Brevet FR2553339A1 — publié le 19850419

PROCEDE DE CONTROLE DE LA VITESSE DES GOUTTES D'ENCRE D'UNE IMPRIMANTE A JET D'ENCRE ET TETE D'IMPRESSION PERMETTANT LA MISE EN OEUVRE DU PROCEDE L'invention concerne un procédé de contrôle de la vitesse des gouttes d'encre d'une imprimante à jet d'encre. Elle concerne également une tête d'impression permettant la mise en oeuvre du procédé. La technique d'écriture par projection d'encre utilisant un jet continu de gouttelettes calibrées, fournies par un système de modulation consiste à charger électrostatiquement ces gouttelettes, au moyen d'une électrode appropriée. Le passage de ces gouttes chargées de manière variable entre des plaques portées à un fort potentiel conduit à une déflexion des gouttes proportionnelle à la charge et qui, combinée avec le déplacement d'un support, permet l'obtention de matrices de caractères imprimées. Dans un tel système d'impression un certain nombre de paramètres de fonctionnement doivent être conserves malgré les variations inévitables d'environnement. C'est le cas notamment de la vitesse des gouttes : celle-ci doit être maintenue constante malgré les modifications des caractéristiques de l'encre comme la viscosité qui peut évoluer au cours du temps. En effet, sous l'influence des variations de la température ambiante, ou suite à des conditions de fonctionnement générant un surcroit d'échauffement, une évaporation du solvant intervient à plus ou moins long terme. Il en résulte une évolution concommitante de la viscosité donc de la vitesse. La présente invention a pour but de pallier ces inconvénients et concerne un procédé qui assure une vitesse constante des gouttes quels que soient les paramètres responsables de oes variations. L'invention concerne plus précisément un procédé de contrôle de la vitesse des gouttes d'encre d'une imprimante à jet d'encre du type comportant un réservoir d'encre, des moyens de mise en pression de l'encre, des moyens de fragmentation du jet en gouttelettes, au moins une électrode de charge, au moins une électrode de contrôle de charge et des moyens de déflexion, procédé caractérisé en ce qu'il consiste à asservir les moyens de mise en pression de l'encre au temps (T) que met chaque goutte pour parcourir une distance (D) donnée. L'invention sera mieux comprise à l'aide des explications qui vont suivre et des figures jointes parmi lesquelles: Les figures 1 et 2 représentent schématiquement selon une coupe AA et selon une coupe BB une électrode destinée à la mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention. Pour plus de clarté, les mêmes éléments portent les mêmes références dans toutes les figures. Une imprimante à jet d'encre est essentiellement constituée de manière classique : - d'un réservoir d'encre, - d'une pompe de mise en pression de cette encre, - d'un transducteur piezo électrique chargé de fractionner le jet, - d'une électrode de charge, - d'une électrode de contrôle de charge, - de plaques de déflexion, Conformément à l'invention, la mise en pression de l'encre dans l'imprimante est assurée au moyen d'une pompe à engrenage d'un type connu en soi commandé par un moteur pas à pas. Ce sont précisément les qualités de ces moyens de mise en pression que l'on utilise dans la présente invention pour, selon une caractéristique importante, ramener la vitesse de chaque goutte à une valeur constante en faisant varier la pression en fonction précisément de l'évolution de cette vitesse. Le procédé conforme à l'invention consiste donc à mesurer en permanence la vitesse des gouttes et à asservir à cette donnée, le fonctionnement de la pompe de mise en pression. Dans une première variante de mise en oeuvre du procédé, la mesure de la vitesse consiste à déterminer le temps (T) qui s'écoule entre le moment où la première goutte quitte le jet ; ce phénomène intervient dans la zone dite "zone de brisure" et le moment où cette goutte passe dans une électrode dont la fonction première est de contrôler la charge de chaque goutte et qui est dénommée pour cela "électrode de contrôle de charge". Or, pour un niveau d'excitation donnée des transducteurs piezo électriques dont la fonction est précisément de fractionner le jet en gouttelettes, on connaît la zone de brisure donc la distance (D) comprise entre cette dernière et l'électrode de contrôle de charge. De la distance (D) parcourue et du temps (T) mis par la goutte pour la parcourir se déduit donc sa vitesse (V). Pour cela, on prélève au niveau de l'électrode de charge l'information donnant l'instant (t) où se produit la charge d'une goutte et au niveau de l'électrode de contrôle de charge l'instant (tl) correspondant à la détection de la charge de cette goutte et l'on compare (tl - t) ce qui donne le temps de parcours (T) et donc la vitesse (V). La procédure de régulation mise en oeuvre dans cette premiere variante de réalisation du procédé conforme à l'invention est décrite ci-après. Lors d'une mise en service de l'imprimante, L'ensemble des électrodes de charge et de contrôle de charge étant hors circuit on donne au moteur pas à pas selon un programme pré-déterminé un point de consigne correspondant à une vitesse de rotation considérée comme maximale. La pression délivrée est alors très supérieure à la pression normale, de l'ordre de une fois et demie. On met en circuit les électrodes de charge et de contrôle de charge qui conformément à l'invention, outre leur fonction première vont jouer ici une seconde fonction à savoir celle de détecteur de l'instant de passage des gouttes à leur niveau. Compte tenu de la pression élevée, la brisure du jet est très éloignée de l'ajutage et se situe à l'extérieur de l'électrode de charge ou, en tous les cas, pas au milieu de celle-ci comme c'est le cas en fonctionnement normal.On charge alors légèrement quelques gouttes de manière à mesurer l'effet de l'application de cette tension de charge. Celle-ci est suffisamment faible pour que les gouttes chargées ne soient néanmoins pas suffisamment déviées pour sortir de la gouttière de récupération. On suit alors l'évolution des signaux de mesure de la charge sur l'électrode de contrôle de charge, alors que le programme de la machine commande à celle-ci de faire diminuer progressivement la vitesse de rotation du moteur et donc de la pression. A partir d'une certaine pression, la brisure est détectée. Elle se situe à une extrémité de l'électrode de charge. La modification de la pression cesse alors de se faire de manière programmée. Le moteur fait quelques pas (de l'ordre de 3 à 4) suffisant et juste suffisant pour qu'une diminution de pression supplémentaire ait lieu, telle que la zone de brisure se trouve ramenée au centre de l'électrode de charge. La pression appliquée au moment où ce résultat est obtenu conduit à une vitesse de jet déterminée par exemple très voisine de 20 mètres par seconde correspondant au temps (T). La machine est alors prête à fonctionner. Durant le fonctionnement de l'imprimante on mesure en permanence, comme cela a été dit précédemment le temps (T) s'écoulant entre le moment où la goutte quitte le jet (zone de brisure) et le moment où sa charge est mesurée dans l'électrode de contrôle de charge. La distance entre ces deux points est alors égale à (D). Donc, lorsque la viscosité ou les caractéristiques de l'encre varient, on asservit la fréquence d'alimentation du ou des moteurs pas à pas commandant la ~ ou les pompes de mise en pression de l'encre pour conserver la valeur de (T) constante. Dans cette première variante de réalisation décrite cidessus on néglige les variations de position de la brisure dues à l'influence de la viscosité sur l'excitation piézo-électrique du transducteur, or, l'expérience montre que si très souvent on peut en faire effectivement abstraction il n'en est pas moins vrai qu'elle existe. Ainsi pour une valeur d'excitation piézoglectrique constante et tout autre paramètre étant égal par ailleurs, on observe un déplacement de cette zone de brisure en fonction de la viscosité. Cette influence de la viscosité de l'encre sur la position de la zone de brisure oui donc en général est negligeable mais parfois peut être gênante est evitee grâce à une seconde variante du procédé conforme à l'invention et qui est maintenant décrite. Elle met en oeuvre une électrode de contrôle de charge d'un type particulier déjà décrit dans une demande de brevet déposée par la Demanderesse le 29.04.1983 et portant le numéro d'enregistrement EN 83 07 549. Comme le montrent les figures 1 et 2, il s'agit d'un détecteur 100 se présentant sous la forme d'un ensemble cylindrique 1 en matériau conducteur, par exemple en acier inoxydable. Cet ensemble cylindrique constituant le blindage du dispositif est rempli sur une certaine longueur d'un isolant, par exemple, un polymère fluoré tel qu'un PTFE. Deux trous sont percés dans le fourreau isolant 2, trous dans lesquels sont introduits deux cylindres pleins 30 et 31 qui se trouvent noyés dans le fourreau isolant 2. Enfin une fente est réalisée sur une longueur et une épaisseur données. Les cylindres 30 et 31 sont l'un et l'autre reliés à un circuit électronique de commande (non représentés sur les figures I et 2).Une telle structure permet d'effectuer deux mesures successives de la charge des gouttes qui transitent dans la fente, I'une au niveau du cylindre plein 30 et l'autre, au niveau du cylindre plein 31, conformément à la présente invention, elle est en outre utilisée pour détecter deux instants de passage t et tl de chaque goutte au niveau de chacun des deux cylindres pleins 30 et 31. Dans ce cas la distance (D) entre les deux électrodes est déterminée et fixée par construction. La mesure de ces deux charges faite dans le cadre du contrôle de celles-ci permet conformément à l'invention d'être exploitée dans un second but. Elle permet en effet la détection des deux temps de passage t et tl donc la mesure du temps T = tl - t qu'a mis la goutte pour parcourir la distance (D) entre l'axe des deux cylindres 30 et 31 et ce faisant elle permet de connaître la vitesse de chacune des gouttes. Le paramètre Temps (T) étant ainsi mesuré dans l'une et l'autre variante de mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention on fait varier la fréquence d'alimentation des moteurs pas à pas qui commandent les pompes de mise en pression afin de conserver ce temps (T) constant. Le procédé conforme à l'invention s'applique à toutes les têtes d'impression à jet d'encre comportant une électrode de charge et au moins une électrode de contrôle de charge et des moyens capables de faire varier la pression de l'encre, cette variation de pression étant commandée par des signaux prélevés au niveau des circuits électroniques commandant la charge des gouttelettes et le contrôle de cette charge. Dans ces conditions, on dispose d'une machine absolument autonome quel que soit l'age de l'encre, la durée journalière de fonctionnement et la température ambiante. A un tel dispositif on peut d'ailleurs aussi associer un système d'alarme fonctionnant lorsque la pression se situe à l'extérieur d'une plage de valeurs pré-déterminées. REVENDICATIONS l) Procédé de contrôle de la vitesse des gouttes d'encre d'une imprimante à jet d'encre du type comportant un réservoir d'encre, des moyens de mise en pression de l'encre, des moyens de fragmentation du jet en gouttelettes, au moins une électrode de charge, au moins une électrode de contrôle de charge et des moyens de déflexion, procédé caractérisé en ce qu'il consiste à asservir les moyens de mise en pression de l'encre au temps (T) que met chaque goutte pour parcourir une distance (D) donnée. 2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à repérer d'une part l'instant t de la brisure du jet, d'autre part l'instant tl de passage au niveau de l'électrode de contrôle de charge de la goutte formée ; à en déduire le temps T = tl - t ; la distance (D) étant égale à la distance séparant la zone de brisure où se forment les gouttes et l'électrode de contrôle de charge. 3) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à mettre en oeuvre une première et une seconde électrode de contrôle de charge noyée dans un isolant contenu dans un cylindre métallique jouant un rôle de blindage et à repérer les instants t et tl de passage d'une goutte respectivement au niveau de la première et de la seconde électrode ; à en déduire le temps T = tI - t ; la distance D étant alors la distance séparant la première de la seconde électrode. 4) Procédé selon l'une des revendications précédentes ; caractérisé en ce qu'il consiste à mettre en oeuvre comme moyens de mise en pression la combinaison d'au moins une pompe à engrenage entraînée par au moins un moteur fonctionnant pas à pas, et à faire varier la fréquence d'alimentation du moteur en fonction du temps (T) de manière à maintenir ce temps (T) constant. 5) Procédé selon l'une des revendications 1, 2 et 4 ; caractérisé en ce qu'il consiste à établir un programme de mise en pression initial tel que dans un premier temps la pression soit suffisamment élevée pour que la zone de brisure se situe à l'extérieur de l'électrode de charge ; à diminuer progressivement la vitesse de rotation du moteur et donc de la pression jusqu'à ce que la zone de brisure soit détectée à faire faire au moteur un nombre de pas nécessaire et suffisant assurant une diminution supplémentaire telle que la brisure se produise au milieu de l'électrode de charge ; à mesurer le temps (T) mis par les gouttes alors formées pour parcourir la distance (D) ; et à maintenir ensuite durant tout le fonctionnement de l'imprimante ce temps (T) constant. 6) Tête d'impression équipée des moyens permettant la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications précédentes. 7) Tête d'impression selon la revendication 6 ; caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens capables de détecter l'instant (t) du fractionnement du jet en gouttes et le positionnement de cette brisure; des moyens capables de détecter l'instant (tl) de passage au niveau de l'électrode de contrôle de charge et des moyens de comparaison de ces deux données t et tl pour obtenir le temps T = tl - t ; la distance séparant la zone de brisure de l'électrode de contrôle de charge étant égale à (D). 8) Tête d'impression selon la revendication 6 ; caractérisée en ce qu'elle comporte une première et une seconde électrode de contrôle (30 et 31) de charge distante d'une distance (D), des moyens capables de détecter les instants t et tl de passage de chaque goutte au niveau de cette première et seconde électrode (30, 31) ; et des moyens de comparaison de ces deux données t et tl pour obtenir le temps T = tl - t. 9) Tête d'impression selon l'une des revendications 6, 7 et 8; caractérisée en ce qu'elle comporte en outre des moyens d'alarme se déclenchant dès que la pression atteint ou la valeur supérieure ou la valeur inférieure d'une plage de pression de fonctionnement prédéterminée.