Brevet FR2779667A1 — publié le 19991217

DISPOSITIF POUR GERER LE DEPLACEMENT DE FLUIDES La présente invention concerne un dispositif pour gérer le déplacement de fluides, dispositif pouvant notamment être utilisé dans les imprimantes à jet d'encre. Dans le domaine de l'impression à jet d'encre, il est important de gérer la quantité d'encre à éjecter afin d'obtenir une qualité d'impression optimale. Dans le cas de l'impression couleur, la qualité de l'impression dépend en plus du rendu de couleur que l'on obtient. De manière générale, les imprimantes à jet d'encre couleur présentent des réservoirs contenant chacun une encre de couleur définie, chaque encre étant éjectée par une buse de la tête à jet d'encre. Généralement, les encres utilisées sont des encres de couleur jaune, magenta, cyan et noir. L'impression d'une série de points d'encre jaune, magenta, cyan et noire, est gérée par la technique de "dithering" qui permet de disposer les points de différentes couleurs de manière à représenter n'importe quelle couleur. Le problème d'une telle technique d'impression est que l'on peut voir les points d'impression. L'invention a pour objet un dispositif qui permet de gérer le déplacement de fluides avec précision pour déplacer en particulier des quantités de fluide définies avec précision. L'invention a également pour objet un dispositif qui permet de gérer le déplacement de plusieurs fluides afin d'obtenir des mélanges définis avec précision de ces fluides. L'invention concerne un dispositif pour gérer le déplacement de fluides qui comprend: a) des moyens de guidage du fluide; b) des moyens de déplacement des fluides composés de polymères dont les propriétés hydrophiles et hydrophobes sont sélectionnables sous l'action d'une contrainte extérieure, les moyens de déplacement du fluide comprenant une pluralité d'éléments de polymères dont les propriétés hydrophiles et hydrophobes sont sélectionnables, les éléments étant disposés le long des moyens de guidage; c) au moins une unité d'activation pour générer la contrainte extérieure. L'invention concerne également une tête à jet de fluide pour impression comprenant un dispositif pour gérer le déplacement de fluide. D'autres caractéristiques apparaîtront à la lecture de la description qui suit, faite en référence aux dessins dans lesquels: - la Figure 1 représente un premier mode de réalisation du dispositif de l ' invention; - la Figure 2 représente un deuxième mode de réalisation du dispositif de l'invention; et - la Figure 3 représente un troisième mode de réalisation du dispositif de l'invention. De manière générale, la technique utilisée pour déplacer un fluide selon la présente invention consiste à utiliser un élément de polymère dont les propriétés hydrophiles ou hydrophobes sont sélectionnables sous l'action d'une contrainte extérieure. Le principe de cette technique est décrit dans la demande de brevet française N 9803011 déposée au nom de la présente demanderesse et non encore publiée. Selon le choix du polymère, on déterminera la contrainte extérieure nécessaire pour le faire passer d'un état à l'autre, et donc les moyens pour générer la contrainte extérieure. Lorsqu'on choisit des polymères thermo-réversibles, à savoir des polymères qui, lorsque leur température dépasse une température seuil appelée température de transition de phase, passent d'un état hydrophile à un état hydrophobe ou vice-versa, la contrainte extérieure sera l'application d'une énergie thermique. Il est préférable de choisir des polymères thermo-réversibles qui présentent une température de transition de phase comprise entre 20 et 100 C, et de préférence entre 30 et 70 C. Les polymères thermo-réversibles qui sont utilisés dans le présent dispositif sont des polymères organiques tels que ceux décrits dans la demande de brevet WO 91/15526. Il s'agit de polymères qui présentent un groupe hydrophile et un groupe hydrophobe, le groupe hydrophile étant un monomère vinylique polymérisable ionique soluble dans l'eau, et le groupe hydrophobe comprenant un monomère acrylamide ou méthacrylamide. On choisira par exemple un poly(N-alkylacrylamide), un polyéthylène glycol modifié ou un polysilylamine. De préférence, on utilisera un polymère qui passe très rapidement d'un état à l'autre, par exemple le poly(N-isopropylacrylamide). Pour faire passer l'élément de polymère de son état hydrophile à son état hydrophobe, il doit dépasser une température de transition de phase Tg hydrophile/hydrophobe propre au polymère. Le poly(N-isopropyla- crylamide) présente une température Tg d'environ 32 . Lorsque ce polymère est à une température inférieure à 32 , il est hydrophile. Lorsqu'il dépasse 32 , il devient hydrophobe. De plus, il est connu de modifier la température de transition de phase hydrophile/hydrophobe d'un polymère par différents moyens. On peut par exemple augmenter la température de transition de phase en ajoutant un tensioactif au fluide à transporter. Cette technique est décrite dans la publication Langmuir, 1995, volume 11, No. 7, pages 2493-2495. On pourra par exemple modifier la température de transition de phase Tg du poly(N-isopropylacrylamide) de 32 C à 90 C. Les moyens pour générer la contrainte extérieure, à savoir dans ce cas, une énergie thermique, sont constitués d'un élément de contrôle de la température, par exemple un élément chauffant disposé en contact avec l'élément de polymère. L'élément chauffant est constitué par exemple par une couche mince de silicium polycristallin dans laquelle on fait circuler un courant adapté à la génération d'une quantité d'énergie thermique permettant au polymère de dépasser sa température de transition de phase pour passer d'un état à l'autre. L'élément de polymère peut ensuite revenir dans son état initial, sa température ayant diminué par simple diffusion de chaleur. On peut également prévoir un système de refroidissement supplémentaire tel que par exemple un radiateur ou un dispositif à effet Pelletier. On peut choisir des polymères organiques conducteurs électriques, par exemple le polyméthylethiophène, qui sous l'action d'un courant électrique comme contrainte extérieure, passent de l'état hydrophile à l'état hydrophobe ou vice-versa. Les moyens pour générer la contrainte extérieure sont dans ce cas des moyens pour appliquer un courant électrique à l'élément de polymère. Selon le choix du polymère, d'autres contraintes extérieures peuvent être utilisées telles que par exemple, un changement de pH, un changement de force ionique ou encore une pression. Pour chaque polymère, l'homme du métier qui connaît la contrainte nécessaire pour faire passer le polymère de l'état hydrophile à l'état hydrophobe, déterminera les moyens appropriés pour générer ladite contrainte. Il est connu que dans le cas des polymères qui nous intéressent, le changement d'état hydrophile/hydrophobe entraîne une variation du volume du polymère. Cependant, dans certains des modes de réalisations qui vont être décrits, il est préférable de s'affranchir de ces variations de volume. Or, il est connu de contrôler les variations de volume des polymères pouvant passer d'un état hydrophile à un état hydrophobe. A cet effet, des techniques connues telles que celles décrites dans Polymer Communications, "Synthesis of fast response, temperature-sensitive poly(N-isopropylacrylamide) gel", peuvent être utilisées. Tous les modes de réalisation qui vont être décrits ultérieurement sont utilisés pour gérer le déplacement de fluides hydrophiles. Toutefois, lorsque le fluide dont on veut gérer le déplacement est hydrophobe, les modes de réalisation décrits ci-après sont mis en oeuvre en utilisant des polymères appropriés. Si on se réfère à la figure 1, on peut voir un premier mode de réalisation du dispositif selon l'invention. Le dispositif pour gérer le déplacement de fluide selon l' invention comprend des moyens de guidage du fluide 100 constitués par un canal dans lequel circule le fluide. Afin de déplacer le fluide dans le canal 110, des moyens de déplacement 120 sont prévus sur la paroi interne du canal 110. Les moyens de déplacement 120 sont constitués par une pluralité d'éléments de polymères 130 dont les propriétés hydrophiles et hydrophobes sont sélectionnables sous l'action d'une contrainte extérieure. Ces éléments 130 sont disposés le long du canal 110. La contrainte extérieure est appliquée aux éléments de polymères 130 au moyen d'une unité d'activation 140. L'unité d'activation 140 est par exemple un élément chauffant. Cet élément chauffant peut être disposé en contact avec un élément de polymère 130, de préférence l'élément de polymère 130 placé dans le canal 110 avec lequel le fluide sera en contact en premier lors de son déplacement. Dans ce mode de réalisation, on utilise des éléments de polymères 130 qui sont hydrophobes lorsque leur température est inférieure à leur température de transition de phase. Lorsque le fluide parvient dans le canal 110 par tout moyen, les éléments de polymères 130 sont dans un état hydrophile. Le fluide peut donc remplir le canal 110. La contrainte thermique est alors appliquée à l'élément de polymère sur lequel est disposé l'élément chauffant. Cet élément devient hydrophobe ce qui entraîne le déplacement du fluide. La contrainte thermique se propage par diffusion thermique et est progressivement transmise aux éléments de polymère 130 qui se trouvent successivement disposés dans le canal 110 dans le sens de déplacement du fluide. On peut aussi prévoir une unité d'activation 140 pour chaque élément de polymère 130. La quantité de fluide à déplacer est alors déterminée en fonction de l'élément de polymère 130 que l'on active en premier. Un deuxième mode de réalisation du dispositif pour gérer le déplacement de fluide est représenté à la figure 2. Les moyens de guidage 200 comprennent plusieurs canaux 210 analogues aux canaux 110 décrits précédemment, qui sont réalisés dans une matrice et qui convergent. Les canaux 210 sont par exemple connectés chacun à un réservoir de fluide différent non représenté et convergent vers un seul canal relié à une sortie S du dispositif. Ce mode de réalisation est par exemple utile dans les têtes à jet d'encre. On peut alors prévoir trois canaux 210 respectivement connectés à trois réservoirs d'encres, chaque réservoir contenant respectivement une encre de couleur jaune, magenta et cyan. Ces trois canaux convergent vers un canal terminé par une buse d'éjection de la tête à jet d'encre. L'activation des différents éléments de polymère 230 présents dans chaque canal par une unité d'activation 240 (une seule 3s étant représentée) permettant de gérer la quantité d'encre à déplacer dans un canal, une buse peut éjecter un mélange parfaitement défini des trois encres de couleur jaune, magenta et cyan. On peut également prévoir un quatrième canal connecté à un quatrième réservoir contenant de l'encre noire. Dans une variante non représentée de ces deux premiers modes de réalisation, les éléments de polymères 130, 230 sont constitués par une couche de polymère s continue prévue le long du ou des canaux. Dans une autre variante non représentée de ces modes de réalisation, on prévoit que les canaux sont disposés en surface d'une matrice. Ils sont alors obtenus par exemple par gravure. La figure 3 représente un troisième mode de réalisation du dispositif pour gérer le déplacement de fluide. Le dispositif comprend des moyens de déplacement 320 disposés sur une surface plane. Les moyens de déplacement 320 sont constitués par une pluralité d'éléments de polymères 330 dont les propriétés hydrophiles et hydrophobes sont sélectionnables sous l'action d'une contrainte extérieure. Les éléments de polymères 330 sont juxtaposés de manière à former une surface continue de polymère. Une unité d'activation 340 (une seule étant représentée) est prévue sous la surface de polymère pour générer la contrainte extérieure. L'unité d'activation est constituée par une pluralité d'éléments chauffants indépendants disposés de façon contiguë. On obtient donc une surface d'éléments chauffants du type "mosaïque". Un tel mode de réalisation est obtenu en disposant les éléments chauffants, par exemple des résistances, de façon juxtaposée et en les recouvrant de la couche de polymère dont les propriétés hydrophiles et hydrophobes sont sélectionnables sous l'action d'une contrainte extérieure. Les éléments chauffants peuvent être activés de façon indépendante et successive. Les moyens de guidage 300 du fluide sont alors constitués par les moyens de déplacement 320 du fluide, à savoir les éléments de la surface de polymères selon leur état. En effet, le fluide se déplace sur la surface plane par activation successive d'une partie de la surface de polymères. Dans le cas o l'on utilise des éléments de polymères 330 qui sont hydrophiles lorsque leur température est inférieure à leur température de transition de phase, lorsqu'un fluide hydrophile par exemple se trouve sur un élément de la surface de polymères dont l'élément chauffant correspondant n'est pas activé, afin de le déplacer et de le guider selon un parcours précis, on active l'élément chauffant correspondant à la surface de polymère sur lequel se trouve le fluide de manière à le rendre hydrophobe, le fluide ayant alors tendance à être repoussé de la ladite surface. Simultanément, un élément chauffant situé à proximité doit alors rester inactivé afin que le fluide se déplace sur la surface de polymères correspondant à cet élément chauffant. Les autres éléments chauffants situés à proximité de ce dernier élément sont activés afin que les éléments de surface de polymère correspondant soient hydrophobes. Le fluide est alors guidé par les éléments de surface de polymères qui constituent les moyens de guidage 300. Dans le cas o l'on utilise des éléments de polymères 330 qui sont hydrophobes lorsque leur température est inférieure à leur température de transition de phase, on active successivement des éléments de polymères contigus sur lesquels on souhaite que le fluide se déplace. Ce mode de réalisation est notamment utile dans les têtes à jet d'encre. On prévoit par exemple trois réservoirs, chaque réservoir contenant une encre de couleur jaune, magenta et cyan. Un canal permet de faire arriver l'encre issue de chaque i0 réservoir sur le dispositif pour gérer les fluides. Les différentes encres peuvent être guidées de manière à converger sur une surface choisie afin d'obtenir un mélange d'encre, ce mélange étant alors guidé vers l'entrée d'un canal terminé par une buse d'éjection d'une tête à jet d'encre. Dans les modes de réalisation de l'invention qui viennent d'être décrits et qui peuvent être utilisés dans les têtes à jet d'encre, on peut prévoir que le dispositif permette de gérer le déplacement d'un composé à ajouter dans l'encre à éjecter, juste avant éjection. Un tel dispositif peut être utilisé pour ajouter dans l'encre un solvant afin d'obtenir une goutte d'encre à éjecter d'un volume constant, ou encore un tensioactif afin de modifier l'énergie de surface de la goutte d'encre à éjecter. Il peut également permettre d'ajouter un agent de blanchiment pour modifier la densité de la couleur de l'encre, ou encore un catalyseur permettant d'accélérer la polymérisation de l'encre lors de l'éjection. L'impression obtenue en utilisant le dispositif de l'invention est pratiquement en ton continu, les différentes couleurs représentées pouvant être obtenues sans utiliser la technique de "dithering". Il est évident que l'invention telle qu'elle est revendiquée peut être utilisée pour gérer le déplacement de fluides autres que les encres. Elle peut être utilisée par exemple pour le dosage de médicament dans le domaine médical. REVENDICATIONS 1 - Dispositif pour gérer le déplacement de fluides qui comprend a) des moyens de guidage (100, 200, 300) du fluide; b) des moyens de déplacement (120, 220,320) des fluides composés de polymères dont les propriétés hydrophiles et hydrophobes sont sélectionnables sous l'action d'une contrainte extérieure, les moyens de déplacement du fluide comprenant une pluralité d'éléments de polymères (130, 230, 330) dont les propriétés hydrophiles et hydrophobes sont sélectionnables, les éléments étant disposés le long des moyens de guidage; c) au moins une unité d'activation (140, 240, 340) pour générer ladite contrainte extérieure. 2 - Dispositif selon la revendication 1 dans lequel les moyens de guidage du fluide sont constitués par un canal (110). 3 - Dispositif selon la revendication 1 dans lequel les moyens de guidage du fluide sont constitués d'une pluralité de canaux (210) qui confluent. 4 - Dispositif selon la revendication 2 ou 3 dans lequel les moyens de déplacement du fluide sont disposés sur la paroi interne du ou des canaux. - Dispositif selon la revendication 1 dans lequel les moyens de guidage (300) du fluide sont prévus sur une surface plane. 6 - Dispositif selon la revendication 5 dans lequel les moyens de guidage du fluide sont constitués par les moyens de déplacement du fluide sur la surface plane. 7 - Dispositif selon une des revendications précédentes caractérisé en ce que le polymère dont les propriétés hydrophiles et hydrophobes sont sélectionnables sous l'action d'une contrainte extérieure est un polymère thermoréversible. 8 - Dispositif selon la revendication 7 dans lequel l'unité d'activation est constituée de moyens de contrôle de la température. 9 - Dispositif selon la revendication 8 dans lequel les moyens de contrôle de la température comprennent une résistance en contact avec un élément de polymère, ladite résistance étant alimentée par un circuit électrique. 10 - Dispositif selon une des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que le polymère dont les propriétés hydrophiles et hydrophobes sont sélectionnables sous l'action d'une contrainte extérieure est un polymère organique conducteur électrique. il - Dispositif selon la revendication 10 dans lequel l'unité d'activation est constituée de moyens pour appliquer un courant électrique. 12 - Tête à jet de fluide pour impression comprenant un dispositif pour gérer le déplacement de fluide selon une des revendications précédentes. 13 - Tête à jet de fluide pour impression selon la revendication 12 dans laquelle le fluide est de l'encre. 14 - Utilisation d'un polymère dont les propriétés hydrophiles et hydrophobes sont sélectionnable sous l'action d'une contrainte extérieure dans un dispositif pour gérer le déplacement de fluide selon l'une des revendications 1 à 11. - Utilisation d'un polymère dont les propriétés hydrophiles et hydrophobes sont sélectionnables sous l'action d'une contrainte extérieure dans une tête à jet de fluide selon l'une des revendications 12 ou 13.