Brevet FR2685251A1 — publié le 19930625

TETE D'IMPRESSION A JET D'ENCRE UTILISANT UN PROCEDE DE POMPAGE ELECTROMAGNETIQUE La présente invention se rapporte à une tête d'impression d'une imprimante à jet d'encre du type à "goutte à la demande", et plus particulièrement à une tête d'impression à jet d'encre éjectant l'encre par une force électromagnétique réagissant à une tension appliquée de manière externe. D'une manière générale, la technique d'enregistrement à jet d'encre est le procédé de reproduction d'un certain dessin visible sur un support d'enregistrement tel que du papier par un groupe de gouttes d'encre commandé de manière électronique Dans l'enregistrement à jet d'encre, des gouttes d'encre issues de la buse (orifice) adhèrent au support d'impression qui fait face à la buse à encre, ce par quoi il en résulte un dessin visible. Bien qu'il y ait plus de vingt procédés d'impression à jet d'encre, la plupart des imprimantes à jet d'encre peuvent être classées dans l'une ou l'autre des catégories suivantes: ( 1) Le type à goutte à la demande (DOD) ou ( 2) Le type jet d'encre continu, dans lesquelles parmi plusieurs procédés différents d'impression à jet d'encre du type DOD, les types les plus répandus de cette catégorie peuvent être: (A) Le jet d'encre thermique ou jet à bulles, ou (B) Le type à élément piézoélectrique. Le coeur du jet d'encre thermique (ou jet à bulles) (A) est un élément chauffant à résistance placé à l'intérieur d'une chambre d'encre Une face de la chambre d'encre possède un trou relié à un orifice qui est un trou ténu à travers lequel une goutte d'encre est éjectée en direction du support d'enregistrement Une chaleur très importante engendrée instantanément à partir de l'élément chauffant due à l'écoulement de courant dans l'élément chauffant évapore l'encre et la pression résultant de la vapeur d'encre accélère l'encre à l'intérieur de la chambre d'encre en direction de l'orifice pour former une goutte d'encre ayant une vitesse élevée lorsqu'elle s'échappe de l'orifice La tête à jet d'encre de ce type a une forme compliquée et présente un problème dans la reproduction de demi-teintes puisque la taille de la goutte d'encre est difficile à maîtriser. La tête à jet d'encre du type (B) possède un cristal piézoélectrique qui vibre en accord avec le signal de tension appliqué aux bornes du cristal L'énergie de vibration est transformée en énergie motrice de la goutte d'encre pour former des gouttes d'encre L'inconvénient de ce type est que la fréquence de la formation de goutte d'encre est faible ( 2 à 3 K Hz) ce dont il résulte une vitesse d'impression faible. Un jet continu de gouttes d'encre est formé dans le type ( 2) en utilisant une pompe à encre et une buse à vibration Le trajet aérien de la goutte d'encre est modifié lorsqu'il passe à travers une électrode de déflexion faisant suite à l'électrode de charge La fréquence de la formation de goutte d'encre est élevée ( 100 K Hz ou davantage) et ceci permet la reproduction de demi-teintes Cependant, puisque le système est compliqué, le système a tendance à être encombrant et d'un prix élevé, et, en plus le maintien d'un jet de gouttes d'encre régulier demeure encore un problème. C'est un objectif de la présente invention que de créer une tête d'impression à jet d'encre à pompage électromagnétique capable de réaliser une gradation de demi-teintes de l'image imprimée en réponse à un signal d'impression d'entrée. L'autre objectif de la présente invention est de créer une tête d'impression à jet d'encre avec une structure plus simple pour éjecter l'encre au moyen d'un procédé de pompage électromagnétique. Selon la présente invention, il est proposé une tête d'impression à jet d'encre du type à goutte à la demande, pour éjecter de l'encre conductrice par pompage électromagnétique, qui est pourvue d'un moyen générateur de champ magnétique pour produire un champ magnétique uniforme à partir d'un premier espace jusqu'à un second espace, et un élément tubes de pompage comprenant une pluralité de tubes de pompage ayant des première et seconde électrodes isolées formées séparément au centre d'une plaquette isolante à des intervalles réguliers, qui est installé dans un champ magnétique, dans lequel l'encre conductrice est éjectée à partir du tube de pompage par l'application d'une tension aux première et seconde électrodes. Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre à titre d'exemple en référence aux dessins annexés dans lesquels des références identiques désignent des composants identiques ou similaires, et dans lesquels: la figure 1 est une vue éclatée d'une tête d'impression à jet d'encre à pompage électromagnétique de la présente invention; les figures 2 A et 2 B sont des vues de face et en plan de la tête d'impression montrée à la figure 1; les figures 3 A et 3 B sont des vues détaillées et agrandies de l'élément essentiel de la vue éclatée montrée à la figure 1; la figure 4 est une vue de face d'un tube de pompage électromagnétique; et les figures 5 A et 5 B sont des graphiques de variation de teinte en fonction du temps et de la tension appliquée. Un élément tubes de pompage incorporant une pluralité de tubes de pompage, dans son corps à des intervalles réguliers, et, comprenant des première et seconde électrodes isolées, est situé dans un espace électromagnétique d'un champ magnétique donné et uniforme produit à partir d'un premier espace vers un second espace. Par l'application d'une tension positive à la première électrode et d'une tension négative à la seconde électrode, une quantité de courant donné s'écoule à partir de la première électrode vers la seconde électrode Par l'écoulement de courant entre les deux électrodes, de l'encre conductrice, dans le tube de pompage, est accélérée et éjectée en direction du côté sortie en raison de la règle des trois doigts de la main gauche de Fleming. Pour un tube de pompage de l'élément tubes de pompage, une forme de tube quadrangulaire est souhaitable, et les première et seconde électrodes sont montées, ou déposées par revêtement, séparément sur les parois intérieures droite et gauche du tube quadrangulaire Les première et seconde électrodes sont faites d'un métal bon conducteur et elles sont placées dans une direction axiale. En plaçant le tube de pompage dans un espace électromagnétique dans lequel un champ magnétique uniforme est appliqué à partir du premier espace vers le second espace, l'encre conductrice du tube de pompage est éjectée par application d'une tension de pilotage aux électrodes des tubes de pompage. En faisant référence à la figure 1, une tête d'impression à jet d'encre à pompage électromagnétique comprend un élément tubes de pompage 24 comprenant une plaquette isolante 12 et une pluralité de tubes de pompage 14 comportant une première et une seconde électrodes 16, 18 installées au centre de la plaquette isolante 12 à des intervalles réguliers, et une première et une seconde plaquettes magnétiques 20, 22 installées sur les côtés de dessus et de dessous de l'élément tubes de pompage 24 pour lui appliquer un champ magnétique uniforme. La plaquette isolante 12 est faite d'un matériau isolant telle qu'une plaquette de verre ou de silicium, ce qui est considéré comme équivalent Les première et seconde électrodes 16, 18 sont, respectivement, une électrode positive (+) et une électrode négative (-), et sont faites d'un matériau bon conducteur. Les première et seconde électrodes 16, 18 sont déposées par revêtement sur une paroi intérieure du côté droit et du côté gauche de chaque tube de pompage 14 par un procédé de revêtement. En faisant référence aux figures 2 A et 2 B, des pôles magnétiques S, N des première et seconde plaquettes magnétiques 20, 22 sont empilés à partir du côté supérieur jusqu'au côté inférieur dans cet ordre, et chaque tube de pompage 14 présente une hauteur H et une largeur L 3 données. En faisant référence à la figure 3 A, l'isolant 12 de l'hexaèdre ayant une hauteur H', une longueur L et une largeur L 2 données forme un tube 14 dans le sens de la longueur, et les première et seconde électrodes 16, 18 sont déposées par revêtement sur les côtés intérieurs droit et gauche du tube 14. La figure 3 B montre une partie plus détaillée des première et seconde électrodes 16, 18 dans la plaquette isolante 12 La figure 4 est une vue de face du tube 14-tel que montré à la figure 3 A et elle sert à la description du principe du pompage électromagnétique Les figures 5 A et 5 B sont des courbes de teinte d'une tête d'impression à jet d'encre à pompage électromagnétique qui montrent la relation entre la tension appliquée V aux première et seconde électrodes 16, 18 et le temps comme variable La forme du tube est représentée comme un quadrangle pour la commodité et la simplification du modèle des figures 1 à 4. Pour la description du fonctionnement, il est supposé qu'un champ magnétique uniforme est appliqué à l'élément tubes de pompage 24 par les première et seconde plaquettes magnétiques 20, 22 et que chaque tube 14 est rempli avec de l'encre faite d'une matière conductrice. Lorsqu'un état de tension donné V correspondant à un signal d'impression est appliqué aux bornes des première et seconde électrodes 16, 18 du tube de pompage 14, du courant s'écoule de la première électrode 16 (électrode positive +) vers la seconde électrode 18 (électrode négative -). En supposant que l'intensité de champ magnétique de l'élément tubes de pompage 24 soit B (représentée comme un vecteur B), et que la densité de courant par unité de longueur de la première électrode 16 vers la seconde électrode 18 soit I (représentée comme un vecteur I), la matière conductrice dans le tube de pompage 14 est soumise à une force orientée dans le sens de l'axe par la régle des trois doigts de la main gauche de Fleming Si la force orientée dans le sens de l'axe est indiquée par F (représentée par un vecteur F), F est exprimé par l'équation: P = L 3 Ix B, * ( 1) dans laquelle L 3 est la largeur intérieure du tube de pompage 14. En supposant que la tension appliquée entre les deux électrodes 16 et 18 du tube de pompage 14 soit V, le courant I dans l'équation ( 1) est exprimé par I= R ( 2) dans lequel R est la résistance par unité de longueur de la matière conductrice remplissant le tube 14. La résistance R de l'équation 2 est exprimée par: R = p L 3 ( 3) H dans laquelle p est un coefficient de résistance de l'encre conductrice remplissant le tube de pompage 14, L 3 est sa largeur intérieure et H est sa hauteur. En combinant les équations ( 1), ( 2) et ( 3), F peut être exprimé par l'équation: F=L 3 IB=L 3 x x B p L 3 3 p L 3 V X B p L 3 H L 3 Vx PL 3 = VH X B ( 4) p Par conséquent, la matière conductrice dans le tube de pompage 14 est accélérée par une force F calculée, par l'équation ( 4), dans l'élément tubes de pompage 24 disposé entre les première et seconde plaquettes magnétiques 20, 22. En supposant que la densité de la matière conductrice remplissant le tube 14 est d et que la résistance de frottement et de viscosité sont négligeables, l'accélération "a" de la matière conductrice provoquée par une force F est exprimée par a d HL 3 pdp L 3 En supposant que la matière conductrice remplissant le tube de pompage 14 de l'élément tubes de pompage 24 soit de l'encre, l'encre est éjectée en direction de la sortie du tube 14 avec une accélération a déterminée par l'équation ( 5). En supposant que la vitesse initiale de l'encre éjectée à partir du tube 14 de l'élément tubes de pompage 24 soit nulle " O " (zéro), la quantité d'encre Q éjectée pendant un temps t avec une accélération déterminée par l'équation ( 5) est exprimée par: Q = at 2 = B Vt. 2 2 dp L 3 Par conséquent l'encre conductrice dans le tube de pompage 14 de hauteur "HI" de largeur "L 3 " est éjectée par une force "F" avec une accélération "a" déterminée par les équations ( 4) et ( 5) comme résultat d'une tension "V" appliquée entre les première et seconde électrodes 16, 18 du tube de pompage 14, il est ainsi démontré que la quantité d'encre Q éjectée avec la force F et l'accélération a est commandée par le réglage de la tension appliquée V ou du temps t dans l'équation ( 6). L'encre est éjectée du tube et elle adhère à un papier d'impression (non représenté dans les dessins) faisant face au tube de pompage 14, et une image graphique est formée sur le papier La teinte de l'image graphique formée sur le papier est largement modifiée en fonction de la quantité d'encre éjectée Q. Pour simplifier, en supposant que la teinte soit proportionnelle à la quantité d'encre, on peut exprimer la teinte de l'image graphique en changeant, dans l'équation ( 6), la tension appliquée aux première et seconde électrodes 16, 18 et le temps t d'application de la tension V En appliquant une tension V de forme d'onde carrée aux bornes des deux électrodes 16, 18 du tube de pompage 14 de l'élément de tubes de pompage 24 et en modifiant le temps t, la quantité de l'encre a éjecter peut être commandée La teinte imprimée ayant une caractéristique telle que montrée à la figure 5 A. Par conséquent la teinte de l'image graphique est fonction du temps t comme cela est montré à la figure 5 A, si un signal d'entrée est appliqué aux deux électrodes 16, 18 du tube de pompage 12 de l'élément tubes de pompage 24 après modulation du signal d'entrée par un procédé de modulation par largeur d'impulsion. Si le temps d'application de la tension aux deux électrodes 16, 18 est fixe et que la tension appliquée aux deux électrodes 16, 18 est modifiée, une caractéristique plus linéaire de la teinte est obtenue comme cela est montrée à la figure 5 B Par exemple, une caractéristique linéaire de teinte est produite comme montré à la figure B, si un signal d'entrée d'impression est appliqué aux deux électrodes 16, 18 du tube de pompage 14 après modulation du signal d'impression d'entrée par un procédé de modulation de hauteur d'impulsion. L'accélération a dans l'équation ( 5) ne tient pas compte des facteurs de perte tels que la viscosité de l'encre remplissant le tube 14, la force de frottement entre l'encre et les parois intérieures du tube 14, la gravité, la résistance de l'air, etc par rapport à une situation réelle En supposant que la perte provoquée par ces facteurs soit f(v), l'accélération de pompage Pa dans l'équation ( 5) doit être modifiée selon l'équation suivante: pa d L 3 VH Bf (V)) ( 7) d HL 3 p dans laquelle v représente la vitesse. L'accélération de pompage Pa doit être prise en compte, en fait, dans la relation entre la quantité d'encre éjectée Q et la tension V, ou bien la quantité d'encre éjectée Q et le temps d'éjection t Un expert en la matière sera capable de choisir l'accélération de pompage par expérimentation Par conséquent l'encre remplissant le tube de pompage 14 est éjectée lorsque le signal, réagissant à un signal d'impression, est appliqué au tube de pompage 14 de l'élément tubes de pompage 24. Dans ce mode de réalisation, un champ magnétique uniforme est appliqué à l'élément tubes de pompage par la mise en place d'un aimant permanent sur les côtés supérieur et inférieur de l'élément tubes de pompage 24 Cependant, l'aimant permanent peut être remplacé par un électroaimant constitué par exemple par un enroulement. En conclusion, la tête d'impression éjecte de l'encre conductrice par pompage électromagnétique et peut fournir une demi-teinte par le réglage de la quantité d'encre éjectée en modulant le signal d'impression dans une tête d'impression à jet d'encre à goutte à la demande à pompage électromagnétique. Bien que l'invention ait été particulièrement montrée et décrite en se référant à des modes de réalisation préférés de celle- ci, il sera compris aisément par les personnes expérimentées dans cette technique que des modifications dans la forme et dans des détails peuvent être effectuées sans sortir de l'esprit et du domaine de l'invention. il REVENDICATIONS 1 Tête d'impression à jet d'encre du type à goutte à la demande à pompage électromagnétique pour éjecter de l'encre conductrice par un principe de pompage électromagnétique, caractérisée en ce qu'elle comprend: un moyen générateur de champ magnétique ( 20, 22) pour produire un champ magnétique uniforme (B) à partir d'un premier espace jusqu'à un second espace; et un élément tubes de pompage ( 24) comprenant une pluralité de tubes de pompage ( 14) ayant des première et seconde électrodes ( 16, 18) isolées formées séparément au centre d'une plaquette isolante ( 12) à des intervalles réguliers, qui est installé dans un champ magnétique (B), dans lequel l'encre conductrice est éjectée à partir dudit tube de pompage ( 14) par l'application d'une tension aux première et seconde électrodes ( 16, 18). 2 Tête d'impression à jet d'encre du type à goutte à la demande à pompage électromagnétique pour éjecter de l'encre conductrice par pompage électromagnétique selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit tube de pompage ( 14) dudit élément tubes de pompage ( 24) est un tube quadrangulaire. 3 Tête d'impression à jet d'encre du type à goutte à la demande à pompage électromagnétique pour éjecter de l'encre conductrice par pompage électromagnétique selon la revendication 2, caractérisée en ce que lesdites première et seconde électrodes ( 16, 18) dudit tube de pompage ( 14) sont faites de métal et déposées par revêtement sur les parois intérieures droite et gauche dudit tube quadrangulaire ( 14). 4 Tête d'impression à jet d'encre du type à goutte à la demande à pompage électromagnétique pour éjecter de l'encre conductrice par un principe de pompage électromagnétique, caractérisée en ce qu'elle comprend: un élément tubes de pompage ( 24) incorporant une pluralité de tubes de pompage ( 14), ayant une première électrode ( 16) et une seconde électrode ( 18) isolées, et qui sont formés séparément à des intervalles réguliers au centre d'une plaquette isolante ( 12) d'une épaisseur et d'une longueur données; une première plaquette ( 20) et une seconde plaquettes aimants ( 22) disposées des côtés supérieur et inférieur dudit élément tubes de pompage ( 24) pour appliquer un champ magnétique uniforme audit élément tubes de pompage ( 24). Tête d'impression à jet d'encre du type à goutte à la demande à pompage électromagnétique pour éjecter de l'encre conductrice par pompage électromagnétique selon la revendication 4, caractérisée en ce que ladite plaquette isolante ( 12) est une plaquette de verre ou de silicium. 6 Tête d'impression à jet d'encre du type à goutte à la demande à pompage électromagnétique pour éjecter de l'encre conductrice par pompage électromagnétique selon la revendication 4 ou la revendication 5, caractérisée en ce que la forme dudit tube de pompage ( 14) dudit élément tubes de pompage ( 24) est un tube quadrangulaire. 7 Tête d'impression à jet d'encre du type à goutte à la demande à pompage électromagnétique pour éjecter de l'encre conductrice par pompage électromagnétique selon la revendication 6, caractérisée en ce que lesdites première et seconde électrodes ( 16, 18) dudit tube de pompage ( 14) sont faites de métal et déposées par revêtement sur les parois intérieures droite et gauche dudit tube quadrangulaire ( 14). 8 Tête d'impression à jet d'encre du type à goutte à la demande à pompage électromagnétique pour éjecter de l'encre conductrice par pompage électromagnétique selon la revendication 4 ou la revendication 6, caractérisée en ce que lesdites première et seconde plaquettes magnétiques ( 20) et ( 22) ont chacune un pôle magnétique Sud (S) et Nord (N) qui sont disposés à partir du côté supérieur vers le côté inférieur autour de ladite plaquette isolante ( 12).