Brevet FR2543705A1 — publié le 19841005

L'invention concerne un dispositif d'épuration d'une matière colorante, et plus particulièrement un dis- positif d'épuration d'une matière colorante capable de fournir en continu une matière colorante épurée convenant à la préparation d'un liquide d'enregistrement (générale- ment appelé "encre") conçu pour l'enregistrement par jets d'encre, pour des instruments d'écriture et pour d'autres utilisations. On connait jusqu'à présent, en tant qu'encre à utiliser dans un appareil d'enregistrement par jets d'encre qui réalise un enregistrement d'une information en éjectant de l'encre à l'aide d'une tête d'enregistre- ment présentant un orifice d?éjection, l'éjection s'effec- tuant sous l'effet de vibrations transmises par un vibra- teur piézo-électrique ou par d'autres moyens, diverses matières colorantes et divers pigments qui sont dissous ou dispersés dans un support liquide tel que de l'eau ou d'autres solvants organiques Il est également connu d'utiliser une encre analogue à celle indiquée ci-dessus pour des instruments d'écriture tels que des crayons- feutre, des stylographes, etc. Un exemple des ingrédients principaux d'une telle encre peut comprendre principalement les trois constituants essentiels suivants * une matière colorante hydrosoluble, de l'eau comme solvant pour la matière colorante, et des glycols en tant qu'agent anti- dessiccation. La matière colorante hydrosoluble contient habituellement une grande quantité de sels inorganiques tels que du chlorure de sodium, du sulfate de sodium, etc. Ces sels inorganiques sont les sous-produits de la réaction de synthèse du colorant, ou sont ajoutés volontairement en tant qu'agent de relargage, diluant ou agent égalisant. Lorsque l'encre d'enregistrement est préparée à l'aide d'une telle matière colorante contenant les sels inorganiques, des situations difficiles risquent d'appa- raître: les sels inorganiques abaissent la stabilité de la dissolution de la matière colorante dans l'encre, ce qui peut entraîner une agglomération et une sédimentation -de la matière colorante En outre, dans les têtes d'enregis- trement à jets d'encre et les instruments d'écriture, dans le cas o l'encre s'évapore à proximité de l'orifice d'éjec- tion, provoquant une modification de la composition liquide, un dépôt des sels inorganiques se produit Ces phénomènes provoquent, au niveau de l'orifice de décharge, un engorge- ment qui doit être évité avec le plus grand soin. Pour éliminer donc cet inconvénient, il est nécessaire de maintenir la concentration des sels inorgani- ques dans une plage prédéterminée lors de la production de l'encre (en général, elle doit être limitée à 0,5 % en poids ou moins par rapport à la composition totale de l'encre) Cette limitation est indispensable lorsqu'une matière colorante disponible d'une façon générale sur le marché, qui contient des sels inorganiques sous forme d'impuretés, est utilisée pour la préparation de l'encre destinée à un enregistrement par jets d'encre ainsi qu'à des instruments d'écriture. Compte tenu du problème décrit ci-dessusllinven- tion a pour objet un dispositif d'épuration d'une matière colorante, capable de limiter la concentration des sels inorganiques dans la matière colorante, lors de la prépa- ration d'une encre, et de fournir en continu une solution colorante épurée convenant à la préparation de l'encre pour l'enregistrement par jets d'encre ainsi que pour des ins- truments d'écriture. Conformément à un aspect de l'invention, il est prévu un dispositif d'épuration de matière colorante, carac- térisé par le fait qu'il comprend des moyens destinés à produire une solution colorante et des moyens destinés à limiter la concentration de sels inorganiques contenus dans cette solution. Conformément à un autre aspect de l'invention, il est prévu un dispositif d'épuration d'une matière colorante, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens destinés à produire une solution colorante, des moyens destinés à détecter la concentration de sels inorganiques dans cette solution colorante, et des moyens destinés à limiter la concentration desdits sels inorganiques d'après un signal de sortie des moyens de détection de concentration. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemple nullement limitatif et sur lesquels: la figure 1 est une vue schématique d'une forme de réalisation du dispositif d'épuration de matière colo- rante selon l'invention; les figures 2 A et 2 B sont des schémas simplifiés d'une section de commande du dispositif représenté sur la figure 1; et les figures 3 A et-3 B sont des organigrammes indiquant les opérations successives effectuées par le dispositif représenté sur la figure 1. La figure 1 représente une forme de réalisation du dispositif d'épuration de matière colorante selon l'invention. La référence numérique 21 désigne une section d'alimentation en matière colorante emmagasinant une poudre colorante 22 Cette poudre 22 passe de la section 21 dans une cuve 24 de préparation par l'intermédiaire d'une vanne 23 d'alimentation en matière colorante De l'eau pure est également introduite dans cette cuve 24 de préparation au moyen d'une conduite 26 d'alimentation en eau pure por- tant une vanne 25. Dans la cuve 24 de préparation, une solution aqueuse de matière colorante est préparée par mélange et dissolution de la poudre colorante 22 dans l'eau pure au moyen d'un agitateur 27 monté dans la cuve 24 La quantité de solution liquide aqueuse de matière colorante séjournant dans la cuve 24 de préparation est détectée par un capteur 28 de quantité de liquide placé dans la cuve de prépara- tion La solution aqueuse de matière colorante obtenue dans la cuve de préparation contient, en tant que résidus, des particules de poudre colorante qui n'ont pas été dis- soutes dans l'eau pure La poudre colorante résiduelle est retirée par un filtre 29 Ce dernier peut être un filtre en papier ordinaire ou en "FLUOROPORE" (nom commercial d'un produit de la firme Sumitomo Denko K K, Japon, qui est constitué principalement de polytétrafluoréthylène), etc. La solution aqueuse de matière colorante, de laquelle les particules résiduelles et autres ont été retirées par le filtre 29, est avancée vers un réservoir 31 d'alimentation. La solution aqueuse de matière colorante intro- duite dans le réservoir 31 d'alimentation y séjourne tant qu'une vanne 32 d'alimentation est fermée Un clapet 31 de limitation du niveau du liquide est disposé dans ce réservoir 31 d'alimentation afin de maintenir à un certain niveau défini, ou au-dessous de ce niveau, la quantité de solution aqueuse de matière colorante qu'il contient. La référence numérique 41-désigne une section d'épuration dans laquelle les sels inorganiques sont reti- rés de la solution aqueuse de matière colorante Dans cette section 41 d'épuration, la référence numérique 42 désigne une cuve d'extraction de sels, la référence numé- rique 43 désigne un filtre d'extraction de sels et la référence numérique 44 désigne une cuve ou un réservoir de stockage des sels déchargés La solution aqueuse de matière colorante est introduite dans la cuve 42 d'extrac- tion des sels en passant par la vanne 32 d'alimentation. La solution colorante ainsi introduite est agitée au moyen d'un agitateur 45 placé à l'intérieur de la cuve-42 afin d'homogénéiser la solution aqueuse, après quoi la concen- tration des sels inorganiques y est détectée par-un capteur 46 sensible à cette concentration Cette détection de la concentration des sels inorganiques est effectuée, par exemple, par le procédé de chromatographie des ions En outre, la concentration de la matière colorante dans la solution aqueuse est détectée au moyen d'un capteur 47 sensible à la concentration de la matière colorante Cette détection de la concentration de matière colorante est effectuée, par exemple, par spectrophotométrie Comme décrit ci-après, lorsque la concentration des sels inor- ganiques s'avère être supérieure à une valeur prédéterminée (par exemple 5 % en poids par rapport à la matière colorante), une pompe 48 de circulation est mise en marche pour faire circuler la solution aqueuse de matière colorante, contenue dans la cuve 42 d'extraction de sels, vers le filtre 43 d'extraction de sels On peut utiliser, pour ce filtre, par exemple un dispositif d'ultrafiltration, un dispositif de filtration par osmose inverse, etc Au passage de la solution de matière colorante à travers le filtre 43 d'extraction de sels, les sels inorganiques tels que le chlorure de sodium, le sulfate de sodium, etc,que la solution contient sont éliminés par filtration sous la forme d'une solution aqueuse de ces sels et ils sont déchar- gés dans la cuve 44 de stockage de sels A la suite de cette élimination des sels, une partie de l'eau, consti- tuant le solvant de la matière colorante, est également évacuée dans la cuve 44 de stockage de sels, avec les sels inorganiques Par conséquent, pour remplacer la quan- tité d'eau ainsi évacuée et maintenir la solution de matière colorante à une concentration souhaitée dans la cuve 42 d'extraction des sels, de l'eau pure est introduite dans cette cuve 42 au moyen d'une vanne 49. De la manière décrite ci-dessus, on peut obtenir, dans la cuve 42 d'extraction de sels, une solution colo- rante aqueuse dont les concentrations à la fois en sels inorganiques et en matière colorante sont comprises dans des plages prédéterminées A ce propos, la quantité de solution aqueuse de matière colorante contenue dans la cuve 42 d'extraction de sels est détectée par un capteur sensible à la quantité de liquide contenue dans la cuve d'extraction. Ensuite, la solution aqueuse de matière colorante, qui a été épurée (débarrassée de ses sels) de la manière décrite ci-dessus est déchargée dans une cuve ou un réser- voir 52 de stockage de matière colorante épurée en passant par une vanne 51 de stockage, et est stockée dans ce n 5 réservoir. Les figures 2 A et 2 B sont un schéma simplifié de la section de commande du dispositif d'épuration selon l'invention, montré sur la figure 1 La référence numérique 61 désigne un contrôleur qui commande chaque section du dispositif, la référence numérique 62 désigne une mémoire morte emmagasinant des programmes de commande tels sue les séquences d'opérations et autres imqontrées sur les figures 3 A et 3 B, et la référence numérique 63 désigne une mémoire vive destinée à enregistrer temrorairemenz diverses données. Dans la forme de réalisation décrite, des signaux analogiques sont émis par le capteur 46 de concentratior des sels inorganiques et le capteur 47 de concentraticn ce la matière colorante et, après que ces signaux ont été convertis en signaux numériques par les convertisseurs analogiques/numériques respectifs 64 et 65, ils sont intro- duits dans le contrôleur 61 par l'intermédiaire d'un cir- cuit tampon d'entrée 66 Par ailleurs, des signaux numé- riques sont émis par le capteur 28 sensible à la quantité de liquide de la cuve de préparation et par le capteur 50 sensible à la quantité de liquide de la cuve d'extraction des sels, et ils sont également introduits dans le contrô- leur 61 par l'intermédiaire du circuit tampon d'entrée 66. Les références numériques 67 à 74 désignent des circuits de commande des vannes précitées 23, 25, 49, 32 et 51, des agitateurs 27 et 45 et de la pompe 48 de circu- lation, respectivement Ces circuits de commande sont mis en marche ou arrêtés par des signaux de commande pro- venant du contrôleur 61 par l'intermédiaire d'un circuit- tampon 75 de sortie. Les références numériques 81 et 82 désignent un commutateur de réglage de plage pour la concentration en matière colorante et un commutateur de réglage de place pour la concentration en sels inorganiques, respectivement, commutateurs dont les signaux, correspondant à des plages de concentrations respectives, telles qu'établies, sont transmis au contrôleur 61 par l'intermédiaire d'un circuit tampon d'entrée-sortie 83 de console Les références numé- riques 84 et 85 désignent, respectivement, un dispositif d'affichage de la concentration en matière colorante et un dispositif d'affichage de la concentration en sels mnorgani- ques, dispositifs sur lesquels sont affichées une valeur de concentration en matière colorante et une valeur de concentration en sels inorganiques dans la solution aqueuse de matière colorante, au cours de ses opérations d'épura- tion A partir de ces valeurs affichées, l'opérateur du dispositif d'épuration peut déterminer aisément la qualité de la solution aqueuse de matière colorante pendant sa production. Les valeurs des plages de concentrations en matière colorante et de concentrations en sels inorganiques, établies par les commutateurs respectifs 81 et 82, sont mémorisées temporairement dans la mémoire vive 63 Les valeurs des concentrations en sels inorganiques et en matière colorante de la solution-aqueuse de matière colorante, au cours des opérations d'épuration, valeurs détectées par le capteur 46 sensible à la concentration des sels inorganiques et par le capteur 47 sensible à la concentration de la matière colorante, sont comparées aux valeurs établies, dans une section 61 de comparaison du contrôleur 61, et, en fonc- tion du résultat de comparaison, chacune des charges telles que la pompe 48 de-circulation, etc, est commandée de la manière décrite ci-après. Les figures 3 A et 3 B représentent un organigramme indiquant les opérations effectuées par le dispositif d'épu- ration de matière colorante représenté sur la figure 1 Sur ces figures, les étapes ST 1 à ST 4 sont destinées à maintenir une quantité constante de solution aqueuse colorante dans la cuve 24 de préparation Plus particulièrement, à l'étape ST 1, il est détecté, à l'aide du signal de sortie du capteur 28, la quantité de liquide contenue dans la cuve de prépara- tion afin de savoir si le niveau de la solution aqueuse liquide de matière colorante contenue dans la cuve 24 se trouve au-dessus d'une position inférieure définissant une plage prédéterminée pour le niveau du liquide Si le niveau du liquide est au-dessous de la position inférieure, le cycle d'opérations passe à l'étape ST 2; autrement, il passe à l'étape ST 3 A l'étape ST 2, la vanne 23 d'alimentation en matière colorante et la vanne 24 d'alimentation en eau pure sont ouvertes afin de remplir la cuve de préparation 24 de quantités prédéterminées de poudre colorante et d'eau pure. Dans la cuve 24 de préparation, étant donné que l'agitateur 27 fonctionne constamment, la poudre colorante, dès qu'elle est chargée, est dissoute dans l'eau pure de façon à cons- tituer la solution aqueuse de matière colorante A l'étape ST 3, une détection est réalisée à l'aide du signal de sortie du capteur 28 de quantité de liquide afin de savoir si le niveau de la surface du liquide dans la cuve 24 de prépara- tion est au-dessus d'une position supérieure définissant la plage établie prédéterminée, ou non S'il est au-dessus de la position supérieure, la séquence d'opérations passe à l'étape ST 4, et, si tel n'est pas le cas, elle passe à l'étape ST 5 A l'étape ST 4, la vanne 23 d'alimentation en matière colorante et la vanne 25 d'alimentation en eau pure, alors ouvertes, sont fermées àfin d'arrêter ainsi l'alimen- tation en poudre colorante et en-eau pure. A une étape ST 5, une valeur de concentration de matière colorante dans la solution colorante contenue dans la cuve 42 d'extraction des sels, valeur détectée par le capteur 47 de concentration de la matière colorante, est affichée sur le dispositif d'affichage 84 De la même manière, à une étape ST 6, le dispositif d'affichage 85 affiche une valeur de concentration en sels inorganiques telle que détectée par le capteur 46 sensible à la concentration des sels inorganiques. A une étape ST 7, il est déterminé si la concentra- tion en matière colorante, telle que détectée par le détec- teur 47, se trouve dans la plage de concentration de matière colorante établie par le commutateur 81, ou non Si elle se trouve dans la plage établie, la séquence d'opérations passe à une étape ST 8, et, si tel n'est pas le cas, elle passe à une étape ST 9 A l'étape ST 8, il est déterminé si la concentration des sels inorganiques, telle que détectée par le capteur 46, se trouve dans la plage de valeurs établie par le commutateur 82, ou non Si elle se trouve dans la plage établie, le cycle d'opérations passe à une étape ST 10, et, si tel n'est pas le cas, il passe à l'étape ST 9. A l'étape ST 9, il est déterminé si le niveau de la surface du liquide dans la cuve 42 d'extraction des sels, niveau détecté par le capteur 50, est au-dessus de la posi- tion supérieure définissant la plage établie, ou non Si le niveau est audessous de la position supérieure, la séquence d'opérations passe à une étape ST 11, et, si tel n'est pas le cas, elle passe'à une étape ST 12 A l'étape ST 11, la vanne 32 d'alimentation et la vanne 49 d'alimentation en eau pure sont soumises à des commandes d'ouverture et de fermeture afin d'introduire la solution aqueuse de matière colorante et l'eau pure dans la cuve 42 d'extrac- tion des sels et de réguler ainsi la concentration de la matière colorante dans la solution aqueuse contenue dans la cuve 42 afin que cette concentration soit placée dans la plage établie par le commutateur 81, comme mentionné précédemment Ensuite, la séquence d'opérations passe à une etape ST 13 Par ailleurs, des opérations de fermeture de la vanne 32 d'alimentation et de la vanne 49 d'alimen- tation en eau pure sont effectuées à l'étape ST 12. A l'étape ST 13, la pompe 48 de circulation est mise en marche afin de faire circuler la solution aqueuse de matière colorante, contenue dans la cuve 42-d'extrac- tion des sels, pour la faire passer à travers le filtre 43 d'extraction des sels et éliminer ainsi les sels inor- ganiques de la solution aqueuse de matière colorante. Comme indiqué précédemment, lorsque la concen- tration de matière coloranteet la concentration des sels inorganiques sont extérieures aux plages établies, des opérations de sous-programme sont répétées en passant par les étapes ST 11 et ST 13 ou par les étapes ST 12 et ST 13 afin d'amener la concentration en matière colorante et la concentration en sels inorganiques dans leurs plages établies Après que ces deux valeurs de concentration ont été placées dans les plages établies, la séquence d'opérations passe à l'étape ST 10. A l'étape ST 10, il est déterminé si le niveau de la surface du liquide dans la cuve 42 d'extraction des sels, niveau détecté par le capteur 50, est au-dessus de la position inférieure définissant la plage établie, ou non. S'il est au-dessus de la position inférieure, la séquence d'opérations passe à une étape ST 14, et, si tel n'est pas le cas, elle passe à une étape ST 15 A l'étape ST 14, la pompe 48 de circulation est arrêtée et la vanne 51 de stockage est ouverte En conséquence, une quantité prédé- terminée de solution colorante aqueuse épurée, obtenue dans la cuve 42 d'extraction des sels, est introduite dans le réservoir 52 de stockage. A l'étape ST 15, on effectue une opération de fermeture de la vanne 51 de stockage et des opérations d'ouverture de la vanne 32 d'alimentation et de la vanne 49 d'alimentation en eau pure, achevant ainsi l'introduc- tion de solution épurée dans le réservoir 52 de stockage, et augmentant la quantité de solution colorante aqueuse contenue dans la cuve 42 d'extraction des sels afin d'amener le niveau de la surface du liquide dans la plage établie. Ensuite, des opérations de sous-programme sont de nouveau répétées en passant par les étapes ST 11 et ST 13 ou par les étapes ST 12 et ST 13, comme mentionné précédem- ment, afin que l'on obtienne, dans la cuve 42 d'extraction des sels, une quantité prédéterminée de solution aqueuse de matière colorante dont la concentration en matière colo- rante et la concentration en sels inorganiques sont com- prises dans les plages établies Ensuite, la séquence d'opérations passe à l'étape ST 14 Ainsi, dans cette forme de réalisation de l'invention, la solution aqueuse de matière colorante peut être épurée dans la section 41 d'épuration, pour toute quantité définie. Comme décrit précédemment, le dispositif d'épura- tion de matière colorante selon l'invention est conçu de façon que, lors de la préparation de la solution colorante, la concentration en sels inorganiques contenus dans la solution colorante puisse être limitée En outre, dans la préparation de la solution colorante, la concentration en sels inorganiques de la solution colorante peut être détectée et limitée en fonction de la valeur détectée. L'invention convient donc à la production d'une solution colorante épurée qui satisfait les critères demandés pour la préparation de l'encre utilisée dans les enregistrements par jets d'encre et dans les instruments d'écriture, et autres. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au dispositif décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Dispositif d'épuration d'une matière colorante, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens ( 24, 29, 31) destinés à produire une solution colorante et des moyens ( 42, 43) destinés à limiter la concentration des sels inorganiques contenus dans la solution colorante. 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens limitant la concentration des sels inorganiques comprennent un élément ( 46) destiné à détecter la concentration desdits sels inorganiques. 3 Dispositif d'épuration d'une matière colorante, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens ( 24, 29, 31) destinés à produire une solution colorante, un élément ( 46) destiné à détecter la concentration de sels inorganiques dans cette solution colorante, et des moyens ( 42, 43) des- tinés à limiter la concentration desdits sels inorganiques d'après un signal de sortie de l'élément de détection de concentration. 4 Dispositif selon la revendication 3, caracté- risé en ce qu'il comporte en outre un élément ( 85) destiné à afficher le signal de sortie de l'élément de détection de la concentration des sels inorganiques.