Brevet FR2938207A1 — publié le 20100514

IMPRIMANTE MUNIE D'UN GENERATEUR DE GOUTTES A JET CONTINU BINAIRE A DEFLEXION ET VITESSE D'IMPRESSION OPTIMALES DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE L'invention concerne les imprimantes à jet d'encre à jet continu binaire dont le principe d'impression est basé sur la déflexion différentielle de jet ou de tronçon de jets. Elle a trait plus particulièrement à l'optimisation de la vitesse d'impression de telles imprimantes tout en garantissant la précision des deux niveaux de déflexion (binaire). ART ANTERIEUR L'impression par jet d'encre consiste à produire et diriger vers un support d'impression des gouttelettes d'encres. On distingue traditionnellement deux technologies d'impression jet d'encre différentes: la technologie goutte à la demande et la technologie jet continu jet. La technologie goutte à la demande est répandue dans les applications d'impression bureautiques, où la vitesse d'impression est plus faible, alors que la technologie de jet continu est utilisée largement dans le domaine de l'impression industrielle car elle garantit une productivité élevée et une bonne robustesse dans les environnements industriels sévères. Cette technologie de jet continu 2 se décompose en deux sous-familles que sont la technologie du jet continu dévié (déflexion à niveaux multiples des gouttes issues d'un même jet) et la technologie du jet continu binaire (déflexion à deux niveaux des gouttes issues d'une multitude de jets généralement régulièrement espacés et situés dans un même plan. La technologie de jet continu binaire permet d'atteindre des vitesses d'impression très élevées de part la cadence de production des gouttes (fort débit d'encre, et production de gouttes à haute fréquence) et la multitude de jets imprimant en parallèle. Pour les principales applications de cette technologie, la vitesse d'impression est une performance clef. La cadence à laquelle peuvent être produite les gouttes dites imprimables dépend du principe de génération et de déflexion des gouttes qui engendrent des types d'interactions et d'influences différents. Les différentes déclinaisons de la technologie jet continu binaire, en fonction des principes de déflexion des gouttes, donnent lieu à des solutions spécifiques pour maximiser la vitesse d'impression. La déflexion électrostatique de gouttes est une technique d'impression qui ne permet pas d'imprimer toutes les gouttes produites à cause du phénomène de diaphonie de charge entre les gouttes d'un même jet ou entre jets voisins, ainsi qu'entre les gouttes et les électrodes de charge : on pourra à ce sujet se reporter au brevet US 4, 613, 371 de la société KODAK. Pour 3 discriminer au maximum la trajectoire des gouttes imprimées/non imprimées et garantir la qualité d'impression par la précision de placement des impacts, le séquençage des gouttes imprimées dépend évidemment du motif à imprimer mais il doit tenir compte des conditions de charge et des interactions entre les gouttes en introduisant des gouttes � de garde �. Ces gouttes de garde, systématiquement intercalées entre les gouttes chargées pour limiter la diaphonie, ne permettent pas d'imprimer à la vitesse maximale de chaque jet donnée par la fréquence de génération des gouttes et le débit du jet. Le brevet US 7, 273,270 de la société KODAK minimise le couplage électrostatique entre gouttes en décalant temporellement la charge des gouttes pour maximiser le taux d'utilisation des gouttes produites par le jet en vue de l'impression et ainsi accroître la vitesse effective d'impression. La déflexion aérodynamique de gouttes est une technologie d'impression qui place sur des trajectoires différentes des gouttes produites avec deux diamètres différents. Ces gouttes sont déviées de leur trajectoire par un flux d'air qui est transversal au trajet des gouttes. Ce principe d'impression conduit aussi à des contraintes liées à la formation des gouttes et à leurs interactions. De ce fait, l'utilisation des gouttes imprimables doit être limitée. Le brevet US 6, 505,921 de la société KODAK décrit un exemple particulier de logique de production des gouttes imprimables afin d'obtenir une bonne 4 qualité d'impression, ce qui limite au final la vitesse d'impression. La déflexion de jet est une technique d'impression récente, telle que proposée par la demanderesse dans la demande de brevet WO 2008/040777, qui prévoit de dévier des jets continus en exploitant une déflexion différentielle entre les portions de jets imprimées et non imprimées. Dans cette technique l'impression successive de deux gouttes nécessite de créer un tronçon ou portion de jet non imprimée et récupérée par la gouttière en alternance avec les gouttes imprimées. La longueur de ce tronçon ou portion de jet est jusqu'à présent de l'ordre de la longueur du réseau d'électrodes Haute Tension qui assure la déflexion. Cette portion ou tronçon d'encre perdu(e) pour l'impression car déviée et récupérée par la gouttière conduit à une vitesse d'impression effective bien inférieure à la vitesse d'impression maximale théorique donnée par le débit du jet. Selon l'art antérieur, le dimensionnement du réseau d'électrodes de déflexion maximise la déflexion différentielle (gouttes imprimées/non imprimées). L'inconvénient majeur de cette approche est de ne pas optimiser la performance de vitesse d'impression pourtant essentielle dans la technologie en jet continu multi buses. EXPOSE DE L'INVENTION Sur la figure 1 est représentée en coupe verticale une partie d'une imprimante à jet d'encre selon la technologie continu binaire. Le plan (Y, Z) représenté est orthogonal à la direction de l'alignement des buses (X), seule une buse et le jet qui en est issu sont donc représentés. Le générateur de gouttes 1 est alimenté par de l'encre sous pression. Ce générateur comprend une 5 multitude de buses d'éjection d'encre en parallèle (dont seule une référencée 2 est représentée). Ce générateur comprend à l'intérieur une multitude de chambres de stimulation en communication hydraulique chacune avec une des buses 2, un réservoir unique et commun aux chambres de stimulation situé en amont de celles-ci amène de l'encre sous pression dans chaque chambre de stimulation afin d'émettre un jet d'encre 5 selon l'axe de chaque buse 2. Chaque chambre de stimulation comprend en outre au moins un élément souple dont la déformation est provoquée par un actionneur électromécanique 3 alimenté électriquement par un générateur de signaux impulsions 4. Le jet continu 5 qui s'écoule par la buse 2 peut être fractionné en portions 6 de taille variables en fonction des durées entre les impulsions délivrées par le générateur électriques 4. Un bloc d'électrodes 7 est agencé en dessous du générateur de gouttes 1 en étant décalé de l'axe hydraulique Z des jets. Ce bloc 7 comprend deux électrodes de déflexion 8, 9 de hauteur individuelle He séparées l'une de l'autre par un diélectrique 10 de hauteur Hd. En fonctionnement d'impression, on applique sur ces deux électrodes 8, 9 des signaux électriques haute tension, variables dans le temps et en opposition de phase l'un par rapport à l'autre. Le bloc comprend en outre une paire d'électrodes portées à la masse 100 6 (dont une située en amont 101 et l'autre située en aval 102 des électrodes de déflexion). Une gouttière de récupération 11 intercepte les tronçons ou portions de jet déviées et non imprimées 12 alors que les portions non déviées et destinées à l'impression 13 sont dirigées vers le support à imprimer non représenté. Alternativement, et sans limiter la portée de l'invention, ce sont les portions de jet déviées qui peuvent être imprimées alors que les gouttes non déviées sont récupérées par la gouttière. On peut ainsi schématiquement décomposer la trajectoire du jet en trois zones A, B, C représentées en figure 1 : - zone A dans laquelle le jet fait face à l'électrode portée à la masse 100 : il ne subit donc aucune force électrique, - zone B dans laquelle le jet est en regard du bloc 7 d'électrodes de déflexion 8,9. La pression électrostatique est produite par les électrodes de déflexion alimentées en signaux électriques en opposition de phase. Elle s'exerce sur le jet et sa résultante produit une force de déviation plus ou moins importante sur la portion du jet en regard de l'électrode, - zone C dans laquelle les portions de jet déviées 12 ou non 13 suivent chacune un trajet que l'on peut qualifier de quasi rectiligne car, plus soumises à aucune force électrostatique. Jusqu'à présent, on sait que le principe d'impression impose de créer des tronçons de jet dits 7 � long � 12 pour en assurer la déflexion (ainsi que la récupération) et des tronçons de jet dits � courts � 6 pour l'impression. Pour optimiser la vitesse d'impression, les inventeurs ont décidé d'étudier l'influence de la durée ou période d'impulsion sur l'amplitude de déflexion des tronçons de jet pour un générateur de gouttes et un bloc d'électrodes donnés. Ils ont ainsi fait varier la durée d'impulsions, c'est-à-dire le temps Ti séparant deux impulsions consécutives. La figure 2 montre la courbe C illustrant le niveau de déflexion des portions de jet en fonction de leur longueur générée par la durée d'impulsions. Cette courbe se subdivise en trois : - une partie de courbe Cl pour laquelle la déflexion est quasi-nulle: cette longueur de tronçon de jet est typiquement inférieure à la hauteur du diélectrique Hd, - une partie de courbe C2: il s'agit d'une zone d'amplitude de déflexion intermédiaire dans laquelle plus on augmente la durée d'impulsion plus on augmente l'amplitude de déflexion ; en pratique, il s'avère que cette zone C2 est difficilement exploitable pour une tête d'impression donnée car il subsiste un risque que les tronçons de jet ainsi défléchis partiellement interceptent la gouttière de récupération. une partie de courbe C3 : zone dans laquelle l'amplitude de déflexion est maximale. Les inventeurs ont constaté que pour cette partie de courbe C3, c'est-à-dire au-delà d'une 8 longueur de tronçon limite, l'amplitude de déflexion devient indépendante de la longueur du tronçon. Ils ont alors conclu que le point de fonctionnement permettant la vitesse d'impression dite maximale est défini comme suit : la vitesse maximale étant celle correspondant au tronçon le plus court récupéré par la gouttière qui présente tout à la fois une amplitude de déflexion identique au jet continu, le point de fonctionnement optimal correspond alors au point dénoté Opt sur la figure, qui se situe à la jonction des deux parties de courbes C2 et C3. Après d'autres essais, ils ont alors constaté de manière expérimentale que ce point optimal Opt est atteint lorsque la valeur de la durée d'impulsion Ti combinée à la vitesse de jet Vj donne une longueur caractéristique de tronçon de jet Lc (égale à Ti x Vj) sensiblement égale au terme [2(l+a)He+Hd]. Le coefficient a vaut typiquement 0.5 et caractérise l'extension du champ électrostatique de part et d'autre du bord d'une électrode. Exprimé autrement, le tronçon de jet selon l'invention doit couvrir avantageusement deux électrodes consécutives. La mise en oeuvre d'une imprimante selon l'invention est ainsi avantageuse en exploitant exclusivement les zones Cl et C3. Le niveau de déflexion est ainsi quasi binaire ce qui facilite grandement l'implantation de la gouttière et plus précisément de son bec, et évite les risques d'interférence crées par des gouttes dont la déviation est mal contrôlée. 9 Aussi, l'invention a pour objet une imprimante à jet d'encre dans laquelle en fonctionnement d'impression on met à profit ce point optimal. Ainsi, les deux électrodes de déflexion 8, 9 sont alimentées par des signaux en opposition de phase et le générateur d'impulsions électriques 4 délivre à l'actionneur électromécanique 3 des impulsions calibrées avec une première période inférieure ou égale à Tc' créant des portions de jet inférieures ou égales à une première longueur hCl inférieure à la hauteur Hd du diélectrique afin qu'elles soient déviées au minimum par les électrodes de déflexion alimentées et selon une deuxième période Tc3 créant des portions de jet de longueur hc3 supérieure à [2He+Hd] en alternance avec les portions de jet de hauteur hcl; afin qu'elles soient déviées avec une amplitude comparable à celle du jet continu non brisé à la vitesse maximale d'impression. On obtient ainsi une déflexion deux niveaux. Partant du dispositif à deux électrodes décrit, les inventeurs ont également constatés que le nombre n d'électrodes peut être augmenté à 4, 6, afin d'augmenter la valeur de la déflexion. Le bloc d'électrodes comprend une pluralité de n électrodes (couple A, couple B) de hauteur individuelle He séparées individuellement d'un diélectrique de hauteur Hd afin d'augmenter l'angle de déflexion des portions de jet défléchies. Ainsi, lorsque le niveau de déflexion n'est pas suffisant avec une paire unique d'électrodes pour dévier les gouttes à une distance donnée de la 10 buse, on augmente le nombre d'électrodes afin d'augmenter le niveau de déflexion total. Selon la figure 4, le tronçon de jet de longueur hc3 est attiré une première fois par le couple d'électrodes A puis une seconde fois par le couple d'électrode B, et ainsi de suite pour les couples d'électrodes successifs qui se présentent en regard du tronçon d'encre dévié. Pour le principe d'impression par déflexion de jets d'encre, l'invention avec la pluralité d'électrodes n offre les avantages de pouvoir optimiser de manière relativement indépendante les paramètres de cadence de production des gouttes (vitesse d'impression) et l'amplitude de la déflexion. En d'autres termes, l'implantation d'une pluralité n d'électrodes de déflexion (figure 4) au lieu d'un couple unique d'électrode (figure 1) permet de dimensionner la tête d'impression (bloc d'électrodes et gouttière de récupération) pour satisfaire à la fois . - les exigences de vitesse d'impression (cadence élevée de production des gouttes), - les exigences d'amplitude de déflexion différentielle entre les tronçons ou portions de jet imprimés et non imprimés, un niveau de déflexion binaire pour faciliter le placement de la gouttière et donc la récupération des jets (ou portions) non imprimées. Selon une variante avantageuse, le bloc d'électrodes présente dans un plan selon la hauteur des électrodes un profil courbe tel que la distance 11 séparant ledit profil des portions de jet déviées est sensiblement constante sur la hauteur du bloc. Selon une variante complémentaire à la précédente, les n électrodes du bloc sont telles que la hauteur sensiblement égale à la hauteur de deux électrodes consécutives à laquelle est rajoutée la hauteur du diélectrique les séparant est inférieure à la longueur du tronçon de jet défléchi qui passe devant chaque couple d'électrodes consécutives Autrement dit, la relation entre l'espacement entre les électrodes ainsi que la hauteur des électrodes sera choisi de sorte que la hauteur (2He+Hd)j soit inférieure à la longueur du tronçon de jet (Hc3) qui passe devant à la côte J définie depuis la buse d'éjection de jet. En effet, sous l'action des forces de tension superficielle, la longueur du tronçon (initialement cylindrique) tend à se réduire pour former une goutte sphérique. Un tel espacement permet donc de compenser en quelque sorte l'action des forces de tension superficielle. Selon une variante complémentaire des deux précédentes, la distance qui sépare le point de brisure du jet du bas du diélectrique qui suit la première électrode suivant le sens d'avancement du jet est inférieure à la longueur du tronçon de jet défléchi. Autrement dit, la brisure du jet qui délimite la partie amont du tronçon Hc3 n'intervient que lorsque que l'extrémité aval du tronçon Hc3 couvre la première électrode He et le diélectrique Hd qui la prolonge. Cette configuration avantageuse permet de défléchir l'extrémité aval du tronçon Hc3 avec la 12 première électrode (n=1 en figure 4). On réalise ainsi un rebouclage électrique par la plaque à buse portée à la masse sans attendre de former un dipôle au moyen du premier couple d'électrodes (n=1 et n=2 en figure 4). Selon une première variante, les portions de jet déviées au minimum sont celles réalisant l'impression. Le générateur peut alors délivrer des impulsions de la première période inférieure ou égale à Tc' qui sont différentes afin de générer des portions de jets déviées au minimum avec des tailles différentes. On peut ainsi jouer sur les niveaux de gris d'une impression donnée, et donc d'augmenter la qualité d'impression. A titre d'alternative, selon une deuxième variante, les portions de jet déviées au maximum sont celles réalisant l'impression. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES La figure 1 est une vue en coupe d'une partie d'une imprimante à jet continu binaire conforme à l'invention, dans le cas où les gouttes déviées sont récupérées par la gouttière, La figure 2 montre la courbe expérimentale du niveau de déflexion d'un tronçon de jet en fonction de la longueur du tronçon de jet générée par des durées d'impulsions variables, La figure 3 illustre un mode de réalisation préféré d'une partie d'imprimante selon l'invention comprenant une pluralité de couples d'électrodes, 13 La figure 4 illustre un mode de réalisation préféré du réseau d'électrodes selon l'invention qui prend en compte la dynamique de contraction du tronçon de jet. EXPOSE D'UN MODE DE REALISATION PARTICULIER D'autres avantages et caractéristiques ressortiront mieux à la lecture de la description faite en référence aux figures. Les figures 1 et 2 ont été commentées en 10 préambule. Les références des figures 1 et 2 désignant les mêmes éléments ont été reprises dans la figure 3. La figure 3 montre un mode de réalisation préféré selon lequel le bloc d'électrodes 100 comprend 15 deux couples 81, 91 et 82, 92 de hauteur individuelle He et séparées l'une de l'autre par un diélectrique 101, 102 de hauteur identique Hd. Le bloc 100 présente un profil courbe P qui permet aux portions de jet défléchies 12 d'être à une 20 distance sensiblement constante des électrodes en regard sur toute la hauteur du bloc. La figure 4 présente l'évolution d'un tronçon de jet défléchi dont la longueur tend naturellement à se réduire sous l'action de la tension 25 superficielle 12A, 12B, 12i. Toute extrémité 200 d'un tronçon de jet donné (12C par exemple) subit une force de rappel (force capillaire) qui rapproche mutuellement les extrémités pour donner au final une forme sphérique au 30 tronçon de jet initialement de forme cylindrique. La 14 longueur du tronçon 12i se réduisant au fur et à mesure qu'il avance devant les électrodes, ce dernier peut ne plus couvrir au moins deux électrodes consécutives et donc ne plus être défléchi. Il est donc avantageux d'adapter l'espacement entre les électrodes (diélectrique) ainsi que la longueur des électrodes de sorte que la hauteur (2He+Hd)j soit inférieure à la longueur du tronçon de jet (Hc3)j à la côte J définie depuis la buse 2. En fonctionnement d'impression, le générateur d'impulsions 4 est réglé de manière à alterner les gouttes déviées et non déviées : • un jeu d'impulsion avec une première période égale à Tc' permet de générer des portions de jet 6 de hauteur inférieure à la hauteur du diélectrique Hd, et créer ainsi des gouttes qui sont très peu déviées (avec un angle quasi-nul), • un jeu d'impulsion avec une seconde période optimale Tc3 crée des portions de jet 12 de hauteur sensiblement égale à 2He + Hd qui sont ainsi déviées avec une amplitude maximale comparable à cette du jet continu non fragmenté. Une telle imprimante permet d'obtenir une vitesse d'impression optimale avec les exigences voulues de déflexion différentielle binaire entre portions déviées 12 et non déviées 13 servant à l'impression. Dans une variante de réalisation, en fonctionnement d'impression, le générateur d'impulsions 4 est toujours réglé de manière à alterner les gouttes déviées et non déviées, mais le jeu d'impulsion 15 exploité pour générer des portions de jet 6 de hauteur inférieure à la hauteur du diélectrique Hd, et créer ainsi des gouttes qui sont très peu déviées (avec un angle quasi-nul) utilise des durées variables qui peuvent être inférieures ou égale à Tc' de manière à créer des gouttes de dimension variables inférieures à une dimension maximale donnée par la durée d'impulsion Tc'. Dans une autre variante d'impression, ce sont les gouttes déviées qui sont exploitées pour l'impression, alors que les gouttes non ou très peu déviées sont récupérées par la gouttière. Les portions de jet destinées à l'impression ont des longueurs sensiblement égales 2He + Hd, alors que la longueur des portions de jet récupérées est de taille plus faible, inférieures à Hd. REVENDICATIONS1. Imprimante à jet d'encre comprenant : - au moins un générateur de signaux électriques d'impulsion, - un générateur de gouttes (1) comprenant une multitude de buses (2) d'éjection d'encre en parallèle, alimentée par de l'encre sous pression en provenance d'une multitude de chambres de stimulation en communication hydraulique chacune avec une des buses; au moins un élément souple (3) dont la déformation provoquée par un actionneur électromécanique alimenté électriquement par le générateur de signaux impulsions module de volume de la chambre de stimulation afin de fractionner en tronçon le jet continu d'encre émis selon l'axe de chaque buse et, - un bloc d'électrodes (7) décalé par rapport à l'axe (Z) de chaque buse et comprenant au moins deux électrodes de déflexion (8, 9) de hauteur individuelle He séparées l'une de l'autre par un diélectrique de hauteur Hd, dans laquelle en fonctionnement d'impression, les deux électrodes de déflexion (8, 9) sont alimentées par des signaux en opposition de phase et le générateur délivre à l'actionneur électromécanique des impulsions calibrées avec une première période inférieure ou égale à Tc' créant des portions de jet inférieures ou égales à une première longueur hCl inférieure à la hauteur Hd du diélectrique afin qu'elles soient déviées au minimum par les 17 électrodes de déflexion alimentées et selon une deuxième période Tc3 créant des portions de jet, en alternance individuellement avec les portions de jet de longueur inférieure ou égale à hCl, et d'une deuxième hauteur hc3 sensiblement égale à 2He + Hd afin qu'elles soient déviées avec une amplitude comparable à celle du jet continu non brisé à la vitesse maximale d'impression. 2. Imprimante selon la revendication 1 dans laquelle le bloc d'électrodes (7) comprend une pluralité de n électrodes (couple A, couple B) de hauteur individuelle He séparées individuellement d'un diélectrique de hauteur Hd afin d'augmenter l'angle de déflexion des portions de jet défléchies. 3. Imprimante selon la revendication 2 dans laquelle le bloc d'électrodes (7) présente dans un plan selon la hauteur des électrodes un profil courbe (P) tel que la distance (d) séparant ledit profil des portions de jet déviées est sensiblement constante sur la hauteur du bloc. 4. Imprimante selon la revendication 2 ou 3, dans laquelle le bloc d'électrodes (7) présente n électrodes telles que la hauteur (2He+Hd)j sensiblement égale à la hauteur de deux électrodes consécutives (n-1, n) à laquelle est rajoutée la hauteur du diélectrique les séparant est inférieure à la longueur du tronçon de jet défléchi (12B) qui passe devant chaque couple d'électrodes consécutives. 18 5. Imprimante selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, dans laquelle la distance qui sépare le point de brisure du jet du bas du diélectrique qui suit la première électrode suivant le sens d'avancement du jet est inférieure à la longueur du tronçon de jet défléchi. 6. Imprimante selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle les portions de jet déviées au minimum sont celles réalisant l'impression. 7. Imprimante selon la revendication 6, dans laquelle le générateur délivre des impulsions de la première période inférieure ou égale à Tc' qui sont différentes afin de générer des portions de jets déviées au minimum avec des tailles différentes. 8. Imprimante selon l'une des revendications 1 à 5, dans laquelle les portions de jet déviées au maximum sont celles réalisant l'impression.