Brevet FR2374169A1 — publié le 19780713

La présente invention concerne un aspirateur pour imprimante à jet d'encre. Dans un système d'impression à jet d'encre, l'une des causes principales du mauvais positionnement des gouttelettes sur un milieu d'impression réside dans l'interaction des gouttelettes en vol entre elles. L'interaction des gouttelettes a deux causes, à savoir la charge appliquée aux gouttelettes et la traînée aérodynamique de celles-ci. L'interaction de charge et interaction aérodynamique ne sont généralement jamais observées d'une manière indépendante et dans la plupart des cas, sont associées. L'interaction de charge serait moins dommageable sans la présence de la traînée aérodynamique. C'est-à-dire que la présence de la traînée aérodynamique aggrave l'effet des interactions de charges. En l'absence de traînée aérodynamique, les seules distorsions rencontrées sont d'origine électrostatique et ainsi il pourrait être bénéfique d'effectuer une opération d'impression avec une charge de gouttelettes inférieures et une longueur de"tir"plus importante pour obtenir une déflexion identique dans les deux cas. La répulsion de deux gouttelettes également chargées, sauf au tout début de l'intéraction, est proportionnelle à la charge des gouttelettes multipliée par la longueur du"tir". Pour une tension de déflexion donnée, le quart de la charge originale est nécessaire lorsque la longueur sur laquelle le champ de déflexion électrique existe est doublée. Ainsi, la répulsion de charge est diminuée de moitié étant donné qu'elle est proportionnelle au produit de la charge et de la longueur de déflexion. Sans aspiration pour compenser la traînée aérodynamique, le bénéfice d'une longueur de tir accrue ne peut pas obtenu utilisé en raison des distorsions aérodynamiques, par exemple, le mélange des gouttelettes qui se produirait longtemps avant que la double longueur de tir ne soit parcourue. L'utilisation d'un aspirateur supprime de la nécessité de dévier les gouttelettes sur une distance très courte et pratiquement, désassocie le mouvement des gouttelettes entre elles. En conséquence, ce système permet à la déflexion des gouttelettes d'être représentée par une fonction plus linéaire de la charge des gouttelettes. Le brevet des E. U. A. NO 3 562 757 décrit un système à jet d'encre dans lequel l'interaction de charge entre gouttelettes adjacentes et la traînée aérodynamique, sont compensées. La compensation comprend l'utilisation du principe de la"gouttelette de garde"dans lequel une gouttelette sur deux est chargée, de façon qu'une gouttelette sur deux s'écoule, ce qui entraîne une augmentation de la distance entre les gouttelettes qui sont utilisées pour l'impression, réduisant ainsi les interactions de charge entre les gouttelettes d'impression ainsi que le sillage entre celles-ci. Dans ce brevet, l'aspiration n'est pas utilisée et l'efficacité du système est réduite en raison de l'écoulement d'un nombre excessif de gouttelettes. L'utilisation d'un courant gazeux, tel qu'un courant d'air, pour compenser la traînée aérodynamique dans un système à jet d'encre dévié analogue, est présentée dans le brevet des E. U. A. N596. 375. Dans ce brevet, on introduit un courant d'air colinéaire dans le courant des gouttelettes d'encre afin de réduire les effets du sillage d'une gouttelette donnée par rapport à une gouttelette suivante, avec pour objectif la suppression de la traînée de chaque gouttelette. Cependant, dans le dispositif de ce brevet, le courant gazeux devient turbulent avant qu'il n'atteigne la vitesse des gouttelettes. Dans ce brevet, la buse de jet d'encre est montée sur une structure profilée qui, est placée à proximité du centre du tunnel aérodynamique où le courant pneumatique est proche de sa vitesse maximum. Etant donne que même un bon profil provoque un sillage faible mais instable, balayé par les gouttelettes d'encre, la trajectoire des gouttelettes dans le dispositif de ce brevet est affectée par le silage et en conséquence, la réduction optimum de la distorsion aérodynamique n'est pas obtenue. Le brevet des E. U. A NO 3 972 051 présente un système d'impression à jet d'encre qui comprend un passage d'écoulement pneumatique laminaire au travers duquel les gouttelettes d'encre sont dirigées avant de frapper un milieu d'impression mobile. Le courant pneumatique est créé par aspiration à l'extrémité aval du passage, le courant pneumatique n'étant pas filtré avant de pénétrer dans ledit passage. En conséquence, la perturbation aérodynamique de l'écoulement pneumatique peut être créée par l'air passant sur l'électrode de charge et les électrodes de déviation. La géométrie des ouvertures d'entrée et de sortie du passage est rectangulaire, le passage présentant une section non uniforme, et l'écoulement pneumatique laminaire se faisant à une vitesse non constante et se réduisant à proximité du milieu d'impression. Dans ce cas également, la vitesse de l'air n'est dans tous les cas, égale qu'à une fraction de la vitesse des gouttelettes qui permettrait d'éviter les turbulences. Aucun des dispositifs de l'art antérieur cités précédemment ne présente un aspirateur pour un système jet d'encre dans lequel ledit aspirateur comprend un passage tel qu'un tunnel aérodynamique de section constante et dans lequel la vitesse de l'écoulement pneumatique est pratiquement constante et égale à la vitesse des gouttelettes d'encre de façon que la traînée aérodynamique éventuelle des gouttelettes soit pratiquement éliminée. Selon la présente invention, un aspirateur d'imprimante à jet d'encre comprend un tunnel aérodynamique de section de surface pratiquement constante. Le tunnel présente une section de forme circulaire de l'entrée à la sortie ; mais la forme de section du tunnel peut encore être modifiée le long de son axe longitudinal pour arriver à une forme différente en sortie. D'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 est une représentation en coupe d'un aspirateur à jet d'encre réalisé selon les enseignements de la présente invention, dans laquelle l'aspirateur comprend un tunnel aérodynamique à entrée circulaire et à sortie non circulaire. La figure 2 est une vue en perspective de l'aspirateur de la figure 1, l'électrode de charge étant retirée. La figure 3 est une vue en coupe prise selon les lignes 3-3 de la figure 1, montrant comment les électrodes de déflexion sont montées dans les parois du tunnel. La figure 4 est une vue en coupe d'un aspirateur à jet d'encre réalisé selon les enseignements de la présente invention dans lequel la géométrie du tunnel est de section circulaire de l'entrée à la sortie. La figure 5 est une vue en plan coupé du tunnel d'un aspirateur réalisé selon les enseignements de la présente invnetion, dans lequel l'entrée du tunnel est de section circulaire, la géométrie du tunnel se modifiant le long de son axe longitudinal pour devenir une géométrie non circulaire à la sortie, ladite géométrie étant de préférence elliptique ou rectangulaire. La figure 6 représente des vues en coupe successives du tunnel de la figure 1, montrant comment la géométrie du tunnel passe d'une entrée circulaire à une sortie non circulaire. La figure 7 est une vue en plan d'un tunnel approprié pour être utilisé dans l'aspirateur de la présente invention, dans lequel la géométrie du tunnel est circulaire à l'entrée et devient rectangulaire à sa sortie, et la figure 8 est une représentation schématique d'un système d'alimentation en gaz qui peut être utilisé dvec l'aspirateur de la présente invention. Un aspirateur d'imprimante à jet d'encre est un dispositif qui assure un écoulement pneumatique colinéaire avec le courant d'encre afin de réduire les effets du retard aérodynamique appliqué au courant d'encre. L'aspirateur est utile dans tous les systèmes d'impression par jet d'encre comprenant, sans être limité à ceux ci, les systèmes à déflexion analogique et les systèmes à matrice de buses. A la figure 1, on trouve une vue en coupe d'un aspirateur d'imprimante jet d'encre prévu pour un système à déviation analogique 2. Selon l'art antérieur, un système déviation analogique est un système dans lequel des gouttelettes chargées sont déviées vers un milieu d'impression suivant un angle déterminé par la charge qu'elles portent. L'aspirateur 2 comprend un carter 4 qui, par exemple, peut être réalisé en un matériau isolant tel que de la céramique, ou du plexiglass. Le carter 4 est fileté intérieurement de façon à recevoir à l'une de ses extrémités un boîtier 6 qui, par exemple, peut être, lui aussi, réalisé en un matériau isolant tel que du plexiglasse et à son autre extrémité, une structure z électrodes de charge 8 qui, par exemple, peut être réalisée en un matériau conducteur. Le boîtier 6 comprend un passage, appelé"tunnel aérodynamique" 10, qui présente une ouverture d'entrée circulaire 12 et une ouverture de sortie non circulaire 14 qui est de préférence de forme elliptique ou rectangulaire. Un joint d'étanchéité 16 est fixé à la section inférieure de l'aspirateur pour assurer une étanchéité pneumatique lorsqu'une section supérieure identique (non représentée) est fixée la section inférieure. Des plaques de déflexion 18 et 20 sont fixées entre le boîtier 6 et sa partie correspondante par les axes de connexion 22 et 23 et 22'et 23', respectivement. Une lumière d'admission 24 qui est raccordée une alimentation gazeuse (non représentée) est connectée à une ouverture du boîtier 6. L'ouverture comporte un bouchon poreux 25. L'aspirateur comprend une chambre de tranquilisation 26 et deux tamis poreux 28 et 30 qui par exemple, peuvent être des tamis trame d'acier inoxydable séparés par des entretoises 32 et 34. Une bague de retenue 36 maintient les tamis 28 et 30 en place contre l'entretoise 32 et le boîtier 6. Un gicleur 38 disposé dans la tête d'application d'encre 39 délivre de l'encre sous pression à partir d'une source (non représentée) de façon à envoyer un courant d'encre 40 au travers du tunnel 10. Les gouttelettes du courant d'encre qui présentent un diamètre de l'ordre de 0,051 mm et sont animées d'une vitesse de l'ordre de 17,78m par seconde, et sont chargées sélectivement par l'électrode de charge 8. Les gouttelettes non chargées sont recueillies dans une gouttière 42 et les autres gouttelettes sont chargées avec une charge provoquant leur déviation sur un milieu d'impression 44. Ce cas est illustré par les trajectoires de gouttelettes 46 et 48 données à titre d'exemple. En pratique, la gouttière 42 est orientée de façon que les gouttelettes s'écoulent dans celle-ci par gravité. Le tunnel 10 est conçu pour présenter une section dont la forme varie entre l'entrée et la sortie afin de permettre les différentes trajectoires des gouttelettes. Pour maintenir une vitesse d'écoulement constante dans le tunnel 10, la section du tunnel est conçue pour avoir une surface pratiquement constante lorsqu'on la mesure d'un plan à l'autre. La détermination de la forme de la section du tunnel permettant de maintenir une surface de section constante le long de l'axe du tunnel, sera décrite en détails en se référant à la figure 5. Un gaz tel que l'air, l'azote, etc... est délivré à partir d'une pompe d'alimentation (non représentée) à une pression de l'ordre de 0,2109 à 0,3515 kg par cm2, à un débit de huit litres par minute, la pression étant régulée à 0,021 kg par cm2 avant d'être appliquée au conduit d'admission 24 et au travers du bouchon poreux 25 qui assure la réduction de la turbulence de l'écoulement gazeux d'entrée. Le gaz s'écoule dans la direction de la flèche 50 dans la chambre de tranquilisation 26 qui assure une réduction nette de la vitesse moyenne du gaz, réduisant ainsi le niveau de turbulence élevé de celuici. Les filtres 28 et 30 fonctionnent comme un moyen d'égalisation de la pression gazeuse pour égaliser la pression du gaz autour de la circonférence de la chambre de tranquilisation et pour transformer la turbulence élevée en tourbillons plus petits soumis à une dissipation visqueuse à mesure que l'écoulement gazeux se poursuit. L'écoulement gazeux est alors accéléré fortement à la bouche du tunnel aérodynamique 52, à une vitesse de l'ordre de 17,78 mètres par seconde, qui est égale à la vitesse des gouttelettes lors de leur écoulement à l'entrée du tunnel 10. Cette accélération dans le sens de l'écoulement diminue encore le niveau de turbulence de l'écoulement gazeux. La bouche du tunnel aérodynamique 56 est réalisée en plexiglass et est vissée sur le boitier 6 pour former une surface curvilinéaire adjacente à l'entrée du tunnel 12. Etant donné que le gicleur 38 et l'électrode de charge 8 ne font pas saillie dans la bouche du tunnel aérodynamique, il y a peu de turbulences par opposition aux turbulences créées par des structures similaires de l'art antérieur. Etant donné, comme on l'a expliqué précédemment, que le tunnel aérodynamique 10 présente une section de surface constante et qui passe d'une forme circulaire à une forme non circulaire, de l'entrée à la sortie, la vitesse moyenne du gaz dans le tunnel aérodynamique est maintenue pratiquement constante et idéalement, est pratiquement égale à la vitesse des gouttelettes d'encre réduisant les effets du retard aérodynamique en éliminant ou au moins en réduisant substantiellement les effets de la traînée aérodynamique. Le maintien d'une vitesse de gaz constante réduit les risques d'écoulement laminaire du gaz dans le tunnel et l'apparition de turbulences. On voit que les électrodes de déflexion 18 et 20 ont une forme correspondant à la géométrie du tunnel aérodynamique 10 et que leurs bords sont pratiquement dans le même plan que les parois du tunnel. L'agencement des électrodes de déflexion élimine ou au moins réduit substantiellement les effets néfastes de l'accroissement de la charge qui se produirait sur les parois du tunnel si les électrodes étaient recouvertes par le matériau isolant formant le tunnel. La zone où le jet gazeux frappe le milieu d'impression 44 est d'une importance négligeable sur le plan de l'aérodynamisme et il en est ainside l'effet de la gouttière, étant donné que l'inertie des gouttelettes en ces points est beaucoup trop importante pour que celles-ci réagissent d'une manière significative a la courbure importante des lignes du courant gazeux au voisinage de la zone d'impact. Il en est ainsi étant donné que le temps de tranquilisation aérodynamique des gouttelettes est beaucoup plus important que le temps de vol entre leur point de formation et le papier. On se reporte maintenant à la figure 2 qui est une vue en perspective de l'aspirateur 2, représentant d'une manière plus claire sa configuration générale. L'électrode de charge 8 n'est pas représentée montée dans la partie filetée du carter 4 afin de montrer plus clairement la structure interne de l'aspirateur. La figure 3 est une coupe partielle de l'aspirateur 2, montrant comment les électrodes de déflexion 18 et 20 sont montées dans le boîtier 16 de façon à ne pas faire saillie dans le tunnel 10. Les électrodes de déflexion 18 et 20 comportent des surfaces incurvées 56 et 58 de façon à ne pas provoquer d'arc ou de turbulence dans l'écoulement gazeux. Le tunnel 10 comporte des surfaces intérieures telles que les surfaces 60 et 62 arrondies par polissage afin de réduire encore les risques d'introduction de perturbations aérodynamiques. Dans un système d'impression à matrice de buse, un dispositif d'aspiration est également nécessaire pour assurer l'arrivée d'une gouttelette donnée au milieu d'impressions à un instant précis indépendamment de la configuration désirée de la gouttelette. Comme il est connu, un système à matrice de buses est un système dans lequel des gouttelettes non chargées sont utilisées pour l'impression et des gouttelettes chargées sont chargées à une valeur fixe et s'écoulent dans la gouttière ou vice versa. C'est-à-dire que le système fonctionne d'une manière binaire. Ceci est de la plus grande importance dans les systèmes qui utilisent des informations non codées (informations NCI) qui ne se prêtent pas à l'application des techniques de compensation électronique pour compenser les effets aérodynamiques. Ces systèmes à informations non codées peuvent par exemple comprendre les systèmes dits"facsimilés". La figure 4 représente un aspirateur à jet d'encre qui peut être utilisé dans un système d'impression à matrice de buses. L'aspirateur étant pratiquement identique à celui représenté dans la figure 1, les mêmes éléments portent les mêmes numéros de référence. La seule différence réside dans le fait que le tunnel 10 est de section circulaire de 1 1 entrée 12 à la sortie 14, la section du tunnel présentant une surface pratiquement constante d'un plan au suivant, lorsque mesurée dans n'importe quel plan donné transversal à l'axe longitudinal du tunnel. En pratique, le tunnel dans un système à matrice de buses est beaucoup plus court que le tunnel dans un système dévié analogique. Comme représenté sur la figure, les gouttelettes déviées ne sont pas utilisées pour l'impression et la trajectoire des gouttelettes déviées est pratiquement constante et fait un angle relativement petit. En conséquence, la géométrie du tunnel est maintenu constante de l'entrée à la sortie en raison de la différence de trajectoire minimum entre les gouttelettes déviées et les gouttelettes non déviées. Cependant, le conduit d'entrée 24, le bouchon poreux 25, la chambre de tranquilisation 26, les tamis d'égalisation de pression gazeuse 28 et 30 et les surfaces 52 et 54 sont nécessaires pour maintenir un écoulement gazeux non turbulent dans le tunnel. L'écoulement gazeux à vitesse constante dans le tunnel est à nouveau maintenu grâce à la section constante dudit tunnel. La figure 5 est une représentation schématique de la formation 1 classique du tunnel aérodynamique dans un matériau isolant tel qu'un bloc de plexiglass 64. Le bloc 64 comporte un passage tel qu'un tunnel 66 par exemple, formé par une opération de fraisage commandée par calculateur selon une série d'équations prédéterminées comme indiqué brièvement. Comme expliqué précédemment, le tunnel 66 comporte une ouverture d'entrée 5 68 de section circulaire, la géométrie du tunnel changeant le long de son axe longitudinal pour arriver à une ouverture de sortie 70 de section non circulaire et qui est de préférence elliptique ou rectangulaire. Le bloc 64 est divisé en une première section 72 et une deuxième section 74. La section 72 comporte la partie du tunnel 70 de section circulaire, Ola section 74 comportant la partie du tunnel dont la section passe d'une forme circulaire à une forme non circulaire. La première section du tunnel est décrite par les équations suivantes. (1) y = rc cos (2) z =-rc sinf dans lesquelles : - L, La 2èrne section du tunnel est décrite car les équations suivantes : 1 (3) y (ac cos j. d)-cos dans lesquelles : 0 $ où $ = angle à la circonférence du cercle 0 Lorsque bc = 0, la sortie du tunnel est rectangulaire. Lorsque bc > 0, la sortie du tunnel est elliptique. L2 = longueur de la deuxième section du tunnel ; et d = distance du centre de l'ellipse, à la sortie, à l'axe central longitudinal du tunnel. En se reportant à la figure 6, on y trouve une illustration du changement de la géométrie du tunnel 66 par parties successives de l'entrée à la sortie. La courbe 76 représente la section circulaire du tunnel dans la partie 72, la section du tunnel dans la partie 74 devenant de plus en plus elliptique comme montré par les courbes 78,80 et 82. La courbe 82 représente la section du tunnel à la fin de la partie 74. La figure 7 représente un tunnel similaire à celui représenté à la figure 5, la différence résidant dans le fait que l'entrée 86 du tunnel 84 est circulaire la géométrie du tunnel changeant alors pour devenir rectangulaire à sa sortie 88. Il s'agit du cas où bc = 0, dans l'équation (6). La figure 8 illustre un système donné à titre d'exemple pour l'alimentation d'un écoulement gazeux régulé à l'aspirateur décrit cidessus. Une pompe à gaz 90 délivre un gaz inerte à une pression de 0 l'ordre de 0, 3515 kg par cm2 et avec un débit de 10 litres par minute, un filtre 92 qui retire les éléments contaminants du gaz. Un régulateur de pression 94 régularise alors le gaz une pression de l'ordre de 2 0, 021 kg par cm2 le gaz étant délivré à l'aspirateur 96. Comme expliqué précédemment, l'aspirateur répond l'écoulement du gaz appliqué pour provoquer un écoulement gazeux colinéaire dans l'aspirateur qui a une vitesse de l'ordre de 17, 78m par seconde, qui est pratiquement identique à la vitesse des gouttelettes d'encre dans l'aspirateur. En conséquence, la traînée aérodynamique s'excerçant sur les gouttelettes est éliminée ou au moins substantiellement réduite. L'aspirateur décrit dans la présente invention peut être utilisé dans les imprimantes à jet d'encre connues dans l'art antérieur et par exemple peut être monté avec une tête jet d'encre sur un chariot de machine à écrire. Bien que l'on ait décrit dans ce qui précède et représenté sur les dessins, les caractéristiques essentielles de la présente 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. REVENDICATIONS 1.-Aspirateur de jet d'encre caractérisé en ce qu'il comprend : un tunnel aérodynamique présentant des première et seconde sections, dont la forme varie le long de l'arrêt longitudinal dudit tunnel et dont la surface est pratiquement constante selon cet axe longitudinal. 2.-Aspirateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que : la forme de ladite première section est définie par les équations suivantes : (a) y = r. cos (b) z =-r c sin dans lesquelles : -L1#X#0; angle à la circonférence de la 1ère section et OÉOÉW ; rc = rayon de la 1ère section ; Li = longueur de la 1ère section le long de l'axe longitudinal du tunnel, et en ce que la forme de la seconde section est définie par les équations suivantes : r i/ (\ (c) y (ac cos-d)-rc cosj t + rcos (d) z =-b sin + + r c sin -t-rc sin L""J\/ dans lesquelles : O : g : gw O L2 = longueur de la 2ème section le long de l'axe longitudinal du tunnel ; d = distance du centre de l'ellipse à la sortie à l'axe longitudinal du tunnel. 3.-Aspirateur de jet d'encre selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comprend : un boîtier comprenant une lumière d'admission de gaz pour la réception d'un gaz, une chambre de tranquilisation dans ledit bottier, communiquant avec ladite lumière d'entrée pour diminuer la vitesse moyenne du gaz reçu, un moyen dans ledit boîtier pour égaliser la pression du gaz à partir de ladite chambre de tranquilisation, et un tunnel dans ledit boîtier qui est en communication avec ledit moyen d'égalisation de la pression dudit gaz, ledit tunnel présentant une section d'entrée ayant une forme donnée, cette forme se modifiant le long de l'axe longitudinal de ce tunnel pour prendre une forme différente à sa sortie, la section dudit tunnel présentant une surface pratiquement constante sut toute sa longueur, afin de maintenir une vitesse moyenne constante du gaz. 4.-Aspirateur selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'une des formes de la section du tunnel est essentiellement circulaire et en ce que la forme à la sortie du tunnel est non circulaire. 5.-Aspirateur selon la revendication 4, caractérisé en ce que la forme de la section de sortie est elliptique. 6.-Aspirateur selon la revendication 5, caractérisé en ce que la forme de la section du tunnel est rectangulaire. 7.-Aspirateur selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit moyen d'égalisation comprend au moins un filtre. 8.-Aspirateur selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend des électrodes formées dans la paroi dudit tunnel.