Brevet FR2310067A1 — publié le 19761126

La présente invention concerne un procédé et un appareil pour la fabrication par lots de buses de projection de jets d'encre. Les appareils d'impression par jets d'encre utilisés pour former des caractères au moyen de jets d'encre qui sont constitués par des gouttelettes d'encre dirigées magnétiquement ou électrostatiquement sur un moyen d'enregistrement comprennent une platine portant un milieu d'enregistrement et une tête d'écriture qui est déplacée par rapport à la platine. La tête d'écriture comprend au moins une buse pour éjecter un courant-jet d'encre qui forme des gouttelettes et, dans le cas des systèmes électrostatiques, des électrodes de charge pour charger les gouttelettes d'encre éjectées et des électrodes de déviation horizontale et/ou verticale pour commander les gouttelettes d'encre. Le jet d'encre constitué par les gouttelettes d'encre est éjecté continuellement par la buse de la tête d'écriture de façon à frapper les emplacements désirés du milieu d'enregistrement de façon à reconstituer des caractères alphabétiques ou autres symboles. Le jet d'encre éjecté par la buse doit être commandé avec précision pour obtenir un degré élevé d'alignement des caractères et analogue formés. Une commande erratique entraîne la déformation des caractères et autres symboles enregistrés sur le milieu. La commande des dimensions de la buse est essentielle pour obtenir une densité de charge uniforme dans le mode à déviation électrostatique. La précision des dimensions de la buse et l'absence de défauts de la buse sont critiques en ce qui concerne la directivité, le créneau d'impression (contrôle des satellites) et l'uniformité des paramètres des matrices (vitesse et distance de séparation des gouttelettes). Le diamètre de la buse est choisi en fonction d'une application spécifique. La buse, par exemple, dans des applications de type général a un diamètre intérieur compris entre environ 0,010 et 0,075mm tandis que son diamètre extérieur est compris entre 0,1 et 1,5mm. Afin d'obtenir l'uniformité de l'impression et la stabilité directionnelle, les orifices des buses de projection de jets d'encre doivent être fabriqués avec une tolérance qui peut ne pas devoir dépasse plus ou moins 0,5 micron. Cette tolérance peut n'être que de ± 0,25 micron pour l'uniformité de la matrice; plusieurs procédés ont été mis au point pour la fabrication des buses de projection de jets d'encre. Ces procédés comprennent le perçage au laser de carbone vitreux, le perçage au faisceau électronique et la gravure du quartz, la gravure préférentielle du silicium, le perçage de trous dans de l'acier inoxydable suivi d'un polissage et brunissage et le perçage aux ultrasons de trous dans le saphir et le rubis. Aucun 2 23100 6 7 de ces procédés n'a produit le degré d'uniformité et la précision des buses en verre étiré. Les tubes capillaires et les tubes capillaires de précision disponibles dans le commerce ne présentent pas la précision requise pour les buses 5 de projection de jets d'encre. Les tubes "de précison" disponibles dans le commerce ont une tolérance de diamètre intérieur comprise entre ± 1,25 et ± 5 microns. Ces tolérances sont totalement inappropriées pour la fabrication des buses de projection de jets d'encre. En outre, les tubes de "précision" du commerce sont généralement étirés sur des 10 mandrins ce qui entraîne la présence de défauts localisés provoqués par les imperfections des mandrins ou par des particules étrangères présentes entre le tube et le mandrin lorsque le tube est retiré du mandrin. Le présent procédé permet de réaliser des tubes sans défauts et sans effilement progressif ayant des tolérances comprises entre ±0,25 et 15 +0,5 micron. Aucun des procédés connus jusqu'alors ne permettent de répondre aux conditions strictes et rigides exigées pour la fabrication des buses de projection de jets d'encre. La présente invention utilise un procédé et un appareil pour produire des buses de projection de jets d'encre uniformes. Des tubes de verre 20 disponibles dans le commerce ayant un rapport diamètre extérieur/diamètre intérieur d'environ 5:1 à 20:1 et des alésages intérieurs compris entre 0,5 et 1,25mm sont étirés verticalement pour obtenir les rapports désirés. Par exemple, le tube est étiré pour obtenir un diamètre extérieur de 1,500mm avec un alésage de 0,075mm ou un diamètre extérieur de 0,100mm 25 avec un alésage de 0,010mm, à des vitesses appropriées pour commander convenablement sa viscosité. Après que le tube a traversé une zone de chauffage, le diamètre du tube étiré est automatiquement mesuré de telle sorte que tous les paramètres peuvent être ajustés afin de conserver le rapport diamètre extérieur/dia mètre intérieur. Les dimensions du 30 tube final peuvent être réduites homothëtiquement à partir des dimensions d'origine de la matière de départ d'un facteur de 20 à 50. La réduction homothétique des dimensions réduit également homothëtiquement les erreurs absolues en dimensions, circularité et concentricité. L'étirage vertical du tube est employé afin d'utiliser la pesanteur 35 pour produire un tube droit et également afin d'empêcher que la pesanteur provoque l'affaissement de la partie chauffée du verre à faible viscosité et la déformation consécutive de l'alésage. En réglant convenablement la zone chaude du four, la tension superficielle de la matière améliore également la circularité de l'alésage. 40 L'appareil comporte un mécanisme d'entraînement à moteur à vitesse 3 2310067 variable pour maintenir une région constante de la matière de départ au centre d'une zone chauffante afin de produire un tube droit avec des variations progressives extrêmement faibles du diamètre extérieur et du diamètre intérieur du tube étiré fini. Ceci est essentiel étant 5 donné qu'une zone de transition comportant une partie à section évolutive du tube de verre doit exister entre la matière de départ dont les dimensions n'ont pas été réduite et le tube fini. Si aucune commande n'était exercée, le tube fini continuerait de s'effiler et de diminuer de dimensions. La vitesse d'entraînement du moteur est extrêmement importante en tant 10 que facteur contribuant à l'uniformité du produit final et, par conséquent, à la commande du procédé. L'appareil est en outre caractérisé par le fait qu'il a une vitesse d'étirage variable mais commandée. Cette vitesse d'étirage commandée du tube qui est étiré ajuste et commande le rapport diamètre extérieur/diamètre intérieur du tube de précision. Ceci est 15 possible du fait que le verre est un conducteur de chaleur relativement mauvais et qu'il existe un gradient de viscosité transversalement à la paroi du tube. L'accroissement ou la réduction de la vitesse d'étirage a des effets différents sur le diamètre extérieur et sur le diamètre intérieur du tube de précision. Un mécanisme d'entraînement à cabestan 20 variable est placé à proximité de la sortie du four pour éliminer l'effet de l'accroissement du poids du tube déjà produit sur le tube qui est étiré au centre de la zone chauffante du four. Si ceci n'était pas effectué, l'accroissement du poids provoquerait un effilement progrssif du tube et sa réduction de dimensions. Le dispositif comporte une commande à 25 réaction utilisée pour régler la température du four, la vitesse d'alimentation de la matière de départ ou la vitesse d'entraînement du cabestan afin de maintenir le produit résultant à l'intérieur des limites de précision désirées. Une commande du chauffage avec une tolérance très étroite est obtenue grâce à l'utilisation d'un thermocouple encastré 30 entre les enroulements du four. Suivant un autre aspect de l'invention, des tronçons de tube, étirés comme décrit ci-dessus, sont placés dans un dispositif de positionnement et enrobés. Le bloc de tubes enrobés est alors découpé en tranches, rodé, poli et recuit. Des buses individuelles sont obtenues en dissolvant 35 l'enrobage dans un solvant approprié. Par conséquent, la présente invention a pour l'un de ses buts principaux de réaliser un procédé pour former des buses de projection de jets d'encre uniformément reproductibles et de réaliser un appareil pour la mise en oeuvre de ce procédé. 40 D'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention 4 2310067 rassortiront 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 est une vue de face d'un appareil d'étirage de tubes 5 de verre perfectionné, et La figure 2 est une vue de côté de l'appareil de la figure 1. Sur la figure 1 à laquelle on se référera, on a représenté une vue de face de l'appareil d'étirage de verre de la présente invention désigné par la référence générale 10. Sur un socle 12 est monté une 10 équerre en métal 14 à laquelle est fixé un micro-interrupteur 13 pour arrêter le mécanisme d'entraînement de la matière de départ, non représenté, lorsque l'extrémité terminale de la matière de départ s'approche de l'appareil (cf figure 2). Le tube de verre 16 est entraîné par un moteur à travers un guide à rouleaux à ressorts 18 au moyen de galets d'entraîne-15 ment 20. Des engrenages d'entraînement 22 entraînés par un moteur à rapport de démultiplication élevé à vitesse commandée électroniquement 45 entraînent les galets d'entraînement 20. Des ressorts 24 et 24' maintiennent une pression constante sur les galets d'entraînement. Cette pression peut être réglée au moyen d'attaches de ressort réglables 26 et 26'. Le tube 20 16 est ensuite guidé dans un second guide à rouleaux à ressorts 28 qui sert à le maintenir sur une ligne verticale précise de façon qu'il soit entraîné au centre d'un four désigné par la référence générale 30. Pendant que le tube est entraîné à travers le four 30 son extrémité avant est serrée entre un second ensemble de galets d'entraînement 32 qui sont 25 actionnés par des engrenages d'entraînement entraînés par un second moteur â rapport de démultiplication élevé â vitesse commandée électroniquement 48. Les galets d'entraînement 32 coopèrent avec un ressort 36 qui applique une pression aux galets 32 et leur permet de se déplacer vers l'intérieur ou vers l'extérieur en fonction du diamètre du tube 16 qui sort de l'appa-30 reil. Lorsque le tube passe entre les galets 32, son diamètre est mesuré par une jauge électronique. Deux ventilateurs soufflants 42 et 44 sont disposés respectivement à proximité du sommet du four 30 et à proximité des galets 32. Le ventilateur soufflant 42 est disposé de façon à dissiper les courants thermiques qui s'élèvent au-dessus du four et à maintenir 35 le guide à rouleaux 28 et les galets d'entraînement 20 â une basse température. Le ventilateur soufflant 44 est disposé de façon à refroidir le tube et les galets 32 et à empêcher les changements dimensionnels des galets 32. Sur la base de la mesure du diamètre du tube par la jauge électronique 38 et au moyen de circuits de réaction, l'une des trois 40 commandes du procédé peut être modifiée. Ces commandes sont la vitesse 5 2310067 d'entraînement de la matière de départ, la vitesse d'étirage du tube fini et la température du four. En fonctionnement, un tube de verre ayant des dimensions relativement importantes par exemple un diamètre intérieur compris entre 0,5 et 1,25mm 5 et un diamètre extérieur compris entre 5mm et 25mm est verticalement introduit dans le guide à rouleaux à ressorts 18 et entraîné entre les galets d'entraînement 20 à une vitesse prédéterminée. Il passe dans le second guide 28 qui sert à maintenir le tube 16 parallèle à Taxe du four 30. Le four 30 comporte trois zones de chauffage, à savoir, une 10 zone de préchauffage 29, une zone de chauffage maximal 31 et une zone de refroidissement 33. La zone de chauffage maximal est utilisée pour commander la viscosité d'un petit volume de tube. La zone de préchauffage et la zone de refroidissement sont utilisées pour réduire le temps de chauffage et le choc thermique. Le tube sortant de la partie de refroi-15 dîssement du four 30 est ensuite pris entre les galets 32 par lesquels il est tiré à une vitesse constante. Pendant que le tube est tiré entre les galets 32, le levier 40 est en appui sur la jauge de mesure 38. La jauge de mesure 38 mesure le diamètre du tube et corrige la vitesse à laquelle le tube est étiré en modifiant la vitesse d'un des moteurs 20 d'entraînement ou en changeant la température du four 30 au moyen d'une modification de la tension pour régler la température. Il est bien entendu naturellement que la température du four 30 dépend du type de verre utilisé de ses dimensions et de la nature du produit désiré. Le four 30 est commandé par un thermocouple encastré entre les enroulements de la zone 25 de chauffage maximal. Il est disposé de façon à ne pas projeter une ombre sur la pièce (c'est-à-dire sur le tube de verre) pendant qu'elle traverse le four. La température est réglée à 1°C près ou moins. Un capuchon en céramique 27 ayant un orifice central légèrement plus grand que la matière de départ est disposé au sommet du four pour empêcher 30 que le four ne soit soumis à une déperdition de chaleur importante. Le tube étiré de la manière ci-dessus décrite peut avoir son diamètre d'origine réduit de 5 à 50 fois tout en conservant ou en modifiant volontairement le rapport de son diamètre extérieur à son diamètre intérieur. Par exemple, si un tube ayant un diamètre extérieur de 7,5mm et un dia-35 mètre intérieur de 0,75mm est utilisé comme matière de départ, un produit fini ayant un diamètre extérieur de 1,25mm et un diamètre intérieur de 0,035nm peut être obtenu. Des alésages de précision de 0,007 à 0,075mm avec une tolérance de ±0,5 micron peuvent être obtenus. Le tube résultant est sensiblement exempt d'effilement progressif et a la même circularité 40 et la même concentrici té sur toute la longueur du tube. 6 2310067 Des exemples de certains des verres étirés par le procédé de la présente invention sont représentés dans le tableau 1. Le tableau 1 indique le type de verre, les diamètres extérieur et intérieur au début du traitement, ou diamètre de la matière de départ, la température de la zone de chauffage maximal du four, la vitesse à laquelle la matière de départ est introduite dans le four, la vitesse à laquelle elle est tirée hors du four et les diamètres finals extérieur et intérieur du produit fini. Il est bien entendu que les exemples donnés dans le tableau 1 constituent seulement des illustrations de l'invention. d'autres types de verre peuvent également être utilisés. Les diamètres extérieur et inférieur finals du produit fini sont déterminés par les paramètres de température, de vitesse d'alimentation et de vitesse d'étirage. Certains des verres qui peuvent être utilisés pour la mise en oeuvre du procédé ainsi quyleurs propriétés sont indiqués dans les tableaux 2 et 3 ci-après, (cf. pages 7, 8 et 9). Les buses de projection de jets d'encre sont fabriqués en positionnant avec précision les tubes étirés dans un réceptacle, tel qu'un gros tube de verre ou dans des fentes usinées dans un tube de céramique. Les extrémités des tubes étirés sont maintenues en place par un bloc de précision muni de trous pour orienter les tubes. Les tubes sont orientés les uns par rapport aux autres dans le dispositif de montage avec un espacement ou suivant une disposition géométrique désiré. Le tii>e contenant les tubes étirés est rempli d'une matière, telle que la cire ou une résine épo^yde. Cette étape d'enrobage est utilisée pour maintenir les tubes étirés convenablement positionnés et alignés et pour assurer que les alésages des tubes sont perpendiculaires à la surface de montage. Le découpage précis des tubes du réceptable et de l'enrobage en minces tranches est obtenu en utilisant les procédés classiques, tels que le procédé de découpage utilisant une bouillie de diamants ou le procédé de découpage â la scie à pointes de diamant, tout en maintenant une perpendicularité convenable de la surface découpée par rapport aux axes des tubes étirés au moyen d'un dispositif de montage convenablement orienté par rapport au dispositif de découpage. Les tranches résultantes sont alors rodées et polies avec précision des deux côtés, en utilisant des abrasifs et composés de polissage appropriés. L'abrasif et les composés de polissage peuvent être de l'alumine ou autre matière approprié, par exemple, les tranches peuvent être rodées avec des particules abrasives de 6 microns, polies avec des particules abrasives de 1 micron, le polissage final étant effectué avec des particules abrasives de 0,3 microns. Le TABLEAU 1 Verre Dimensio le Diamètre intérieur (mm) ns initia-s Diamètre extérieur (mm) Temp. zone chauffage max. (°C) Vitesse d'alimenta-(mm/mn) Vitesse de traction (mm/mn) Dimensio f Diamètre intérieur (mm) ns du produit ini Diamètre ex têrieur (mm) Kimble 0,79 8,9 780° C 3,12 152,4 0,061 1,24 Kimble R6 0,79 8,9 772°C 3,05 156,2 0,051 1,24 Kimble R6 0,79 8,9 765°C 1,22 221,0 0,025 0,69 Kimble R6 0,91 5,6 733° C 0,76 269,0 0,029 0,30 Owens-Illinois KG-33 0,56 5,7 945° C 4,34 82,3 0,051 1,27 Owens-Illinois KG-33 0,56 5,7 940°C 4,34 82,3 0,064 1,27 Corning 7280 0,61 6,4 949°C 1,14 84,6 0,015 0,76 Corning 7280 0,61 6,4 941°C 1,30 95,3 0,029 0,76 Corning 7280 0,61 6,4 932°C 1,52 114,3 0,038 0,76 TABLEAU 2 Code équivalent des concurrents code du verre Si02 ai2O3 Zr02 MaNagO k2o Li20 B2°3 CaO BaO MgO Owens- Illinois EE-10 Corning 7280 71 1 15 11 0,5 1 Owens Illinois KG-33 Corning 7280 81 2 4 0,5 13 M Corning 0080 Kimble R-6 73,6 1 » 16 0,6 - - 5,2 - 3,6 Corning 7800 Kimble N-51A 74,7 5,6 6,4 0,5 9,6 0,9 2,2 Owens 111 i noi s EZ-1 Corning 1720 57 10,5 » 1,0 - - 4 5,5 - 12 00 CM O o o TABLEAU 3 PROPRIETES THERMIQUES DES VERRES A BUSES Code du verre Coefficient de dilatation (xlO-7/°C) 0 - 300°C Coefficient de contrac-(xl0-7.«c) du point de recuit à temp. ambiante Point de déformation (°C) Point de recuit (°C) Point de W11isse" (°C) Point de travail CC) Owens-Illinois EE-10 ou Corning 7280 64 578 627 870 Owens-Illinois KG-33 ou Corning 7740 32,5 35 510 560 821 1252 Corning 0080 ou Kimble R-6 93 113 486 525 700 985 Corning 7800 ou Kimble N-51A 50 66 538 580 798 1190 Corning 1720 ou Kimble EZ-1 42 52 666 712 915 1202 10 c 3 1 0 0 £ ? produit d'enrobage est ensuite enlevé en pliant la tranche ou en utilisant un solvant approprié pour le produit d'enrobage particulierutilisé, ce qui libère ainsi les buses individuelles. Les buses sont nettoyées par traitement dans un solvant tel que le trichloréthylène ou l'acétone. 5 Les buses ainsi produites ont une longueur de 0,05 à 0,25mm, des diamètres extérieurs de 0,100 à 1,500mm et des diamètres intérieurs de 0,010 à 0,075mm. Elles sont exemptes d'imperfections sur leurs surfaces intérieurs et de défauts d'entrée et de sortie. En outre, elles donnent d'excellents résultats de projection de jets en ce qui concerne la direc-10 tivité, la stabilité directionnelle, le contrôle des satellites et l'uniformité des dimensions du courant jet d'encre. Bien que Ton 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 15 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. 11 2310067 REVENDICATIONS 1.- Procédé pour fabriquer des tubes de précision caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes: a. introduire verticalement un tube de verre dans un four comportant 5 des zones de préchauffage, de chauffage maximal et de refroidissement commandées, â une vitesse prédéterminée et essentiellement constante; b. chauffer le tube de verre dans le four à son état visqueux; c. refroidir le tube en le faisant avancer de manière continue à travers le four; 10 d. tirer le tube hors du four à une vitesse prédéterminée et cons tante pour réduire au minimum Veffilement progressif du tube dans le four; e. contrôler les dimensions du tube lorsqu'il a été tiré hors du four afin de commander automatiquement, à partir de cette information, 15 la température à laquelle le tube est chauffé, la vitesse à laquelle il est tiré et la vitesse à laquelle le tube de verre est introduit dans le four de telle sorte que le tube résultant est de 5 à 50 fois plus petit que le tube de départ tandis que le rapport désiré diamètre extérieur/ diamètre intérieur du tube est obtenu. 20 2.- Procédé de fabrication de buses de projection de jets d'encre caractérisé en ce qu'il comporte les étapes qui consistent à fabriquer un tube suivant le procédé de la revendication 1 et en outre: f. à orienter les tubes étirés dans un bloc rainurë avec précision, à placer les tubes orientés et le bloc rainure avec précision dans un 25 réceptacle; g. à enrober les tubes dans le réceptacle; h. à découper en tranbhes le réceptacle et les tubes; i. à roder et polir les deux faces des tranches avec des abrasifs et composés de polissage de façon à obtenir ainsi des buses symétriques 30 et sans défaut. 3.- Procédé selon la revendication 2 caractérisé en ce qu'il comporte en outre l'étape qui consiste à enlever le produit d'enrobage pour obtenir des buses de projection de jets individuelles. 4.- Appareil pour étirer des tubes de verre présentant un effilement 35 progressif minimal, ces tubes ayant leur grosseur réduite de 5 à 50 fois tandis que le rapport diamètre extérieur/diamètre intérieur désiré est 12 2 3 10 0 6 7 obtenu, cet appareil étant caractérisé en ce qu'il comprend: a. des moyens moteurs à vitesse variable pour déplacer le tube de verre dans une direction verticale à vitesse constante; b. un premier guide à rouleaux à ressorts pour guider et maintenir 5 le tube dans une direction verticale; c. une première paire de galets d'entraînement soumis à l'action de ressorts et des engrenages coopérant avec les galets pour entraîner le tube vers le bas dans la direction verticale; d. un second guide à rouleaux à ressorts pour guider également 10 le tube et le maintenir dans une position verticale dirigée vers le bas; e. un four ayant une zone de préchauffage, une zone de chauffage maximal et une zone de refroidissement, le four étant utilisé pour chauffer le tube à un état de faible viscosité désirée; f. une seconde paire de galets d'entraînements munis d'engrenages 15 coopérants pour tirer le tube hors du four; g. des moyens de contrôle actionnés par la seconde paire de galets pendant que le tube est entraîné entre eux pour mesurer le diamètre du tube et commander, à partir de cette information, la température du four, la vitesse à laquelle le tube est introduit dans le four et ce^le â laquelle 20 il est tiré hors du four. 5.- Appareil selon la revendication 4 caractérisé en ce que des circuits de réaction coopèrent avec les moyens de contrôle. 6.- Appareil selon la revendication 5 caractérisé en ce qu'un thermocouple est incorporé à la zone de chauffage maximal du four.