Brevet FR2735994A1 — publié le 19970103

TETE D'IMPRESSION POUR TRANSFERT THERMIQUE DE VERNIS EPAIS La présente invention concerne les techniques de dépôt de vernis par transfert thermique, et notamment le dépôt des vernis de protection sur les cartes plastiques comme les cartes à puce, les cartes magnétiques, les badges, etc. La présente invention concerne plus particulièrement une tête d'impression thermique du type comportant une extrémité chauffante pour appliquer sur une surface à vernir un ruban enduit d'une couche de vernis transférable sous l'effet de la chaleur, le ruban étant animé d'un mouvement de défilement relativement à la tête d'impression. On rappelle en relation avec la figure 1 qu'un dépôt de vernis par transfert thermique est réalisé au moyen d'un ruban à vernir 1 comprenant un film support 2, généralement en polyester, sur lequel est fixée une couche de vernis 3 transférable sous l'effet de la chaleur. La figure 2 illustre schématiquement une méthode classique de dépôt de vernis sur une carte plastique 4 au moyen du ruban 1 de la figure 1. Une tête d'impression thermique 5 comportant une extrémité chauffante 5-1 munie d'une pluralité de points chauffants 5-2, vient plaquer le ruban 1 contre la carte 4. La tête d'impression 5 est immobile, la carte 4 et le ruban 1 se déplacent à la même vitesse dans une direction D. Sous l'extrémité chauffante 5-1, la couche de vernis 3 du ruban 1 est amenée à sa température de transfert, de l'ordre de 180 à 200"C, et se sépare du film polyester 2 pour se fixer sur la carte 4. Dans le domaine des cartes plastiques, l'expérience a montré que la longévité des cartes dépend de l'épaisseur du vernis de protection, un vernis épais offrant une meilleure protection contre les agressions chimiques ou mécaniques qu'un vernis de moindre épaisseur. Ces dernières années, on a donc vu apparaître des rubans spécialement prévus pour le dépôt de vernis épais. De tels rubans ont la caractéristique d'être eux-mêmes très épais, le film support 2 en polyester (figure 1) pouvant atteindre une épaisseur de l'ordre 15 à 21 micromètres pour une épaisseur de la couche de vernis 3 de l'ordre de 4 à 8 micromètres. Toutefois, de tels rubans sont inutilisables avec une tête d'impression classique comme celle de la figure 2, la forte épaisseur du film polyester 2 empêchant la couche de vernis 3 d'atteindre rapidement sa température de transfert. Pour pallier cet inconvénient, on a songé à ralentir la vitesse de défilement du ruban 1, mais l'on obtient alors un processus très lent inapplicable à la fabrication industrielle de cartes plastiques. Comme autre solution, on a tenté de chauffer le ruban 1 à une température plus élevée que celle nécessaire au transfert du vernis, mais on s'est aperçu que cela provoque un ramollissement du film polyester 2 entraînant la rupture du ruban. La figure 3 illustre une autre méthode classique de dépôt de vernis, plus adaptée aux rubans de forte épaisseur. Elle consiste à utiliser un gros cylindre souple 10 rotatif, dont la surface est chauffée par des résistances électriques 11. Le ruban 1 est enroulé autour d'un secteur angulaire A du cylindre 10 venant en écrasement contre la carte plastique 4. Cette deuxième méthode présente toutefois des inconvénients. D'une part, il est difficile de contrôler la température du cylindre 10, et par conséquent l'épaisseur du vernis déposé qui est fonction de la température. D'autre part, en raison de la surface de contact importante entre le cylindre 10 et la carte 4, et de la température élevée du cylindre 10, cette méthode provoque un cintrage de la carte 4 qu'il faut ensuite redresser par un moyen mécanique au risque de l'endommager. En définitive, il s'avère qu'une tête thermique à extrémité chauffante du type de celle montrée en figure 2 est le moyen le plus avantageux pour déposer un vernis, le seul inconvénient étant de ne pas pouvoir l'utiliser pour le dépôt de vernis épais. La présente invention vise à pallier cet inconvénient. Plus particulièrement, un objet de la présente invention est de prévoir une tête d'impression à extrémité chauffante pouvant fonctionner avec des rubans de forte épaisseur. Cet objet est atteint grâce à une tête d'impression thermique du type cité ci-dessus, comprenant des moyens de préchauffage du ruban avant son application sur la surface à vernir. Avantageusement, les moyens de préchauffage du ruban comprennent un élément chauffant sur lequel glisse le ruban. Selon un mode de réalisation, la tête d'impression comprend un premier patin chauffant disposé dans un plan de contact de la tête d'impression avec la surface à vernir, et un deuxième patin chauffant pour le préchauffage du ruban, disposé avant le premier patin selon le sens de défilement du ruban et sensiblement en retrait du plan de contact. Selon un mode de réalisation, la tête d'impression comprend un patin présentant une surface de glissement du ruban comportant une zone de chauffage du ruban disposée dans un plan de contact de la tête d'impression avec la surface à vernir, et se prolongeant par une zone de préchauffage du ruban s'éloignant progressivement du plan de contact. Ces objets, caractéristiques et avantages ainsi que d'autres de la présente invention seront mieux compris à la lecture de la description suivante de deux exemples de réalisation d'une tête d'impression thermique selon l'invention, en relation avec les figures jointes parmi lesquelles - la figure 1 est une vue en coupe d'un ruban à vernir et a été décrite précédemment, - la figure 2 représente une méthode classique de dépôt de vernis par transfert thermique et a été décrite précédemment, - la figure 3 représente une autre méthode classique de dépôt de vernis par transfert thermique et a été décrite précédemment, - la figure 4 est une vue en coupe selon un axe AA' de la figure 5 d'un premier mode de réalisation d'une tête d'impression selon la présente invention, - la figure 4A est une vue en coupe selon un axe BB' de la figure 5 d'une partie de la tête d'impression de la figure 4, - la figure 5 représente une vue de dessous de la tête d'impression de la figure 4, - la figure 6 représente un élément chauffant de la tête d'impression de la figure 4, et - la figure 7 est une vue en coupe d'un deuxième mode de réalisation d'une tête d'impression selon la présente invention. Les figures 4 et 5 représentent respectivement une vue en coupe et une vue de dessous d'une tête d'impression thermique 80 selon la présente invention, la coupe de la figure 4 étant réalisée selon un axe AA' représenté en figure 5. La figure 4 représente également des éléments d'un système d'impression de type classique au sein duquel la tête d'impression 80 est agencée. On distingue ainsi un ruban 20 enduit d'une couche de vernis, déjà décrit au préambule, des rouleaux 21, 22 de guidage du ruban 20, ainsi qu'un bras 24 de levée de la tête d'impression 80 coulissant verticalement sous l'action d'un moteur linéaire 25, la tête d'impression 80 pouvant ainsi occuper une position haute et une position basse. Enfin, en dessous du ruban 20, on trouve un objet à vernir, ici une carte plastique 26 reposant sur un rouleau de convoyage 27.Dans un souci de simplicité, d'autres éléments classiques du système d'impression, comme des moyens d'enroulement et de défilement du ruban 20 et d'autres rouleaux de guidage du ruban 20 et de convoyage de la carte 26, ne sont pas représentés en figure 4. Selon l'invention, la tête d'impression 80 comprend deux patins chauffants 60, 70. Les patins 60, 70 sont montés sur un bloc 50 fixé par des vis 23 au bras 24 et formant le corps de la tête d'impression. Le premier patin 60 est un patin d'impression du vernis disposé dans un plan de contact de la tête d'impression 80 avec la carte 26. Le deuxième patin 70 est un patin de préchauffage du ruban 20 disposé dans un plan sensiblement incliné en retrait du plan de contact. Sur la figure 4, des traits pleins représentent la tête d'impression 80 en position haute, et des traits en pointillés représentent les patins 60, 70 et le ruban 20 lorsque la tête 80 est en position basse, c'est-à-dire en position d'impression. Pendant l'impression du vernis, la carte 26 et le ruban 20 défilent à la même vitesse dans un même sens S, la tête 80 étant immobile. Le ruban 20 glisse sur le patin de préchauffage 70 avant d'être plaqué contre la carte 26 par le patin de transfert 60. Le patin de préchauffage 70, disposé avant le patin de transfert 60 selon le sens S de défilement du ruban 20, envoie ainsi dans le ruban 20 une première quantité de chaleur. Lorsque le ruban 20 arrive au contact du patin 60, cette chaleur s'est déjà propagée dans l'épaisseur du ruban de sorte que le patin 60 n'a plus qu'à apporter une énergie d'appoint pour amener le vernis à sa température de transfert, de l'ordre de 180 à 2000C. Ainsi, la tête d'impression 80 selon l'invention est particulièrement adaptée à l'utilisation d'un ruban 20 de forte épaisseur. De plus, le dépôt de vernis peut être réalisé à vitesse de défilement du ruban 20 élevée, de l'ordre de plusieurs centimètres par seconde. L'homme du métier déterminera les températures respectives des patins 60 et 70 en fonction de l'application visée, des conditions de fonctionnement, du type de ruban utilisé, etc. En particulier, la température de préchauffage à laquelle est porté le patin 70 doit être suffisante pour que le patin 60 puisse amener le vernis à sa température de transfert. La température de préchauffage sera ainsi choisie en fonction de l'épaisseur du ruban 20, mais également en fonction de paramètres comme la largeur du patin 70 et la vitesse de défilement du ruban 20, qui déterminent le temps pendant lequel le ruban 20 est au contact du patin de préchauffage 70. Bien évidemment, dans le cas d'un ruban 20 de faible épaisseur, le patin 70 peut s'avérer inutile et être désactivé. On décrira maintenant des particularités de réalisation de la tête d'impression 80 qui apparaissent sur les figures 4 et 5. Selon le mode de réalisation représenté, les patins 60, 70 sont en aluminium et le bloc 50 est en un matériau e conduisant mal la chaleur, par exemple du Téflon , de sorte qu'il n'est pas nécessaire d'isoler thermiquement les patins 60, 70 du bloc 50. Les patins 60 et 70 sont de forme rectangulaire et de même dimension. Ils sont disposés transversalement au ruban 20 et présentent dans le sens de défilement du ruban 20 une largeur de l'ordre du centimètre, et dans le sens de la largeur du ruban 20 une longueur de quelques centimètres (la longueur des patins 60, 70 étant de préférence au moins égale à la largeur du ruban 20). Sur un bord longitudinal de chaque patin 60, 70, on trouve une gorge 61, 71 venant s'articuler sur une excroissance longitudinale 51, 52 du bloc 50, l'ensemble formant une sorte de charnière.A l'opposé de ces charnières, des vis de fixation 62, 72 visibles en figure 5 traversent les patins 60, 70 et viennent se loger dans le bloc 50. Dans le bloc 50, on trouve deux cavités 63, 73 dans lesquelles sont montées deux pièces de pression 64, 74 coulissantes, comprimées par des ressorts 65, 75 et venant plaquer contre la face intérieure de chaque patin 60, 70 une plaquette chauffante 66, 76. Afin d'assurer un contact optimal des patins 60, 70 avec le ruban 20 ou la carte 26, on tire profit du pouvoir élastique des ressorts 65, 75 en effectuant un serrage incomplet des vis 62, 72. On obtient ainsi un montage de type flottant des patins 60, 70 qui apparaît plus clairement sur la vue en coupe de la figure 4A, faite selon un axe BB' de la figure 5, et représentant la fixation du patin 60.On voit que sous l'effet du ressort 65, le patin 60 pivote autour de la charnière formée par la gorge 61 et l'excroissance 51, et vient en butée contre la tête de la vis 62 qui n'est pas serrée à son maximum. On remarque également que la tête de la vis 62 est logée dans un évidement 67 pratiqué à la surface du patin 60 afin de ne pas endommager le ruban 20. Par ailleurs, on voit en figure 4 que le bloc 50 comporte entre les deux patins 60, 70 un renfoncement 55 dans lequel vient se loger le rouleau de guidage 21 du ruban 20 lorsque la tête d'impression 80 est en position basse. La figure 6 représente un exemple de réalisation des plaquettes 66, 76 de chauffage des patins 60, 70. Les plaquettes 66, 76 comprennent un substrat de céramique 660 sur lequel sont déposées, grâce à la technologie des couches minces (dépôt sous vide) ou des couches épaisses (sérigraphie), une résistance chauffante 661 en forme de grecque, et une thermistance 662 (c'est-à-dire une résistance dont la valeur dépend de la température) permettant de contrôler et de réguler la température des plaquettes 66, 76. La connexion électrique de la résistance 661 et de la thermistance 662 est assurée par une rangée de plots métallisés 663. Si l'on se reporte à nouveau à la figure 4, on voit que les plaquettes 66, 76 sont reliées électriquement par des fils 56, 57 à un boîtier 58 d'alimentation électrique assurant le contrôle et la régulation de la température des patins 60, 70. Il apparaîtra clairement à l'homme du métier que la présente invention est susceptible de nombreuses variantes de réalisation et perfectionnements. En particulier, et comme cela est représenté schématiquement en figure 7, une variante de réalisation consiste à prévoir une tête d'impression 100 comprenant un seul patin 90, chauffé par exemple par une plaquette 91. La surface du patin 90 sur laquelle glisse le ruban 20 présente une première zone 90-1 dans un plan de contact de la tête d'impression avec la carte 26, équivalente au patin 60 de la figure 4, et se prolonge par une deuxième zone 90-2 de préchauffage sensiblement inclinée s'éloignant progressivement du plan de contact avec la carte 26, équivalente au patin 70 de la figure 4. Eventuellement, et comme représenté, le patin 90 peut se prolonger au-delà de la zone 90-2 pour former un radiateur 90-3 dissipateur thermique. I1 se crée alors dans le patin 90 un gradient de températures conférant à la zone 90-2 de préchauffage une température inférieure à celle de la zone 90-1 de transfert du vernis. Une autre méthode pour différencier la température de la zone 90-1 et la température de la zone 90-2 pourrait consister à disposer sous le patin deux plaquettes de chauffage portées à des températures différentes, ou encore prévoir des canaux d'évacuation de la chaleur à des endroits déterminés dans la matière même du bloc 50 portant le patin 90. Encore une autre variante de la présente invention consiste à remplacer le patin ou la zone de préchauffage par un autre moyen de préchauffage du ruban, par exemple un jet d'air chaud ou une source d'un rayonnement chauffant de type infrarouge. Enfin, de façon générale, une tête d'impression selon la présente invention peut être utilisée pour déposer un vernis sur une surface autre que celle d'une carte plastique. Une tête d'impression selon la présente invention peut également servir au dépôt de toute substance autre qu'un vernis, si cette substance est transférable sous l'effet de la chaleur. REVENDICATIONS 1. Tête d'impression thermique (80, 100) comportant une extrémité chauffante (60, 90-1) pour appliquer sur une surface à vernir (26) un ruban (20) enduit d'une couche de vernis (3) transférable sous l'effet de la chaleur, le ruban (20) étant animé d'un mouvement de défilement relativement à la tête d'impression, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens (70, 90-2) de préchauffage du ruban (20) avant son application sur ladite surface à vernir (26). 2. Tête d'impression (80, 100) selon la revendication 1, caractérisée en ce que lesdits moyens de préchauffage du ruban comprennent un élément chauffant (70, 90-2) sur lequel glisse le ruban (20). 3. Tête d'impression (80) selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce qu'elle comprend - un premier patin chauffant (60) disposé dans un plan de contact de la tête d'impression (80) avec la surface à vernir (26), et - un deuxième patin chauffant (70) pour le préchauffage du ruban (20), disposé avant le premier patin (60) selon le sens de défilement du ruban (20) et sensiblement en retrait dudit plan de contact. 4. Tête d'impression (80) selon la revendication 3, caractérisée en ce que les patins (60, 70) sont chauffés par des plaquettes (66, 76) comportant une résistance électrique (661) et des moyens (662) de contrôle de la température. 5. Tête d'impression (80) selon la revendication 4, caractérisée en ce que - les patins (60, 70) sont montés sur un bloc (50) formant le corps de la tête d'impression (80), - lesdites plaquettes (66, 76) sont prises en sandwich entre ledit bloc (50) et les patins (60, 70). 6. Tête d'impression selon la revendication 5, caractérisée en ce que les patins (60, 70) ne sont pas isolés thermiquement du bloc (50), le bloc (50) étant constitué d'un matériau conduisant mal la chaleur. 7. Tête d'impression selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que les patins (60, 70) sont montés de façon flottante grâce à un système à charnière (51, 61, 52, 71) et à ressort (65, 75). 8. Tête d'impression (100) selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce qu'elle comprend un patin chauffant (90) présentant une surface de glissement du ruban (20) comportant une première zone (90-1) de chauffage du ruban (20) disposée dans un plan de contact de la tête d'impression (100) avec la surface à vernir (26), et se prolongeant par une deuxième zone (90-2) de préchauffage du ruban (20) s'éloignant progressivement dudit plan de contact. 9. Tête d'impression selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que ladite surface à vernir est une carte plastique (26).