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(11) | EP 0 124 465 A1 |
| (12) | DEMANDE DE BREVET EUROPEEN |
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| (54) | Dispositif de contrôle de charge, et son application au contrôle de la vitesse des gouttes d'encre d'une imprimante à jet d'encre. |
| (57) L'invention concerne un dispositif de contrôle de charge de gouttes d'encre chargée
électrostatiquement. Il est constitué d'un détecteur de charge (100) coopérant avec un circuit électronique (12). Ce détecteur comporte au moins un cylindre intérieur conducteur (3) destiné à être relié par un fil coaxial (11) à un circuit électronique (12); ce cylindre intérieur (3) étant disposé concentriquement par rapport à un cylindre creux conducteur extérieur (1) relié à la masse (M) dont il en est isolé électriquement par un fourreau isolant (2). Une fente calibrée de largeur et de longueur (L) est pratiquée de telle sorte qu'elle libère un passage à travers ce détecteur pour les gouttes chargées qui en passant devant le cylindre intérieur (3) induit un signal exploité par le circuit électronique (12). Un tel dispositif peut également servir à contrôler la vitesse des gouttes, notamment en vue d'asservir les moyens de mise en pression de l'encre pour rendre cette vitesse constante. |
[0001] L'invention concerne un dispositif de contrôle de charge des gouttes dans une imprimante à jet d'encre, ainsi que son application au contrôle de la vitesse desdites gouttes.
[0002] La technique d'écriture par projection d'encre utilisant un jet continu de gouttelettes calibrées, fournies par un système de modulation, nécessite de charger électrostatiquement ces gouttelettes au moyen d'une électrode appropriée. Le passage de ces gouttes chargées de manière variable entre des plaques portées à un fort potentiel conduit à une déflexion des gouttes proportionnelles à la charge et qui, combinée avec le déplacement d'un support, permet l'obtention de matrices de caractères imprimés.
[0003] Le bon fonctionnement du dispositif exige l'introduction de moyens de contrôle de la précision de la charge des gouttes. Ceux- ci doivent répondre à un certain nombre d'exigences dont les principales sont notamment le faible encombrement et la grande rusticité. Le dispositif ne doit pas pouvoir se dérégler, ni être altéré par l'environnement chimiquement agressif. Enfin, il doit être efficace et pour cela il ne doit pas risquer d'être perturbé par les champs électriques avoisinants.
[0004] La présente invention a précisément pour objet un dispositif capable de contrôler la charge des gouttes dans une imprimante à jet d'encre répondant à tous ces critères. Elle concerne donc plus précisément un dispositif de contrôle de charge de gouttes d'encre fragmentées et chargées électrostatiquement en vue d'être déviées pour constituer une matrice de caractères imprimés sur un support ; caractérisé en ce qu'il comprend un détecteur de charge constitué par la combinaison d'un cylindre creux, conducteur, extérieur, relié à la masse M pour constituer un blindage ; d'un cylindre isolant inséré dans le cylindre creux extérieur et en contact intime avec lui dans lequel est noyé au moins un cylindre plein 3, ce cylindre intérieur 3, isolé électriquement du blindage étant relié à un fil coaxial destiné à être lui-même relié à un circuit électronique, une fente de largeur (e) et de longueur (L) étant pratiquée et positionnée dans ce détecteur de telle sorte qu'elle se trouve sur la trajectoire des gouttes chargées qui la traversent sans toucher ses parois ; la charge de chacune de ces gouttes passant devant le cylindre intérieur, conducteur, induisant un signal exploité par le circuit électronique.
[0005] L'invention concerne également l'application de ce dispositif de contrôle de charge, au contrôle de la vitesse de gouttes d'un jet d'encre. En effet, dans une imprimante à jet d'encre, un certain nombre de paramètres de fonctionnement doivent être conservés malgré les variations inévitables d'environnement. C'est le cas notamment de la vitesse des gouttes : celle-ci doit être maintenue constante malgré les modifications des caractéristiques de l'encre comme la viscosité qui peut évoluer au cours du temps. En effet, sous l'influence des variations de la température ambiante, ou suite à des conditions de fonctionnement générant un surcroît d'échauffement, une évaporation du solvant intervient à plus ou moins long terme. Il en résulte une évolution concommitante de la viscosité donc de la vitesse. La présente invention a donc également comme but de pallier ces inconvénients et concerne un procédé de contrôle de la vitesse des gouttes d'encre ; caractérisé en ce qu'il consiste à asservir les moyens de mise en pression de l'encre au temps (T) que met chaque goutte pour parcourir une distance (D) ; cette distance étant obtenue grâce à la mise en oeuvre d'un dispositif de contrôle de charge, conforme à l'invention.
[0006] L'invention sera mieux comprise à l'aide des explications qui vont suivre et des figures jointes parmi lesquelles :
Les figures la, lb, lc, représentent schématiquement, vu de face, selon une coupe AA et selon une coupe BB, un exemple de réalisation d'un dispositif conforme à l'invention ;
Les figures 2a et 2 b représentent schématiquement, vu de face, selon une coupe AA et une coupe BB, une variante de réalisation d'un dispositif conforme à l'invention ;
La figure 3 est une représentation schématique d'un circuit électronique destiné à coopérer avec un dispositif selon l'invention pour la mesure de la charge des gouttes.
[0007] Pour plus de clarté, les mêmes éléments portent les mêmes références dans toutes les figures.
[0008] Comme le montre la figure la, complétée par les figures lb et lc, un dispositif conforme à l'invention est essentiellement constitué par un détecteur 100 se représentant sous la forme d'un ensemble cylindrique 1 en matériau conducteur, par exemple en acier inoxydable d'un diamètre de quelques millimètres, par exemple 6 mm. Cet ensemble cylindrique comporte un alésage dans lequel est introduit un second tube 2 qui, selon une caractéristique de l'invention, est réalisé en matériau isolant, par exemple un polymère fluoré tel que du PTFE et qui est introduit dans le cylindre 1 de telle sorte que sa surface externe soit en contact parfait avec la surface interne du cylindre 1 sur une longueur déterminée inférieure à celle du cylindre 1. Conformément à l'invention, ce tube isolant 2 constitue un fourreau à l'intérieur duquel, est introduit un cylindre plein 3 en matériau conducteur, par exemple en acier inoxydable de telle sorte que ce cylindre 3 soit véritablement noyé dans le matériau isolant et que la liaison entre lui et le fourreau isolant 2 soit aussi intime que possible. Dans cet ensemble, on pratique une fente 10 sur une profondeur ou longueur (L) et une largeur ou épaisseur (e). Cette profondeur (L) peut être de l'ordre de 7 à 9 mm et cette épaisseur (e) de l'ordre de 0,5 à 0,7 mm, par exemple 0,6 mm:
Ce dispositif étant destiné à être mis en place dans une tête d'impression à jet d'encre, il est impératif que les gouttes d'encre traversent la fente 10 suivant son axe sans toucher évidemment les parois de celle-ci. Pour cela, il est recommandé de réaliser cette fente 10 lorsque le dispositif, appelé aussi électrode de charge, est déjà fixée à sa place et en position correcte dans la tête d'impression.
[0009] Selon une caractéristique importante de l'invention, pour permettre la mesure de la charge des gouttes transitant à travers la fente 10, on relie le cylindre intérieur 3 par un fil coaxial 11 à un circuit électronique de mesure de charge 12. Ce fil coaxial 11 est relié à ce cylindre 3 par tout moyen connu, par exemple au moyen d'une vis 15. Un fil de masse 16 relie le cylindre extérieur 1 à la masse M, faisant alors jouer à ce dernier un rôle de blindage.
[0010] Les figures 2 a et 2b représentent schématiquement une variante de réalisation d'un dispositif conforme à l'invention.
[0012] L'intérieur de ce cylindre extérieur 1, constituant le blindage du dispositif est rempli sur une certaine longueur par un matériau isolant 21, de même nature que celui qui a été décrit dans la variante de réalisation précédente, à savoir un polymère fluoré tel qu'un PTFE. Selon une caractéristique de l'invention, deux trous sont percés dans le fourreau isolant 21, trous dans lesquels sont introduits deux cylindres pleins 31 et 32 qui se trouvent noyés dans le fourreau isolant 2. Enfin, une fente 10 est réalisée comme dans le cas précédent sur une longueur (L) et une épaisseur (e). Les cylindres 31 et 32 sont l'un et l'autre reliés à un circuit électronique de commande (non représentés sur les figures 2a et 2b). Une telle structure permet d'effectuer deux mesures successives de la charge des gouttes qui transitent dans la fente, l'une au niveau du cylindre plein 31 et l'autre, au niveau du cylindre plein 32.
[0013] Un exemple de réalisation non limitatif d'un circuit électronique 12 destiné à coopérer avec un détecteur 100 conforme à l'invention est représenté schématiquement sur la figure 3.
[0014] Le détecteur 100 constitué de son blindage extérieur 1, mis à la masse m et de sa fente 10 est relié par un tube coaxial 11 à l'entrée E du circuit 12. Celui-ci comporte quatre parties essentielles, la première A qui est constituée par la combinaison d'une Résistance RI et deux diodes dl et d2 de polarité inversée a pour fonction de protéger le dispositif contre des surtensions accidentelles provenant de la présence de hautes tensions sur le détecteur 100. La seconde B est un filtre passe-bande constitué par un amplificateur (Al - R5 - C2) à gain élevé.
[0015] L'entrée positive de ce dernier est reliée à une résistance RI reliée elle-même à la masse tandis que son entrée négative est reliée également à la masse m à travers la résistance R4 et le circuit parallèle Résistance - Condensateur (R3 - CI).
[0016] Le signal à la sortie de l'amplificateur Al est appliqué à un comparateur à hysteresis D à travers une cellule C constituée par un condensateur C3 et une résistance R6 dont la fonction est de bloquer le passage des tensions continues ; ce comparateur à hysteresis constitué par un amplificateur A2, deux résistances R7 et R8 et un potentiomètre Pl fournit à la sortie S du circuit électronique 12, un signal logique utilisable par des moyens de contrôle de type connu, capables de mesurer l'amplitude du signal présent à la sortie S.
[0017] Comme cela a déjà été dit précédemment, une telle électrode de contrôle de charge peut également accomplir une seconde fonction : à savoir celle de dispositif de contrôle de la vitesse des gouttes d'encre comme cela est expliqué ci-après.
[0018] Une imprimante à jet d'encre est essentiellement constituée de manière classique :
- d'un réservoir d'encre,
- d'une pompe de mise en pression de cette encre,
- d'un transducteur piezo électrique chargé de fractionner le jet,
- d'une électrode de charge,
- d'une électrode de contrôle de charge,
- de plaques de déflexion.
[0019] Conformément à l'invention, la mise en pression de l'encre dans l'imprimante est assurée au moyen d'une pompe à engrenage d'un type connu en soi commandé par un moteur pas à pas. Ce sont précisément les qualités de ces moyens de mise en pression que l'on utilise dans la présente invention pour, selon une caractéristique importante, ramener la vitesse de chaque goutte à une valeur constante en faisant varier la pression en fonction précisément de l'évolution de cette vitesse.
[0020] Le procédé conforme à l'invention consiste donc à mesurer en permanence la vitesse des gouttes et à asservir à cette donnée, le fonctionnement de la pompe de mise en pression.
[0021] Dans une première variante de mise en oeuvre du procédé, la mesure de la vitesse consiste à déterminer le temps (T) qui s'écoule entre le moment où la première goutte quitte le jet ; ce phénomène intervient dans la zone dite "zone de brisure" et le moment où cette goutte passe dans une électrode dont la fonction première est de contrôler la charge de chaque goutte et qui est dénommée pour cela "électrode de contrôle de charge". Or, pour un niveau d'excitation donnée des transducteurs piezo électriques dont la fonction est précisément de fractionner le jet en gouttelettes, on connaît la zone de brisure donc la distance (D) comprise entre cette dernière et l'électrode de contrôle de charge. De la distance (D) parcourue et du temps (T) mis par la goutte pour la parcourir se déduit donc sa vitesse (V).
[0022] Pour cela, on prélève au niveau de l'électrode de charge l'information donnant l'instant (t) ou se produit la charge d'une goutte et au niveau de l'électrode de contrôle de charge l'instant (tl) correspondant à la détection de la charge de cette goutte et l'on compare (tl - t) ce qui donne le temps de parcours (T) et donc la vitesse (V). Une telle information est avantageusement prise au niveau du circuit 12.
[0023] La procédure de régulation mise en oeuvre dans cette première variante de réalisation du procédé conforme à l'invention est décrite ci-après.
[0024] Lors d'une mise en service de l'imprimante, l'ensemble des électrodes de charge et de contrôle de charge étant hors circuit, on donne au moteur pas à pas selon un programme pré-déterminé un point de consigne correspondant à une vitesse de rotation considérée comme maximale. La pression délivrée est alors très supérieure à la pression normale, de l'ordre de une fois et demie. On met en circuit les électrodes de charge et de contrôle de charge qui conformément à l'invention, outre leur fonction première vont jouer ici une seconde fonction à savoir celle de détecteur de l'instant de passage des gouttes à leur niveau. Compte tenu de la pression élevée, la brisure du jet est très éloignée de l'ajutage et se situe à l'extérieur de l'électrode de charge ou, en tous les cas, pas au milieu de celle-ci comme c'est le cas en fonctionnement normal. On charge alors légèrement quelques gouttes de manière à mesurer l'effet de l'application de cette tension de charge. Celle-ci est suffisamment faible pour que les gouttes chargées ne soient néanmoins pas suffisamment déviées pour sortir de la gouttière de récupération. On suit alors l'évolution des signaux de mesure de la charge sur l'électrode de contrôle de charge, alors que le programme de la machine commande à celle-ci de faire diminuer progressivement la vitesse de rotation du moteur et donc de la pression.
[0025] A partir d'une certaine pression, la brisure est détectée. Elle se situe à une extrémité de l'électrode de charge. La modification de la pression cesse alors de se faire de manière programmée. Le moteur fait quelques pas (de l'ordre de 3 à 4) suffisant et juste suffisant pour qu'une diminution de pression supplémentaire ait lieu, telle que la zone de brisure se trouve ramenée au centre de l'électrode de charge. La pression appliquée au moment où ce résultat est obtenu, conduit à une vitesse de jet déterminée par exemple très voisine de 20 mètres par seconde correspondant au temps (T). La machine est alors prête à fonctionner.
[0026] Durant le fonctionnement de l'imprimante on mesure en permanence, comme cela a été dit précédemment le temps (T) s'écoulant entre le moment où la goutte quitte le jet (zone de brisure) et le moment où sa charge est mesurée dans l'électrode de contrôle de charge. La distance entre ces deux points est alors égale à (D). Donc, lorsque la viscosité ou les caractéristiques de l'encre varient, on asservit la fréquence d'alimentation du ou des moteurs pas à pas commandant la ou les pompes de mise en pression de l'encre pour conserver la valeur de (T) constante.
[0027] Dans cette première variante de réalisation décrite ci- dessus, on néglige les variations de position de la brisure dues à l'influence de la viscosité sur l'excitation piezo-électrique du transducteur, or, l'expérience montre que si très souvent on peut en faire effectivement abstraction il n'en est pas moins vrai qu'elle existe.
[0028] Ainsi pour une valeur d'excitation piezo-électrique constante et tout autre paramètre étant égal par ailleurs, on observe un déplacement de cette zone de brisure en fonction de la viscosité.
[0029] Cette influence de la viscosité de l'encre sur la position de la zone de brisure qui donc en général est négligeable mais parfois peut être gênante est évitée grâce à une seconde variante du procédé conforme à l'invention et qui est maintenant décrite. Elle met en oeuvre une électrode de contrôle de charge du type de celui qui est décrit au moyen des figures 2a et 2b. Une telle structure permet d'effectuer deux mesures successives de la charge des gouttes qui transitent dans la fente, l'une au niveau du cylindre plein 30 et l'autre, au niveau du cylindre plein 31, conformément à la présente invention, elle est en outre utilisée pour détecter deux instants de passage t et tl de chaque goutte au niveau de chacun des deux cylindres pleins 30 et 31. Dans ce cas la distance (D) entre les deux électrodes est déterminée et fixée par construction.
[0030] La mesure de ces deux charges faite dans le cadre du contrôle de celles-ci permet conformément à l'invention d'être exploitée dans un second but. Elle permet en effet la détection des deux temps de passage t et tl donc la mesure du temps T = tl - t qu'a mis la goutte pour parcourir la distance (D) entre l'axe des deux cylindres 30 et 31 et ce faisant elle permet de connaître la vitesse de chacune des gouttes.
[0031] Le paramètre Temps (T) étant ainsi mesuré dans l'une et l'autre variante de mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention on fait varier la fréquence d'alimentation des moteurs pas à pas qui commandent les pompes de mise en pression afin de conserver ce temps (T) constant.
[0032] Le procédé conforme à l'invention s'applique à toutes les têtes d'impression à jet d'encre comportant une électrode de charge et au moins une électrode de contrôle de charge et des moyens capables de faire varier la pression de l'encre, cette variation de pression étant commandée par des signaux prélevés au niveau des circuits électroniques commandant la charge des gouttelettes et le contrôle de cette charge.
[0033] Dans ces conditions, on dispose d'une machine absolument autonome quel que soit l'âge de l'encre, la durée journalière de fonctionnement et la température ambiante.
[0034] A un tel dispositif on peut d'ailleurs aussi associer un système d'alarme fonctionnant lorsque la pression se situe à l'extérieur d'une plage de valeurs pré-déterminées.
[0035] Un dispositif de contrôle de charge conforme à l'invention et tel qu'il vient d'être décrit s'avère très efficace pour mesurer des charges de gouttes n'excédant pas quelques picocoulombs. Il est destiné à équiper les têtes d'impression pour imprimante à jet d'encre, qu'il s'agisse de la variante simple ou de la variante double. Comme cela a déjà été dit précédemment, la réalisation de la fente 10 est de préférence réalisée lorsque le détecteur est déjà positionné dans la tête d'impression. Ainsi son centrage peut être optimisé ce qui accroît la fiabilité du dispositif.
1) Dispositif de contrôle de charge des gouttes ` d'encre fragmentées et chargées
électrostatiquement en vue d'être déviées pour constituer une matrice de caractères
imprimés sur un support ; caractérisé en ce qu'il comprend un détecteur de charge
constitué par la combinaison d'un cylindre conducteur, creux, extérieur (1), relié
à la masse M pour constituer un blindage ; d'un cylindre isolant (2) inséré dans le
cylindre creux extérieur (1) et en contact intime avec lui ; dans lequel est noyé
au moins un cylindre plein, conducteur, intérieur (3), ce cylindre plein isolé électriquement
du cylindre extérieur (1) étant relié à un fil conducteur coaxial (11) destiné à être
lui-même relié à un circuit électronique (12) une fente (10) de largeur (e) et de
longueur (L) étant pratiquée et positionnée dans ce détecteur de telle sorte qu'elle
se trouve sur la trajectoire des gouttes chargées qui la traversent, sans toucher
ses parois, la charge de chacune des ces gouttes passant devant le cylindre plein
conducteur (3) induisant un signal exploité par le circuit électronique (12).
2) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que cette largeur (e) est
comprise entre 0,5 et 0,7 mm et cette longueur (L) est de l'ordre de 7 mm.
3) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est constitué par
deux cylindres pleins (31) et (32) isolés du cylindre extérieur (1) par un cylindre isolant (21), la fente (10) de largeur (e) et de longueur (L) étant pratiquée de telle sorte
que chaque goutte chargée passe successivement devant le premier et le second cylindre
conducteur intérieur (3) et (31) induisant à chaque fois un signal exploité par un circuit électronique (12).
4) Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il
comporte un filtre passe-bande (B) à gain élevé coopérant avec un comparateur à hysteresis
(D) fournissant un signal logique utilisable par des moyens de contrôle permettant
de mesurer l'amplitude du signal présent sur le détecteur.
5) Application d'un dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisée
en ce qu'il met en oeuvre un procédé de de contrôle de la vitesse des gouttes d'encre
d'une imprimante à jet d'encre, consistant à repérer, d'une part l'instant (t) de
la brisure du jet, d'autre part l'instant (tl) de passage au niveau de l'électrode
de contrôle de charge de la goutte formée ; à en déduire le temps t = tl = t ; la
distance (D) étant alors la distance séparant la zone de brisure où se forment les
gouttes et l'électrode de contrôle de charge ; les moyens de mise en pression étant
asservis, au temps (T) que met chaque goutte pour parcourir cette distance (D).
6) Application selon la revendication 5 ; caractérisée en ce que cette distance (D)
correspond à la distance séparant le premier et le second cylindre conducteur (31) et (32) ; le temps (T) étant obtenu en repérant les instants de passage (t et tl) d'une
goutte respectivement au niveau de ce premier et de ce second cylindre conducteur
(31) et (32).
7) Application selon l'une des revendications 5 et 6 ; caractérisée en ce qu'elle
consiste à mettre en oeuvre, comme moyens de mise en pression, la combinaison d'au
moins une pompe à engrenage entraînée par au moins un moteur fonctionnant pas à pas,
et à faire varier la fréquence d'alimentation du moteur en fonction du temps (T) de
manière à maintenir ce temps (T) constant.
8) Application selon l'une des revendications précédentes ; caractérisée en ce qu'elle
met en oeuvre un procédé qui consiste à établir un programme de mise en pression initial
tel que dans un premier temps la pression soit suffisamment élevée pour que la zone
de brisure se situe à l'extérieur de l'électrode de charge ; à diminuer progressivement
la vitesse de rotation du moteur et donc de la pression jusqu'à ce que la zone de
brisure soit détectée ; à faire faire au moteur un nombre de pas nécessaire et suffisant
assurant une diminution supplémentaire telle que la brisure se produise au milieu
de l'électrode de charge ; à mesurer le temps (T) mis par les gouttes alors formées
pour parcourir la distance (D) ; et à maintenir ensuite durant tout le fonctionnement
de l'imprimante ce temps (T) constant.
9) Imprimante à jet d'encre caractérisée en ce qu'elle est équipée d'une tête d'impression
comportant un dispositif de contrôle de charge selon l'une des revendications précédentes.
10) Imprimante selon la revendication 9 ; caractérisée en ce que la fente (10) est
pratiquée lorsque le dispositif de contrôle de charge est déjà positionné dans la
tête de telle sorte qu'elle se trouve parfaitement axée sur la trajectoire des gouttes.