Brevet FR2781721A1 — publié le 20000204

DISPOSITIF D'IMPRESSION A PARTIR DE POLYMERE HYDROPHILE/HYDROPHOBE La présente invention concerne un dispositif d'impression, dispositif susceptible d'être utilisé notamment dans une imprimante à jet d'encre. La présente invention concerne aussi un procédé d'impression utilisant un tel dispositif. Dans la technique de l'impression à jet d'encre, les préoccupations majeures consistent à améliorer la qualité, le coût ainsi que la vitesse de l'impression. Les technologies d'impression développées aujourd'hui ont quasiment toutes comme objectif de produire des copies de haute qualité le plus rapidement possible, à un coût le plus faible possible. Dans le cas des technologies jet15 d'encre, pour arriver à imprimer rapidement, les différents constructeurs multiplient à la surface des têtes le nombre de buses capables d'éjecter des gouttes d'encre afin d'imprimer en parallèle un plus grand nombre de points sur le support récepteur. Néanmoins, le nombre de buses à la20 surface de la tête est limité soit à cause des problèmes relatifs à la dissipation thermique dans les méthodes consistant à porter l'encre à haute température comme dans les technologies développées par Canon et Hewlett Packard, soit à cause des problèmes relatifs à l'instabilité25 dimensionnelle due aux vibrations engendrées par l'utilisation de technologies piézo- électriques comme celles développées par Seiko-Epson. Dans les méthodes connues, il est nécessaire de mettre au point des dispositifs d'impression contenant des micro- éléments qui sont en général très coûteux. Dans les technologies relatives aux têtes à jet d'encre, le processus d'impression est classiquement constitué de deux étapes. La première étape consiste à former une goutte d'encre et la seconde étape consiste à35 éjecter la goutte d'encre de la tête à jet d'encre vers un support récepteur. La formation de la goutte d'encre 2 nécessite de porter pendant un temps très court l'encre se trouvant dans un canal à une température élevée. Cette méthode requiert de l'énergie thermique dans le volume même de la tête à jet d'encre qu'il faut ensuite dissiper.5 L'éjection de la goutte peut être mise en oeuvre par différentes techniques, par exemple par application d'un champ électrostatique. La présente invention propose de fournir un nouveau dispositif d'impression à partir de polymères organiques ayant des propriétés particulières. La présente invention concerne un dispositif d'impression à partir d'un élément de polymère dans un premier état imprégné d'un fluide d'impression, le polymère dans le premier état étant capable de passer dans un second15 état sous l'action d'une contrainte extérieure, le premier état et le second état étant choisis parmi l'état hydrophile et l'état hydrophobe, dispositif qui comprend: un moyen pour générer une contrainte capable de faire passer du premier état au second état une zone A de20 l'élément de polymère qui définit une zone B contenant du fluide et qui limite la diffusion de ce fluide vers l'extérieur de la zone B, un moyen pour générer une contrainte capable de faire passer la zone B du premier état au second état afin de25 former une goutte à la surface de la zone B par déplacement du fluide d'impression contenu dans la zone B. La présente invention concerne aussi un procédé d'impression à partir d'un élément de polymère dans un premier état imprégné d'un fluide d'impression, l'élément30 de polymère dans le premier état étant capable de passer dans un second état sous l'action d'une contrainte extérieure, le premier état et le second état étant choisis parmi l'état hydrophile et l'état hydrophobe, procédé qui comprend i) l'application d'une contrainte extérieure pour35 faire passer du premier état au second état une zone A de l'élément de polymère qui définit une zone B contenant du 3 fluide et qui limite la diffusion de ce fluide vers l'extérieur de la zone B, et ii) l'application d'une contrainte capable de faire passer la zone B du premier état au second état afin de former une goutte de fluide à la surface de la zone B par déplacement du fluide d'impression contenu dans la zone B. La présente invention présente l'avantage de former une tête à jet d'encre dissipative. En effet, la tête à jet d'encre est créée au moment de l'utilisation et pour la10 durée de cette utilisation. Le dispositif de l'invention élimine tout besoin de mécanique complexe telle que celle mise en oeuvre dans les têtes à jet d'encre connues. Le dispositif de la présente invention présente un faible coût de fabrication.15 D'autres caractéristiques apparaîtront à la lecture de la description qui suit, en référence aux dessins dans lesquels: - la Figure lA représente un élément de polymère dans un premier état imprégné d'un fluide d'impression (vue en coupe); - la Figure lB représente un élément de polymère après application d'une contrainte extérieure sur la zone A (vue en coupe); - la Figure 1C représente un élément de polymère après application de la contrainte extérieure sur la zone B (vue en coupe); - la Figure 2A représente un mode de réalisation particulier d'un élément de polymère après application d'une contrainte extérieure sur la zone A (vue de dessus).30 - la Figure 2B représente un mode de réalisation particulier d'un élément de polymère après application de la contrainte extérieure sur la zone B (vue du dessus); - la Figure 3A représente un second mode de réalisation particulier d'un élément de polymère après application d'une contrainte extérieure sur la zone A (vue de dessus). - les Figures 3B et 3C représentent des modes de réalisations particuliers de l'élément de polymère après application de la contrainte extérieure sur la zone B (vue du dessus).5 - la Figure 4 représente un élément de polymère après impression (vue en coupe); Dans le dispositif et le procédé de l'invention, on utilise un élément de polymère 10 tel que montré à la figure 1A. Cet élément de polymère 10 est capable de passer10 d'un état hydrophile à un état hydrophobe, et réciproquement sous l'action d'une contrainte extérieure 12. Dans le cadre de l'invention, cet élément de polymère est imprégné d'un fluide d'impression. Pour que le polymère puisse être imprégné de fluide d'impression, il est nécessaire que le fluide et le polymère lorsqu'il n'est pas soumis à une contrainte extérieure, soient dans le même état. Avec un fluide d'impression hydrophile, l'invention est mise en oeuvre en utilisant des polymères appropriés qui sont dans un état hydrophile lorsqu'ils ne sont pas soumis à une contrainte extérieure et dans un état hydrophobe lorsqu'ils sont soumis à une contrainte extérieure. Ainsi, lorsqu'on modifie l'état du polymère, le fluide qui conserve ces propriétés hydrophiles a tendance à migrer25 hors de cette zone modifiée Réciproquement, avec un fluide d'impression hydrophobe, l'invention est mise en oeuvre en utilisant des polymères appropriés qui sont dans leur état hydrophobe lorsqu'ils ne sont pas soumis à une contrainte extérieure et dans leur30 état hydrophile lorsqu'ils sont soumis à une contrainte extérieure. L'imprégnation du polymère par le fluide peut être mise en oeuvre par n'importe quelle méthode connue de la technique, par exemple par diffusion par capillarité à35 partir d'un réservoir. Le fluide d'impression utile dans le cadre de la présente invention est par exemple une encre d'impression hydrophile ou hydrophobe, pouvant contenir des pigments ou des colorants organiques. Les moyens pour générer une contrainte extérieure 12 capable de faire passer le polymère d'un premier état à un second état peuvent être des moyens thermiques tels que des moyens de chauffage/refroidissement, un laser, des moyens électriques, des moyens chimiques tels que des moyens pour modifier le pH, des moyens pour modifier la force ionique, ou encore des moyens mécaniques tel que des moyens pour10 modifier la pression. La contrainte extérieure 12 qui doit être appliquée au polymère, et donc les moyens pour générer cette contrainte sont liés à la nature du polymère utilisé. On déterminera en fonction du polymère utilisé la contrainte extérieure 1215 la plus appropriée pour faire passer l'élément de polymère d'un premier état à un second état ainsi que les moyens appropriés pour générer cette contrainte. On peut aussi choisir des polymères capables de passer de l'état hydrophile à l'état hydrophobe par chauffage du polymère ou par application d'une contrainte thermique. Les moyens de chauffage sont par exemple un élément comprenant 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 polymère25 de dépasser sa température de transition de phase pour passer d'un premier état à un second état. Selon un mode de réalisation particulier, le moyen thermique capable de faire passer le polymère d'un premier état hydrophile à un second état hydrophile est le faisceau d'un laser. Le polymère est dans ce cas choisi de façon à absorber à la longueur d'onde du laser, typiquement 670 nm. De tels polymères sont connus sous le nom de polymères thermoréversibles. Lorsqu'on élève la température de ces polymères au-dessus d'une température seuil appelée35 température de transition de phase, ils passent d'un état hydrophile à un état hydrophobe. 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.5 Le polymère revient à l'état hydrophile par simple diffusion de chaleur. On peut également prévoir un système de refroidissement supplémentaire par exemple un ventilateur ou un dispositif à effet Pelletier afin d'accélérer le retour du polymère dans son premier état.10 Les polymères thermo- réversibles qui peuvent être 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 groupe15 hydrophile étant un monomère vinylique polymérisable ionique soluble dans l'eau, et le groupe hydrophobe comprenant un monomère acrylamide ou méthacrylamide. D'autres polymères qui peuvent être utilisés sont par exemple un poly(N-alkylacrylamide), un polyéthylène glycol modifié ou un polysilylamine. De préférence, on utilise un polymère qui passe très rapidement d'un état à l'autre, par exemple le poly(Nisopropylacrylamide). Pour faire passer l'élément de polymère thermoréversible de son état hydrophile à son état hydrophobe, il doit dépasser la température de transition de phase Tg hydrophile/hydrophobe propre au polymère. Par exemple, le poly(N-isopropylacrylamide) présente une température Tg d'environ 32 . Lorsque ce polymère est à une température inférieure à 32 , il est hydrophile. Lorsqu'il dépasse 32 ,30 il devient hydrophobe. En fonction des applications envisagées, il est possible de modifier la température de transition de phase hydrophile/hydrophobe d'un polymère par différents moyens. Il est par exemple connu d'augmenter la température de35 transition de phase en ajoutant un tensioactif au fluide d'impression. Cette technique est décrite dans la 7 publication Langmuir, 1995, volume 11, No. 7, pages 2493- 2495. On peut ainsi modifier la température de transition de phase Tg du poly(N-isopropylacrylamide) de 32 C à 90 C. Il est connu que le changement d'état hydrophile/hydrophobe de certains polymères utiles pour la présente invention entraîne une variation du volume du polymère. Il peut être avantageux selon les applications de s'affranchir de ces variations de volume. A cet effet, des techniques connues telles que celles décrites dans Polymer10 Communications, "Synthesis of fast response, temperature- sensitive poly(Nisopropylacrylamide) gel" peuvent être utilisées. L'élément de polymère imprégné du dispositif de la présente invention peut être autoportant. Il peut aussi être placé sur un support permettant de rendre l'ensemble rigide et étanche. Dans ce cas, le support doit transmettre la contrainte extérieure capable de faire passer le polymère d'un premier état à un second état. Par exemple, lorsqu'on utilise comme contrainte extérieure le faisceau20 d'un laser, le support doit laisser passer le faisceau du laser afin de pouvoir atteindre le polymère. Au moment de l'impression, le dispositif de l'invention comprend un récepteur de fluide qui peut être n'importe quel élément récepteur connu dans le domaine de25 l'impression, par exemple un papier recouvert ou non, sous forme de feuille ou de rouleau. Le dispositif de l'invention peut comprendre des moyens de positionnement 18 d'un récepteur de fluide. Ces moyens de positionnement permettent de maintenir le récepteur de30 fluide et l'élément de polymère à une distance appropriée pour permettre le contact entre la goutte de fluide d'impression et l'élément récepteur. Le dispositif de la présente invention peut aussi comprendre des moyens pour générer une contrainte extérieure facilitant le passage du second au premier état. Le dispositif de la présente invention peut être équipé d'un moyen d'alimentation en fluide du polymère pour maintenir constante l'imprégnation du polymère. Cette alimentation peut être mise en oeuvre par n'importe quel5 moyen connu. Par exemple, on peut alimenter le polymère par capillarité par contact du polymère avec un réservoir d'encre. Comme le montre la figure 1B, lorsqu'on applique une contrainte extérieure 12 appropriée sur une zone A d'un élément de polymère 10 tel que décrit précédemment, cette zone A dans un premier état passe dans un second état. Le fluide initialement présent dans cette zone a tendance à être repoussé à l'extérieur de la zone A dans l'élément de polymère 10 encore dans le premier état comme indiqué par les flèches de la figure lB. En particulier, le fluide d'impression est repoussé dans la zone B. On forme ainsi une zone B constituée de polymère dans un premier état imprégné de fluide d'impression, et une zone A dans un second état exempte de fluide d'impression.20 Comme illustré à la figure 1C, lorsque, dans un deuxième temps, on applique la contrainte extérieure à la zone B, le fluide 10 a tendance à se déplacer à l'extérieur de la zone B pour former une goutte de fluide d'impression 14 en surface. La zone A peut être continue ou discontinue. La figure 2A montre un exemple d'élément de polymère vue du dessus comprenant une zone A continue. La figure 2B montre le même élément de polymère après application de la contrainte extérieure sur la zone B.30 La figure 3A montre un exemple d'élément de polymère vue du dessus comprenant une zone A discontinue. Lorsque la zone A est discontinue, le fluide contenu dans la zone B peut diffuser vers l'extérieur de cette zone comme le montre les flèches de la figure 3A. Dans ce cas, le fluide35 présent dans la zone B n'est pas totalement isolé du reste du polymère hydrophile. Il peut donc diffuser dans le reste 9 du polymère toujours dans le premier état. En fonction de la taille de la goutte à former, il peut être souhaitable de différer l'application de la contrainte extérieure à la zone B jusqu'à obtenir une quantité désirée de fluide dans5 cette zone. La figure 3B montre le même élément de polymère après application de la contrainte extérieure sur la zone B lorsque la zone A est discontinue. Comme illustré à la figure 4, il suffit alors de positionner un élément récepteur 16 en contact avec la goutte de fluide formée 14 pour obtenir son transfert depuis la surface du polymère vers l'élément récepteur. Selon un autre mode de réalisation, la goutte de fluide formée 16 est éjectée vers un élément récepteur. L'éjection de la goutte peut être mise en oeuvre par application d'un champ électrique mais elle peut être mise en oeuvre par n'importe quelles techniques connues. Afin de pouvoir recommencer le cycle d'impression, le moyen pour générer la contrainte extérieure est alors désactivé, ce qui permet aux zones A et B de l'élément de polymère de passer du second état au premier état et donc de s'imprégner à nouveau de fluide d'impression. On peut aussi accélérer le retour au premier état par la mise en oeuvre de moyens appropriés dépendant de la contrainte25 extérieure générée. Lorsque la contrainte extérieure est un faisceau de laser, on peut utiliser deux faisceaux de lasers distincts afin de faire passer la zone A puis la zone B du premier au second état. On peut aussi utiliser un faisceau de laser30 unique dont le faisceau est modulé pour donner une énergie minimale au centre du rayon et maximale sur les cotés. Le dispositif de la présente invention peut utilisé un ensemble d'éléments de polymères tels que décrits précédemment utilisé de façon successive afin d'augmenter35 la rapidité d'impression. En effet, il est nécessaire pour effectuer une nouvelle impression que les zones A et B retournent dans leur premier état. Cette transition n'étant pas instantanée, elle limite la rapidité d'impression. Un dispositif contenant au moins un second élément de polymère permet d'éviter cet inconvénient. Le dispositif doit alors5 comprendre un moyen pour déplacer les différents éléments de polymères. Un moyen simple de mise en oeuvre d'un tel mode de réalisation peut être l'association de plusieurs éléments pour former un cylindre. Le déplacement en rotation d'un tel cylindre permet de changer de façon simple la position des différents éléments de polymère par rapport au moyen pour générer la contrainte extérieure. La vitesse de rotation du cylindre sera choisie en fonction du nombre d'éléments de polymère et du temps nécessaire pour que le polymère passe du second au premier état.15 Selon un mode de réalisation de l'invention, le polymère forme un film continu, entraîné par des rouleaux. Dans le cadre de l'invention, il est évident que la contrainte extérieure est appliquée de façon à modifier l'état du polymère sur toute son épaisseur. * * 2781721 REVENDICATIONS 1 - Dispositif d'impression comprenant un élément de polymère dans un premier état imprégné d'un fluide d'impression, le polymère dans le premier état étant capable de passer dans un second état sous l'action d'une contrainte extérieure, le premier état et le second état étant choisis parmi l'état hydrophile et l'état hydrophobe, dispositif comprenant: un moyen pour générer une contrainte capable de faire passer du premier état au second état une zone A de l'élément de polymère qui définit une zone B contenant du fluide et qui limite la diffusion de ce fluide vers l'extérieur de la zone B, un moyen pour générer une contrainte capable de faire passer la zone B du premier état au second état afin de former une goutte de fluide en surface de l'élément de polymère par déplacement du fluide contenu dans la zone B. 2 - Dispositif selon la revendication 1 qui comprend de plus des moyens pour générer une contrainte capable de faire passer les zones A et B du polymère du second état au premier état. 3 - Dispositif selon la revendication 1 qui comprend de plus un moyen d'alimentation en fluide du polymère pour maintenir le polymère imprégné. 4 - Dispositif selon la revendication 1 dans lequel le polymère est capable de passer de l'état hydrophile à l'état hydrophobe sous l'action d'une contrainte. - Dispositif d'impression selon la revendication 1 ou 4 dans lequel la contrainte capable de faire passer le polymère du premier état au second état est générée par des moyens thermiques. 6 - Dispositif d'impression selon la revendication 1 ou 4 dans lequel la contrainte capable de faire passer le polymère du premier état au second état est générée par un faisceau de laser. *; 4 2781721 7 - Dispositif selon la revendication 1 comprenant de plus des moyens de positionnement d'un récepteur de fluide. 8 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications $ 1 à 6 qui comprend de plus des moyens d'éjection de la goutte de fluide formée vers le récepteur de fluide. 9 - Dispositif selon la revendication 1 qui comprend des moyens pour mettre en contact le fluide déplacé et le récepteur de fluide. - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 dans lequel le polymère est imprégné d'une encre d'impression hydrophile. 11 - Procédé d'impression à partir d'un polymère dans un premier état imprégné d'un fluide d'impression, le polymère dans le premier état étant capable de passer dans un second état sous l'action d'une contrainte extérieure, le premier état et le second état étant choisis parmi l'état hydrophile et l'état hydrophobe, procédé qui comprend dans l'ordre: i) l'application d'une contrainte pour faire passer du premier état au second état une zone A de l'élément de polymère qui définit une zone B contenant du fluide et qui limite la diffusion du fluide contenu dans la zone B, ii) l'application d'une contrainte capable de faire passer la zone B du premier état au second état afin de former une goutte de fluide en surface de l'élément de polymère par déplacement du fluide contenu dans la zone B. 12 - Procédé selon la revendication 11 dans lequel le fluide d'impression est un fluide hydrophile, procédé qui comprend dans l'ordre: i) l'application d'une contrainte pour faire passer d'un état hydrophile à un état hydrophobe une zone A de l'élément de polymère qui définit une zone B lIII lM 2781721 contenant du fluide et qui limite la diffusion du fluide contenu dans la zone B, ii) l'application d'une contrainte pour faire passer la zone B de l'état hydrophile à l'état hydrophobe s afin de former une goutte de fluide en surface de l'élément de polymère par déplacement du fluide contenu dans la zone B. 13 - Procédé selon la revendication 11 qui comprend de plus la mise en contact du fluide déplacé avec un récepteur de fluide. 14 - Procédé selon la revendication 11 qui comprend une étape supplémentaire qui comprend l'éjection du fluide déplacé vers un récepteur de fluide. - Procédé selon la revendication 11 qui comprend de plus l'alimentation du polymère en fluide d'impression pour maintenir le polymère imprégné. 16 - Procédé selon la revendication 11 dans lequel la contrainte est un faisceau de laser.