодействия двух держателей, когда упругие фиксаторы одного держателя отжимают от пера упругие фиксаторы другого держателя и завладевают пером. В результате сопоставительного анализа можно сделать вывод о соответствии заявляемого держателя критерию изобретения "новизна".

Сравнение нового решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области и смежных областях не позволило выявить такого рабочего органа, который имел бы упругие средства, автоматически сжимающие или отпускающие предмет одновременно в двух плоскостях при захвате или отдаче ими предмета, жестко удерживающие этот предмет в одной из этих плоскостей в процессе его работы и упруго контактирующие с этим предметом в другой плоскости во время выполнения той же работы. Таким образом, можно признать новое техническое решение соответствующим критерию "существенные отличия".

Держатель пера в графопостроителе отличается также тем, что с целью повышения долговечности работы за счет снижения усталостных напряжений фиксаторы первой пары могут быть выполнены у основания с дугообразными выпуклыми наружу изгибами, переходящими через сужающиеся конусные поверхности к крючкам. Такая конструкция первой пары фиксаторов позволяет ограничить их поперечный изгиб, при этом чем больше дуги, тем меньше поперечный изгиб, тем на меньшую величину расходятся фиксаторы при смене перьев и, значит, тем меньше усталостные напряжения. При оптимально выбранном радиусе изгиба дуг величина разжатия крючкообразных концов не выходит из габариты фиксаторов в их продольном сечении.

Таким образом, основные признаки изобретения работают на надежность захвата пера (жесткое схватывание по диаметру и упругое по высоте), в том числе на повышение надежности удерживания пера при его перемещении по носителю записи в процессе построения графиков (жесткость удерживания) и на более надежное контактирование пера с носителем записи (упругое воздействие на перо второй пары фиксаторов), а зависимые признаки позволяют свести к минимуму вероятность излома выполненного из тонкопластинчатого металла держателя.

На фиг.1 и 2 дана в двух проекциях конструкция держателя пишущей головки графопостроителя; на фиг.3 и 4 - в двух проекциях держатель с удерживаемым им пером; на фиг.5 и 6 в двух проекциях показана стыковка держателя пишущей головки с неподвижным держателем при захвате пера (при его смене) из магазина перьев.

Держатель пера в графопостроителе содержит камеру 1 с первой парой фиксаторов a, имеющих на свободных концах крючки b, выполненные с возможностью фиксации пера 2 по его диаметру. Камера 1 с первой парой фиксаторов a выполнена в виде единой тонкостенной металлической оболочки и снабжена второй парой фиксаторов c и d, между которыми перпендикулярно им расположены фиксаторы первой пары, крючки b которых отогнуты внутрь камеры, при этом фиксаторы с и d второй пары выполнены с вырезами, закругленными у основания в соответствии с диаметром пера 2, с возможностью фиксации пера в камере при помощи крючков фиксаторов a.

Прикрепленный посредством отверстия 1 (показаны на фиг.3 и 5) к пишущей головке (не показана) графопостроителя и заряженный пером 2 держатель 1 работает следующим образом.

По команде с графопостроителя он имеет возможность автоматически перемещаться по координатам X, Y (см. фиг.4) и в ходе перемещения автоматически приподниматься (по стрелке Z, фиг.3) на 1-2 мм над носителем записи 3 и опускаться на эту же величину (на фиг.3 держатель показан в крайнем нижнем положении, когда пишущий конец пера 2 контактирует с носителем 3), причем все эти движения выполняются на высокой скорости - от 0,2 до 1 м/с. Перо 2, прижимаемое с определенным усилием (не показанным на чертеже пружинно-рычажным механизмом, входящим, как и рассматриваемый держатель, в узел пишущей головки графопостроителя) к носителю 3, не может иметь люфта в направлении записи по координатам X, Y, несмотря на то, что фиксаторы a имеют упругие свойства: крючки b этих фиксаторов, выполненные в отличие от прототипа не охватывающими перо по диаметру на отрезке его окружности, а отогнутыми внутрь камеры 1, фиксируют перо в ней жестким его прижатием по диаметру к полуокружностям пазов фиксаторов с и d. Жесткое фиксирование пера в камере-держателе не только препятствует его выпадению при автоматической смене пера или при его столкновении со случайными препятствиями, но и напрочь исключает сколь-нибудь легкое его пошатывание (вихляние) в ней, что очень важно при перемещениях держателя по декартовым координатам, когда перо находится в контакте с носителем записи. Сочетанием стабильной надежности удерживания пера при любых направлениях его движения с предельно легким весом держателя в значительной степени обеспечивает устойчивость динамических характеристик графопостроителя, что в конечном итоге способствует улучшению качества вычерчиваемых автоматически пишущим прибором линий (полностью исключается их зигзагообразность, которая не должна быть допустима особенно в случаях нанесения густой графической сетки) и повышению точности графопостроения при максимально быстром перемещении пера.

На фиг. 5 и 6 показана возможность захвата из магазина перьев пера 2, которое хранится на двухъярусной полке 4 и удерживается внутри нее посредством держателя 5, состоящего только из крючкообразных упругих фиксаторов (первой пары), удерживающих перо по диаметру, Механизм смены пера посредством рассматриваемого устройства идентичен механизму смены пера в прототипе. Однако вновь разработанный держатель отличается от известного следующей удовлетворяющей надежность захвата пера особенностью. Если перо можно ввести в камеру 1 не только посредством автоматической передачи, но и легко выполнить эту операцию вручную по ходу отгиба крючков b, то уперевшиеся в находящееся в камере перо крючки не позволяют вывести его из камеры также вручную: перо стремится не столько раздвинуть упругие фиксаторы a, сколько разогнуть крючки, которые при их относительно малой величине и относительно крутом загибе обладают большой жесткостью и потому препятствуют извлечению пера из камеры (принцип работы упругой пары фиксаторов с удерживающими крючками можно сравнить с принципом действия лап гарпуна). Для того чтобы извлечь перо 2 из камеры 1, например для заправки чернилами или пастой, оператору необходимо передать его автоматически в держатель 5 магазина перьев, откуда оно выводится вручную простым поднятием вверх, так как лежит буртиком на верхнем ярусе полки 4 освобожденное от держателя 1.

Если во избежание даже едва ощутимого вихляния пера относительно поля записи в процессе нанесения графической информации требуется как можно более жесткий его захват по диаметру, то захват пера по высоте, наоборот, желателен как можно более мягкий, пружинящий, потому, что перо подается, причем нередко с большой частотой (например, при нанесении рядов букв, цифр, других знаков) резко по вертикали к носителю записи. Благодаря упругой паре фиксаторов c и d, охватывающей перо по высоте, резкий удар пера 2 о планшет носителя записи 3 (см. фиг.3) смягчается, значит, приглушается звук удара металлического шарика отечественного пера и предохраняется от износа пишущий конец пера-фломастера фирмы Faber-Gastell (в настоящее время оба этих типа перьев используются в отечественных гарфопостроителях). Но основной эффект от введения в держатель второй пары фиксаторов состоит в том, что усилилась надежность контакта пера с носителем записи, повысилась надежность его удерживания в процессе перемещений пишущей головки и в процессе смены пера.

Дугообразные изгибы в основании пары фиксаторов a (см. фиг.2, 4 и 6) выполнены с целью противодействия поперечному изгибу и уменьшения усталостных деформаций. Это позволяет обеспечить долговечность держателя как средства, посредством которого то и дело производится смена пера, в процессе которой паре упругих фиксаторов с крючкообразными свободными концами приходится то сходиться, то расходиться на величину, зависящую от диаметра пера.

Предлагаемый держатель можно выполнить из тонколистовой (порядка 0,3 мм) стали марки 60С2А или 65Г с последующей термообработкой, придающей пластинчатому материалу устойчивые упругие свойства. Деталь относительно сложна конфигурацией, поэтому в массовом производстве должна быть изготовлена штамповкой. Однако может быть выполнена и вручную, слесарным способом, так как не требует строгих допусков на размеры, сопрягаемые с пером. Свободная простановка допусков на такие размеры объясняется тем, что расстояния между упругими элементами, охватывающими перо по диаметру и высоте, задаются с таким расчетом, чтоб только иметь гарантированный натяг при захвате пера этими элементами. Округлая в месте изгиба форма удерживающих крючков, расширение вырезов второй пары фиксаторов в сторону их свободных концов и наличие на этих концах язычков, отогнутых в стороны, противоположные поверхностям пера, к которым этим фиксаторы прилегают, - такие конструктивные особенности позволяют оконечностям обеих пар фиксаторов, легко скользя по соответствующим поверхностям пера, войти в упругий контакт с пером и состыковать с ним держатель в магазине перьев, и, кроме того, также способствуют тому, чтобы сложную по конфигурации деталь можно было бы изготовить по нежестким требованиям к технологическим допускам конструкции. Для наиболее ходовых перьев с диаметром его удерживаемой крючками части равным 11 мм оптимальная величина угла сгиба крючков должна быть равной 45^о, а радиус изгиба дуг в основании крючкообразных фиксаторов должен соответствовать 3,5 мм (чертежи выполнены в масштабе 2:1). Предельно малый вес (тонкостенная металлическая оболочка весит всего 1,8 г) держателя пишущей головки способствует придачи ей малоинерционности, во многом обуславливающей качественное построение графиков быстродействующим регистрирующим прибором.

Использование предлагаемого технического решения позволяет повысить надежность захвата пера. Наряду с достижением поставленной цели приобретается возможность повысить скорость построения графиков, улучшить качество записываемой информации, увеличить срок службы записывающих элементов, ослабить шум от соударения пера с планшетом, обеспечить достоверность нахождения пера в держателе пишущей головки (перо из камеры не извлекается вручную, его смена производится только через магазин). Надежность и долговечность работы устройства подтверждены проведенными испытаниями.

Использование: в автоматически пишущих устройствах в вычислительной технике. Цель: повышение надежности захвата пера. Сущность изобретения: держатель пера содержит камеру для установки пера с первой парой фиксаторов, имеющих на свободных концах крючки, выполненные с возможностью фиксации пера по его диаметру. Камера с первой парой фиксаторов выполнена в виде единой тонкостенной металлической оболочки и снабжена второй парой фиксаторов, между которыми и перпендикулярно им расположены фиксаторы первой пары, крючки которых отогнуты внутрь камеры, при этом фиксаторы второй пары выполнены с вырезами, закругленными у основания в соответствии с диаметром пера, с возможностью фиксации пера в камере по диаметру и высоте при помощи крючков первой пары фиксаторов. 6 ил.

1. ДЕРЖАТЕЛЬ ПЕРА В ГРАФОПОСТРОИТЕЛЕ, содержащий камеру для установки пера с первой парой фиксаторов, имеющих на свободных концах крючки, выполненные с возможностью фиксации пера по его диаметру, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности захвата пера, камера с первой парой фиксаторов выполнена в виде единой тонкостенной металлической оболочки и снабжена второй парой фиксаторов, между которыми и перпендикулярно им расположены фиксаторы первой пары, крючки которых отогнуты внутри камеры, при этом фиксаторы второй пары выполнены с вырезами, закругленными у основания в соответствии с диаметром пера, с возможностью фиксации пера в камере по диаметру и высоте при помощи крючков первой пары фиксаторов. 2. Держатель по п.1, отличающийся тем, что, с целью повышения долговечности работы за счет снижения усталостных напряжений, фиксаторы первой пары выполнены у основания с дугообразными выпуклыми наружу изгибами, переходящими через сужающиеся конусные поверхности к крючкам.