Brevet FR2542257A1 — publié le 19840914

TETE D'IMPRESSION A JET D'ENCRE ET IMPRIMANTE QUI EN EST EQUIPEE. L'invention concerne une tête d'impression à jet d'encre. La technique d'impression à jet d'encre consiste à réaliser un jet continu de gouttes calibrées, fournies par un système de modulations puis à charger électrostatiquement ces gouttes au moyen d'électrodes de charge, enfin à dévier chaque goutte au moyen d'un champ électrique de telle sorte que si le support sur lequel on désire écrire et le dispositif d'écriture sont en déplacement relatif, on obtient la formation d'une matrice d'impression. Dans une imprimante à jet d'encre les fonctions énoncées ci-dessus à savoir la fragmentation du jet en gouttes calibrées, leur charge électro- statique et leur déflexion sont obtenues au moyen d'un dispositif appelé tête d'impression dans la suite de la description. Le rôle de cette tête est fondamental pour le bon fonctionnement d'une imprimante à jet d'encre Il faut, notamment, que la trajectoire des gouttes éjectées au niveau de la buse d'éjection soit parfaitement définie par rapport aux électrodes de charge, aux plaques de déflection et au support qui reçoit l'impression La tête d'impression répondant à ces critères doit, en plus, être peu encombrante; n'exiger aucun réglage en cours de fonctionne- ment et permettre en revanche des réglages simples et fiables prélablement à la mise en route Enfin, il faut que cette tête présente une grande facilité d'accès pour la maintenance La présente invention a précisément pour but de réaliser une tête d'impression dont l'architecture lui permet de répondre à tous ces impératifs Elle concerne plus précisément une tête d'impression à jet d'encre comportant notamment des moyens de modulation capables de briser le jet; des moyens d'éjection des gouttes calibrées; des moyens pour charger électrostatiquement ces gouttes et des moyens de déflection, cette tête étant caractérisée en ce que les moyens de modulation et d'éjec- tion sont intégrés dans un premier élément de modulation et les moyens de charge et de déflection sont intégrés dans un second élément dit porte électrodes, le premier et le second élément étant respectivement rendu solidaire d'un boitier et du couvercle de ce boîtier. L'invention sera mieux comprise à l'aide des explications qui vont suivre et des figures jointes parmi lesquelles La figure l représente schématiquement l'essentiel des éléments constitutifs d'une tête d'impression conforme à l'invention. Les figures 2, 3 et 4 sont des représentations schématiques plus détaillées de certains éléments de la figure l Pour plus de clarté, les mêmes éléments portent les mêmes références dans toutes les figures. Comme le rmiontre la figure 1, une tête d'impression conforme à l'inven- tion est essentiellement constituée d'un élément de modulation 1; d'un élément porte électrodes 2 supportant les électrodes de charge 3 et 4 ainsi que les plaques de déflection 5 et 6 Un système d'électro-vannes 5 destiné à réguler l'alimentation en liquide ainsi qu'un porte-gouttière 7 supportant une gouttière 66 destinée à recueillir les gouttes non utilisées pour l'impresssion sont également intégrés à la tête d'impression. Ces éléments 1, 2, 5, 7 sont introduits dans un boîtier 8 dont le couvercle 9 est réalisé en deux parties: l'une supérieure 10 est dite fixe et l'autre inférieure Il est dite mobile Selon une caractéristique importante de l'in- vention, le boîtier 8 et son couvercle 9 assurent deux fonctions: celle de capotage et celle de maintien en place des éléments essentiels énumérés ci-dessus Ce boîtier 8 coopère en effet avec l'architecture nouvelle de ces éléments pour assurer l'obtention, d'une part, de la localisation optimale de la brisure du jet, d'autre part, du centrage parfait du jet Une telle disposition constructive de la tête d'impression, conforme à l'invention est particulièrement avantageuse pour la mise en oeuvre du procédé d'impression par jet d'encre comme cela est expliqué plus en détail ci-dessous au moyen de la figure 1 complétée par les figures 2, 3 et 4-qui sont respectivement deux vues en coupe et une vue en plan de la partie de la tête qui conditionne plus particulièrement la qualité de l'impression Le boîtier 8 qui constitue un premier support pour les éléments essentiels énumérés ci-dessus est appelé boîtier support 8 dans la suite de la description Il comporte un fond 13, une embase inférieure 14, une embase supérieure 15 et deux parois latérales 16 et 17 Le système d'électo vannes 5 est introduit dans le boîtier support 8 auquel il est fixé par tous moyens connus en soi Les dispositifs de raccordements électriques, les canalisations d'amenée des fluides, les relais de sécurité et de manière générale tout l'environnement complémentaire qui n'est pas directement en rapport avec l'invention n'est pas représenté. Il s'agit de moyens techniques classiques; seul leur passage 18 dans l'embase supérieure 15 est représenté L'embase inférieure 14 comporte un orifice que traversent les gouttes calibrées, chargées et déviées en direction du substrat à imprimer (non représenté) Sur cette embase inférieure 14 on fixe le porte-gouttière 7 et la gouttière de récupération 66 L'élément de modulation l est essentiellement constitué d'une embase 19 comportant un alesage 20 de diamètre D, dans lequel est introduit le corps 21 de modulation proprement dit Il peut s'agir par exemple d'un dispositif vibratoire à éléments pie z o-électriques tels que décrits dans le brevet français EN 7923934 déposé le 26 09 79, publié sous le NI 2 465528 et dont le titulaire est la demanderesse Le corps de modulation 21 porte à sa base une plaque cylindrique 22 fixée par au moins trois points de fixation 25 faisant entre eux un angle, soit Gt = 120 9 s'ils sont au nombre de trois comme c'est le cas dans l'exemple décrit (figure 3) Cette plaque 22 porte une buse 23 constituée par exemple d'un rubis percé d'un orifice 24 d'éjection du jet de gouttes dont le trajet est symbolisé par les axes XY et X'Y'; l'embase 19 de l'élément de modulation I est rendu solidaire du fond 13 du boîtier- support 8, comme le montre la figure -2 par tous moyens connus, par exemple une vis 26. Selon une des caractéristiques de l'invention, les faces 28 de l'embase 19 du corps de modulation 21 subissent un usinage tel, qu'elles sont parfai- tement tolérancées en dimensions et en parallélisme De plus, la translation en hauteur du corps de modulation 21 et sa rotation dans l'alésage 20 sont réglables par coulissement et/ou rotation du corps 21 dans l'embase 19 et son blocage au positionnement désiré par une vis de blocage 30. L'embase 19, support du corps de modulation 21 comporte en outre un décrochement 31, muni d'un alèsage 32 capable de recevoir un axe 34. Lorsque l'élément de modulation 1 est fixé dans le boîtier-support 8 ainsi que tous les autres accessoires intervenant dans cette partie supérieure du boîtier 8, on met en place la partie supérieure fixe 10 du couvercle 9, dont le profil présente également un décrochement 35 qui libère la place pour les extrémités de l'axe 34 destiné à être à leur tour enfilées dans un alésage 36 pratiqué dans la partie Il du couvercle 9 comme cela sera expliqué plus loin. Un second élément extrêmement important de l'invention et don t la coopération avec l'élément de modulation 1 est essentielle au bon fonction- nement de la tête d'impression est constitué par l'élément porteélectrodes 2 Celui-ci comporte essentiellement un corps support 40 dans lequel sont encastrées et fixées l'électrode de charge 3 et l'électrode de contrôle de charge 4, et qui reçoit par la fixation le jeu de plaques de déflexion et 6 Les deux électrodes 3 et 4 sont munies chacune d'une fente calibrée 41 et 42 à travers lesquelles passe le jet de gouttes fourni par l'élément de modulation 1 et la buse 24, avant de traverser l'espace qui sépare les deux plaques de déflexion 5 et 6 Les fentes 41 et 42 réalisées dans ces électrodes et les faces d'appui des plaques de déflexion sont par construc- tion rigoureusement parallèles Selon une caractéristique importante de l'invention, l'élément porte-électrodes 2 est rendu solidaire de la partie inférieure 1 I du couvercle 9 destiné à fermer le boitier-support 8, préalable- ment équipé de l'élément de modulation 1 Cette solidarisation est réalisée Dar un moven 50, autorisant un réglage du positionnement ransversal de l'élément porte-électrodes 2, tandis que son positionnement vertical est fixé par un jeu de plots 51 s'opposant à son glissement dans le sens longitudinal Lorsque l'élément porte-électrodes 2 est fixé à la partie inférieure Il du couvercle 9, celle-ci est mise en place sur le boitiersupport 8 déjà équipé de la partie supérieure 10 de son couvercle 9 L'axe 3 à traverse la partie Il et l'embase 19 de modulation à travers les alésages 32 et 36 La pièce Il est guidée en rotation sur les faces 28 de l'embase 19 Lorsque tous les réglages que l'on va décrire ci-dessous ont été réalisés et que la tête est prête pour son fonctionnement, on immobilise la partie inférieure 11 du couvercle 9 au moyen par exemple d'un écrou molleté qui la rend solidaire de l'embase inférieure 14 du boitier-support 8 & La structure des pièces élémentaires décrites précédemment et leur combinaison permet tous les réglages qui sont nécessaires au bon fonctionnement d'une tête d'impression conforme à l'invention. Premièrement, lorsqu'on chasse un rubis dans une pièce support comme c'est le cas pour la buse 23 insérée dans la plaque cylindrique 22, si l'on prend comme référence la face de cette pièce support, il est très difficile d'obtenir un jet parfaitement perpendiculaire à cette face. La possibilité d'orienter la plaque 22 selon au moins trois directions étant donné la présence de au moins trois points de fixation faisant entre eux un angle o, par exemple,120 ' permet de choisir entre au moins trois orien- tations angulaires possibles, celle qui permet d'obtenir un jet contenu dans, ou le plus proche possible d'un plan passant par X'Y' De plus comme on peut orienter le corps de modulation 21 en rotation à l'intérieur de l'embase de modulation 19, on est sûr de pouvoir, par la combinaison des deux actions conjuguées au niveau de la plaque 22 porte buse et du corps de modulation 21 de satisfaire une conditions fondamentale, à savoir: mettre le jet dans un plan parallèle aux faces des électrodes de charge 3 et 4 définies par les fentes 41 et 42 et aux plaques de déflexion 5 et 6, le parallélisme de ces faces et de ces plaques étant quant à lui obtenu par construction. Deuxièmement, ce parallélisme étant satisfait on assure le centrage du jet grâce à un moyen de centrage 50. On obtient donc ainsi, par des réglages simples et fixes dans le temps un centrage et une orientation optimale du jet par rapport aux éléments fonctionnels auxquels il est lié. Troisièmement, l'électrode de charge 3 doit être située à une distance déterminée de l'endroit précis o le jet se brise en gouttelettes, en l'occurrence la brisure doit se produire dans le milieu de la fente 41 de l'électrode de charge 3 Celle-ci ayant une position fixe par rapport à l'embase de modula- tion 19, la possibilité de positionner en hauteur le corps de modulation 21 dans l'alésage 20 permet de satisfaire ce critère. La gouttière 66, est également fixée à l'embase inférieure du boitier 8 Son rôle est de recueillir les gouttes non utilisées pour l'impression. Une tête d'impression, conforme à l'invention peut équiper tous types d'inprîmantes du type dit à jet d'encre continu Outre la facilité des réglages déjà énoncée précédemment il faut également noter une maintenance particu- lièrement facilitée du fait de l'ouverture possible du couvercle 9 dont la partie inférieure Il peut subir une rotation autour de l'axe 34 Le substrat à imprimer est placé face au passage 190 ménagé dans l'embase inférieure 14 du boitier 8 et perpendiculairement à l'axe xy du jet défini précédemment. 254225 7 REVENDICATION 1) Tête d'impression à jet d'encre comportant notamment un corps de modulation ( 2)capable de briser le jet; des moyens ( 24) d'éjection de gouttes calibrées des moyens de charge électrostatique de ces gouttes ( 3, 4,) et des moyens de déflexion ( 5,6) ainsi qu'une gouttière de récupération ( 66) caracté- risée en ce que les moyens de modulation et d'éjection sont intégrés dans un pre- mier élément dit de modulation ( 1) et les moyens de charge et de déflexion sontinté- grés dans un second élément dit porte-électrodes ( 2,) le premier et le second élément ( 1) et ( 2) étant rendus respectivement solidaires d'un boitier ( 8) et du couvercle( 9)de ce boitier( 84 2 > Tête d'impression selon la revendication 1, caractérisée en ce que cet élément de modulation ( 1) comporte une embase( 19) comportant un alésage ( 20)dans lequel est introduit le corps de modulation( 21)de manière orientable à la fois en rotation et en translation. 3) Tête d'impression selon l'une des revendications précédentes caractérisée en ce que cette embase ( 19) comporte en outre une plaque( 22) positionnée à la base du corps de modulation tions ( 24), cette plaque étant fixée au corps de modulation ( 21) par au moins trois points de fixation ( 25)de telle sorte que l'action conjugée de la rotation du corps de modulation ( 21) avec la rotation de la plaque ( 22)porte buse( 23), ( 24), permette l'optimisation de la perpendicularité selon un axe xy du jet des gouttes calibrées, tandis que le réglage en hauteur du corps de modulation ( 21) permet d'optimiser la localisation du point o s'effectue la brisure du jet. 4) Tête d'éjection selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les faces ( 28) de l'embase ( 19)sont usinées de telle sorte qu'elles répondent à un niveau de tolérances de parallélisme donné. ) Tête d'éjection selon l'une des revendications 3 et 4, caractérisée en ce que cette embase ( 19) comporte en outre un décrochement ( 31) délimitant une face A, muni d'un alésage ( 32)capable de recevoir un axe ( 34) 6) Tête d'éjection selon l'une des revendications précédentes caractérisée en ce que l'élément de modulation ( 1) est fixé dans le fond ( 13)du boitier ( 8,) par un moyen de fixation ( 26),une partie supérieure fixe ( 10)du couvercle( 9) étant fixée sur le côté opposé au fond ( 13) cette partie ( 10) présentant un décrochement ( 35) dont le profil recouvre la face A de l'embase ( 19). 7) Tête d'éjection selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'élément porte-électrodes ( 2) est constitué d'un corps support ( 4 f* danis lequel sont encastrées d'une part l'électrode de charge ( 3) comnpor- tant une fente ( 41), l'électrode de contrôle de charge ( 4) comportant une fente ( 42) et les plaques de déflexion ( 5 et 6). a) TMète d'éjection selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'élément porte-électrodes ( 2) est constitué d'un corps support ( 40) dans lequel sont encastrés, d'une part l'électrode de charge ( 3), et l'électrode de contrôle de charge ( 4) d'autre part, et qui reçoit par fixation des plaques de déflexion ( 5) et ( 6) 9 les fentes ( 41) et ( 42) réalisées dans ces électrodes et les faces d'appui des plaques de déflexion étant par construction rigoureusement parallèles. 9) Tête d'éjection selon la revendication 7 caractérisée en ce que cet élément porte-électrodes ( 2) est rendu solidaire d'une partie inférieure mobile ( 10) du couvercle ( 9) par un moyen ( 50) capable d'assurer un réglage transversal des fentes ( 41 et 42) pour les centrer par' rapport à l'axe xy du jet de gouttes calibrées fourni par l'élément de modulation ( 1). ) Tête d'éjection selon la revendication 9, caractérisé en ce que des plots ( 51) assurent le positionnement fixe dans le sens longitudinal de l'élément porte-électrodes ( 2) lorsqu'il est rendu solidaire de la partie inférieure mobile ( 11) du couvercle ( 9). Il) Tête d'éjection selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la partie inférieure mobile (Il) du couvercle ( 9) comporte un alésage ( 36) destiné à recevoir l'axe ( 34) préalablement introduit dans l'alésage ( 31) de l'embase de modulation ( 19). 12) Tête d'éjection selon l'une dès revendications précédentes, caractérisée en ce qu'un support porte gouttière ( 7) permet la fixation d'une gouttière de récupération ( 66) des gouttes non utilisées pour l'impression sur l'embase inférieure ( 14) du boîtier ( 8) dans lequel est ménagé un passage ( 190) que traversent les gouttes calibrées en direction du substrat à imprimer. 13) Tête d'éjection selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'un écrou molleté ( 60) permet de rendre solidaire la partie infé- rieure ( 11) du couvercle ( 9)-à l'embase inférieure ( 14) du boitier ( 8) . 14) Imprimante à jet d'encre, caractérisée en ce qu'elle est équipée - d'une tête d'impression selon l'une des revendications précédentes dont les réglages des différents éléments ont été réalisés avant la mise en route de l'imprimante; ces réglages demeurant fixes pendant la durée de l'impression sur un substrat qui est situé face au passage ( 190) ménager dans l'embase inférieure ( 14) du boitier ( 8) et perpendiculairement à l'axe xy du jet.