Brevet FR2505259A1 — publié le 19821112

"Procédé pour fabriquer des canaux de tuyère, et imprimante par jet d'encre, munie d'un canal de tuyère réalisé de la sorte. L'invention concerne un procédé pour la réalisation de canaux de tuyère, en particulier pour des imprimantes opérant par jet d'encre, procédé suivant lequel dans le but de former une section de pompage, un organe de pompage tubulaire piézo- électrique à polarisation quasi-radiale est élaboré autour d'une partie de chaque canal de tuyère à réaliser. L'invention concerne également une imprimante opérant par jet d'encre et comportant une tête d'impression munie d'au moins un canal de tuyère réalisé suivant le procédé con- forme à l'invention. Dans le brevet américain NI 3 832 579, il est fait men- tion d'une imprimante par jet d'encre munie d'un canal de tuyère formé en partie par une petite tubulure cylindrique en verre autour de laquelle un organe de pompage est fixé à l'aide d'un agent adhésif pour former de la sorte une section de pompage L'organe de pompage est formé par une petite tubulure en matière céramique piézo-électrique à polarisa- tion radiale, cette matière étant par exemple du zirconate- titanate de plomb (PXE) dont les surfaces interne et externe sont munies d'électrodes métalliques Lorsque par l'intermé- diaire des électrodes une tension électrique est appliquée à l'organe de pompage, il en résulte une déformation mécanique. De ce fait, le diamètre de l'organe de pompage diminue dans une certaine mesure, de sorte qu'également la tubulure en verre est comprimée dans une certaine mesure Ceci a comme conséquence que dans un liquide (encre) dont est rempli la tubulure en verre, il s'installe une onde de choc de sorte qu'une goutte de liquide est éjectée par l'intermédiaire d'une tuyère dont est munie une extrémité de la tubulure. L'autre extrémité de la tubulure communique avec un réservoir d'encre Cette liaison comporte un rétrécissement ou une partie avec une paroi en matériau absorbant l'énergie pour éviter de la sorte la propagation de l'onde de choc également vers le réservoir De tels canaux de tuyère ne sont pas uti- lisables uniquement dans des imprimantes opérant par jet d'encre, mais également dans d'autres dispositifs, tels des pulvérisateurs de liquide par exemple pour applications médi- cales. Or, la pratique a permis de constater que la fabrication de tubulures piézo-électriques pour organes de pompage est difficile lorsqu'on désire respecter la précision suffisante. Les processus d'extrusion qui pour cela sont généralement pratiqués fournissent des tubulures dont il est difficile de reproduire dans une mesure suffisamment exacte les dimensions et les propriétés piézoélectriques De plus, l'élaboration d'une électrode sur la surface interne s'avère être difficile et coûteuse dans la technique. Or, l'invention a pour but de procurer un procédé qui tout en appartenant au genre mentionné dans le préambule per- met d'élaborer, de façon simple et de manière suffisamment reproductible, des organes de pompage autour des sections de pompage de canaux de tuyère. A cet effet, le procédé conforme à l'invention est remar- quable en ce que pour former des organes de pompage on part de deux plaques en matière piézo-électrique, que dans une première face principale d'au moins la première plaque sont façonnés des canaux parallèles qui depuis un bord de la premiè- re face principale s'étendent vers le bord opposé, que sur les deux faces principales de la première plaque ainsi sur les deux faces principales de la deuxième plaque sont élabo- rées des couches métalliques, que du fait d'appliquer une tension électrique entre les deux couches métalliques les deux plaques sont polarisées, que la première face principale de la première plaque et la première face principale de la deuxième plaque sont revêtues d'une couche d'agent adhésif, que les deux faces principales à agent adhésif étant situées en regard, la deuxième plaque est placée sur la première pla- que, et qu'ensuite l'agent adhésif subit une opération de durcissement. L'élaboration des canaux peut avoir lieu de façon très simple par une opération de sciage ou de meulage, tandis que lors de l'élaboration des électrodes les faces principales des deux plaques sont encore des surfaces externes, de sorte que lors de l'élaboration des électrodes, l'on ne rencontre pas non plus de grandes difficultés. Dans certains cas, on utilise dans les canaux de tuyère des liquides qui attaquent les couches métalliques C'est pourquoi un mode de réalisation préférentiel du procédé con- forme à l'invention a la particularité qu'après l'élaboration de l'agent adhésif, il est placé dans chaque canal une petite tubulure dont la longueur est au moins égale à celle du canal. La miseen oeuvre du procédé conforme à l'invention ayant pris fin, les canaux de tuyère peuvent rester réunis pour former de la sorte une tête imprimante Un mode de réalisation du procédé, mode suivant lequel chaque canal de tuyère devient séparément disponible pour un traitement ultérieur, est remar- quable en ce qu'après le durcissement de l'agent adhésif, les sections de pompage distinctes sont séparées complètement les unes des autres suivant des plans de séparation qui sont pa- rallèles aux axes des tubes et perpendiculaires aux faces principales des plaques. Une imprimante par jet d'encre, munie d'une tête d'im- pression comportant au moins un canal de tuyère obtenu sui- vant le procédé conforme-à-l'invention, est remarquable en ce que l'organe de pompage est formé par deux parties qui sont fixées l'une sur l'autre à l'aide d'un agent adhésif. La description suivante, en regard des dessins annexés, le tout donné à titre d'exemple, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 est une coupe longitudinale d'une partie d'une tête d'une imprimante opérant par jet d'encre et munie d'un canal de tuyère obtenu en conformité à l'invention. La figure 2 est une coupe transversale de deux plaques en matière piézoélectrique qui servent à la fabrication des organes de pompage. La figure 3 est une coupe transversale des plaques que montre la figure 3 après l'élaboration de canaux dans une des plaques. La figure 4 est une coupe transversale des plaques après la pose de couches métalliques et la polarisation. La figure 5 est une coupe transversale d'un ensemble for- mé à l'aide des plaques et comportant un certain nombre de canaux de tuyère. La figure 6 est une coupe transversale correspondant à la figure 4 et montre deux plaques en matière piézo-électrique travaillées suivant une variante du procédé conforme à l'in- vention. La figure 7 est une coupe transversale d'un ensemble de deux plaques qui est travaillé suivant une autre variante du procédé conforme à l'invention. La figure 1 montre de façon schématique un seul canal de tuyère 1 appartenant à une tête d'une imprimante opérant par jet d'encre Cette tête d'impression peut comporter éventuel- lement encore d'autres canaux de ce genre. Ledit canal de tuyère 1 est formé par une petite tubulu- re cylindrique 3 par exemple en verre ou en métal, et sur la paroi externe de cette tubulure on a fixé solidement un organe de pompage tubulaire 7 à l'aide d'une couche d'agent adhésif Cet organe de pompage 7 est formé par une tubulure 9 en matière piézo-électrique polarisée quasi radialement, par exemple le matériau PXE, et la surface interne et la surface externe de cette tubulure 9 sont munies d'électrodes 11, 13, par exemple formées par des couches de nickel déposé par évaporation Dans cet exemple, les deux surfaces terminales ne sont pas revêtues de matériau d'électrode. Par une de ses extrémités (à savoir l'extrémité droite sur la figure 1), le canal de tuyère 1 se termine dans une tuyère 15, tandis que par son autre extrémité, le canal 1 est lié, à travers une partie rétrécie 17, à une conduite d'amenée d'encre 19 qui communique avec un réservoir d'encre 21, et éventuellement avec d'autres canaux de tuyère (non représentée) Dans l'exemple envisagé, la tuyère 15 et la par- tie rétrécie 17 forment corps avec une partie de la tubulure 3, cette partie portant l'organe de pompage 7 et constituant une section de pompage Il est toutefois possible également de réaliser sous forme de constituants indépendants l'organe de pompage 7 (avec ou sans la tubulure) la tuyère 15 et la tubulure avec une partie rétrécie 17, ces constituants étant ultérieurement réunis de façon à former un canal de tuyère complet. Dans le cas o une tension électrique est appliquée entre les électrodes 11 et 13, l'organe de pompage 7 se dilate suivan sa longueur, ce qui a comme conséquence que l'organe 7 se contracte en direction radiale, ce qui fait diminuer dans une certaine mesure le diamètre de la tubulure 3 Au cours du fonctionnement normal de l'imprimante opérant par jet d'encre, le réservoir d'encre, la conduite d'amenée d'encre 19 et le canal de tuyère 1 sont remplis d'encre dans laquelle se produit une onde de choc lorsque la tubulure 3 se rétrécit brusquement Cette onde de choc ne se propage pas dans la partie rétrécie 17 mais bien vers la tuyère 15 Ceci a comme conséquence qu'une gouttelette d'encre est éjectée avec force hors de la tuyère 15 Cette gouttelette d'encre frappe une feuille de papier (non représentée) placée à droite-de la tuyère Du fait de faire mouvoir la tête imprimante par rap- port au papier et d'exciter aux instants adéquats l'organe de pompage 7, il est possible d'élaborer des signes ou des ima- ges sur le papier. Pour la fabrication de canaux de tuyère tels que repré- sentés sur la figure 1, on part de deux plaques en matière piézoélectrique 23 et 25 dessinées en coupe transversale sur la figure 2 (Pour la clarté de la figure, on n'a pas hachuré les plaques 23, 25) De préférence, la longueur et la largeur de ces deux plaques sont pratiquement les mêmes, mais l'épais- seur de la première plaque 23 est supérieure à celle de la deuxième plaque 25 La première plaque 23 a une première face principale 27 ainsi qu'une deuxième face principale 29, la deuxième plaque 25 ayant une première face principale 31 et une deuxième face principale 33. Ensuite, comme le montre la figure 3, on a pratiqué dans la première face principale 27 de la première plaque 23 un canal 35 ou plusieurs canaux parallèles 35 qui à partir d'un bord de la première face principale s'étende(nt) vers le bord opposé et a (ont) donc la même longueur que la première face principale La largeur et la profondeur des canaux 35 sont un peu plus grandes que le diamètre de la tubulure 3 (figure 1), de sorte qu'avec un certain jeu chaque canal peut contenir une tubulure Le façonnage des canaux 35 est possible par exemple par des scies profilées ou par meulage Il est évidem- ment possible aussi de choisir environ égales les épaisseurs des deux plaques 23, 25 et d'élaborer dans les premières faces principales 27, 31 des deux plaques des canaux 35 dont la profondeur est environ égale au diamètre de la tubulure 3. Puis, comme le montre la figure 4, les deux faces princi- pales 27, 29 de la première plaque 23 et les deux faces prin- cipales 31, 33 de la deuxième plaque 25 sont munies de couches métalliques indiquées par les références respectives 37, 39 et 41, 43 Ces couches métalliques sont par exemple en nickel déposé par évaporation Lesdites couches servent à former les électrodes 11 et 13 (figure 1). Entre les couches métalliques 37 et 39 de la première plaque 23, on applique alors une tension électrique de sorte qu'il s'installe dans cette plaque un champ électrique intense sous l'effet duquel le matériau de la plaque est polarisé La direction de polarisation est indiquée par les flèches 45 La même chose a lieu avec-la deuxième plaque 25 du fait qu'une tension électrique aussi est appliquée entre les couches métal- liques 41 et 43 La direction de polarisation qui en résulte est indiquée par les flèches 47 La direction de polarisation doit être la même pour les deux plaques, ce qui veut dire que pour les deux plaques, la direction de polarisation doit être orientée à partir de la deuxième face principale vers la pre- mière face principale (comme sur la figure 4), ou pour les deux plaques être orientées à partir de la première face prin- cipale vers la deuxième face principale Si la direction de polarisation d'une des deux plaques devait être opposée à la direction de polarisation de l'autre plaque, on n'obtiendrait lors de l'assemblage des plaques pas d'organes de pompage à polarisation quasi radiale. Ensuite, la couche métallique 37 sur la première face principale 27 de la première plaque 23 et la couche métallique 41 sur la première face principale 31 de la deuxième plaque 25 sont revêtues d'une couche d'agent adhésif, par exemple une résine époxy ou une soudure Puis, on pose dans chaque canal 35 une tubulure 3, et la deuxième plaque 25 est placée en recou- vrement sur la première plaque 23 de façon que les deux faces principales 27 et 31 munies d'agent adhésif et appartenant aux deux plaques soient situées en regard A cette occasion, l'a- gent adhésif s'étale autour des tubulures 3 de sorte que cel- les-ci sont noyées entièrement dans l'agent adhésif Ceci est indiqué clairement sur la figure 5 qui tout comme la figure 1 -montre l'agent adhésif par la référence 5 Après le durcisse- ment de l'agent adhésif 5, les deux plaques 23, 25 sont so- lidement réunies, et les tubulures 3 se sont fixées de façon immuable dans les canaux 35 Chaque tubulure 3 est maintenant entourée d'un organe de pompage 7 qui est formé par des par- ties des deux plaques 23, 25 Chaque tubulure 3 entourée d'un organe de pompage constitue une section de pompage d'un canal de tuyère 1 Si une des extrémités des tubulures 3 est munie d'une tuyère 15 tandis que l'autre extrémité est munie d'une partie rétrécie 17, les tubulures ne constituent pas seulement des sections de pompage mais des canaux de tuyère complets. Les sections de pompage distinctes peuvent maintenant au besoin être séparées les unes des autres suivant des plans de séparation 51 (indiqués par des lignes en pointillé sur la figure 5) qui sont parallèles aux axes destubulures 3 et per- pendiculaires aux faces principales 27, 29, 31, 33 des plaques 23, 25 Ceci est possible lorsque les plaques 23, 25 sont sciées suivant les plans 51 Après cette opération, les coupes transversales des surfaces externes des organes de pompage forment approximativement un carré défini par les coupes des couches métalliques 39 et 43 et les plans de séparation 51. Pour pouvoir appliquer aux électrodes 11 et 13 les ten- sions de commande nécessaires, les couches métalliques 37, 39, 41 et 43 doivent être raccordées à des conducteurs (non re- présentés) Ceci est possible par une technique de liaison connue, par exemple des contacts de pression ou par le sou- dage de fils de connexion L'électrode extérieure 13 est faci- lement accessible pour réaliser cette liaison Le contact avec l'électrode intérieure Il est possible par exemple à travers les couches métalliques 37, 41 arrivant à la surface par les côtés latéraux de l'organe de pompage ou à travers une métal- lisation de la face terminale gauche ou droite de l'organe de pompage 7, métallisation qui est raccordée à ces couches métal- liques Une autre possibilité est de revêtir la surface exter- ne de la tubulure 3 d'une couche métallique qui fait saillie jusqu'à l'extérieur de l'organe de pompage et qui par l'in- termédiaire de l'agent adhésif 5 (par exemple une soudure) dans ce cas électriquement conducteur, communique avec l'élec- trode intérieure 11 Par l'intermédiaire de cette couche métallique, il est alors possible d'établir la liaison avec cette électrode 11 Dans le cas o la tubulure 3 elle-même est en métal, cette couche métallique supplémentaire n'est évidemment pas nécessaire. Comme le montre la figure 5, la direction de polarisa- tion indiquée par les flèches 45 et 47 n'est radiale qu'ap- proximativement A mesure que l'on s'éloigne plus vers la gauche et vers la droite de l'axe des tubulures 3, les écarts qui se produisent dans la direction radiale deviennent de plus en plus prononcés Dans la pratique, ces écarts s'avèrent n'influencer que dans une faible mesure le fonctionnement con- venable des organes de pompage Toutefois, on peut au besoin diminuer ces écarts du fait de l'adaptation, dans une certai- ne mesure, de la forme des deuxièmes faces principales 29 et 33 des plaques 23 et 25 A cet effet, et par exemple simulta- nément avec le façonnage des canaux 35 (donc dans le stade illustré sur la figure 3), on pratique dans ces faces princi- pales des gorges 53 et 55 dont les axes sont parallèles aux axes des canaux et qui se situent au centre entre les axes des canaux Après l'élaboration des couches métalliques et après la polarisation, les plaques présentent alors l'aspect que montre la figure 6 Cette figure permet de se rendre compte que les couches métalliques 37 et 43 sont dans une certaine mesure bombées, de sorte que les directions de pola- risation 45 et 47 approchent mieux la direction radiale Après avoir séparé les sections de pompage suivant les plans de sé- paration 51 (figure 5), on obtient que les organes de pompage affectent alors en coupe transversale pratiquement la forme d'un carré à angles arrondis. Les plans de séparation 51 établissent la séparation complète entre les sections de pompage Toutefois, il est possible aussi de monter l'ensemble que montre la figure 5 comme un ensemble dans une tête d'impression faisant partie d'une imprimante opérant par jet d'encre Afin de pouvoir activer dans ce cas séparément les organes de pompage, il est indispensable que les couches métalliques 39 et 43, qui forment ensemble l'électrode extérieure 13 de l'organe de pompage, soient divisées en bandes qui sont parallèles aux tubulures 3 Ceci peut avoir lieu du fait qu'à l'endroit de la ligne d'intersection entre ces couches métalliques et les plans 51 l'on éloigne de minces bandes de ces couches métal- liques, par exemple par une opération de décapage ou par sciage ou meulage de ces couches Dans le cas o cette opé- ration a lieu avant de coller la plaque 23 sur la plaque 25, c'est-à-dire dans le stade illustré par la figure 4, on peut au besoin subdiviser de la mêrfie façon les couches métalliques 37, 41 qui forment l'électrode interne Il de l'organe de pompage Un inconvénient dans ce cas est que les sections de pompage sont liées encore solidement de façon mécanique, et chaque section est de ce fait capable d'influencer le fonctionnement de l'autre Cet inconvénient peut être éliminé par la mise en oeuvre de la variante de procédé illustrée sur la figure 7 Dans ce cas, subséquemment au durcissement de l'agent adhésif 5, par exemple la deuxième face principale 29 de la première plaque 23 appartenant à l'ensemble des deux plaques 23, 25, est fixée sur une face d'appui 57 d'une pla- que de support 59, par exemple à l'aide d'un agent adhésif. Dans la deuxième face principale 33 de la deuxième plaque 25, on pratique alors des entailles 73 suivant des plans qui sont parallèles aux axes des tubulures 3 et perpendiculaires aux faces principales des plaques La profondeur de ces entailles n'est pas supérieure à environ la moitié de l'épaisseur de l'en- semble des deux plaques Les entailles 63 sont ensuite rem- plies d'un agent adhésif (non représenté) qui reste élastique après son durcissement (l'agent adhésif étant par exemple une résine époxy élastique), et l'ensemble est désassemblé de la face d'appui 57 Puis, la deuxième face principale 33 de la deuxième plaque de l'ensemble est fixée sur la face d'appui 57, après quoi les opérations décrites ci-dessus sont répé- tées L'ensemble ayant été de nouveau détaché de la face d'ap- pui 57, les sections de pompage ne sont réunies qu'à travers l'agent adhésif élastique (et éventuellement à travers un mince pont en matière piézo-électrique), de sorte qu'au cours du fonctionnement l'influence réciproque des sections de pom- page est inexistante. REVENDICATIONS 1. Procédé pour la réalisation-de canaux de tuyère ( 1), en particulier pour des imprimantes opérant par jet d'encre, procédé, suivant lequel dans le but de former une section de pompage, un organe de pompage piézoélectrique ( 7) tubulaire à polarisation quasi-radiale est élaboré autour d'une partie de chaque canal de tuyère à réaliser, caractérisé en ce que pour former des organes de pompage ( 7), on part de deux pla- ques ( 23,25) en matière piézo-électrique, que dans une pre- mière face principale ( 27) d'au moins la première plaque ( 23) sont façonnés des canaux parallèles ( 35) qui depuis un bord de la première face principale s'étendent vers le bord opposé, que sur les deux faces principales ( 27, 29) de la première plaque ainsi sur les deux faces principales ( 31, 33) de la deuxième plaque ( 25) sont élaborées des couches métalliques ( 37, 39, 41, 43), que du fait d'appliquer une tension élec- trique entre les deux couches métalliques les deux plaques sont polarisées, que la première face principale de la pre- mière plaque et la première face principale de la deuxième plaque sont revêtues d'une couche d'agent adhésif ( 5), que les deux faces principales munies d'agent adhésif étant si- tuées en regard, la deuxième plaque est placée sur la pre- mière plaque, et qu'ensuite l'agent adhésif subit une opéra- tion de durcissement. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'après l'élaboration de l'agent adhésif ( 5), il est placé dans chaque canal ( 35) une petite tubulure ( 3) dont la longueur est au moins égale à celle du canal. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'après le durcissement de l'agent adhésif ( 5), les sections de pompage distinctes sont séparées complètement les unes des autres suivant des plans de séparation ( 51) qui sont parallèles aux axes des tubulures ( 3) et perpendiculai- res aux faces principales ( 27, 29, 31, 33) des plaques ( 23, ). 4 Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la deuxième face principale ( 29, 33) d'une des plaques ( 23, 25) de l'ensemble des deux plaques obtenu après le durcissement de l'agent adhésif ( 5) est fixée sur une face d'appui ( 57), que dans la deuxième face principale ( 33,29) de l'autre plaque ( 25, 23) sont pratiquées des entailles ( 63) suivant des plans qui sont parallèles aux axes des tubulures ( 3) et perpendiculaires aux faces principales des plaques, la profondeur des entailles n'étant pas supérieure à environ la moitié de l'épaisseur de l'ensemble des deux plaques, que les entailles sont remplies d'un agent adhésif qui reste élastique après son durcissement, que l'ensemble est détaché de ladite face d'appui ( 57) et qu'ensuite la deuxième face principale ( 33, 29) comportant les entailles est fixée sur la face d'appui ( 57), après quoi est répétée de la même façon l'élaboration et le remplissage d'entailles, et que finalement l'ensemble est détaché de nouveau de la face d'appui ( 57). 5. Imprimante opérant par jet d'encre et comportant une tête d'impression avec au moins un canal de tuyère ( 1) qui comporte une section de pompage qui annulairement est entou- rée d'un organe de pompage tubulaire ( 7) réalisé en un maté- riau piézo-électrique à polarisation quasi-radiale comportant une surface externe, une surface interne et deux surfaces ter- minales, lesdites surfaces interne et externe étant munies d'électrodes ( 11, 13), ledit canal de tuyère étant réalisé par la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, cette imprimante étant caractéri- sée en ce que l'organe de pompage ( 7) comporte deux parties fixées l'une sur l'autre à l'aide d'un agent adhésif ( 5).