Brevet FR2221279A1 — publié le 19741011

ta présente invention se rapporte à un dispositif imprimeur à Jet, en particulier pour mécanisme d'impression à éJection de encre, comprenant une chambre dont ltextrémité orientée vers le papier à imprimer est pourvue d'un ajutage d'écoulement, et dont l'autre extrémité est munie d'une admission pour le liquide d'impression venant d'un réservoir, le volume pouvant ttre modifié par des montées de pressions temporaires produites par un système d'excitation. Il existe déjà des dispositifs de ce type dans lesquels l'encre qui se trouve sous pression dans un réservoir d'encre est transférée à un tube pourvu d'un ajutage d'écoulement. A laide de transducteurs électromécaniques, le tube est soumis à des allongements pérlodiquss et subit ainsi des étranglements de diamètre qui font que encre suinte hors du bottier sous la forme de gouttelettes. Ces transducteurs électromécaniques consistent ici en cristaux de quartz piézoélectriques qui sont polarisés de façon à se contracter ou à se dilater axialement quand une tension est appliquée. la structure de ces dispositifs connus est en fait très compliquée et exige notamment un équipement pour produire une pression excédentaire. De plus, étant donné que le -courant de gouttelettes d'encre ne peut être brusquement interrompu, il doit ttre chargé électriquement de façon qu'il puisse titre infléchi quand aucune impression ne doit se produire. Ainsi, un système de déviation additionnel doit titre prévu semblable à ceux qui sont utilisés pour agir sur le faisceau dtélectrons dans les tubes brayons cathodiques. Un appareil a été proposé pour la production de pulsations de pression dans une chambre remplie d'une matière liquide quand la chambre par ailleurs est fermée par une membrane et, en outre, est en communication avec un canal d'écoulement et un canal d'admission du liquide d'impression provenant d'un réservoir. te volume de cette chambre peut titre modifiée-en déplaçant la membrane mobile au moyen d'un transducteur électromécanique. En combinaison avec un système de désaccouplemt hydrodynamique des courants de liquide dans l'ajutage d'écoulement, des gouttelettes d'encre individuelles sont produites de cette manière. L'inconvénient ici c'est le mode de remplissage compliqué des chambres capillaires à l'aide du liquide car il doit se produire dans le vide. De plus, la construction est encore relativement compliquée. Un but de la présente invention est de créer un dispositif imprimeur à Jet dans lequel le remplissage des chambres capillaires à l'aide de liquide peut se produire sans nécessiter un vide, qui soit de fonctionnement très sar et qui permette un travail rapide et l'obtention d'une qualité d'impression uniforme. Ce résultat est obtenu, conformément à la présente invention, en ce sens qu'un constituant fluidique est disposé au point où le canal d'admission du liquide d'impression débouche dans la chambre, la résistance à 11 écoulement de ce constituant fluidique étant très élevée dans la direction à partir de la chambre jusqu'au canal d'admission et très faible dans la direction opposée. L'effet non réciproque ou de diode de ces constituants fluidiques est produit exclusivement par des effets physiques de la déviation du courant ou par l'znfluen- ce mutuelle des courants de liquide. Ces constituants fluidiques se sont révélés capables de permettre la réalisation d'un dispositif simple et ccrmpact applicable à une tSte d'éjection de l'encre. Suivant un mode de réalisation avantageux, le constituant fluidique est un système de plaques d'impact à ajutage placé du caté d'admission. Le constituant fluidique peut également titre établi de manière à produire un effet de diode gracie à l'influence mutuelle des courants de liquide, en ce sens que le constituant peut entre muni de deux canaux qui se terminent d'un cOté par l'ajutage d'écoulement et de l'autre caté par le canal d'admission allant au réservoir, ce canal étant perpendiculaire aux deux canaux sus-mentionnés. L'ouverture des canaux dans le canal d'admission peut entre soit perpendiculaire, soit tangentielle, et les canaux peuvent autre dirigés l'un vers l'autre.L'avantage particulier de ces constituants fluidiques c'est qu'ils sont de structure particulièrement simple et robuste; ils permettent, en outre, le remplissage du réservoir sans intervention d'un vide. Dans les dessins schématiques annexés La figure i est une vue en coupe transversale d'un premier mode de réalisation de l'invention; la figure 2 est une vue en coupe transversale dtun second mode de réalisation comportant deux canaux qui débouchent dans le canal d'admission dans une direction perpendiculaire; la figure 3 est une vue semblable à la figure 2, mais comportant des ouvertures de canaux dirigées mutuellement dans une direction tangentielle; la figure 4 est une vue en coupe transversale d'un troisième mode de réalisation; la figure 5 est une vue de détail dessinée à plus grande échelle d'une partie du dispositif que montre la figure 4; la figure 6 est une vue en plan du mode de réalisation que montre la figure 4. Le mode de réalisation représenté dans la figure 1 comprend un boiter ou carter 1 axialement symétrique dont l'axe est horizontal dans le dessin et dont l'extrémité axiale orientée vers le papier- d'impression est munie d'un corps 3 pourvu d'un ajutage d'écoulement 5. Cet ajutage 5 est précédé par une chambre 7 dans laquelle est logé un tubeélastique 9. L'autre extrémité de ce tube est reliée à une chambre 11 d'un second corps d'ajutage 13 qui est maintenu à une certaine distance du premier corps d'ajutage 3 dans le carter 1 par un anneau d'espacement; 15.Les chambres 9, 11 sont reliées à une chambre 19 constituant l'espace ménagé entre le corps cylfln- drique 40 et le tube élastique 9. Dans l'espace 17 entre les corps d'ajutage 3 et t3, la paroi élastique constituant le tube 9 est enfermée par un- piézo-toroîde 21 servant d sytr:e d'excitation. ra La paroi élastique 9 et le système d 'excitation peuvent, bien etendu, présenter d'autres structures. La chambre 17 ménagée dans le corps 13 comprend ut ajutage d'admission 23 qui est en communication avec un réservoir 29 par le moyen-d'une chambre intermédiaire 25 et un canal de communication 27. 7;a chambre intermédiaire 25 est disposée entre le corps dTaåutage 13 et une pièce terminale 39 espacée de ce corps 13 d'une distance définie par un anneau d'espacement 37. Dans la chambre intermédiaire 25, latpièce terminale 39 présente une saillie affectant la forme dlune plaque d'impact voisine de l'ajutage d'admission 23 auquel elle fait face. Si une source de signaux 35 transmet des impulsions de voltage par l'intermédiaire de fils de ligne 31 et 33 au piézo-toroide 21, ce dernier se contracte radialement par suite de sa polarisation. Ainsi, des impulsions de pression mécanique sont imprimées au tube élastique, de sorte que le volume dans les chambres de compression 7,11, 19 est réduit. Du fait des systèmes 23, 41 de plaques dtimpact à ajutage constituant le constituant fluidique du coté d'admission de la chambre de compression, la résistance à l'écoulement e t plus grande du cOté d'admission de cette chambre de compression quand le fluide est déplacé que du coté de sortie des chambres de compression 7, 11, 19 où se trouve l'ajutage d'écoulement 5. Quand le piézo-torotde 21 revient par pivotement en sens inverse .à sa position de départ, une pression inférieure à la pression atmosphérique est produite dans les chambres de compression 7, 11, t9, ce qui fait que 1! encre est aspirée par l'ajutage d'admission 23 à partir du réservoir 29 en passant par le canal 27 et la chambre intermédiaire 25. Pendant cette opération, la résistance à l'écoulement se manifestant du cOté externe 5 de la chambre de compression est plus grande que du coté d'admission 23.Pendant cette phase d'aspiration, la force eapillaire de l'encre dans l'ajutage d'écoulement 5 doit Entre suffisamment grande pour qu aucune quantité d'air ne soit aspirée dans les chambres de compression 7, 11, 19. La coopération des systèmes 23, 41 des plaques d'impact du cOté d'entrée avec l'ajutage d'écoulement 5 du cOté de sortie réalise ainsi une valve hydrodynamique. Afin d'assurer une vitesse de fonctionnemen ielevée, un mode de réalisation avantageux de la présente invention, représenté dans la figure 1, comprend un corps cylindrique 40 qui est fixé au corps 13 par des organes convenables, notamment par des entretoises radialement saillantes et circonfé rentiellement espacées, et qui est monté dans le tube élastique 9 de façon à délimiter avec , lui une chambre de compression annulaire.Ceci produit un changement de volume ou un rapport de compression élevé pour la chambre de compression, ce rapport étant déterminé par le volume de la chambre correspondant respectivement à la position de départ et à la position de contraction du piézo-toroide 21., La disposition du système à plaques d'impact de l'ajutage du ctté d'admission et de l'ajutage d'écoulement du caté de sortie des chambres de compression 7, 11, 19 donne lieu à un dispositif imprimeur à jet qui est de structure et de fonctionnement simples et dans lequel il est possible de remplir les chambres capillaires sans maintenir de vide. la présente invention n'est d'ailleurs aucunement limitée au mode de réalisation que montre la figure 1. Diverses variantes par rapport à ce mode de réalisation sont, en effet, possibles sans s'écarter de l'invention,ces variantes étant représentées par des modifications de construction qui se conforment aux conditions et aux dimensions requises dans chaque cas. C'est ainsi, par exemple, que le constituant fluidique à 11 admission de la chambre peut comprendre (comme représenté dans la figure 2) deux canaux 43 et 45, chacun comportant une extrémité d'admission qui débouche dans un canal adducteur 51 perpendiculaire à ces canaux et aboutissant à un réservoir (non représenté) Les autres extrémités des canaux 43 et 45 sont en communication avec un ajutage drécoulement 57en passant par des chambres de compression respectives 52 et 54. L'ouverture d'admission des canaux 43 et 45 peut ici-re perpendiculaire au canal adducteur (comme le montre la figure 2) de telle sorte que l'effet de diode soit créé par une disposition à plaques d'impact d'ajutage. Par ailleurs, dans la variante de réalisation représentée par la figure 3, les canaux 63 et 65 sont disposés tangentiellement l'un à l'autre et déboüchent dans un canal adducteur 61. Les pressions sont compensées ici par les écoulements en sens opposés de l'encre vers le canal 61 de façon que l'encre qui se trouve dans la chambre de compression 62 et 64 soit obligée de s'écouler dans la direction de l'ajutage d'écoulement 67. Pour produire des gouttelettes d'encre, il suffit, bien entendu, que l'une des chambres de compression soit en communication avec l'ajutage d'écoulement 57. Dans les modes de réalisation représentés par les figures 2 et 3, les chambres de compression 52, 54 et 62, 64 sont formées de deux canaux qui sont parallèles entre eux entre leurs extrémités. Dans ces régions, les chambres de compression 52, 54 et 62, 64 comportent respectivement des parois élastiques 53, 55, et 73, 75, la paire des parois de chaque chambre étant disposée d l'opposé de l'autre et entratnée par un système excitateur à oscillation commun 55 ou 56 qui peut etre un piézo-cristal. Les chambres de compression 52, 54 et 62, 64 peuvent également, bien entendu, titre actionnées par des systèmes d'excitation séparés.Afin de réaliser un effet de valve du coté d'admission pendant l'évection d'une goutte- lette d'encre, il est nécessaire que les deux systèmes d'ex- citation soient actionnés simultanément. Dans les figures 4, 5 et 6 est représentée une tette d'éjection d'encre applicable à un mécanisme d'impression comprenant un corps cylindrique 83 muni d'une chambre de fluide continu 85. Cette chambre 85 est recouverte d'une plaque 87 à l'extrémité orientée vers lé papier d'impression, le couvercle étant muni d'un aJutage d'écoulement 89. Le corps cylindrique 83 est inséré dans un corps de base 81 et relié à demeure à lui, par exemple par une liaison soudée. Le corps de base 81 est également relié à demeure à une membrane 93 qui est voisine du corps 83 afin de former avec lui une chambre capillaire circulaire 95. La membrane 93 fait partie d'une plaque-couvercle 91 et est disposée de manière à entre entraSnée ou infléchie au moyen d'un cristal piézo-electrique 97 affin de déplacer un volume de liquide à partir de la chambre capillaire 95. Sur sa périphérie, la chambre capillaire 95 comporte une ouverture contigu adjacente 99 qui communique avec des canaux d'admission annulaires 101, 103. Ces canaux eomprennent des chambres annulaires 101 et 103 qui communi- auvent par des corps 81 et 83 et par le plan~104 entre le corps 83 et la plaque-couvercle 91 et le plan 106 entre les corps 81 et 83. Entre ces canaux annulaires 101 et 103 est disposée une plaque d'impact 105 constituée-par une partie en saillie 107 dans le corps de base 81 et placée à proximité immédiate de ltouverture 99 en forme de fente, Le canal annulaire 101 de la plaque-couvercle 91 communique avec le canal annulaire 103 par l'intermédiaire dtun certain nombre d'alésages 109 qui sont répartis autour de la périphérie de ltensemble ainsi constitué. En outre, le canal annulaire 109 est en communication avec un réservoir d'encre (non représenté) en passant par un conduit adducteur 111. L'ouverture 99 en forme de fente affecte la forme dtun ajutage dans la direction des canaux d'admission 101 et 103. Le fonctionnement du dispositif représenté dans les figures 4 à 6 est le suivant : - Si une source de signaux envoie une impulsion de tension au piézo-cristal 97, le cristal se contracte radialement par suite de sa polarisation et se ploie vers l'intérieur. Ceci produit une pulsation de pression qui est transmise au liquide qui se trouve dans la chambre capillaire 95 et dans la chambre 85. Le système 99, 105 à plaques d'impact d'ajutage forme un constituant fluidique et est conçu de façon que l'augmentation de pression survenant dans les chambres de compression 85, 95, ne propulse pas le liquide par reflux vers le réservoir. Ainsi fronde de pression dans le liquide est avan tageusement dirigée vers- l1ajutage de sortie 89, une seule gouttelette d'encre étant éjectée à partir de cet ajutage 89 à chaque pulsation de pression. Quand le piezo-eriscal 95 revient par basculem~nt à sa position de départ, une pression inférieure a la pression atmosphérique est produite dans les- chambres de compression 8 , 95, ce qui fait que le liquide est aspiré à partir du réservoir en passant par le conduit 111 et les canaux annulaires 101, 103 et reflue rapidement dans la chambre capillaire 95. Pour permettre des conditions favorables de reconstitution du plein, ltouverture 99 en forme de fente est disposée dans l'alignement du centre de la plaque d'impact 105, le rapport entre la hauteur de ltouverture 99 et la hauteur de la plaque d'impact 105 (tous les deux dans la direction de l'axe de ltélément 83); se trouvant entre 1/2 et 1/2,5. Pendant le temps où la pulsion de tension tombe ou retourne à zéro la direction du courant de fluide dans le canal de communication entre 11 ouverture 99 et les canaux 101, 103 est inversée, et le fluide peut alors Entre aspiré dans'les chambres de compression 85, 95 sans résistance à l'écoulement effectif. Par ailleurs, ces dimensions géométriques établissent également tIne résistance à l'écoulement effective vers le réservoir pour le liquide quand une gouttelette doit autre éjectée à partir de l'ajutage d'écoulement 89. La tEte d'éjection est constituée par des éléments cylindriques simples et peut entre ainsi facilement installée. Toutes les surfaces de cette tzete d'éjection doivent titre calculées avec des tolérances étroites se trouvant sur des plans de séparation entre les organes. Une tette d'éjection pourvue d'un certain nombre d'éléments d'éjection dans un seul plan n'exige, en outre, que quelques phases de montage simples pour sa fabrication. Les détails de construction peuvent être modifiés, sans s écarter de l'invention, dans le domaine des équivalences techniques. REVENDICATIONS 1 - Dispositif imprimeur à jet comprenant une chambre de compression dont une extrémité est disposée en face de la surface à imprimer, munie dtun ajutage découle ment et dont l'autre extrémité est pourvue d'une admission du liquide d'impression provenant d'un réservoir, et un système d'excitation étudié de manière à faire varier le volume de la chambre selon de brusques montées de pression, caractérisé par un constituant fluidique, disposé à l'entrée du liquide dtimpression vers la chambre précitée et constituant un élément d'écoulement sans va-et-vient présentant une résistance à l'écoulement du liquide qui possède une valeur supérieure à l'écoulement dans les directions à partir de cette chambre vers le réservoir que dans la direction opposée. 2 - Dispositif imprimeur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le constituant fluidique comprend un ajutage et une plaque d'impact associée à lui. 3 - Dispositif imprimeur suivant la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend un canal d'admission de liquide entre l'autre extrémité de la chambre du réservoir, cet ajutage étant disposé à cette autre extrémité de la chambre et ayant la forme d'un ajutage d'admission, la plaque d'impact étant disposée à proximité immédiate et à ltopposé de cet ajutage, l'espace ménagé entre eux faisant partie dudit canal d'admission. 4 - Dispositif imprimeur suivant la revendication 1, caractérisé en outre en ce qu'il comprend un canal adducteur relié au réservoir, et en ce que le composant fluidique comprend deux canaux dont chacun possède une extrémité d'admission débouchant dans le canal adducteur, la chambre de compression étant constituée par deux canaux de compression dont chacun communique avec un canal respectif du constituant fluidique, ces canaux de compression étant reliés à ajutage d'écoulement. 5 - Dispositif imprimeur suivant la revendication 4, caractérisé en ce que l'extrémfté d'entrée des canaux du constituant fluidique débouche perpendiculairement dans le canal adducteur précité. 6 - Dispositif imprimeur suivant la revendication 4, caractérisé en ce que l'extrémité d'entrée des canaux du constituant fluidique débouche tangentiellement dans le canal adducteur selon des directions respectivement opposées de façon que ses extrémités d'entrée soient orientées l'une vers l'autre. 7 - Dispositif imprimeur suivant la revendication 4, caractérisé en ce que chacun des canaux de compression comporte une partie de paroi élastique disposée de manière à coopérer avec le système d'excitation afin de produire un changement de volume de ces canaux de compression. 8 - Dispositif imprimeur suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'une partie-de la chambre de ccmpression- est constituée par un tube élastique et en ce que le système d'excitation comprend un piézo-toroide enveloppant ce tube et disposé de manière à contracter ce tube radialement afin de faire varier le volume de la chambre de compression. 9 - Dispositif imprimeur suivant la revendications 8, caractérisé en outre engoue qu'il comprend un corps cylindrique fixe disposé dans et à quelque distance radialement des parois du tube pour délimiter avec lui une région formant chambre de compression annulaire. 10 - Dispositif imprimeur suivant la revendication 1, caractérisé en outre en ce qu'il comprend un corps cylindrique dans lequel cette chambre est disposée de manière telle que le trajet d'écoulement du liquide entre cette entrée et l'ajutage d'écoulement se fasse le long de l'axe du corps précité, une plaque-couvercle comportant une membrane infléchissable associée avec le système d'excitation, omette membrane étant disposée à l'opposé d'une face axiale de ce corps à son extrémité d'entrée et étant placée à quelque distance de cette face axiale pour délimiter avec elle un canal capillaire circulaire, ce canal constituant l'admission du liquide d'impression à cette chambre et étant pourvu d'une ouverture d'entrée affectant la forme d'une fente s'étendant autour de l'intégralité de sa périphérie externe circulaire, des moyens étant prévus délimitant un canal d'admission de liquide annulaire communiquant entre l'ouverture d'entrée et le réservoir, le constituant fluidique étant constitué par cette ouverture d'entrée et une plaque a'impact circulaire disposée dans ce canal d'admission orienté vers ltouverture d'entrée. 11 - - Dispositif imprimeur suivant la revendication 10, caractérisé en ce que ltouverture d'entrée affecte la forme d un ajutage annulaire. 12 - Dispositif imprimeur suivant la revendication 10, ca ractérisé en ce que la surface active de-la plaque d'impact présente la forme drun cylindre normal et centré sur-la-plan médian du canal capillaire circulaire et en ce que la hauteur de cette plaque est comprise- entre 2 et 2,5 fois la hauteur de cette ouverture d'entrée normalement à ce plan. 13 - Dispositif imprimeur suivant la revendication 10, Ca- ractérisé en outre en ce qu'il comprend un élément de base évidé intérieurement dans lequel cette plaque-couvercle et ce corps cylindriques sont disposés, cette plaque-couvercle et ce corps cylindrique étant reliés rigidement à cet élément de base, ce dernier, cette plaque-couvercle et ce corps cylindrique étant établis de manière à délimiter entre eux le canal d'ad 'mission de liquide, la plaque d'impact étant constituée par un organe faisant corps avec l'intérieur creux de ltélément de base et y faisant saillie.