Brevet FR2235801A1 — publié le 19750131

La présente invention concerne les imprimantes à jet d'encre et, plus particulièrement, un génerateur de gouttelettes d'encre pour une telle imprimante. Il existe actuellement différents types d'imprimantes à jet d'encre. Dans l'une de ces imprimantes, de l'encre conductrice sous pression est amenée à une buse de faibles dimensions, et lue jet d'encre qui sort de cette dernière se divise en gouttelettes en raison des instabilités resultant des tensions qui sont appliquées à sa surface. L'emploi d'un transducteur qui provoque une vibration de l'encre permet d'obtenir des gouttelettes dont le diamètre et l'espacement sont uniformes. Un dispositif tel qu'une électrode est utilisé pour appliquer une charge électrostatique à chaque gouttelette lors de sa formation, l'application de cette charge étant synchro nisée avec la cadence à laquelle les gouttelettes sont formées et l'importance de la charge appliquée à chacune d'elles étant directement fonction de la tension d'un signal d'entrée.Les gouttelettes ainsi chargées traversent le champ électrique constant créé par deux plaques de déviation entre lesquelles une différence de potentiel relativement élevée est maintenue. Ce champ électrique provoque une déviation des gouttelettes en fonction de la charge qui leur a été appliquée. Les gouttelettes sont alors projetées sur un support tel qu'une feuille de papier de façon à tracer des caractères, ou tombent dans une gouttière afin d'être ramenées au réservoir d'encre. Les procédés actuellement employés pour faire vibrer le fluide conducteur en vue de la formation de gouttelettes sont généralement de deux types. Le premier consiste à utiliser un transducteur qui n'est pas en contact direct avec le fluide, mais fait vibrer la buse, laquelle fait à son tour vibrer le fluide conducteur. L'avantage de ce procédé est que le transducteur, ne se trouvant pas directement en contact avec le fluide, n'est pas susceptible d'etre endommagé par ce dernier. Son inconvénient réside dans le fait que la vibration appliquée à la buse, ou aux buses dans le cas d'une imprimante à jets multiples, peut entraîner un défaut d'alignement du ou des jets. Le second type de procédé consiste à monter le transducteur sur la buse à l'intérieur du réservoir d'encre, le transducteur se trouvant alors directement en contact avec l'encre. Bien que cette dernière puisse endommager le transducteur dans une certaine mesure, l'avantage de ce procédé est que le transducteur agit directement sur l'encre et nécessite un niveau d'énergie moins élevé que dans le cas précédent pour fonctionner de façon satisfaisante. En revanche, comme le transducteur est monté sur la buse, il communique des vibrations à cette dernière. L'un des objets de la présente invention est donc de réaliser un dispositif perfectionné permettant de faire vibrer l'encre d'une imprimante à jet d'encre. Un autre objet de l'invention est de réduire au minimum les vibrations communiquées aux buses d'une telle imprimante Un autre objet de l'invention est d'augmenter l'efficacité de l'appli- cation à l'encre des vibrations engendrées par le transducteur dans une telle imprimante. La présente invention permet d'atteindre les objectifs ci-dessus grâce à l'emploi d'un transformateur d'impédance mécanique de forme effilée monté èn un point nodal sur la paroi du générateur -de gouttelettes d'encre en face de l'orifice de ce dernier. Ce transformateur d'impédance mécanique a une longueur correspondant exactement à une demi-longueur d'onde d'une fréquence fixe pour un matériau donné. En diminuant graduellement, de façon exponentielle, la section du transformateur, on évite la propagation des vibrations qui sont appliquées à l'une de ses extrémités vers son autre extrémité. D'autre part, la forme effilée du transformateur a pour effet d'amplifier l'amplitude des vibrations qui lui sont appliquées.Etant donné que le transformateur est monté au point nodal, aucun déplacement n'est transmis à la paroi du collecteur d'encre. Le transformateur peut être excité soit en disposant un cristal piézo-électrique sur son extrémité de plus grand diamètre qui se trouve à l'extérieur du collecteur, soit en entourant cette même extrémité d'un bobinage af-in de l'exciter de façon magnétostrictive. Etant donné que le transformateur de forme effilée fonctionne à sa fréquence de résonance, il ne nécessite qu'une faible énergie électrique. D'autre part, cette résonance se traduit par une stabilité élevée et par une absence de glissement. Le fait que le transformateur soit effilé entraîne non seulement une amplification de l'amplitude des vibrations qui lui sont appliquées, mais aussi une augmentation de la largeur de bande de la tête d'impression. 0'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront mieux de l'exposé qui suit, fait en référence aux dessins annexés à ce texte, qui représentent un mode de réalisation préféré de celle-ci. La figure 1 représente une imprimante à jets d'encre multiples comportant des transformateurs d'impédance acoustique effilés et excités de façon magnétostrictive de façon à moduler la pression de l'encre. La figure 2 représente une coupe de l'une des têtes d'impression dans laquelle ledit transformateur est excité par un transducteur piézo-électrique. L'imprimante schématiquement représentée sur la figure 1 comporte un générateur de gouttelettes d'encre dans lequel des transformateurs d'impédance mécanique effilés 18 sont utilisés. De l'encre provenant d'une source non représentée est fournie à un collecteur 10. il peut exister un unique collec teur 10 pour l'ensemble de l'imprimante, ou autant de collecteurs 10 qu'il existe de jets d'encre 16. Chacun de ces derniers est formé par de l'encre sous pression 14 sortant d'une buse 12. Les transformateurs effilés 15 sont montés sur le collecteur 10 en face des buses 12 de telle sorte que les extrémités de plus grand diamètre 20 des transformateurs se trouvent à l'extérieur du collecteur 10 et que leurs autres extrémités 22 se trouvent à l'intérieur de celui-ci et en contact direct avec l'encre 14.Dans la réalisation représentée, les transformateurs 18 sont excités de façon magnétostrictive par un bobinage 24 qui entoure leurs extrémités situées à l'extérieur du collecteur 10. Le bobinage 24 est connecté à une source d'excitation 26 qui engendre une tension à une fréquence constante de façon à exciter de façon magnétostrictive les transformateurs 18. On notera qu'il n'est pas indispensable que les transformateurs 18 soient effilés cette forme permet cependant d'obtenir une plus grande efficacité de la tête d'impression et une plus grande amplification de l'amplitude des vibrations. La longueur spécifique des transformateurs 18 est fonction de la cadence désirée de formation des gouttelettes d'encre et du matériau particulier qui est utilisé pour réaliser ces transformateurs. Ces données permettent de calculer une longueur d'onde et de donner au transformateur une longueur telle que l'amplitude des vibrations atteigne sa valeur maximum aux deux extrémités du transformateur et qu'il existe au moins un point nodal entre ces deux extrémités. Les transformateurs 15 sont alors montés sur le collecteur 10 à l'un de ces points nodaux.De ce fait. aucune ou presqu'aucune énergie mécanique n'est transmise aux collecteurs, ce qui permet d'obtenir un minimum d'interférence vibratoire entre buses adjacentes et, par conséquent, un meilleur fonctionnement de l'ensemble puisque ces interférences ont un effet nuisible sur la formation des gouttelettes. D'autre part, étant donné que le diamètre des transformateurs 18 de la figure 1 décroît de façon exponentielle, et que ces transformateurs fonctionnent à leur fréquence de résonance, les vibrations appliquées à leurs extrémités de plus grand diamètre 20 ne se propagent pas vers leurs autres extrémités22. Ces transformateurs fonctionnent donc de façon extrêmement efficace. On observera que, bien qu'une diminution exponentielle de leur diamètre soit souhaitable, de bons résultats ont été obtenus dans le cas de transformateurs 15 dont la diminution progressive du diamètre était linéaire et non exponentielle. L'imprimante représentée sur la figure 1 comporte également des électrodes de charge.28 qui appliquent une charge aux gouttelettes d'encre de façon synchronisée avec la formation de ces dernières et en fonction de la tension: provenant d'une source non représentée, des signaux d'entrée. La figure 1 représente également des plaques de déviation 30 entre lesquelles une différence de potentiel relativement élevée est maintenue de façon à créer des champs électriques permettant de faire dévier les gouttelettes chargées qui les traversent. Les gouttelettes sont alors projetées sur une feuille de papier ou autre support 34, ou tpmbent dans des gouttières 32 afin d'être ramenées au réservoir d'encre. En fonctionnement, de l'encre sous pression provenant d'une source non représentée parvient au collecteur 10. La source d'excitation 26 fournit aux transformateurs 18 une tension variable -qui est transformée de façon magnétostrictive en une vibration mécanique le long de ces transformateurs. L'amplitude de ces vibrations est amplifiée et communique un mouvement vibratoire à l'encre 14 contenue dans le collecteur 10 à proximité des buses 12. L'encre 14 sort des buses 12 sous a forme de jets continus 16, lesquels commencent à se diviser en gouttelettes 36 à proximité des électrodes de charge 28. Ces-dernières appliquent une charge électrique à chaque gouttelette en fonction de la tension du signal d'entrée appliqué aux électrodes 28. Ainsi, lorsque les gouttelettes chargées 35 traversent les champs électriques créés par les plaques de déviation 30, elles font l'objet d'une déviation, en fonction de l'importance de leur charge, et sont dirigées soit vers la -feuille 34 aux fins de lrimpression, soit vers les gouttières 32. Ligure 2 représente une coupe d'une unique tête d'impression dans laquelle un transformateur 18 est monté à l'intérieur du collecteur 10 de telle sorte que son extrémité 22 de plus petit diamètre se trouve en face de la buse 12. Dans l'agencement représenté, le transformateur 18 est excité par un élément en céramique piézo-électrique 38 disposé sur son extrémité 20. L'élément 38 est excité par une source d'excitation 40 qui lui applique une tensipn variable de telle sorte qu'il se dilate et se contracte le long dlun 'axe dirigé vers le transformateur 18. Sur la figure 1, la forme effilée de ce dernier a été déterminée de façon exponentielle.Dans ce cas particulier, la longueur du transformateur 18 correspond à une demi-longueur d'onde, la longueur d'onde étant déterminée par la fréquence de formation des goutte- lettes et par le matériau particulier employé, qui peut être, par exemple, de l'acier inoxydable. Le transformateur 18 est monté à un point nodal, qui se trouve en l'occurrence a une distance correspondant à un quart de la longueur d'onde. L'extrémité 22 du transformateur 18. est disposée à proximité immédiate- et directement en face de la buse 12, ce qui permet d'augmen-ter davantage encore l'efficacité de fonctionnement du dispositif. En fonctionnement, l'encre sous pression 14 est amenée au collecteur 10. La source d'excitation 40 fait vibrer l'élément en céramique 38 et les vibrations ainsi créées sont transmises au transformateur 18. L'amplitude de ces vibrations est amplifiée et communiquée à l'encre 14 par le transfor mateur 18 dont l'extrémité 22 se trouve directement en face de la buse 12. L'encre sort alors de cette dernière sous la forme d'un jet 16. La présente invention permet donc d'utiliser de façon efficace l'énergie vibratoire puisque celle-ci est directement appliquée à proximité de la buse. Par ailleurs, aucune énergie vibratoire n'est transmise par les parois du collecteur ou au travers de celles-ci. Le transformateur d'impédance mécanique est particulièrement utile dans le cas de buses de faible diamètre où l'importance du flux est en grande partie fonction de la pression de l'encre et du diamètre de la buse, et est virtuellement indépendant des variations de la viscosité de l'encre. Les variations du flux résultant des modifications de la température ambiante sont donc considérablement résuites. L'emploi d'un transformateur d'impédance mécanique permet en outre d'utiliser des structures compactes à des fréquences plus élevées. Enfin, la forme effilée de ces transformateurs fait que leur fonctionnement nécessite une énergie électrique moins grande. Bien que l'on ait décrit dans ce qui précède et représenté sur les dessins les caractéristiques essentielles de l'invention appliquées à un mode de réalisation préféré de celle-ci, il est évident que l'homme de l'art peut y apporter toutes modifications de forme ou de détail qu'il juge utiles, sans pour autant sortir du cadre de ladite invention. Par exemple, des transformateurs d'impédance acoustique effilés dont la forme ne serait pas déterminée de façon exponentielle pourraient être utilisés. REVENDICATIONS 1.- Générateur de gouttelettes d'encre pour imprimante jet d'encre, caractérisé en ce qu'il comporte: un collecteur d'encre, dont l'une des parois comporte un orifice, un transformateur d'impédance mécanique fixé au niveau de l'un de ses points nodaux sur une autre paroi dudit collecteur, et des moyens permettant de- faire vibrer ledit transformateur. 2.- Générateur de gouttelettes selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit transformateur a une longueur égale à un nombre entier de demilongueurs d'onde correspondant à la fréquence de formation des gouttelettes. 3.- Générateur de gouttelettes selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit transformateur a une longueur correspondant à une demi-longueur d'onde à la fréquence de formation des gouttelettes. 4.- Générateur de gouttelettes selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit transformateur est monté en face dudit orifice. 5.- Générateur de gouttelettes selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit transformateur a une forme effilée. 6.- Générateur de gouttelettes selon la revendication 5, caractérisé en ce la forme effilée dudit transformateur est déterminée de façon exponentielle. 7.- Générateur de gouttelettes selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens permettant de faire vibrer ledit transformateur sont constitués par un élément en céramique piézoélectrique monté sur l'une des extrémités dudit transformateur qui est située à l'extérieur dudit collecteur et qui est~connectée à une source d'excitation. 8.- Générateur de gouttelettes selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens permettant de faire vibrer ledit transformateur sont constitués par un bobinage entourant ce dernier et connecté à une source d'excitation. 9.- Générateur de gouttelettes pour imprimante à jets d'encre multiples, caractérisé en ce qu'il comprend: un collecteur d'encre, dont une première paroi comporte plusieurs orifices, plusieurs transformateurs d'impédance mécanique montés, en un point nodal desdits transformateurs, sur la paroi opposée à ladite premiere paroi dudit collecteur, et des moyens permettant de faire vibrer lesdits transformateurs. 10.- Générateur de gouttelettes selon la revendication 9, caractérisé en ce que lesdits transformateurs ont une longueur qui est égale à un nombre entier de demi-longueurs d'onde à la fréquence de génération des gouttelettes.