Brevet FR2711577A1 — publié le 19950505

La présente invention concerne une plaque à buses pour imprimante à jets d'encre, ainsi qu'un procédé de fabrication d'une telle plaque à buses. Une imprimante à jets d'encre d'un type dans lequel une image à enregistrer est écrite sur un support d'enre- gistrement par des gouttelettes d'encre projetées par des buses, pose un problème en ce que la direction dans laquelle chaque gouttelette d'encre se déplace s'écarte d'une trajectoire prescrite car la région voisine de la buse est mouillée par l'encre. Une plaque à buses destinée à la solution de ce problème et décrite dans la demande publiée et non examinée de brevet japonais n 57-107 148 est destinée à réduire la mouillabilité de la région voisine de la buse par formation uniforme, par pulvérisation, d'une couche d'un revêtement répulsif vis-à-vis de l'encre, tel qu'une pellicule fluo- rescente à la fois à la surface interne de la buse et à la surface avant de la plaque à buses. La plaque à buses de ce document précité est avanta- geuse, par inhibition du mouillage par l'encre de la région voisine de la buse, car une gouttelette d'encre est proje- tée de manière stable et satisfaisante dans la direction axiale. Cependant, le procédé de formation d'un tel revête- ment répulsif vis-à-vis de l'encre, utilisé dans le document précité, n'est pas satisfaisant car le recouvre- ment du gradin par le revêtement répulsif n'est pas fiable. En conséquence, si le recouvrement du gradin est trop important ou excessif, le centre de vibration du ménisque s'écarte de la surface avant de la plaque à buses, en fonction du degré d'excès de couverture. Ceci nécessite alors une plus grande énergie pour la projection d'une quantité prédéterminée d'encre et réduit donc le rendement de projection. Si le recouvrement du gradin est trop petit, le centre de vibration du ménisque se rapproche de la surface avant de la plaque à buses et provoque à son tour un "déclenchement erroné". Ainsi, une autre gouttelette d'encre est projetée sous l'action de la vibration du ménisque après qu'une gouttelette d'encre a été projetée, et il peut apparaître un grand défaut de reproductibilité entre les produits, et la fiabilité est réduite. La présente invention concerne les problèmes préci- tés et elle a pour objet la réalisation d'une nouvelle plaque à buses qui permet une projection stable des goutte- lettes d'encre par limitation du recouvrement du gradin d'une substance répulsive vis-à-vis de l'encre à la surface interne d'une buse, sur une distance prédéterminée. L'invention a aussi pour objet la mise à disposition d'un procédé de préparation d'une telle plaque à buses originale qui permet la limitation de la couverture du gradin d'un revêtement répulsif vis-à-vis de l'encre à la surface interne de la buse, sur une distance prédéterminée. A cet effet, l'invention concerne une plaque à buses d'imprimante à jets d'encre dans laquelle une partie d'une couche de revêtement répulsif vis-à-vis de l'encre, desti- née à recouvrir la surface avant de la plaque à buses, forme un gradin à la surface interne d'une buse afin que le volume de l'espace délimité dans la buse depuis la surface avant de la plaque à buses jusqu'à une surface de formation d'un ménisque soit limité à une distance comprise entre 0,05 et 0,50 fois la quantité d'encre qui doit être projetée. En outre, le procédé de préparation d'une plaque à buses pour imprimante à jets d'encre comprend les étapes de mise d'un organe de résine photosensible en contact sous pression avec la surface arrière de la plaque à buses, et de chauffage de l'organe de résine photosensible de manière qu'une partie de l'organe de résine photosensible pénètre à la surface interne d'une buse et que le volume de l'espace à l'intérieur de la buse depuis la surface de la plaque à buses puisse être limité à une plage comprise entre 0,05 et 0,50 fois la quantité d'encre à projeter, puis de durcis- sement de l'organe de résine photosensible par des rayons lumineux, et de formation d'une couche de revêtement répulsif vis-à-vis de l'encre, au moins à la surface interne de la buse et à la surface avant de la plaque à buses, l'organe de résine photosensible durcie constituant un organe de masquage. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'exemples de réalisation, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: les figures l(a) à l(d) sont des schémas illustrant un procédé de formation d'une plaque à buses dans un mode de réalisation de l'invention; la figure 2 est une coupe agrandie représentant une partie principale de la plaque à buses dans un autre mode de réalisation de l'invention; la figure 3 est une coupe agrandie de la partie principale d'une plaque à buses dans un autre mode de réalisation de l'invention; les figures 4(a) à 4(d) sont des schémas illustrant un procédé de formation d'une plaque à buses, dans un autre mode de réalisation de l'invention; la figure 5 est un graphique représentant la rela- tion entre la température et le recouvrement d'un gradin d'une pellicule de résine photosensible; et la figure 6 est un graphique représentant la rela- tion entre le rapport Vm/Vi et les fréquences de projection parasite et de projection défectueuse. Les figures l(a) à l(d) illustrent un procédé de préparation d'une plaque à buses, dans un mode de réalisa- tion de l'invention, et elles représentent plus précisément un procédé de traitement de surface auquel est soumis la plaque à buses, et les figures 2 et 3 représentent la plaque à buses préparée par ce procédé. Une plaque à buses qui porte la référence générale 1 sur la figure 1 est formée d'un métal, d'une céramique, de silicium, de verre, de matière plastique ou analogue ou de préférence d'une matière unique choisie parmi le titane, le chrome, le fer, le cobalt, le nickel, le cuivre, le zinc, l'étain, l'or, ou d'un alliage tel qu'un alliage nickel- phosphore, étain-cuivre-phosphore (bronze au phosphore), cuivre-zinc, un acier inoxydable ou un polycarbonate, une polysulfone, des résines ABS (copolymères d'acrylonitrile- butadiène-styrène), du téréphtalate de polyéthylène, un5 polyacétal ou diverses matières de résine photosensible. La plaque à buses 1 possède plusieurs trous 4 de buse, chaque trou de buse ayant une partie 4a en forme d'entonnoir débouchant à la face arrière 5 et une partie d'orifice 4b en forme de cylindre débouchant à la surface avant 2.10 Une pellicule 5 d'une résine photosensible qui est durcie par la lumière, par exemple une matière de réserve sous forme d'une pellicule sèche formée de "Daiyaron FRA304-38" fabriquée par Mitsubishi Rayon Co. Ltd. est d'abord collée à la face arrière 3 de la plaque à buses 1, et une partie de la pellicule 5 forme alors un gradin dans la buse 4 sur une profondeur de 5 à 40 pm par rapport à la surface avant de la plaque à buses, par chauffage de la pellicule 5 de résine photosensible à une température de 40 à 70 C, avec application d'une pression d'environ 4,0 bar à la pellicule 5 de résine photosensible (figure l(a)). Ensuite, des rayons ultraviolets sont injectés à la fois depuis la face arrière 3 et la face avant 2 de la plaque à buses 1 afin que la pellicule 5 formée à la face arrière 3 de la plaque 1 durcisse et forme un gradin dans la buse 4, comme indiqué sur la figure l(b). Cette opération est considérée comme une opération préalable permettant le réglage du recouvrement d'un gradin d'un revêtement d'eutectoïde 6 formé dans la buse 4 à la suite d'une opération ultérieure de formation d'une couche de revêtement d'eutectoïde. La viscosité de la résine photosensible utilisée pour la régulation du recouvrement d de la couche 6 varie en général beaucoup avec la température. En conséquence, pour qu'une partie de la pellicule 5 puisse pénétrer dans la buse 4, avec un recouvrement prédéterminé d, il est commode de fixer la pression appliquée à la pellicule 5 à une valeur constante et de régler la température t à laquelle la pellicule 5 est chauffée. On décrit maintenant un exemple d'opération dans ce mode de réalisation. Dans cet exemple, une plaque à buses ordinaire 1 ayant une épaisseur T de 80 pm, un diamètre D de buse de 40 im et une longueur de buse 1 (partie de forme cylindrique) de 35 pm a été utilisée. Une pellicule 5 d'une résine photosensible ayant une épaisseur de 38 pm a été collée à la face arrière 3, et la pellicule 5 a été chauf-10 fée pendant 20 s à diverses températures t avec des pres- sions de 4,0 et 5,0 bar. En conséquence, on a obtenu la relation indiquée sur la figure 5 entre la température t et le recouvrement f du gradin de la pellicule 5 de résine photosensible. Des rayons ultraviolets, ayant une longueur de 365 nm et destinés au durcissement de la pellicule 5 ont été projetés à raison de 750 mJ/cm2 dans cet exemple. Ensuite, la plaque à buses 1 ainsi traitée a été immergée dans un électrolyte dans lequel des ions nickel et des particules d'une résine d'un haut polymère répulsif vis-à-vis de l'eau, par exemple de polytétrafluoréthylène, ont été dispersés par des charges électriques et agités pour la formation d'une couche 6 de revêtement d'un eutec- toïde à la face avant de la plaque à buses 1, comme indiqué sur la figure 1(c). Un haut polymère contenant du fluor, utilisé pour le procédé de revêtement d'un eutectoïde, contient une résine telle que le polytétrafluoréthylène, un polyperfluoro- alcoxybutadiène, du fluorure de polyvinylidène, du fluorure de polyvinyle ou du polydiperfluoroalkylfumarate. Une telle résine est utilisée seule ou en combinaison. Le liant de cette couche 6 de revêtement n'est pas particulièrement limité. Bien que des métaux tels que le cuivre, l'argent, le zinc ou l'étain conviennent, un métal tel que le nickel ou un alliage tel qu'un alliage de nickel-cobalt, de nickel-phosphore ou de nickel-bore, ayant une grande dureté de surface et une excellente résistance à l'usure, est préférable. Ainsi, les particules de polytétrafluoréthylène recouvrent uniformément la surface avant 2 de la plaque à buses 1 ainsi que la circonférence interne de la buse 4 jusqu'à une profondeur prédéterminée depuis la surface avant 2. La pellicule 5 de résine photosensible formée à la surface arrière 3 de la plaque à buses 1 et qui pénètre dans la buse 4 est ensuite retirée à l'aide d'un solvant convenable. Ensuite, la plaque à buses 1 ainsi traitée est chauffée à une température supérieure à la température de fusion du haut polymère contenant du fluor (température supérieure à la température de fusion de 350 C du poly- tétrafluoréthylène de l'exemple considéré), en empêchant le gauchissement de la plaque à buses 1 par application d'une charge, afin qu'une couche dure 6 de revêtement répulsif vis-à-vis de l'encre se forme à la face avant 2 ainsi qu'à la circonférence interne de la buse jusqu'à une profondeur prédéterminée, comme indiqué sur la figure l(d). En conséquence, dans la plaque à buses 1 ainsi préparée, le bord inférieur de la couche 6 de revêtement répulsif placée dans la buse 4 joue un rôle important pour la détermination du centre de vibration A du ménisque d'encre comme indiqué sur la figure 2. On suppose que le volume de l'espace délimité dans la buse depuis la surface avant 2 de la buse jusqu'au centre de vibration A du ménisque est Vm et que le volume d'encre dans un espace compris entre la surface avant 2 de la buse et la surface avant B de l'encre juste avant projection de l'encre (c'est-à-dire le volume d'une goutte- lette d'encre à projeter) est Vi, et un plus petit recou- vrement de gradin de la couche 6 de revêtement réduit le rapport Vm/Vi et permet ainsi une réduction de la tension de pilotage d'un organe piézoélectrique. La tension de pilotage d'un organe piézoélectrique est utilisée de manière qu'une quantité voulue d'encre soit projetée. En conséquence, un organe peu coûteux de pilotage peut être réalisé. Cependant, si le recouvrement d du gradin a une valeur trop faible, des gouttelettes parasites s'envolent comme indiqué sur la figure 6 et par le tableau qui suit. D'autre part, si le recouvrement d de la couche 6 de revêtement est important, la position C vers laquelle recule le ménisque après que l'encre a été projetée devient si profonde que des bulles d'air sont prélevées en avant de la buse 4 ou une projection défectueuse est due à la transmission inefficace de l'encre destinée à l'opération suivante de projection de gouttelettes d'encre. Des plaques à buses 1 ayant une épaisseur de 80 pm et ayant des recouvrements différents d de gradin ont été préparées et fixées à une imprimante à jets d'encre à la demande pilotée piézoélectriquement pour l'exécution d'un essai dans lequel des gouttelettes d'encre de 0,1 pg ont été projetées de façon continue par une buse 4 ayant un diamètre de 40 pm pendant 30 s, avec une fréquence de réponse de 5 kHz. L'essai a été répété 100 _fois,_ et la fréquence des écarts de trajectoire, de projection défec- tueuse et analogue a été comptée. On a obtenu les résultats suivants. TABLEAU Energie Fréquence Fréquence Tension de dépla- des écarts de projec- d Vm de pilo- cement de trajec- tion dé- pm xlO-14mm3 tage V 10-7J Vm/Vi toire fectueuse 0 0 20 4,5 0 62 0 2 0,25 20 4,5 0,025 13 0 4 0,5 21 5,0 0,05 0 0 0,6 21 5,0 0,06 0 0 1,9 23 6,0 0,19 0 0 5,0 26 7,6 0,50 0 0 50 7,5 42 19,8 0,75 0 24 9,0 70 55,1 0,90 0 89 On a vérifié à partir de ces essais que, lorsque le rapport Vm/Vi (c'est-à-dire le rapport du volume de l'espace formé dans la buse de la surface avant 2 de la plaque à buses 1 à la surface formant le ménisque A par rapport à la quantité d'une gouttelette d'encre à pro- jeter), est inférieur à 0,04, la fréquence des écarts de trajectoire de la gouttelette augmente considérablement. On a aussi vérifié que, lorsque ce rapport dépasse 0,50, la fréquence de projection défectueuse augmente con- sidérablement. Par ailleurs, les résultats qui précèdent corres- pondent à des essais réalisés sur la buse 4 ayant une partie 4b d'orifice en forme de cylindre à la surface avant 2 et une partie d'entonnoir 4a qui débouche largement à la surface arrière 3. On a observé une tendance analogue, à la suite du résultat d'essais, par utilisation d'une buse 14 qui est ouverte afin qu'elle s'évase progressivement sous forme arrondie en coupe vers la surface arrière 3 depuis une partie 14b d'orifice formée à la surface avant 2, comme indiqué sur la figure 3. Il faut noter, d'après la description qui précède, que le recouvrement d du gradin de la couche 6 de revête- ment doit être déterminé de manière que le rapport Vm/Vi soit compris entre 0,04 et 0,5 ou de préférence entre 0,05 et 0,5. La figure 4 représente un second mode de réalisation de l'invention, dans le cas d'un procédé de traitement de la surface de la plaque à buses 1. Ce procédé comprend les étapes suivantes. On place d'abord une plaque élastique 7 formée par exemple de caoutchouc en contact sous pression avec la surface avant 2 de la plaque à buses 1 avec une force prédéterminée, et une partie de la plaque élastique 7 pénètre ainsi dans la buse 4, sur une valeur équivalant au recouvrement du gradin prédéterminé d, puis on applique une matière de réserve sous forme d'un film sec ou une matière plastique conve- nable 8 comme organe 8 de masquage sur toute la surface arrière 3 de la plaque à buses 1, y compris la partie de buse 4 comme indiqué sur la figure 4(a). Lorsque la matière de réserve formant une pellicule sèche est utilisée comme organe de marquage 8, des rayons ultraviolets sont ensuite projetés par la surface arrière 3 afin que la matière de réserve durcisse et, lorsqu'on utilise une matière plastique, celle-ci est chauffée ou soumise à une opération ordinaire de séchage qui provoque une solidification de la matière plastique, et la plaque élastique 7 est retirée de la surface avant 2 de la plaque à buses 1, comme indiqué sur la figure 4(b). La plaque à buses 1 ainsi traitée est ensuite immergée dans un électrolyte dans lequel sont dispersées des particules d'une résine d'un haut polymère présentant une répulsivité vis-à-vis de l'encre, à l'aide de charges électriques pour la formation d'une couche 9 de revêtement répulsif vis-à-vis de l'encre, qui est une couche de revêtement d'un eutectoïde, à la surface avant 2, ou un agent répulsif vis-à-vis de l'eau, formé d'un haut polymère contenant du fluor, est appliqué à la surface avant 2 de la plaque à buses 1 ainsi traitée par pulvérisation ou trem- page, comme indiqué sur la figure 4(c). Dans une étape finale, l'organe 8 de masquage est retiré de la surface arrière 3 de la plaque à buses 1 par utilisation d'une solution convenable de traitement comme indiqué sur la figure 4(d). Comme indiqué dans la description qui précède, la présente invention se caractérise en ce que la couche de revêtement présentant une répulsivité vis-à-vis de l'encre pénètre dans la buse afin que le rapport du volume d'un espace délimité dans la buse depuis la surface avant de la plaque à buses jusqu'à la surface formant le ménisque par rapport à la quantité d'encre qui doit être projetée est compris entre 0,05 et 0,5. En conséquence, la position à laquelle vibre le ménisque peut être réglée convenablement par cette couche de revêtement non seulement de manière que la projection de gouttelettes parasites et la projection défectueuse soient évitées, mais aussi de manière qu'une gouttelette d'encre projetée nécessite une énergie minimale de pilotage d'un organe piézoélectrique. En outre, la présente invention se caractérise par la formation d'une couche de revêtement répulsif vis-à-vis de l'encre, à la face avant de la plaque à buses, à l'aide d'un organe de résine photosensible pénétrant dans la buse depuis la face arrière de la plaque à buses, comme organe de masquage. En conséquence, un réglage satisfaisant peut10 être réalisé sur le recouvrement du gradin de la couche de revêtement qui règle la position à laquelle le ménisque vibre, et cette propriété contribue à l'élimination des défauts de reproductibilité parmi les produits et en conséquence, à la formation de plaques à buses très fiables. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux plaques à buses et aux procédés qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Plaque à buses (1) destinée à une imprimante à jets d'encre, caractérisée en ce qu'une partie d'une couche (6) de revêtement répulsif vis-à-vis de l'encre et destinée à recouvrir une surface avant (2) de la plaque à buses (1) forme un gradin dans une surface interne d'une buse (4) de manière que le volume d'un espace délimité dans la buse (4), de la surface avant (2) de la plaque à buses (1) jusqu'à une surface de formation de ménisque, soit limité à une plage comprise entre 0,05 et 0,5 fois le volume d'encre projeté. 2. Plaque à buses (1) selon la revendication 1, caractérisée en ce que la couche (6) de revêtement répulsif vis-à-vis de l'encre est formée d'un revêtement eutectoïde. 3. Plaque à buses (1) selon la revendication 1, caractérisée en ce que la couche (6) de revêtement répulsif vis-à-vis de l'encre est formée d'un organe d'une résine d'un haut polymère contenant du fluor autre qu'un revête- ment eutectoïde. 4. Procédé de préparation d'une plaque à buses (1) destinée à une imprimante à jets d'encre, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: la disposition d'un organe (5) de résine photosen- sible en contact sous pression avec une surface arrière (3) de la plaque à buses (1), le chauffage de l'organe (5) de résine photosensible afin qu'une partie de cet organe pénètre dans une surface interne d'une buse (4) et de manière qu'un volume d'un espace délimité dans la buse (4) depuis la surface avant (2) de la plaque à buses (1) puisse être limité à une valeur comprise entre 0,05 et 0,5 fois le volume d'encre projeté, le durcissement de l'organe (5) de résine photosen- sible à l'aide de rayons ultraviolets, et la formation d'une couche (6) de revêtement répulsif vis-à-vis de l'encre au moins à la surface interne de la buse (4) et à la surface avant (2) de la plaque à buses (1), l'organe durci de résine photosensible étant utilisé comme organe de masquage. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le recouvrement du gradin de l'organe (5) de résine photosensible à la surface interne de la buse (4) est réglé par modification de la température avec application d'une pression fixe. 6. Procédé de préparation d'une plaque à buses (1) destinée à une imprimante à jets d'encre, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: le collage d'une matière élastique (7) à une surface avant (2) de la plaque à buses (1), l'application d'une pression à la matière élastique (7) afin qu'une partie de la matière élastique (7) pénètre à la surface interne d'une buse (4) et que le recouvrement du gradin de matière élastique (7) depuis la surface avant (2) de la plaque à buses (1) jusqu'à la surface interne de la buse (4) soit limité dans la plage comprise entre 0,05 et 0,5 fois le volume d'encre projeté, la formation d'une couche (8) de masquage sur une surface arrière (3) de la plaque à buses (1) par réglage d'une partie au moins de la couche (8) de masquage afin qu'elle soit au contact par son extrémité avec la matière élastique (7) placée dans la buse (4), l'enlèvement de la matière élastique (7), et la formation de la couche (6) de revêtement répulsif vis-à-vis de l'encre au moins à la surface interne de la buse (4) vers la surface avant (2) de la plaque à buses (1), avec utilisation de la couche (8) de masquage comme organe de masquage. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la couche (8) de masquage est formée d'un organe (5) de résine photosensible. 8. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la couche (8) de masquage est formée d'une matière plastique.