Brevet FR2296528A1 — publié le 19760730

Des travaux de développement et de mise au point Importants ont ete effectues ces dernières annees dans le domaine de l'impression par jet d'encre. Un type général d'impression par jet d'encre est appelé "impression par jet d'encre sous pression", technique suivant laquelle de l'encre est appliquee sous pression a une buse appropriée. L'encre est ainsi chasse hors de la buse en un courant qui est amene a se séparer en un train de gouttelettes individuelles qui doivent être déviées d'une manière commandée pour effectuer l'enregistrement ou pour venir frapper une gouttière. La déviation commandez peut etre l'un de plusieurs types.Par exemple, l'encre peut être conductrice, les gouttelettes individuelles qui sont chargées d'une manière appropriée lors de la séparation étant ensuite déviées par un champ électrostatique. Suivant un autre exemple, l'encre peut être magnétique et les gouttelettes peuvent être déviées par l'application selective de champs magnétiques. Un aspect essentiel de ces appareils d'impression par jet d'encre est la génération d'un train de gouttelettes uniformes. Les gouttelettes qui ne sont pas uniformes peuvent être déviées sur des trajets indésirés, et des vitesses variables, provoquant un fonctionnement erroné de l'appareil d'impression. La formation des gouttelettes est ainsi commandez et synchro nisee par un certain nombre de procédés connus dans la technique. Parmi ceux-ci, on peut mentionner la mise en vibration physique de la buse suivant la direction du courant, la mise en vibration physique de la buse transversalement a la direction du courant, l'introduction de perturbations de pression dans l'alimentation en encre, au niveau de la buse, et la création de champs électrostatiques et/ou électromagnétiques au niveau de la buse.Chacun de ces types de perturbations fonctionne à une fréquence constante choisie pour chaque jet d'encre afin d'induire une perturbation dans le jet d'encre qui croit jusqu'au point ou le courant se sépare par pincement a un nombre predetermine de longueurs d'onde en aval de la buse de facon ainsi a engendrer les gouttelettes individuelles. Les gouttelettes sont ainsi engendres a la fréquence de la perturbation et ont des dimensions uniformes. Les buses de projection de jet d'encre de la technique anté rieure, telles que celles représentées dans le brevet des E.U.A No. 3 823 408 ont une configuration ronde en section transversale. Ceci est la forme normale du jet d'encre lorsqu'il quitte la buse du fait de la tension superficielle uniforme du fluide. Par consequent, l'un des buts de la présente invention est de réaliser une structure d'orifices de projection de jet d'encre qui est réalisée de fanon a appliquer une contrainte au jet d'encre lorsqu'il quitte la buse pour contribuer a l'efficacité des moyens de perturbation. Selon la présente invention, il est prévu, dans un appareil a buse de projection de jet d'encre ayant une tubulure de distribution d'encre communiquant avec une source d'encre sous pression, des moyens formant buse a travers lesquels l'encre est éjectée dans le but de produire un jet et des moyens pour perturber l'encre afin de produire a partir du courant une succession de gouttes d'encre sensiblement uniformes et uniformément espacees, les moyens formant buse comportant le perfectionnement qui consiste a avoir un orifice de buse ayant une section transversale essentiellement polygonale pour appliquer une contrainte au jet d'encre lorsqu'il est éjecte par l'orifice et accroître l'efficacité des moyens de perturbation pour separer le jet en une suite- de gouttelettes uniformes. Une caractéristique de la présente invention réside en ce que l'effi cacité plus grande de la perturbation permet a de l'encre conductrice d'être perturbée par un excitateur a champ electrique disposé adjacent a l'orifice. Une autre caractéristique de laprésente invention réside en ce qu'il peut être relativement facile d'obtenir une fabrication par lots de têtes a buses multiples avec des orifices carrés ayant un faible rapport de forme, par la gravure anisotropique d'une matière monocristalline. D'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront mieux de l'exposé qui suit, fait en référence aux dessins annexés a ce texte, qui représentent un mode de réalisation préféré de celle-ci. La figure 1 est une représentation schématique, en perspective, d'un jet d'encre issu d'une buse d'éjection d'encre selon la technique antérieure. La figure 2 est une représentation schématique, en coupe, du courant résultant représentés sur la figure 1. La figure 3 est une représentation schematique d'un jet d'encre issu d'un orifice de buse de projection de jet d'encre, conformement a la présente invention. La figure 4 est une représentation schématique en coupe du jet d'encre résultant, conformement a la présente invention, tels que représentés sur la figure 3. La figure 5 est une vue éclatée schematique en perspective d'une structure de buse de projection de jet d'encre dans laquelle l'un des modes de realisation de l'invention est utilise. La figure 6 est une vue de face d'un mode de realisation à buses multiples de l'invention. Les appareils a jet d'encre sous pression sont basés sur cette caracteristique que les jets libres se trouvent dans un equilibre instable résultant de forces de tension superficielle qui provoquent la séparation du jet en gouttelettes. Une analyse complète et détaillée de la séparation en gouttelettes des jets cylindriques formés par les buses de la technique antérieure ayant des sections circulaires a été effectuée par Richard G. Sweet dans un article publié dans "Stanford Electronics Laboratories Technical Report" No. 1721, Stanford University, Stanford, Californie, E.U.A, mars 1964 et intitule "High Frequency Oscillography with Electrostatically Deflected Ink Jets" pages 52-62.Comme décrit dans ce compte-rendu, la séparation des jets en gouttelettes, sans application de perturbations externes, se produit normalement par l'amplification de petites variations aléatoires du diamètre "d'un jet cylindrique" et entraîne une variation aleatoire des dimensions des gouttes. Si des renflements régulièrement espaces sont introduits dans un jet cylindrique a des intervalles appropriés, ces renflements croissent et "pincent" le courant a des intervalles régulièrement espacés ce qui provoque la formation de gouttes de dimensions et d'espacement uniformes.Le compte-rendu indique en outre que "la perturbation de synchronisation initiale des jets peut être produite en faisant mécaniquement vibrer la buse suivant l'axe du jet ou en faisant varier la pression de l'encre a la fréquence de synchronisation". La modulation de vitesse résultante du jet produit provoque un "groupement en paquet" périodique aval du fluide comme dans un tube amplificateur micro-ondes Klystron. Dans ce cas, la modulation de la densité du 'faisceau' se manifeste sous forme d'une variation de la surface de la section transversale étant donné que le fluide n'est pas compressible". Une analyse approfondie est donnée ensuite qui montre que la distance de la buse au point de séparation est directement fonction de la vitesse de la modulation de vitesse. Toute cette analyse est basée sur l'utilisation d'un orifice de buse rond qui n'introduit aucune contrainte dans le courantjet. Cette disposition a été représentée sur les figures 1 et 2 qui represen- tent la formation d'un courant de gouttelettes 10 a partir d'un jet d'encre 11 émis par un orifice rond 12 de la technique antérieure. Les figures 3 et 4 représentent un jet d'encre émis par un orifice essentiellement polygonal et plus parti cul i éremen t carré conformément a la présente invention. Le jet 15, tel qu'il est éjecté de l'orifice carré 16, change immédiatement de la forme a section transversale carrée en une forme cylindrique 17 du fait de la tension superficielle du fluide. C'est cette contrainte initiale appliquée fluide lorsqu'il sort de l'orifice carré sous une forme carrée et l'action de la tension superficielle contraignant le fluide a prendre une forme cylindrique qui déclenche l'iflstabilité du jet 15. Ainsi, au lieu des faibles variations aléatoires dans un jet cylindrique, telles que celle étudiées par Sweet, une contrainte importante est introduite dans le courant-jet. L'introduction d'une perturbation régulière dans l'encre, en combinaison avec de telles contraintes, provoque la séparation du courant-jet d'encre en un train de gouttelettes uniformes à une distance plus proche de la buse 16 que la même perturbation agissant sur un jet cylindrique émanant de l'orifice 12. L'efficacité des moyens de perturbation est ainsi notablement supérieure lorsque l'orifice carré 16 est utilisé que lorsque l'orifice rond 12 est utilisé. La figure 5 représente, d'une manière générale, une structure de buse à un seul orifice qui comporte un orifice 20 formé dans une paroi 21 d'une tubulure de distribution d'encre 22. La structure comporte également des moyens de perturbation ou transducteur 23 fixés à la paroi 24 de la tubulure. Enfin, un tube d'alimentation 25 est raccorde de façon a communiquer avec la tubulure 22 pour l'alimenter en encre sous une pression constante. Les moyens générateurs de perturbation 23 peuvent être constitués par un transducteur -approprié quelconque, tel qu'un cristal pi ézoél ectrique, un transducteur magnétostrictif ou analogue. Le transducteur 23 a été représenté monte de façon à faire varier le volume de la tubulure de distribution 22 et, ainsi, à faire varier la pression d'encre pour perturber le courant d'encre. Alternativement, les moyens de perturbation 23 peuvent être montés entre la paroi 24 et une structure support stationnaire pour déplacer l'ensemble de la structure de buse, y compris la tubulure de distribution et la buse 20, suivant la direction du jèt d'encre pour moduler, de ce fait, la vitesse du courant.Suivant une autre solution, les moyens de perturbations peuvent comporter des moyens pour perturber électrostatiquement ou magnétiquement le jet d'encre. L'orifice 20 peut être formé par diverses techniques. Une technique avantageuse s'avere être celle qui consiste à utiliser une matière monocristalline pour constituer la paroi 21 et à utiliser les techniques de gravure préférentielle pour graver un trou carré à travers la paroi 21. La technique de gravure préférentielle est décrite dans un article de Sedwick et autres, Journal of Electrochemical Society, VoL. 119, No.12, décembre 1972, intitulé "A Novel Method for Fabrication of Ultrafine Metal Lines by Electron Beams". De nombreuses autres techniques appropriées peuvent être utilisées pour graver ou éroder des trous carrés à travers des matières appropriees. Les solutions qui consistent à utiliser la gravure préférentielle sont particulièrement avantageuses pour former un orifice de buse carré ayant un faible rapport de forme. Spécifiquement, la gravure préférentielle d'une matière monocristailine a partir de la surface dans le plan cristallographique (a l'arrière de la paroi 21) a travers un masque carre convenablement oriente entraine une faible vitesse de gravure dans le plan cristallographique de la matière. Ainsi, la gravure produit un trou pyramidal dans la matiere ayant comme cotés de la pyramide une surface 26, 27 dans le plan . Au niveau de l'orifice, le rapport de forme de la buse devient tres faible.Le rapport de forme de la buse est le rapport de l'épaisseur de la paroi 21 au diamètre utile de l'orifice 20. Comme décrit dans le brevet des E.U.A précité No. 3 823 408, des rapports de forme de 1 1ordre de 0,5:1 se sont avérés extrêmement avantageux. Le rapport de forme obtenu par la gravure préférentielle est nettement inférieur A 1,0:1 du fait que l'orifice comporte quatre arêtes, chacune de ces arêtes faisant un angle aigu avec la surface avant de la plaque 21. Du fait de la très grande efficacité de l'orifice carré et de son faible rapport de forme, il s'est avéré avantageux de déposer par placage une électrode 30 sur Ta paroi 21, entourant étroitement l'orifice 20 de façon ainsi a exciter un courant-jet d'encre électrostatique au moyen d'un champ electrique alternatif engendre dans l'électrode 30 par le circuit d'excitation 29. Un champ électrique variable entre une électrode et un jet de liquide conducteur induit des charges variables sur la surface du jet qui, a leur tour, provoquent une variation de la tension superficielle. Cette variation periodique ou modulation de la tension superficielle crolt exponentiellement en fonction du emps et provoque la séparation synchrone du jet en gouttelettes uniformes. Cette perturbation provoque par un champ électrique constitue une alternative a la perturbation de vitesse ou de pression, telle qu'engendrée par le transducteur 23. Un orifice fabriqué de cette manière se prête egalement a la fabrication d'un ou de plusieurs ensembles de buses multiples sur la plaque 31 représentée sur la figure 6, les orifices 32 ayant des surfaces de section transver s?le relativement uniformes de façon a engendrer une série de jets d'encre simultanément. Un orifice carré est, par conséquent, particulièrement avantageux dans de telles circonstances du fait qu'il permet l'utilisation d'un unique transducteur générateur de perturbation commun 23 pour tous les jets d'encre d'un ensemble commun. Alternativement, la perturbation des jets d'encre peut être individuellement commandée par l'utilisation d'électrodes individuelles 33, les champs engendrés par les électrodes etant nécessairement faibles du fait de l'étroit espacement requis pour de tels orifices multijet. Par conséquent, la perturbation de plus grande efficacité résultant de l'utilisation d'orifices polygonaux (carrés, trian glaire, etc.) permet l'utilisation d'une perturbation de ce type. 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 evident 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. REVENDICATIONS 1.- Ensemble de projection de jet d'encre comportant une source d'encre sous pression, des moyens formant tubulure de distribution communiquant avec la source et des moyens pour perturber l'encre à une fréquence uniforme caractérisé en ce qu'il comporte: un orifice de buse ayant essentiellement une configuration polygonale à travers lequel l'encre est éjectée des moyens formant tubulure en un jet par ladite pression, de façon à induire une contrainte dans le jet, en émettant celui-ci avec une section transversale essentiellement polygonale, ce qui a pour effet d'accroître la sensibilité du jet aux moyens de perturbation qui engendrent la formation d'un courant séquentiel de gouttelettes uniformes. 2.- Ensemble de projection de jet d'encre selon la revendication 1 carac térisé en ce que l'orifice de buse est carré. 3.- Ensemble de projection de jet d'encre comportant une source d'encre sous pression et des moyens formant tubulure de distribution communiquant avec la source caractérisé en ce qu'il comporte: un orifice de buse ayant essentiellement une configuration carrée à travers lequel l'encre est éjectée des moyens formant tubulure en un jet par ladite impression, de façon à induire une contrainte dans le courant, en emettant le jet avec une section transversale essentiellement carre qui est contrecarrée par la tension superficielle de l'encre; et des moyens pour perturber l'encre a une fréquence uniforme pour amener le courant à répondre a la contrainte en se séparant en un courant séquentiel de gouttelettes, uniformes. 4.- Ensemble de projection de jet d'encre selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l'orifice de buse a un rapport de forme inférieur à 1,0. 5.- Ensemble de projection de jet d'encre selon la revendication 4 carac térisé en ce qu'il comporte plusieurs orifices de buse dans la paroi de la tubulure de distribution. 6.- Ensemble de projection de jet d'encre selon la revendication 4 caractérisé-en ce que les moyens de perturbation comportent une électrode disposee sur l'extérieur de ladite paroi, etroitement adjacente à l'orifice et hors de contact avec le courant jet d'encre. 7.- Ensemble de projection de jet d'encre selon la revendication 5 caractérisé en ce que la paroi de la tubulure comporte une plaque plate dans laquelle est formé un ensemble, fabriqué simultanément, d'orifices de buse. 8.- Ensemble de projection de jet d'encre selon la revendication 7 caractérisé en ce que les moyens de perturbation comprennent plusieurs électrodes séparées, chacune disposée sur l'extérieur de la paroi, étroitement adjacente à un orifice correspondant et hors de contact avec le jet d'encre émis par cet orifice.