Brevet FR2924379A1 — publié le 20090605

TETE D'IMPRESSION À JET D'ENCRE A NETTOYAGE AUTOMATISE AU DEMARRAGE D'IMPRESSION DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE L'invention concerne le domaine de l'impression à jet ou gouttes de liquide, tel que de l'encre. Elle a pour objet la fiabilisation du démarrage d'une imprimante à jet de liquide durant la phase de formation des jets dudit liquide. Elle a plus particulièrement trait au nettoyage, avant le démarrage de l'impression, de tout liquide stagnant à proximité de(s) l'orifice(s) par lequel le liquide, tel que de l'encre est éjecté. Un domaine d'application privilégié est l'impression à jet d'encre. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Le principe fondamental d'une imprimante à jet d'encre est de forcer le passage de liquide (généralement de l'encre) au travers d'orifices calibrés. Un actionneur individuel ou collectif aux buses pressurise l'encre en amont de la buse. L'encre est éjectée avec une vitesse de quelques mètres à plusieurs dizaines de mètres par seconde selon les technologies d'impression. Le passage à la surface libre de l'encre (franchissement de la buse) crée une zone de dépression d'air au voisinage immédiat de la goutte ou du jet d'encre selon qu'il s'agisse d'une technologie d'impression de type � goutte à la demande ou � jet continu �. Pour les imprimantes basées sur la technologie de la goutte à la demande, l'encre est projetée au travers d'une plaque à buse généralement dégagée de toute paroi en aval de la plaque à buse, cette dernière étant une simple surface plane. L'appel d'air crée par la projection des gouttes ne génère pas ou peu de vortex d'air ni de dépression susceptibles d'entraîner des microgouttelettes ou de dévier les gouttes avec pour conséquence de salir, polluer, la plaque à buse. Dans les technologies du jet continu, la famille du jet continu dévié n'est pas soumise à cette problématique de salissure de la plaque à buse ni des éléments en aval de la plaque à buses car ces derniers sont généralement distants de plusieurs centaines de microns des jets. Dans la technologie du jet continu binaire, les effets aérodynamiques sont particulièrement prononcés de part la multitude de jets (formation d'un rideau de jet) et le confinement d'électrodes de tri des gouttes au plus près de la plaque à buse et du rideau de jets. Durant la phase transitoire de démarrage du rideau de jet, il se crée une forte dépression à l'intersection des plans formés par la surface de la plaque à buse et la surface du bloc supportant les électrodes de déviation des gouttes. Tout liquide (encre, solvant, liquide de nettoyage) présent dans cette zone est poussé vers les jets. Lorsqu'il y a contact, les jets sont déviés, le sens de déviation des jets est déterministe. Les jets sont immanquablement déviés vers le bloc d'électrodes lequel est littéralement lessivé: le problème à résoudre est de ne pas salir les éléments fonctionnels en aval (dessous) la plaque à buse durant la phase de formation du rideau de jets. Classiquement, cette problématique est contournée en dégageant le bloc électrode de la plaque à buse durant la phase de démarrage des jets (voir par exemple le brevet US 5'808'642). Les jets étant formés, le bloc d'électrodes est une pièce mobile qui s'approche ou s'éloigne des jets selon que l'imprimante est disponible pour l'impression ou en phase de démarrage/maintenance. Le jet continu binaire tel que mis en oeuvre par la société Versamark fait face à la même problématique. Le bloc électrode étant fixe, la problématique du démarrage s'avère plus cruciale et est traitée indirectement au moyen d'un dispositif de maintenance basé sur le concept dont la dénomination commerciale est � eyelid � et qui est protégée notamment par le brevet US 6'247'781. Selon ce concept � eyelid �, la tête d'impression, totalement fermée durant la phase de nettoyage, est équipée d'un circuit de maintenance complexe, coûteux et exigeant en termes de fonctionnalités. Ce circuit de maintenance est divulgué dans le brevet US 7'055'931. Néanmoins, la zone proche des jets située immédiatement en aval de la plaque à buse est une zone sensible de la tête d'impression dans laquelle peuvent d'accumuler des impuretés susceptibles de mettre en court circuit les électrodes du bloc. Une solution améliorée de nettoyage de cette zone a alors été proposée dans le brevet US 7'178'897. Les principaux inconvénients de l'art antérieur décrit ci-dessus sont donc nombreux et peuvent être classés par catégorie et énumérés comme suit . 1) pour les dispositifs utilisant un système d'électrode(s) mobile au démarrage de l'impression : - la course de l'actionneur utilisé pour réaliser le déplacement du bloc d'électrodes est importante et son positionnement doit être très précis, - le guidage est complexe qui plus est dans un environnement où le liquide est toujours susceptible de sécher et de bloquer ainsi les déplacements requis de (s) l'électrode (s) mobile(s), -le coût de réalisation dudit système mobile est important, -l'encombrement dudit système mobile est 20 important. 2) pour les dispositifs utilisant un système d'électrodes fixes : - aucune action spécifique, ciblée pour résoudre la problématique de déviation des jets au 25 démarrage par le liquide stagnant, n'est prévue, - la nécessité de nettoyer ou de maintenir la propreté de la zone sensible à l'aide d'un dispositif de maintenance subsiste à chaque démarrage, - cette solution de nettoyage est coûteuse 30 et nécessite des opérations longues. EXPOSÉ DE L'INVENTION L'invention se propose, parmi d'autres avantages, de pallier les inconvénients des têtes d'impression existantes et, de manière générale d'éviter toute salissure du bloc de tri provoquée par un jet d'encre dévié, au démarrage de l'impression, par le liquide stagnant à proximité du lieu d'éjection de l'encre. A cet effet, l'invention a pour objet une tête d'impression à jet de liquide comprenant : - un générateur de gouttes de liquide dont la partie inférieure comprend une plaque munie d'au moins une buse d'éjection du liquide, - un bloc de tri agencé en dessous de la plaque à buses et décalé par rapport à l'axe de la buse; le bloc de tri et le générateur étant fixes l'un par rapport à l'autre en délimitant un premier espace et en formant un angle dans un plan vertical, - des moyens pour aspirer tout liquide stagnant dans le premier espace et/ou dans l'angle avant l'éjection de liquide de la buse au démarrage de l'impression. Par rapport aux techniques existantes, l'invention résout la problématique de formation et de maintien du jet (ou du rideau de jets) en traitant spécifiquement une cause de non fiabilité (ou de défaillance) au démarrage de l'impression. En outre, tout liquide susceptible de stagner à proximité du lieu d'éjection après le démarrage peut être également aspiré conformément à l'invention, ce qui empêche ainsi toute salissure du bloc de tri. 5 Le bloc ou système de tri selon l'invention est un dispositif de déviation sélectif de l'encre émise par la buse pour mettre sur des trajectoires distinctes les gouttes imprimées et l'encre recyclée (non imprimée). En d'autres termes, le bloc de tri est un dispositif qui introduit des trajectoires différentes pour des gouttes de liquide ou portions de jet différentes. Ainsi, le bloc de tri peut comprendre un dispositif comprenant au moins une électrode exerçant une action électrostatique sur un (des) jet(s) de liquide. A titre d'exemple, le système de tri peut être un bloc d'électrode(s) (cas de la technologie jet d'encre binaire, ...).Le système de tri peut également être un bloc muni de moyens soufflant, tels que ceux présents dans les têtes d'impression selon la technologie à flux d'air. Avantageusement, les moyens d'aspiration comprennent au moins une rainure pratiquée sur la face du bloc en regard de la plaque à buses en étant ouverte vers cette dernière, une zone de la rainure étant mise à la pression atmosphérique et une autre zone étant mise à une pression inférieure de sorte à aspirer ainsi tout liquide stagnant vers la zone de moindre pression lors du démarrage de l'impression. Selon un premier mode de réalisation de l'invention, une extrémité de la rainure débouche à l'extérieur du bloc à la pression atmosphérique et les moyens d'aspiration comprennent une pompe aspirante reliée à une autre zone de la rainure, la mise en fonctionnement de la pompe au démarrage de l'impression aspirant tout liquide stagnant. Selon un autre mode de réalisation avantageux, le bloc d'électrode(s) comprend une gouttière de récupération de liquide agencée au moins en partie en dessous de(s) 1'(es) électrode(s) en délimitant un deuxième espace et, les moyens d'aspiration comprennent : - au moins un canal, formant une cheminée, pratiqué dans le bloc et débouchant de part et d'autre sur le premier et deuxième espaces, - la rainure pratiquée sur la face du bloc dont une extrémité débouche à l'extérieur du bloc, à la pression atmosphérique, et dont une zone communique avec la cheminée, le démarrage de la tête d'impression provoquant une aspiration dans le deuxième espace de sorte que, tout liquide stagnant dans le premier espace est aspiré dans la rainure puis poussé dans la cheminée par une dépression forcée pour être collecté et évacué par la gouttière. Selon une variante avantageuse, le bloc est conformé avec un biseau dans le plan vertical entre le premier et le deuxième espace, la cheminée étant pratiquée au plus près du biseau afin de diminuer la longueur de communication entre la cheminée et la rainure. Selon une autre variante avantageuse, la rainure est pratiquée à une distance du bord du bloc telle que la section droite de la rainure est supérieure à la section droite délimitée par la hauteur du premier espace et la dite distance entre le bord du bloc et la rainure. Dans les réalisations où la tête d'impression comprend une multitude de buses alignées permettant de générer un rideau de jets, les électrodes sont identiques pour tout le rideau de jets et la cheminée étant positionnée au dessus d'une extrémité de l'électrode (Elec). L'invention concerne également un bloc d'électrode(s) destiné à être implanté dans une tête d'impression décrite ci-dessus, comprenant au moins une rainure usinée sur une face adaptée pour être fixée en dessous d'une plaque à buse(s) de la dite tête. Les avantages de l'invention sont nombreux . - le bloc d'électrodes, appelé bloc de TRI, peut rester solidaire du générateur de gouttes ou générateur de jet et il n'est donc pas nécessaire de mettre en oeuvre un mouvement de dégagement du bloc de TRI (système d'électrodes mobile selon l'art antérieur), en particulier lors de la formation du rideau de jet, - le bloc de tri et le générateur de gouttes peuvent être assemblés sans contrainte d'étanchéité toujours difficile à réaliser car, les moyens d'étanchéité ne doivent pas dégrader la qualité d'éjection des buses, c'est-à-dire ne doivent pas interférer l'écoulement autour de la buse, - les moyens d'aspiration du liquide selon l'invention, assèchent spécifiquement une zone de rétention de liquide, ce qui simplifie la maintenance de la tête et offre une excellente fiabilité de démarrage de jets, - les moyens d'aspiration du liquide selon le mode de réalisation par rainurage et cheminée de dépression s'intègrent parfaitement dans une tête d'impression sans qu'il y ait nécessité de composants supplémentaires et en s'affranchissant de contraintes d'encombrement inhérentes à tout composant supplémentaire, - le coût de la fonction d'aspiration selon l'invention est faible pour une efficacité maximale. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement à la lecture de la description suivante et en référence aux dessins annexés, donnés à titre uniquement illustratif et nullement limitatifs. Parmi ces dessins: - la figure 1 est une vue générale schématique d'une tête d'impression T conforme à l'invention, - les figures 2A et 2B sont des vues schématiques de côté montrant la phase de démarrage d'une tête d'impression selon l'état de l'art, - la figure 3 est une vue schématique en coupe transversale montrant la phase de démarrage d'une tête d'impression selon l'invention, - la figure 4 est une vue de dessus d'un mode de réalisation de la tête d'impression selon l'invention, - la figure 5 est vue schématique également en coupe transversale d'une tête d'impression selon l'invention, - la figure 6 est une vue de détail en coupe transversale d'une tête d'impression selon l'invention. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS Une tête d'impression T conforme à l'invention comporte un générateur de gouttes 1 muni d'une plaque à buses 2. En phase d'impression, l'encre 3 pressurisée dans le générateur 1 s'écoule par les buses 4 pour former un rideau de jet. En aval de la plaque à buses 2, suivant le sens d'écoulement de l'encre (selon l'axe Z) se trouve un bloc de tri 5 comprenant une partie fonctionnelle 6 à électrodes. La fonction de cette partie à électrodes 6 est de placer sur des trajectoires différentes des portions de jet dont une quantité est collectée par la gouttière de recyclage 7 tandis que l'autre est dirigée vers le média à imprimer 8 (Figure 1). Les termes � inférieur � et � supérieur � sont à comprendre avec la tête d'impression orientée vers le bas (sens d'écoulement des jets suivant z), c'est-à-dire avec le générateur 1 au dessus en partie à l'aplomb du bloc d'électrodes 5 selon l'invention. Entre la plaque à buses 2 et le bloc de tri 5, il existe, par construction, un espace 9 dont l'épaisseur peut se réduire à une simple interface si les deux éléments 2, 5 sont en contact. Typiquement dans les têtes d'impression à jet continu, cet espace 9 est de l'ordre de 0.1 mm. Selon l'état de l'art, lors de la phase de 30 maintenance de la tête d'impression ou même en fonctionnement, du liquide est piégé dans l'espace 9. Le piégeage est d'autant plus efficace que la tension superficielle attire et maintient le liquide dans cet interstice de faibles dimensions. Il se peut également que le piégeage soit réalisé à l'angle (droit sur le mode de réalisation illustré) formé entre la plaque 2 et le bloc 5. Selon l'état de l'art, la formation des jets 10, par exemple en phase de démarrage, entraîne l'air environnant créant un tourbillon 11 délimité par la surface verticale du bloc de tri 5 selon l'axe Z, la plaque à buses 2 et le rideau de jet 10. L'air mis en mouvement crée une dépression symbolisée par la flèche 12, dépression qui est susceptible d'attirer du liquide stagnant 13 dans l'espace d'air 9 (Figure 2a). Ce liquide stagnant 13 entre en contact 14 avec les jets 10 lesquels sont inévitablement déviés vers le bloc de tri 5 (Figure 2b). La pollution ainsi créée, symbolisée par l'amas 15, nuit au bon fonctionnement du bloc de tri 5 puisque la surface apparente de 1' (des) électrode(s) qui agissent sur le liquide conducteur est encrassée. Pour remédier à cet inconvénient, il est prévu tout d'abord, selon le mode de réalisation illustré de l'invention, d'usiner une rainure 50 sur la face supérieure 5S (dans le plan XY) du bloc de tri 5 (Figure 3). Cette rainure 50 a de préférence une longueur (selon l'axe X) au moins égale à la longueur du rideau de jets 10. Une extrémité 500 de la rainure 50 est mise à la pression atmosphérique. Cette mise à la pression peut par exemple être réalisée en prolongeant la rainure 500 jusqu'à un bord latéral du bloc de tri 5 (Figure 4). Une autre zone 501 de la rainure 50 est raccordée à une dépression générée par exemple par la mise en communication avec une pompe à vide. Selon un mode réalisation avantageux, la dépression peut être générée par la mise en communication avec un autre espace d'air délimité, par l'intermédiaire d'un canal 51 formant une cheminée qui débouche d'une part sur la rainure 50 et d'autre part dans un autre espace 70 délimité entre la gouttière de récupération de jets et la face inférieure 5I du bloc 5. Une telle mise en dépression permet de profiter de la dépression forcée créée, dès le démarrage de l'impression, dans cet autre espace d'air 70 délimité par la dite gouttière 7. La dépression ainsi créée génère un flux d'air longitudinal suivant l'axe X dans la rainure 50, flux longitudinal alimenté par un flux transversal suivant l'axe Y en provenance de l'espace d'air 9. Une goutte de liquide piégée dans l'espace d'air 9 ou dans l'angle a formé entre le générateur de goutte 1 et le bloc 5 est ainsi entraînée dans la rainure 50 et transportée dans la pompe à vide ou la gouttière 7 selon le trajet symbolisé par la flèche 16 de la figure 3. Dans le mode de réalisation illustré, les éléments qui permettent de dimensionner le niveau de dépression généré sont la section droite Sdr de la rainure 50, la section droite Sde délimitée par la largeur L séparant la rainure 50 de la paroi verticale 5V du bloc d'électrodes en regard des jets 10, la hauteur H du premier espace d'air 9 ainsi que le niveau de dépression déjà réalisé dans l'espace 70 délimité par la gouttière 7 et la face inférieure 5I du bloc (figure 5). La section droite Sdr de de préférence la plus importante: existe une composante de flux composante de vitesse significativement supérieure transversale pour produire un suffisant du liquide. Dans le mode de réalisation illustré, la source de dépression est de l'ordre 0.6 bars (pression relative), la section transversale de la rainure dans le plan XZ est d'environ 1mm2 et la section transversale de l'espace d'air 9 dans le plan XZ d'environ 0.1 mm2. Selon une variante de réalisation préférée, lorsque le bloc de tri 5 comprend, par construction, un biseau 52, la cheminée 51 selon l'invention est de préférence réalisée au plus près de ce biseau 52, c'est-à-dire en réduisant au maximum la longueur Lc de communication entre la cheminée 51 et la partie rectiligne de la rainure 50 et tout en ayant la cheminée 51 débouchant directement sur l'espace 70 (figure 6). Selon une autre variante préférée, la cheminée 51 est usinée au droit de l'extrémité des électrodes Elec (figure 4). L'invention qui vient d'être décrite se rapporte aux moyens d'aspiration de tout liquide 30 stagnant avant le démarrage de l'impression. la rainure 50 est ainsi, lorsqu'il transversale, la longitudinale doit être à la composante effet d'entraînement Il va de soi que les moyens prévus permettent en outre d'aspirer tout liquide stagnant dans l'espace entre le bloc de tri (pièce monobloc dans laquelle sont implantées les électrodes fixes dans le mode de réalisation illustré) et la plaque à buse(s) d'éjection de l'encre, lors de l'impression. En particulier, le mode de réalisation par dépression forcée créée par la cheminée et l'espace délimité par la gouttière de récupération, permet d'aspirer de manière continue dès le démarrage de l'impression et en fonctionnement tout liquide stagnant non désiré et de le réinjecter dans le circuit de recyclage de l'encre par le biais de la gouttière. REVENDICATIONS 1. Tête d'impression (T) à jet de liquide (3) comprenant : - un générateur (1) de gouttes de liquide dont la partie inférieure comprend une plaque (2) munie d'au moins une buse (4) d'éjection du liquide, - un bloc de tri (5) agencé en dessous de la plaque (2) à buses et décalé par rapport à l'axe (Z) de la buse; le bloc et le générateur étant fixes l'un par rapport à l'autre en délimitant un premier espace (9) et en formant un angle a dans un plan vertical (YZ), - des moyens (50, 51) pour aspirer tout liquide stagnant (13) dans le premier espace et/ou dans l'angle avant l'éjection de liquide de la buse au démarrage de l'impression. 2. Tête d'impression (T) selon la revendication 1, dans lequel le bloc de tri (5) comprend un dispositif comprenant au moins une électrode (6) exerçant une action électrostatique sur un (des) jet (s) de liquide. 3. Tête d'impression (T) selon l'une des revendications 1 ou 2, dans laquelle les moyens d'aspiration comprennent au moins une rainure (50) pratiquée sur la face (5S) du bloc en regard de la plaque à buses (2) en étant ouverte vers cette dernière, une zone (500) de la rainure étant mise à la pression atmosphérique et une autre zone (501) étantmise à une pression inférieure de sorte à aspirer ainsi tout liquide stagnant vers la zone de moindre pression lors du démarrage de l'impression. 4. Tête d'impression (T) selon la revendication 3, dans laquelle une extrémité (500) de la rainure débouche à l'extérieur du bloc (5) à la pression atmosphérique et dans laquelle les moyens d'aspiration comprennent une pompe aspirante reliée à une autre zone de la rainure, la mise en fonctionnement de la pompe au démarrage de l'impression aspirant tout liquide stagnant. 5. Tête d'impression (T) selon la revendication 3, dans laquelle le bloc d'électrode(s) comprend une gouttière (7) de récupération de liquide agencée au moins en partie en dessous de(s) 1'(es) électrode(s) en délimitant un deuxième espace (70) et, dans laquelle les moyens d'aspiration comprennent : - au moins un canal (51) formant une cheminée pratiquée dans le bloc et débouchant de part et d'autre sur le premier (9) et deuxième (70) espaces, - la rainure (50) pratiquée sur la face (5S) du bloc dont une extrémité (500) débouche à l'extérieur du bloc, à la pression atmosphérique, et dont une zone (501) communique avec la cheminée (51), le démarrage de la tête d'impression provoquant une aspiration dans le deuxième espace de sorte que, tout liquide stagnant dans le premier espace est aspiré dans la rainure puis poussé dans la cheminée par dépression forcée pour être collecté et évacué par la gouttière. 6. Tête d'impression (T) selon la revendication 5, dans lequel le bloc (5) est conformé avec un biseau (52) dans le plan vertical (YZ) entre le premier et le deuxième espace, la cheminée (51) étant pratiquée au plus près du biseau (52) afin de diminuer la longueur de communication entre la cheminée et la rainure. 7. Tête d'impression selon la revendication 5 ou 6, dans laquelle la rainure (50) est pratiquée à une distance (L) du bord du bloc telle que la section droite (Sdr) de la rainure (50) est supérieure à la section droite (Sde) délimitée par la hauteur (H) du premier espace et ladite distance (L) entre le bord du bloc et la rainure. 8. Tête d'impression selon l'une des revendications 5 à 7, comprenant une multitude de buses (4) alignées permettant de générer un rideau de jets (10), les électrodes sont identiques pour tout le rideau de jets et la cheminée (51) étant positionnée au dessus d'une extrémité de l'électrode (Elec). 9. Bloc d'électrode(s) (5) destiné à être implanté dans une tête d'impression (T) selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant au moins une rainure (50) usinée sur une face (5S) adaptée pour être fixée en dessous d'une plaque à buse(s) (2) de la dite tête.