Brevet FR2795017A1 — publié le 20001222

DISPOSITIF DE CONTROLE DE L'ATMOSPHERE D'UN RESERVOIR D'ENCRE APPLIQUE A L'IMPRESSION PAR JET D'ENCRE La présente invention concerne l'impression par jet d'encre et plus particulièrement un dispositif pour contrôler l'atmosphère d'un réservoir d'encre pour une imprimante par jet d'encre. Dans la technique de l'impression à jet d'encre, les préoccupations majeures consistent à améliorer la qualité ainsi que la vitesse de l'impression. 10 Les technologies d'impression développées aujourd'hui ont quasiment toutes comme objectif de produire des copies de haute qualité le plus rapidement possible. Dans le cas des technologies jet d'encre, pour arriver à imprimer rapidement, les différents constructeurs multiplient à la15 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. Une technologie pour la réalisation de têtes d'impression à jet d'encre consiste à former et éjecter des gouttes d'encre sous l'action d'une onde de pression engendrée par la pulsation d'une céramique piézo- électrique. Une autre technologie classique pour la réalisation de têtes à jet d'encre consiste à porter pendant un temps très court l'encre se trouvant dans un canal à une température élevée, typiquement 300 à 4000C. Cela induit une vaporisation locale de l'encre qui engendre l'expulsion sous forme de goutte de la partie liquide de l'encre se trouvant entre la zone de vaporisation et la30 surface de la tête à jet d'encre. Cette méthode requiert dans le volume même de la tête à jet d'encre de l'énergie thermique qu'il faut ensuite dissiper. D'autres techniques, par exemple celle décrite dans la demande de brevet W096/32284, consistent à amener un fluide en contact avec un élément chauffant de forme annulaire se trouvant à la périphérie de l'ouverture d'un canal reliant un réservoir contenant le fluide avec 2 l'ouverture à la surface de la tête à jet d'encre. Une pression est appliquée sur le réservoir afin de permettre à l'encre d'être véhiculée à travers le canal et de se répandre sur la surface annulaire chauffante de la tête à jet d'encre. Lorsque l'élément chauffant de la tête à jet d'encre est porté à une température d'environ 130 C, il s'ensuit une modification importante de la tension de surface de la goutte d'encre se trouvant en contact avec l'élément chauffant. Cette modification de tension de10 surface engendre une diminution du rayon de courbure du ménisque de la goutte d'encre permettant ainsi à celle-ci de couler librement à travers le canal et de former une goutte de dimension appropriée pour l'impression désirée. Une fois formée, cette goutte est alors éjectée par un15 moyen qui peut être un champ électrostatique entre la tête à jet d'encre et le média d'impression, par exemple une feuille de papier. Cette technique, qui a pour avantage d'abaisser considérablement la température nécessaire à l'éjection d'un volume d'encre unitaire, est donc20 appropriée à la fabrication de têtes à jet d'encre à haute intégration. Les têtes d'impression à jet d'encre sont capables de délivrer par seconde plusieurs milliers de gouttes d'encre d'un volume unitaire de quelques picolitres. Ces têtes ont25 des dimensions de plus en plus petites. Elles sont obtenues par des techniques de micromécanique ou de microfabrication. Avec de tels dispositifs, le contrôle de la qualité des encres devient un paramètre critique. En effet, des variations dans les propriétés des encres30 peuvent affecter le fonctionnement des têtes, par exemple en les colmatant et la qualité de l'impression. Les encres sont des mélanges complexes, sous forme de dispersions, d'émulsions ou de solutions de colorants ou de pigments dans des solvants, des milieux aqueux ou des milieux35 mixtes. Ces mélanges contiennent de nombreux additifs tels que agents anti-mousse, agents pour faciliter le broyage, agents tensio-actifs, biocides, tampons, épaississants. 3 Ces mélanges, pour être aptes à l'impression par jet d'encre, doivent présenter un ensemble de caractéristiques qui sont: la fiabilité ("pen reliability"), c'est-à-dire la résistance à la polymérisation, la stabilité à l'égard5 de l'oxydation ou de l'action des bactéries, et l'éjectabilité, c'est-à-dire l'aptitude à former des gouttes éjectables par la tête d'impression. Ces caractéristiques sont décrites par H.J. Spinelli dans Advanced Materials, 10, nO 15, pages 1215-1218 (1998). Or,10 les encres et les colorants qu'elles contiennent sont sensibles à l'oxydation aérienne. Cette oxydation modifie les propriétés de l'encre, et donc le processus de formation des gouttes et affecte les performances de l'impression. On a, selon la technique antérieure, tenté15 de remédier à l'instabilité des encres à l'égard de l'oxydation en ajoutant à ces encres des anti-oxydants tels que l'acide dithioneux, le sulfure de sodium, le pyrogallol, les sulfites ou l'acide ascorbique, comme cela est décrit aux brevets US 4 489 334 ou 4 279 653, ou aux20 demandes de brevets japonais 79/98690 ou 79/116710. L'action des anti-oxydants reste cependant limitée et elle complique le processus de fabrication des encres. Il est aussi connu que la présence de bulles d'air dans l'encre perturbe le débit de l'encre vers la tête d'impression et25 la formation des gouttes d'encre. On souhaite donc contrôler l'atmosphère dans les réservoirs d'encres pour empêcher que les bulles ne s'y forment et soient ensuite véhiculées dans les conduits de l'imprimante jusque dans la tête d'impression. Il peut également se produire des30 entrées d'air à l'occasion du remplissage du réservoir d'encre de l'imprimante, ou du changement de la cartouche d'encre, si on utilise des cartouches interchangeables. On a tenté selon la technique antérieure de remédier à ce problème en équipant les réservoirs d'encre ou les35 cartouches des imprimantes avec des soupapes pour empêcher l'introduction d'air dans le circuit de l'encre vers les têtes d'impression, comme cela est décrit dans le brevet 4 US 5 812 155. L'utilisation de ces soupapes introduit une complexité indésirable dans la technologie des imprimantes à jet d'encre et des réservoirs associés. Un des objets de l'invention est de fournir un dispositif qui améliore le contrôle de la qualité d'une encre pour une impression par jet d'encre. Cet objet est atteint avec la présente invention qui concerne un dispositif de contrôle de l'atmosphère d'un réservoir d'encre pour impression par jet d'encre, ce10 dispositif comprenant des contacts électriques et un électrolyte solide conducteur des ions 02- en présence d'un courant électrique et d'une température tels qu'un champ électrique est établi dans l'électrolyte solide. La présente invention concerne en outre un réservoir d'encre pour imprimante par jet d'encre, caractérisé en ce que le réservoir comprend un dispositif de contrôle de la qualité de l'encre comprenant un électrolyte solide conducteur des ions 02- en présence d'un courant électrique et d'une température tels qu'un champ électrique est20 établi dans l'électrolyte solide. L'invention concerne également un procédé pour contrôler la qualité d'une encre, dans un réservoir pour imprimante par jet d'encre, ce procédé comprenant l'utilisation d'un électrolyte solide dont les propriétés25 conductrices des ions 02- sont sélectionnables sous l'action d'un courant électrique et de la température pour transporter de l'oxygène présent à proximité de cet électrolyte solide. Le dispositif de l'invention applicable à un réservoir d'encre pour une imprimante par jet d'encre, comprend un électrolyte solide ayant des propriétés conductrices des ions 02- sous l'action d'un courant électrique et d'une température tels qu'un champ électrique est établi dans l'électrolyte solide, cet électrolyte solide étant en contact à la fois avec l'atmosphère interne du réservoir et l'atmosphère extérieure au réservoir. Lorsque l'électrolyte solide est mis sous tension et chauffé, comme cela est décrit ci-après, l'oxygène présent dans le réservoir est absorbé dans l'électrolyte solide et transporté à l'extérieur du réservoir.5 L'électrolyte solide utilisé selon l'invention est notamment décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique 227 257. Cet électrolyte est une substance dérivée de Bi4V2011l comprenant une structure de phase gamma et dont les éléments Bi et/ou V ont été remplacés par des éléments10 de substitution de façon à permettre la conductivité des ions 02- sans altérer la phase gamma. Cet électrolyte solide a la formule: (Bi2-xMxO2) (Vl-yM'y Oz) o M représente un ou plusieurs métaux de substitution de Bi, ayant un nombre d'oxydation inférieur ou égal à 3, M' représente un ou plusieurs éléments de substitution de V, choisis dans la classe constituée par les métaux alcalins, les métaux alcalino-terreux, les20 métaux de transition, les métaux des groupes IIIa à Va, les métaux des groupes IIIb à Vb, les terres rares; les valeurs limites de x, y, x étant fonction de la nature des M et M'; et x plus y est plus grand que zéro. On peut utiliser un électrolyte solide selon l'invention de la façon suivante en relation avec la Figure 1. On réalise une pastille de cet électrolyte solide (14) que l'on insère dans la paroi (11) du réservoir d'encre (10) de façon que l'une des faces (14a) de la pastille soit en contact avec l'atmosphère interne du réservoir, alors que l'autre face (14b) est en contact avec l'atmosphère externe de ce réservoir. La pastille est connectée à une source de courant et chauffée par un moyen de chauffage non représenté à une température inférieure à 500 C et de préférence comprise entre 150 et 500 C, température à laquelle l'électrolyte devient conducteur. Lorsque l'électrolyte solide devient conducteur, et qu'une différence de potentiel lui est appliquée, chaque face (14a) et (14b) de la pastille (14) se comporte comme une électrode. L'oxygène moléculaire se dissocie à la surface de la cathode en formant des ions 02- qui traversent l'électrolyte solide et se recombinent en oxygène moléculaire en arrivant sur l'autre face qui se comporte comme une anode. Si la polarité est telle que la face interne (14a) de la pastille se comporte comme une cathode et la face externe (14b) comme une anode, l'oxygène va migrer de l'intérieur vers l'extérieur du réservoir. Selon la présente invention, il faut que la polarité appliquée à l'électrolyte solide permette, sur la face de cet électrolyte qui est en présence ou à proximité de l'encre, d'appauvrir en oxygène l'atmosphère à proximité de l'encre. On peut avancer l'explication suivante pour comprendre le fonctionnement du dispositif selon l'invention, bien que cette explication ne puisse limiter la portée de l'invention. On pense qu'il y a dissociation des molécules d'oxygène à la cathode de l'électrolyte solide: O2+4e_ 202-, puis migration de cessions au sein de l'électrolyte solide dans le sens du champ électrique, puis recombinaison des ions 02- à l'anode de l'électrolyse solide. Pour cette recombinaison, deux ions et quatre électrons doivent être transférés: 202- 4e- + 02 Ces électrolytes solides, tels que décrits dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 5 227 257, sont désignés sous la dénomination générique Bimevox, ou selon le métal associé au Bismuth, sous les dénominations Bicuvox, Bicovox, Biznvox, etc. Un élément à base de Bimevox tel que décrit dans le brevet précité comporte une pastille d'électrolyte solide dont chaque face est en contact avec des contacts électriques eux-mêmes reliés à une source de courant électrique. L'ensemble électrolyte solide/contacts électrique est associé à un moyen de chauffage permettant de faire fonctionner l'électrolyte solide à la température requise. Cette température est comprise entre 150 et 500 C. Cette5 température de fonctionnement permet une dissipation de la chaleur produite par les techniques usuelles. Selon un mode de réalisation, on réalise, par compactage une pastille de Bimevox dans laquelle sont insérées deux grilles métalliques affleurant sur chaque10 face de la pastille et jouant le rôle de contacts électriques. Selon un mode préféré de réalisation, ces grilles sont réalisées avec un métal noble conducteur tel que l'or. Un tel électrolyte solide peut fonctionner en dessous de 500 C, sous une tension de 1 à 30 V,15 avantageusement 1 à 15 V et sous une densité de courant de à 1500 mA/cm2, par exemple sous 2V. Les électrolytes solides du type Bimevox peuvent être mis sous forme de couches minces disposées sur des substrats appropriés, par exemple en oxyde de magnésium,20 oxyde de Beryllium ou titanate de strontium par exemple, comme cela est décrit par C. SANT et al dans Journal of Crystal Growth, 153, 1995 p. 63-67 " Pulsed Laser Deposition of Bi4Cu2xV2(l-x)OllI Thin Films ". Ces dépôts de couches minces peuvent être réalisés par laser pulsé.25 Selon un mode de réalisation de la présente invention, on peut utiliser l'électrolyte solide de la façon suivante dans le cas d'une encre non sensible à l'oxydation, toujours en relation avec la Figure 1. On polarise l'électrolyte solide (14) de façon à ce que la30 face (14a) joue le rôle d'anode et la face (14b) joue le rôle de cathode. Dans cette configuration, on introduit de l'oxygène dans l'atmosphère (13) du réservoir. Par l'ouverture de la soupape (15), on chasse l'oxygène qui entraîne les gaz dissous dans l'encre. On ferme ensuite le35 système, et on inverse la polarité de l'électrolyte solide (14) qui peut alors pomper l'oxygène hors du réservoir. Ce système peut être asservi et programmé de façon à fonctionner de façon automatique, par cycles dosés en fonction du volume d'atmosphère au-dessus de la surface libre de l'encre. Le volume, en effet s'accroît à mesure que le réservoir se vide. Cette technique de contrôle de l'atmosphère du réservoir d'encre offre une possibilité de contrôler le rechargement des réservoirs ou des cartouches d'encre. Une encre pourra être " composée >" de façon spécifique pour subir le dégazage mentionné ci-dessus et 0 donc résister à l'oxydation en présence d'une atmosphère enrichie en oxygène (jusqu'à 95%). Il sera donc difficile ou même impossible de recharger une cartouche usée avec une encre oxydable ne résistant pas à un tel environnement. REVENDICATIONS 1 - Dispositif pour le contrôle de l'atmosphère d'un réservoir d'encre (10) d'une imprimante par jet d'encre, ce dispositif étant caractérisé en ce qu'il comprend un électrolyte solide (14) conducteur des ions 02- en présence d'un courant électrique et d'une température tels qu'un champ électrique est établi dans l'électrolyte solide et l'oxygène présent dans le conteneur est absorbé dans l'électrolyte solide. 2 - Dispositif selon la revendication 1, comprenant un moyen de chauffage de l'électrolyte solide. 3 - Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, comprenant un moyen pour changer la polarité de l'électrolyte solide de façon prédéterminée. 4 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel l'électrolyte solide comprend un dérivé de Bi4V2Oll à phase gamma ou au moins l'un des éléments Bi ou V est remplacé au moins en partie par un autre élément de telle façon que la structure de la phase gamma de Bi4V2011 est maintenue ainsi que l'équilibre des charges. - Réservoir d'encre pour une imprimante par jet d'encre comprenant un dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel une partie de l'électrolyte solide, en contact avec l'intérieur du conteneur, joue le rôle de cathode et une autre partie de l'électrolyte solide en contact avec l'atmosphère extérieure au conteneur, joue le rôle d'anode. 6 Réservoir selon la revendication 5, dans lequel l'électrolyte solide est une pastille (14) insérée dans la paroi du conteneur de façon qu'une des faces (14a) de la pastille d'électrolyte solide est en contact avec l'atmosphère intérieure du conteneur et l'autre face (14b) de la pastille est en contact avec l'atmosphère extérieure du conteneur. 7 - Réservoir selon l'une des revendications 5 ou 6, comprenant en outre une ouverture sur l'atmosphère extérieure, munie d'une soupape (15). 8 - Réservoir selon l'une des revendications 5 à 7, comprenant en outre des moyens de remplissage pour remplir le conteneur avec de l'encre d'impression. 9 - Réservoir selon l'une des revendications 5 à 8, dans lequel les moyens de remplissage, la soupape, l'électrolyte solide coopèrent pour permettre le remplissage du conteneur sans excès et sans introduction de bulles d'air. - Procédé pour dégazer une encre pour impression par jet d'encre mis en oeuvre au moyen d'un dispositif conforme à l'une des revendications 1 à 4.