Brevet FR2686831A1 — publié le 19930806

La présente invention concerne un procédé pour surveiller le fonctionnement de têtes d'impression à encre, et un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé dans des têtes d'impression à encre du type à jet de bulles. Quand des dispositifs d'impression à encre sont utilisés en pratique, la surveillance de la réserve d'encre, avant tout une reconnaissance en temps voulu de l'épuisement de l'encre, joue un rôle important. Si la réserve d'encre est épuisée ou s'il se trouve de l'air dans les canaux, ce qui peut être provoqué par un choc, une partie des buses ou toute l'unité d'écriture est hors service. Pour augmenter la fiabilité de tels dispositifs d'impression, on connaît des systèmes de surveillance mécaniques et optiques (par exemple document DE-3 529 805), mais également des mesures de surveillance qui reposent sur la mesure et l'exploitation de grandeurs électriques.A ce dernier cas, appartiennent des systèmes de surveillance d'encre qui détectent une modification de l'état de remplissage dans le réservoir d'encre par variation de la capacité (IBM, TDB, Vol. 16, No. 3, août 1973, page 775) ou de la résistance. Selon cet état de la technique, l'épuisement de l'encre peut être affiché de façon optique et/ou acoustique, et l'opérateur peut alors échanger le conteneur d'encre, ou quand le conteneur d'encre et la tête d'écriture forment une unité, échanger cette unité. Ainsi, par le brevet EP-O 244 559, on connaît un dispositif pour surveiller la réserve d'encre dans des dispositifs d'impression à encre, dans lequel, à l'aide de trois électrodes agencées dans le réservoir d'encre, une résistance de comparaison spécifique à l'encre et une résistance qui se modifie en fonction du niveau de liquide sont détectées. Sur deux des trois électrodes, apparaissent de plus des impulsions de tension continue de signes opposés. Sur la troisième électrode, une tension correspondant à l'état de remplissage du réservoir d'encre peut être prélevée, qui est utilisée en tant que critère pour activer un dispositif d'affichage affichant l'épuisement de la réserve d'encre et/ou pour arrêter le dispositif d'impression à encre. Par ailleurs, on connaît, par le document WO 90/00974, un agencement pour des dispositifs d'impression pour surveiller des réservoirs contenant des fluides d'impression. Ces réservoirs présentent un dispositif à mémoire électronique sous forme d'une microplaquette, dans laquelle des informations concernant l'état de remplissage réel du réservoir et/ou d'autres types d'état pertinents pour l'impression, par exemple des données d'épuisement du- fluide d'impression, sont stockés. Par l'intermédiaire d'une commande centrale du dispositif d'impression, l'état de consommation du fluide d'impression est détecté et transmis à la microplaquette. La microplaquette sur le réservoir détermine la consommation jusqu'à ce que la réserve de fluide d'impression soit épuisée de sorte que le réservoir doit être échangé.A l'aide de tels dispositifs connus, on peut en vérité éviter de mauvaises impressions en raison d'un manque de liquide d'encrage dans le réservoir et des signaux d'erreur correspondants sont fournis à l'opérateur, des problèmes dans le système d'alimentation en encre jusqu'aux zones amenant l'encre dans la tête d'écriture, par exemple les canaux d'encre, restant cependant non détectés. Dans le cas de dispositifs d'impression à encre, qui travaillent selon le principe à transducteur thermique (jet de bulles), décrits par exemple dans le brevet DE-3 012 698, la surveillance de la présence de liquide d'encrage, non seulement dans le réservoir, mais également au niveau du transducteur, présente une grande importance. Ces têtes d'impression à encre à jet de bulles comportent une pluralité de buses individuelles, desquelles, sous l'impulsion d'une commande électronique, des gouttelettes individuelles sont éjectées de façon définie. La caractéristique essentielle de cette technologie consiste en ce que, dans des capillaires remplis de liquide d'encrage et, en vérité, à proximité de leurs ouvertures constituant les buses, se trouve une résistance électrique réalisée en tant qu'élément chauffant.Si, lorsque cela est nécessaire, une énergie thermique déterminée est amenée à cet élément chauffant au moyen d'une courte impulsion de courant, il se crée, par un transfert thermique très rapide au liquide d'encrage, tout d'abord une bulle de vapeur d'encre qui présente une expansion rapide, et qui, alors, après interruption de l'alimentation en énergie, s'affaisse relativement rapidement par refroidissement du liquide d'encrage. L'onde de pression créée par cette bulle de vapeur à l'intérieur des capillaires permet d'éjecter un jet d'encre de masse limitée à partir de la buse sur la surface d'un support denregistre- ment proche.Quand les éléments chauffants de ces unités d'impression à jet de bulles sont en service, sans que du liquide d'encrage se trouve dans les capillaires, la température de fonctionnement augmente sur la résistance chauffante, ce qui a pour conséquence une diminution de la durée de vie des transducteurs électrothermiques en raison d'une diffusion ou d'une oxydation. Du fait d'un choc, par exemple, de l'air peut être aspiré dans la buse et le liquide d'encrage peut être déplacé sur l'élément chauffant. Si l'on veut reconnaître cela par l'intermédiaire de deux contacts de mesure, au moins un conducteur supplémentaire doit être prévu pour chaque élément chauffant. Les contacts subissent là une contrainte thermique et chimique importante (températures typiques d'environ 3000C), quand ils viennent en contact direct avec le liquide chaud.Par ailleurs, lors de la fabrication de l'unité d'écriture, les conducteurs supplémentaires devraient être également mis en contact, c'est-à-dire reliés à l'électronique de commande, ce qui signifierait une augmentation du coût. La sécurité de fonctionnement et la qualité de l'enregistrement dépendent également, dans une large mesure, de la régularité de l'éjection des gouttelettes, c'est-à-dire que les gouttelettes individuelles éjectées par une impulsion de commande doivent posséder une taille définie et quitter la buse de la tête d'impression en ayant, à chaque fois, une vitesse identique. Les conditions marginales pour une telle éjection régulière des gouttelettes sont cependant multiples. Ainsi, par exemple, la formation des gouttelettes d'encre ou la formation d'un jet d'encre, la masse des gouttelettes d'encre et la vitesse d'éjection des gouttelettes d'encre dans de tels dispositifs d'impression dépendent fortement de la viscosité de l'encre.Comme la viscosité de l'encre dépend de la température, il doit être d'une part garanti que, pour des températures environnantes différentes, un processus d'éjection de l'encre est de toute façon possible et que, d'autre part, ce processus d'éjection de l'encre se déroule le plus possible de façon définie et stable, la température de l'encre étant réglée de façon suffisamment précise au moyen d'un dispositif de chauffage. Il est en conséquence déjà connu de maintenir la température de l'encre d'une tête d'écriture à encre à une valeur constante. De tels agencements pour chauffer l'encre dans la tête d'impression d'un dispositif d'impression à encre sont par exemple connus par le document WO 90/06852. L'invention a pour objet de détecter l'état de fonctionnement actuel de la tête d'impression à encre et de corriger automatiquement des écarts inadmissibles à partir d'états de fonctionnement normaux prédéfinis. Le coût technique nécessaire pour cela doit être minimal, et une augmentation du nombre des liaisons nécessaires à la tête d'impression à encre doit être évitée. A cet effet, le procédé pour surveiller le fonctionnement de têtes d'impression à encre du type à jet de bulles, comportant une pluralité de canaux d'encre et des moyens pour réchauffer la tête d'impression à encre dans un dispositif d'impression à encre, qui présente des moyens pour nettoyer la tête d'impression à encre, est remarquable, selon l'invention, en ce que - des températures de la plaquette maximale et minimale permises et une température de crête maximale locale sont prédéfinies, - la température de la plaquette est mesurée, pour chaque canal d'encre, en parallèle à proximité des buses, - la valeur de crête est détectée à partir des valeurs de mesure et la valeur moyenne est établie, - la valeur de crête de la température de la plaquette est comparée à la température de crête maximale locale prédéfinie, - la valeur moyenne de la température de la plaquette est comparée aux températures de la plaquette maximale et minimales permises, et en ce que - lorsque la température de crête maximale locale prédéfinie est dépassée par la valeur de crête de la température mesurée de la plaquette, un message d'épuisement d'encre est émis, et une procédure de nettoyage est entreprise, - lorsque la température maximale permise de la plaquette est dépassée, la vitesse d'impression est réduite, ou - lorsque la température minimale permise de la plaquette n'est plus atteinte, la tête d'impression à encre est chauffée. En d'autres termes, dans une première étape du procédé, trois valeurs de normalisation pour un fonctionnement sûr de la tête d'impression à encre sont prédéfinies. En raison du fait que l'encre se trouvant dans la tête d'impression à encre est entourée de tous côtés par la matière de substrat de la tête d'impression à encre, il suffit de déterminer suffisamment précisément, localement, la température de la matière de substrat pour pouvoir prévoir la température de l'encre à proximité du point de mesure et, ainsi, sa viscosité. Ainsi, des températures de la plaquette minimale et maximale permises sont prédéfinies. Si une buse de la tête d'impression à encre est commandée sans que de l'encre se trouve dans le canal correspondant, la quantité de chaleur créée par l'élément chauffant n'est pas évacuée par l'encre et entraîne une surchauffe locale du substrat. Pour sa détection, une température de crête maximale locale est prédéfinie. Dans une deuxième étape, la température de la plaquette est mesurée en parallèle, pour chaque canal d'encre, à proximité directe de l'ouverture de la buse. Dans une troisième étape, la valeur de crête est détectée à partir des valeurs de mesure et la valeur moyenne est établie. Ensuite, la valeur de crête de la température de la plaquette est comparée à la température de crête maximale locale prédéfinie, et on vérifie si la valeur moyenne de la température de la plaquette se trouve entre les températures de la plaquette maximale et minimale permises prédéfinies. Selon-une autre caractéristique de l'invention, le dispositif d'impression à encre est mis hors service, à cause du manque d'encre, lors de multiples messages successifs d'épuisement d'encre, avec pour conséquence directe des procédures de nettoyage. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, lorsque la température maximale permise prédéfinie de la plaquette est dépassée par la valeur moyenne de la température mesurée de la plaquette, la vitesse d'impression est réduite. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, lorsque la température minimale permise prédéfinie de la plaquette n'est plus atteinte par la valeur moyenne de la température mesurée de la plaquette, la tête d'impression à encre elle-même est chauffée. La présente invention concerne également un dispositif pour surveiller le fonctionnement de têtes d'impression à encre du type à jet de bulles, comportant une pluralité de canaux d'encre, qui sont fermés, du côté des buses, par une membrane mince, dans un substrat de silicium, remarquable, selon l'invention, en ce que - un capteur de température séparé est associé à chaque canal d'encre, - ce capteur de température est agencé sur la membrane du côté des buses, à proximité des buses, et - tous les capteurs de température sont raccordés à un moyen d'exploitation commun, qui est agencé sur le substrat de silicium. Avantageusement, le capteur de température est formé par une zone dopée du substrat de silicium. De préférence, tous les capteurs de température d'une tête d'impression à encre sont raccordés à un dispositif pour détecter des valeurs de crête et établir des valeurs moyennes, qui est agencé en amont d'un comparateur pour surveiller les valeurs de crête et d'un discriminateur à fenêtre pour le contrôle des valeurs moyennes. Les figures du dessin annexé feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 est une représentation de principe d'une tête d'impression à encre particulièrement appropriée pour l'utilisation de l'invention. La figure 2 est une vue en coupe de la plaquette d'une telle tête d'impression à encre. La figure 3 est une vue de dessus agrandie de la figure 2. La figure 4 illustre le fonctionnement de l'invention. La figure 1 est une vue en perspective de la construction d'une tête d'impression à encre. Celle-ci est constituée essentiellement de seulement deux pièces qui doivent être reliées ensemble, c'est-à-dire une plaquette 11, qui contient aussi bien les éléments chauffants, les lignes électriques et les points de contact pour le raccordement électrique, qu'également les ouvertures d'éjection (buses), et est contactée et fixée en tant que fermeture d'un réservoir. Les éléments chauffants, non représentés dans ce schéma de principe, les lignes électriques, les points de contact 9 et les ouvertures de sortie 10 peuvent de plus être formés dans une plaquette 11 de préférence constituée de silicium, avantageusement par des étapes d'usinage planaires Le réservoir 12 présente une forme parallélépipédique, dans lequel est disposé un milieu imprégné de liquide d'encrage, par exemple une éponge 13. Sur le dessus, proche de la plaquette, du réservoir 12, sont prévues des ouvertures de sortie munies de filtres 14, sous forme de deux canaux d'alimentation 15. Ces canaux d'alimentation 15 s'étendent parallèlement l'un à l'autre en direction longitudinale du réservoir 12 de sorte que, lorsque la plaquette 11 est montée, ils se trouvent au-dessus des canaux d'encre 16 en liaison d'écoulement avec les ouvertures de sortie 10. Le montage de la plaquette 11 sur le réservoir 12 est effectué de façon simple par des crampons 17 agencés sur les côtés longitudinaux du réservoir 12, crampons qui permettent aussi bien la liaison mécanique que les contacts électriques par l'intermédiaire des points de contact 9. La figure 2 est une coupe de la plaquette 11 selon la ligne I-I de la figure 1. On voit en particulier ici la structure géométrique d'un canal d'encre 16, qui présente des parois parallèles comportant des zones de sortie inclinées. Comme on le voit sur la figure 2, chaque canal d'encre 16 est fermé, du côté des buses, simplement par - une couche mince de la matière de la plaquette, du type membrane. Dans cette membrane 3, est prévue l'ouverture 10 de la buse. Sur le côté, opposé au canal d'encre 16, de la membrane 3, sont agencés les éléments chauffants 4 comme cela est montré en vue de dessus sur la figure 3, qui est une représentation agrandie de la zone entourée en traits mixtes de la figure 2. Les éléments chauffants 4 d'un canal d'encre 16 sont avantageusement agencés de façon symétrique par rapport à l'ouverture de buse 10 le long du canal d'encre 16, et sont reliés ensemble par une piste conductrice 5. Entre un des éléments chauffants 4 et l'ouverture de buse 10, un capteur de température 1 est prévu pour chaque canal d'encre 16, capteur auquel aboutissent deux liaisons séparées 2. Ainsi, le capteur de température 1 est agencé directement à l'endroit où est engendrée de la chaleur et est en position pour détecter, de façon fine, des modifications locales de température, pour chaque canal d'encre.Il est ainsi possible de déterminer, pour chaque canal d'encre 16, s'il contient encore de l'encre. Si l'on détermine, par une élévation locale de température au niveau d'un canal d'encre 16, que celui-ci ne contient plus d'encre, on doit considérer, comme causes de cela, aussi bien des bouchages locaux dans le système d'alimentation en encre que l'épuisement de la réserve d'encre Pour différencier ces causes, une procédure de nettoyage de la tête d'impression à encre 24 est tout d'abord mise en oeuvre. Lorsque plusieurs nettoyages successifs ont été réalisés sans résultats, il est clair que le défaut n'est pas dû au dispositif d'impression à encre lui-même, et l'épuisement de la réserve d'encre est signalé à l'opérateur. Pour cela, selon la figure 4, toutes les valeurs de mesure des capteurs de température 1 sont évaluées dans un dispositif 8 pour reconnaître la valeur de crête 25 et détecter la valeur moyenne 26. La valeur de crête 25 est comparée, dans un comparateur 6, à la température de crête maximale locale prédéfinie, lors du dépassement de laquelle un signal d'épuisement d'encre 20 est émis. La valeur moyenne 26 est comparée, dans un discriminateur à fenêtre 7, à la température de la plaquette minimale permise prédéfinie 23 et à la température de la plaquette maximale permise prédéfinie 22. Si la valeur moyenne 26 de la température de la plaquette mesurée quitte la plage de tolérance prédéfinie par les températures de la plaquette minimale et maximale 23, 22 prédéfinies permises, un signal de température 19 est émis. Lorsque la température de la plaquette maximale permise 22 est dépassée, la vitesse d'impression est réduite et, lorsque la température de la plaquette minimale permise 23 n'est plus atteinte, la tête d'impression à encre elle-même est chauffée. Par réduction de la vitesse d'impression, on doit également comprendre des pauses d'impression. De cette façon, on garantit aussi bien une qualité d'impression élevée constante que la consommation pratiquement complète de la réserve d'encre disponible y compris la quantité d'encre dans le système d'alimentation en encre. Avantageusement, les moyens nécessaires pour garantir le fonctionnement selon l'invention sont réalisés sur la surface de la plaquette 11, en tant que circuit intégré, par une technologie connue en soi. REVENDICATIONS 1. Procédé pour surveiller le fonctionnement de têtes d'impression à encre du type à jet de bulles, comportant une pluralité de canaux d'encre et des moyens pour réchauffer la tête d'impression à encre dans un dispositif d'impression à encre, qui présente des moyens pour nettoyer la tête d'impression à encre, caractérisé en ce que - des températures de la plaquette maximale (22) et minimale (23) permises et une température de crête maximale locale (21) sont prédéfinies, - la température de la plaquette est mesurée, pour chaque canal d'encre, en parallèle à proximité des buses, - la valeur de crête (25) est détectée à partir des valeurs de mesure et la valeur moyenne (26) est établie, - la valeur de crête (25) de la température de la plaquette est comparée à la température de crête maximale locale prédéfinie (21), - la valeur moyenne (26) de la température de la plaquette est comparée aux températures de la plaquette maximale (22) et minimale (23) permises, et en ce que - lorsque la température de crête maximale locale prédéfinie (21) est dépassée par la valeur de crête (25) de la température mesurée de la plaquette, un message d'épuise ment encre (20) est émis, et une procédure de nettoyage est entreprise, - lorsque la température maximale permise de la plaquette est dépassée, la vitesse d'impression est réduite, ou - lorsque la température minimale permise de la plaquette n'est plus atteinte, la tête d'impression à encre est chauffée. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif d'impression à encre est mis hors service, à cause du manque d'encre, lors de multiples messages successifs d'épuisement d'encre (20), avec pour conséquence directe des procédures de nettoyage. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, lorsque la température maximale permise prédéfinie (22) de la plaquette est dépassée par la valeur moyenne (26) de la température mesurée de la plaquette, la vitesse d'impression est réduite. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, lorsque la température minimale permise prédéfinie (23) de la plaquette n'est plus atteinte par la valeur moyenne (26) de la température mesurée de la plaquette, la tête d'impression à encre elle-même est chauffée. 5. Dispositif pour surveiller le fonctionnement de têtes d'impression à encre du type à jet de bulles, comportant une pluralité de canaux d'encre, qui sont fermés, du côté des buses, par une membrane mince, dans un substrat de silicium, caractérisé en ce que - un capteur de température séparé (1) est associé à chaque canal d'encre (16), - ce capteur de température (1) est agencé sur la membrane (3) du côté des buses, à proximité des buses, et - tous les capteurs de température (1) sont raccordés à un moyen d'exploitation commun, qui est agencé sur le subs trat de silicium. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le capteur de température (1) est formé par une zone dopée du substrat de silicium (11). 7. Dispositif selon la revendication 5 ou la revendication 6, caractérisé en ce que tous les capteurs de température (1) d'une tête d'impression à encre (24) sont raccordés à un dispositif (8) pour détecter des valeurs de crête et établir des valeurs moyennes, qui est agencé en amont d'un comparateur (6) pour surveiller les valeurs de crête et d'un discriminateur à fenêtre (7) pour le contrôle des valeurs moyennes.