Brevet FR2479095A1 — publié le 19811002

L'invention est relative à des machines à imprimer à rangees de jets de liquide d'impression. De telles machines, qui comportent une ou plusieurs rangées de pistolets imprimeurs à jets de liquide et qui servent à imprimer des motifs, sont décrites par exemple dans le brevet français 2.106.111 et dans son certificat d'addition 2.198.841 bien que, lorsqu'elles ne comportent qu'une rangée de pistolets imprimeurs à jet de liquide, elles peuvent etre utilisée pour l'impression de caractères ou en fac-simile.Les machines à imprimer décrites dans ces deux documents comprennent une ou plusieurs rangées de pistolets imprimeurs à jets de liquide, chaque pistolet possédant des moyens pour fournir du liquide d'impression sous pression à un orifice et des moyens pour imposer des variations régulièrement espacées à la section transversale du jet issu de l'orifice afin de favoriser la formation de gouttes dans le jet. Le liquide d'impression est désigné par "encre" dans ce qui suit bien qu'il soit évident que ce terme englobe aussi bien de la teinture liquide que de len- cre liquide. Un exemple particulier des moyens pour imposer des variations régulièrement espacées à la section transversale des jets d'encre, dans de telles machines à imprimer, est décrit en outre dans le brevet britannique 1.464.370. La rangée de pistolets imprimeurs comprend un collecteur qui est divisé en chambres individuelles dont chacune comporte un tube d'arrivée encre et, à l'une de ses extrémités, un orifice constitué par un ajutage. A l'autre extrémité de chaque chambre est monté un résonateur dont ltélément résonnant comporte un cristal piézo-électri- que en bon contact acoustique avec le liquide d'impression (ou avec une membrane imperméable,elle-même en contact avec le liquide d'impression).L'excitation des cristaux piézoélectriques par une source de tension à la fréquence de résonance des éléments résonnants produit des variations de pression dans l'encre, à l'extrémité des chambres où se trouvent les orifices, ce qui provoque des variations régulières dans la section transversale des jets. Cet agencement comprenant des chambres individuelles dans chaque pistolet imprimeur a en particulier permis d'appliquer à chaque orifice des ondes de pression acoustiques d'amplitude élevée, ce qui engendre une faible longueur de brisure des jets ainsi qu'un bas niveau de couplage acoustique entre les ondes de pression dans le liquide de chambres voisines. Un avantage de l'utilisation de résonateurs est qu'on peut réaliser des ondes de pression d'amplitude relativement elevée avec seulement une faible tension d'excitation. Toutefois, les résonateurs ont exigé jusqu'ici d'être soigneusement accordés à la main de telle façon que la fréquence de chacun des résonateurs soit rendue sensiblement égale à la fréquence de formation des gouttes. L'invention a pour but de créer une machine à imprimer à rangées de jets d'encre, du genre défini cidessus, dans laquelle soit obtenu un bon contrôle des longueurs de brisure de jets voisins, sans soulever les problèmes d'accorder à la main les fréquences de résonance des éléments de chaque circuit excitateur de résonance, à la fréquence de formation des gouttes ou d'excitation. L'invention a pour objet une machine à imprimer à rangées de jets d'encre, comprenant une rangée de pistolets imprimeurs qui comprennent d'une part chacun une chambre munie d'un orifice à l'une de ses extrémités, un élément résonnant monté par rapport à la chambre de façon à empêcher l'énergie acoustique d'être transmise de la chambre considérée à une ou plusieurs chambres avoisinantes et des moyens pour fournir de l'encre sous pression à la chambre, les constantes du circuit de chaque résonateur offrant un )acteur Q élevé, et d'autre part des moyens pour relier électriquement en parallèle les circuits de résonateur et des moyens pour appliquer une tension de fréquence élevée au montage en parallèle des circuits de résonateur, caractériséeen ce que des résistances électriques sont placées dans chacun des circuits de resonateur parallèles, en série avec le résonateur, afin d'effectuer une réduction notable du facteur Q des circuits, et en ce que les résistances sont choisies individuellement de façon à avoir une valeur tendant à égaliser la réponse en amplitude des circuits de résonateur et par conséquent les longueurs de brisure des jets d'encre. Comme on le sait, le facteur Q est le rapport entre l'énergie accumulée en un seul cycle et l'énergie dissipée dans ce cycle. De préférence, les facteurs Q des circuits de résonateur sont sensiblement égaux entre eux et compris entre 5 et 25. De préférence encore, dans les circuits montés en parallèle des éléments de résonateur, des résistances variables d'équilibrage sont montées respectivement en série avec les résistances électriques. Selon un agencement judicieux, les résonateurs sont portés chacun par un montage de faible impédance mécanique et de faible module d'élasticité, le montage étant serré sur la chambre correspondante. L'invention va etre décrite à titre d'exemple en référence au dessin annexé. La figure 1 montre, par une vue en coupe verticale quelque peu schématique, la partie formatrice de gouttes d'une rangée de pistolets imprimeurs qui fait partie d'une machine à imprimer à rangée de jets d'encre, conforme à l'invention. La figure 2 représente un circuit d'excitation commun qui relie les résonateurs des pistolets imprimeurs, les résonateurs étant symbolisés par leurs circuits électriques équivalents. La figure 3 illustre la forme des courbes caractéristiques de deux résonateurs typiques qui font partie des pistolets imprimeurs,représentés à la figure 1, de la machine à imprimer. Si l'on se reporte tout %'abord à la figure 1, une machine à imprimer à rangeede jets d'encre comprend une rangée de pistolets imprimeurs constituée par un collecteur 10 où sont ménagées une rangée de chambres individuelles 12. A son extrémité inférieure, chacune de ces chambres 12 comporte un orifice formé par un ajutage 14. Comme décrit dans le brevet britannique 1.462.193 ces ajutages sont constitués par des rubis d'horlogerie,- con venablement percés, qui sont montés chacun de façon que l'axe de son trou puisse etre réglé en position à l'aide d'une plaque 15. Par des orifices 16, chaque chambre 12 reçoit sous pression une charge d'encre d'imprimerie 17. Des résonateurs piézo-électriques 20 comprennent un cristal piézo-électrique 21 et une tige d'acier inoxydable 22 qui ont ensemble une longueur approximativement égale à la moitié de la longueur d'ondeacoustique, à la fréquence d'excitation. Les deux pièces 21 et 22 sont soudées outrasées ensemble et sont enfoncées dans une feuille 25 de matière plastique molle, telle que PVC, qui possède des trous dont la disposition des centres coïncide avec celle des axes des chambres 12 du collecteur 10. On monte alors la feuille 25 entre le collecteur 10 et un couvercle 24, lequel possède des trous de même disposition, et on boulonne ensemble les deux pièces 10 et 24.La feuille 25 est située à l'extrémité ,ou près de l'extrémité,de la tige d'acier 22 de chaque résonateur voisine du cristal piézo-électrique 21. Alors que les trous percés dans le collecteur 10 et dans le couvercle 24 ont des diamètres plus grands que ceux des résonateurs, la feuille 25 serre étroitement ces derniers. Cet ensemble constitue un excellent joint d'étanchéité lorsque l'encre est refoulée sous pression. Un premier contact électrique 30 est attaché au collecteur 10 et forme un circuit avec la moitié inférieure de chaque élément résonnant 20, par l'intermédiaire de l'encre 17. Un second contact électrique 31 est attaché à l'extrémité libre de chaque élément résonnant. Lorsqu'une tension est appliquyeaux contacts électriques 30 et 31, l'élément résonnant 20 vibre à la fréquence f de la tension ainsi appliquée L'ajutage 14 est situé à une distance optimale du bout de l'élément 20 de telle sorte que le mouvement de cet élément, en son mode de résonance, est transformé en une onde de pression acoustique au niveau de l'ajutage 14. Comme on le sait, ceci a pour effet de décomposer le jet de liquide, formé par chaque ajutage, en un courant de gouttes de dimension constante. Au niveau de la feuille 25, le mouvement vertical de la tige de charge est faible mais il existe une onde de contrainte radiale.Cependant, la feuille 25 est choisie de façon à avoir un faible module d'élasticité et une impédance acoustique médiocrement accordée à celle de la tige 22 si bien que l'énergie acoustique tirée de l'élé- ment résonnant 20 ou transmise par la feuille 25 à un élément voisin est négligeable. Il est très important que l'é- nergie acoustique couplée de l'élément résonnant situé dans l'une des chambres 12 à la suivante, à la fois par l'intermédiaire de la feuille 25 et par l'intermédiaire des trous 16 et de l'encre 17, soit faible en vue d'éviter des effets d'interférence entre chambres voisines. Avec un faible couplage d'énergie acoustique, si les longueurs de brisure de jets voisins ne sont pas égales, un ajustement à la tension appliquée à chaque résonateur peut être effectué sans affecter les longueurs de brisure de jets voisins.Les tolérances des éléments résonnants 20 et autres constituants des pistolets imprimeurs peuvent être ainsi mises sous le contrôle de la fabrication et les longueurs de brisure des jets sont maintenues dans des limites de tolérance acceptables. La figure 2 montre le circuit d'excitation des éléments résonnants. La tension appliquée a une fréquence élevée, de l'ordre de 120 kilocycles/seconde. Etant donné que les éléments piézo-électriques sont des transducteurs électromécaniques, leurs caractéristiques peuvent s'exprimer soit par le côté mécanique, soit par le côté électrique du circuit électromécanique. Sur le côté mécani que, les bornes A1... A expriment l'amplitude du mouvement des n des extrémités des éléments résonnants 20 et par conséquent la pression acoustique engendrée au niveau de l'ajutage 14 de chaque jet, ce qui à son tour détermine la longueur de brisure des jets. Toutes les propriétés des résonateurs 20 sont exprimées en termes électriques. En particulier, Lz C1, L2C2... L C représentent l'inductance et la capaci n n tance équivalentes de résonateurs voisins. A la résonance (2tuf > 2 L C est égal à l'unité. Les résonateurs 20 sont c n n faits de telle sorte que leurs fréquences de résonance rClv -c2"" fcn soient approximativement égales à la fréquence d'exci- tation f. De plus, ra r2..* rn sont les impédances des rsonateurs. Chacune de ces impédances est principalement une combinaison de l'impédance due à l'encre contenue dans la chambre 12 correspondante, de l'impédance de l'ajutage 14 associé et aussi de l'impédance du montage dans la feuille 25.C'1, C'2... C'n sont les capacitances électriques des cristaux piézo-électriques 21 dans les résonateurs. Il est donc clair que les circuits de résonateur sont montés électriquement en parallèle aux bornes de la fréquence d'alimentation. On constate normalement que ces impédances comprises dans r1, r2... r n sont basses et que la forme de la courbe de résonance du résonateur est nettement localisée à sa fréquence de résonance. La réponse Q élevée qui en résulte a pour avantage qu'une tension d'excitation relativement basse est suffisante pour stimuler le jet mais pour désaVantage que les éléments résonnants ont besoin d'etre accordés individuellement de façon à avoir des fréquences de résonance fc1... f et des réponses cn en amplitude A/V (c'est-à-dire amplitude par volt) très peu différentes. Comme le montre la figure 3, la réponse en amplitude A/V, représentée par une courbe 52, d'un résonateur dont la fréquence de résonance fc2 n'est pas accordée à la fréquence d'excitation f est très basse par rapport à celle, représentée par une courbe 51, d'un résonateur dont la fréquence de résonance fci est voisine de la fréquence d'excitation f. I1 a donc été trouvé avantageux d'incorporer un amortissement électrique au circuit.A la figure 2, les résistances R1... Rn, lorsqu'elles sont incorporées respectivement dans les branches de circuit parallèles des résonateurs auxquelles est appliquée la tension d'exclta- tion, interviennent pour abaisser le Q effectif des résonateurs à une valeur plus basse, par exemple t -u ayant les courbes de réponse non amortie 51 et 52, des courbes de réponse 61 et 62 (figure 3) qui ont des valeurs de Q plus basses si bien que les réponses en amplitude sont bien plus proches à la fréquence d'excitation f malgré la différence existant entre leurs fréquences de résonance. La résistance R0 (figure 2) représente l'impédance de sortie de l'amplificateur fournissant la tension d'alimentation et CO est la capacitance du câble. En raison de la faible valeur de Rg, l'effet de C0 peut être négligé à la fréquence de travail. A des valeurs de Q de l'ordre de 10, des différences entre les fréquences de résonance des résonateurs, sur une petite gamme de valeurs, n'ont pas pour conséquence des réponses en amplitude nettement différentes, alors que les ondes de pression sont convenablement amplifiées au niveau des ajutages. En pratique, une valeur de Q comprise entre 5 et 25 convient bien. Il s'est donc révélé tout à fait acceptable de fabriquer les résonateurs avec des tolérances mécaniques normales et de ne pas accorder ensuite leurs fréquences naturelles. On a trouvé également utile de menter des résistances variables d'équilibrage R1... n en serie avec les résistances R1... Rn, comme le montre la figure 2. Ceci permet d'effectuer un petit réglag-e du facteur Q et de l'amplitude de la brisure de chaque jet, de sorte que les longueurs de brisure peuvent etre ajustées si les tolérances de fabrication sont insuffisamment précises à cet égard. REVENDICATIONS 1. i-Iachine à imprimer à rangées de jets d'encre, comprenant une rangée de pistolets imprimeurs qui comprennent d'une part chacun une chambre munie d'un orifice à l'une de ses extrémités, un élément résonnant monté par rapport à la chambre de façon à empecher l'éner- gie acoustique d'être transmise de la chambre considérée à une ou plusieurs chambres avoisinantes et des moyens pour fournir de l'encre sous pression à la chambre, les constantes du circuit de chaque résonateur offrant un facteur Q élevé , et d'autre part des moyens pour relier électriquement en parallèle les circuits de résonateur et des moyens pour appliquer une tension de fréquence élevée au montage en parallèle des circuits de résonateur, caractérisée en ce que des résistances électriques (R1, R2... R ) sont placées dans chacun des circuits de résonateur parai- lele-(r1 C1 L1 C1', r2 C2 L2 C2'... rn Cn Ln Cn') en série avec le résonateur, afin d'effectuer une réduction notable du facteur Q des circuits, et en ce que les résistances sont choisies individuellement de façon à avoir une valeur tendant à égaliser la réponse en amplitude des circuits de résonateur et par conséquent les longueurs de brisure des jets d'encre. 2. Machine à imprimer selon la revendication 1, caractérisaoen ce que les facteurs Q des circuits sont sensiblement égaux entre eux et compris entre 5 et 25. 3. Machine à imprimer selon l'ne des revendications 1 et 2, caractériséeen ce que,n?ars les circuits montés en parallèle des éléments de résonateur, des résistances variables d'équilibrage (R1 R2... - R') sont mon- tées respectivement en série avec les résistances électriques (R1 R2' Rn) 4. Machine à imprimer selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractériséeen ce que les résonateurs sont portés chacun par un montage de faible impédance mécanique et de faible module d'élasticité, le montage étant serré sur la chambre correspondante. 5. Machine à imprimer selon la revendication 4, caractérisi en ce que les résonateurs sont portés par une feuille de montage commune (25), fixée aux chambres par un couvercle (24). 6. Machine à imprimer selon la revendication 5, caractérisée en ce que les résonateurs plongent dans l'encre contenue dans leurs chambres respectives et en ce que le contact entre les résonateurs et la feuille de montage (25) assure un joint d'étanchéité pour l'encre sous pression dans les chambres respectives. 7. Machine à imprimer selon la revendication 6, caractérisée en ce que chaque résonateur comprend un cristal piézo-électrique (21) fixé, par l'une de ses extrémités, à une tige d'acier inoxydable coaxiale (22) et constitue ainsi un ensemble allongé axialement, la longueur de cet ensemble étant approximativement égale à la moitié de la longueur d'onde acoustique, à la fréquence d'excitation. 8. Machine à imprimer selon la revendication 7, caractérisée en ce que la feuille de montage (25) est située à l'extrémité, ou près de l'extrémité, de la tige d'acier (22) de chaque résonateur (20) voisine du cristal piézo-électrique (21).