Brevet FR3088242A1 — publié le 20200515

PROCEDE ET DISPOSITIF DE FORMATION DE GOUTTES À L'AIDE D'UNE CAVITÉ À FACTEUR DE QUALITÉ DÉGRADÉ DESCRIPTION ART ANTERIEUR L'invention concerne le domaine des têtes d'impression pour imprimantes à jet d'encre industrielles, par exemple les têtes d'impression multi-jets d'une imprimante à jets continus. Les têtes d'impression ont une cavité de formation des jets (ou des gouttes) de taille relativement limitée, par exemple 50 pmx50 pmx 50 pm. il se pose le problème de fabriquer des cavités de formation des jets (ou des gouttes) de taille plus importante. Avec certaines de ces têtes d'impression, par exemple celle décrite dans FR 2851495, on cherche à former, à partir d'un jet, une goutte « unique » ou individuelle, non accompagnée ou non voisine d'autres gouttes dans un jet continu. Selon ce document la fonction de transfert du système de stimulation est de préférence exempte de pics de résonance dans la bande passante du jet. Un autre problème est de générer des gouttes avec une coupure, par rapport au jet dont elle est issue, qui soit nette, en particulier sans entrainer la génération de goutte parasite. Un autre problème apparaît lorsque l'on souhaite, avec une cavité unique, alimenter plusieurs jets d'une même tête d'impression. On constate, en effet, que l'activation des moyens de stimulation génère souvent une multitude de signaux parasites, sous forme de « rebonds » qui viennent créer une coupure entraînant la génération de gouttes parasites et/ou la génération de bruit dans une ou des cavités voisines ou dans au moins une portion voisine d'une cavité unique alimentant plusieurs jets. Il se pose donc le problème de trouver un autre procédé et un autre dispositif de formation de gouttes qui permette de résoudre un ou plusieurs de ces 30 problèmes. EXPOSE DE L'INVENTION L'invention a d'abord pour objet un générateur de gouttes pour une tête d'impression d'une imprimante à jets continus, comportant : - au moins un conduit d'amenée d'encre dans une chambre de 5 stimulation, laquelle a un facteur de qualité Q inférieur à 2 et au moins une fréquence fr de résonance, par exemple typiquement comprise entre 30 kHz (ou 50 kHz) et 300 kHz ; - des moyens de stimulation d'une paroi de ladite chambre de stimulation; - une buse d'éjection d'un jet. 10 De préférence, la chambre de stimulation, ou une tête d'impression qui comporte ladite chambre de stimulation, est reliée à des moyens de mise sous pression permettant, pour au moins une viscosité de l'encre, par exemple comprise entre 1 cps et 10 cps ou 10 cps (ou même 20 cps), de générer un jet ayant une fréquence de coupure (F,) supérieure à la fréquence de résonance fr de la cavité 15 Selon une réalisation, le générateur comporte une couche, par exemple en Kapton, qui amortit les oscillations des moyens de stimulation transmises à la cavité. Cette couche est disposée entre les moyens de stimulation d'une paroi et cette paroi. Selon une autre réalisation, au moins une partie de la chambre de stimulation du générateur selon l'invention est en inox recuit. C'est par exemple la paroi 20 qui est munie des moyens de stimulation. De préférence, les signaux de stimulation, par exemple en forme de créneaux, sont séparés par une durée comprise entre, d'une part, 5 Lts ou 10 pts et d'autre part 30 pis ou même 40 pis. Les moyens de stimulation sont de préférence aptes à appliquer à la 25 chambre de stimulation des signaux de stimulation, dont le spectre comporte au moins ladite fréquence fr de résonance. De préférence, la chambre de stimulation a une longueur comprise entre 5000 µm et 500 [lm (par exemple mesurée dans le sens d'écoulement de l'encre dans la chambre), une largeur (par exemple mesurée perpendiculairement au sens 2 3 d'écoulement de l'encre dans la chambre), comprise entre 2000 km et 200 km et une épaisseur (mesurée selon un axe parallèle à l'axe d'écoulement du ou des jet(s)) comprise entre 500 km et 10 km. L'invention concerne également une tête d'impression multi-jets d'une 5 imprimante à jets continus comportant : - une pluralité de buses de formation de jets, chaque buse étant associée à une chambre de stimulation selon l'invention; - des moyens, par exemple au moins une électrode, de déviation de chaque jet ; 10 - une fente de sortie, ouverte sur l'extérieur de la tête d'impression et permettant la sortie des gouttes ou tronçons d'encre destinées à l'impression, - une gouttière de récupération des gouttes ou des tronçons non destinés à l'impression. L'invention concerne également un procédé de formation de gouttes 15 individuelles à l'aide d'une tête d'impression multi-jets telle que ci-dessus, dans lequel: - on produit au moins un jet, par exemple ayant une fréquence de coupure supérieure à la fréquence de résonance fr de la cavité; - on applique aux moyens de stimulation au moins un signal de d'activation, dont le spectre comporte au moins ladite fréquence fr de résonance. 20 BREVE DESCRIPTION DES DESSINS Des exemples de réalisation de l'invention seront maintenant décrits en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 représente une vue cavalière schématique d'une tête d'impression faisant principalement apparaître les composants de la tête d'impression 25 situés en aval des buses, - les figures 2A et 2B représente en coupe des générateurs de gouttes, auxquels l'invention peut être appliquée ; - la figure 3 représente un exemple d'une fonction de transfert de la cavité de la figure précédente, avec son pic de résonance, 4 - les figures 4A-4C représentent divers schémas temporels et fréquentiels, qui permettent d'expliquer la mise en oeuvre d'un procédé selon l'invention ; - la figure S représente des exemples de mesures d'admittance, dans 5 l'air et dans l'encre ; - la figure 6 représente la bande passante d'un jet, des résonances de la cavité, et la fréquence de résonance du jet; - la figure 7 représente une vue schématique d'une cavité d'une tête d'impression à laquelle l'invention peut être appliquée ; 10 - La figure 8 représente les blocs principaux d'une imprimante à jet d'encre pouvant mettre en oeuvre l'invention. Dans les figures des éléments techniques similaires ou identiques sont désignés par les mêmes numéros de référence. DESCRIPTION DETAILLEE DE MODES DE REALISATION 15 Une structure de tête d'impression à laquelle l'invention peut être appliquée est expliquée ci-dessous, en lien avec la figure 1. Cette tête comprend un générateur de goutte 1. Ce générateur comporte une plaque à buses 2 sur laquelle sont alignées, selon un axe X (contenu dans le plan de la figure), un nombre entier n (n>1) de buses 4x, dont une première 41 et une 20 dernière buse 4n. Par exemple 1 1), alignées suivant un axe X (perpendiculaire au plan de la figure 7). La représentation de chaque coupe garde la 20 même forme sur la distance allant, selon la direction X (perpendiculaire au plan de la figure 6), de la première buse 41 à la dernière buse 4r,. Dans cette tête d'impression, le générateur de gouttes selon l'invention peut être équipé d'une électrode 15 de blindage. En fonctionnement cette électrode peut être portée au même potentiel que l'encre. Des gouttes, qui se brisent en face de cette 25 électrode ne sont pas électriquement chargées, elles sont donc neutres. La tête d'impression est également munie d'un ensemble 6 de deux électrodes 14a, 14b, disposées le long du trajet d'un jet 40 produit par le générateur 1. Les 2 électrodes sont de préférence sensiblement à la même distance de la trajectoire hydraulique définie par l'axe d'un jet non dévié sortant de la buse 4; la zone d'influence 30 des électrodes 14a, 14b s'étend vers le jet 40, sur une courte distance. 15 Pendant une impression, une telle tête fonctionne de la manière suivante. Les 2 électrodes 14a, 14b permettent de générer un champ électrique E variable auquel est soumis le jet 40; pour ce faire, elles sont alors alimentées par des 5 potentiels variables. En particulier, selon une réalisation, les électrodes peuvent être alimentées de sorte que la moyenne temporelle du champ électrique E est nulle, ou quasi nulle ou faible (chaque électrode peut être alimentée par un signal haute tension variable, d'amplitude donnée Vo, de fréquence F et de forme identique mais présentant 10 un déphasage de180° entre elles). Ainsi le jet 40 est neutre électriquement dans la zone d'influence des électrodes 14a, 14b; cependant, les charges positives et négatives distribuées dans le jet 40 par les électrodes sont séparées (un dipôle électrique est donc induit dans le jet) de sorte qu'une déflexion peut être assurée (plus exactement : sous l'action des forces créées par les deux électrodes 14a, 14b le jet 40 est dévié de sa 15 trajectoire hydraulique et tend à se rapprocher des électrodes 14a, 14b). Ainsi, à tout instant, la quantité de charge de signe positif induite sur le jet 40 par l'électrode alimentée par un signal négatif est quasi égale à la quantité de charge de signe négatif induite sur le jet 40 par l'électrode alimentée par un signal positif (le jet reste de charge moyenne nulle). Il n'y a donc pas ou peu de circulation de charges électriques sur de 20 grandes distances dans le jet 40, en particulier entre la buse 4 et la zone d'influence électrique des électrodes. Dans une mise en oeuvre privilégiée, les 2 électrodes ont même géométrie (elles peuvent être de dimension identique h selon l'axe Z, séparées par un isolant électrique), et, lors d'une impression, les signaux électriques pour chaque 25 électrode sont d'amplitude, de fréquence et de forme identiques mais déphasés (en opposition de phase pour le couple d'électrodes). Le dispositif de la figure 7 permet donc d'obtenir une déflexion d'un jet continu 40 par l'intermédiaire de charges localisées, tout en ne chargeant pas l'ensemble du jet. Ce dernier reste neutre dans la zone d'influence des électrodes 14a, 14b tout en 30 séparant les charges positives des charges négatives. Toute autre combinaison 16 d'électrodes (taille, potentiel, répartition, nombre) permettant de remplir ces deux conditions satisfait à ce principe. Un exemple est illustré en figure 2B de FR 2906755 (non reproduite ici), dans laquelle l'ensemble d'électrodes comprend une alternance d'électrodes portées au même potentiel avec des électrodes portées au potentiel 5 inverse ; les électrodes sont séparées par des isolants, de préférence de dimensions et nature identiques entre eux. En variante, toutes les autres structures d'électrodes présentées dans le document FR 2906755 peuvent être mises en oeuvre, de même que les aspects concernant la réalisation des différentes solutions. En particulier la longueur des tronçons 10 de jet dits défléchis et ne servant pas à imprimer est de préférence supérieure ou égale à la hauteur totale h, du réseau d'électrodes 14a - 14b (mesurée suivant l'axe Z, voir figure 6; h, peut être de l'ordre de quelques millimètres, par exemple comprise entre 2 et 10 mm, par exemple encore 4 mm). L'invention permet de produire des gouttes individuelles, de taille 15 inférieure à la hauteur totale h, du réseau d'électrodes 14a - 14b, et qui ne seront donc pas déviées par l'action de celui-ci. En particulier, on peut régler la durée At qui sépare 2 impulsions 12,12, de sorte que les gouttes formées soient entièrement devant l'ensemble des électrodes 14a - 14b. Une autre tête d'impression à laquelle l'invention peut être appliquée 20 est celle décrite dans le document FR 2851495 ; elle comporte une électrode de charge, et une électrode de déflexion. Un dispositif selon l'invention est alimenté en encre par un réservoir d'encre non représenté sur les figures. Divers moyens de connexion fluidique peuvent être mis en oeuvre pour relier ce réservoir à une tête d'impression selon l'invention, et 25 pour récupérer l'encre qui provient de la gouttière de récupération. Un exemple de circuit complet est décrit dans US 7 192 121 et peut être utilisé en combinaison avec la présente invention. Quelle que soit la réalisation envisagée, les instructions, pour faire activer les moyens 35 en vue de produire des jets d'encre et/ou les moyens de pompage 30 de la gouttière, sont envoyées par des moyens de contrôle (encore appelés 17 « contrôleur »). Ce sont également ces instructions qui vont permettre de faire circuler de l'encre sous pression en direction des générateurs de gouttes, puis de générer les jets en fonction des motifs à imprimer sur un support 8. Ces moyens de contrôle sont par exemple réalisés sous forme d'un circuit électrique ou électronique ou d'un processeur ou 5 d'un microprocesseur, programmé pour mettre en oeuvre un procédé selon l'invention. C'est ce contrôleur qui pilote les moyens 35 pour produire un ou plusieurs jets d'encre et/ou de solvant, et/ou les moyens de pompage de l'imprimante, et en particulier de la gouttière, et/ou l'ouverture et la fermeture de vannes sur le trajet des différents fluides (encre, solvant, gaz). 10 Ce contrôleur, ou ces moyens de contrôle, peut assurer également la mémorisation de données et leur éventuel traitement. Ce contrôleur, ou ces moyens de contrôle, comporte les instructions pour mettre en oeuvre un procédé selon la présente invention et/ou pour commander la formation de gouttes selon la présente invention. 15 Quel que soit le mode de réalisation d'un dispositif ou d'un procédé selon l'invention, des moyens sont prévus pour appliquer les tensions nécessaires aux diverses électrodes, par exemple à l'électrode ou aux électrodes formant les moyens 6 ou 14a, 14b. Il s'agit par exemple d'une ou plusieurs sources de tension pilotée(s) par les moyens formant contrôleur de l'imprimante. 20 En figure 8 on a représenté les blocs principaux d'une imprimante à jet d'encre qui peut mettre en oeuvre un ou plusieurs des modes de réalisation décrits ci-dessus. L'imprimante comporte une console 300, un compartiment 400 contenant notamment les circuits de mise en condition de l'encre et des solvants, ainsi que des réservoirs pour l'encre et les solvants (en particulier, le réservoir auquel l'encre récupérée 25 par la gouttière est ramené). Généralement le compartiment 400 est dans la partie inférieure de la console. La partie supérieure de la console comporte l'électronique de commande et de contrôle ainsi que des moyens de visualisation. La console est hydrauliquement et électriquement reliée à une tête d'impression 100 par un ombilic 203. 18 Un portique non représenté permet d'installer la tête d'impression face à un support d'impression 8, lequel se déplace selon une direction matérialisée par une flèche. Cette direction est perpendiculaire à un axe d'alignement REVENDICATIONS1. Générateur de gouttes pour une tête d'impression d'une imprimante à jets continus, comportant : - au moins un conduit (28) d'amenée d'encre dans une chambre de stimulation (38), laquelle a un facteur de qualité Q inférieur à 2 et au moins une fréquence fr de résonance ; - des moyens de stimulation (34, 35, 35a) d'une paroi de ladite chambre de stimulation (38) ; - au moins une buse (4) d'éjection d'un jet (40). 2. Générateur de gouttes selon la revendication 1, comportant une couche (35a) qui amortit les oscillations des moyens de stimulation transmises à la cavité. 3. Générateur de gouttes selon la revendication 2, ladite couche (35a), qui amortit les oscillations, étant en Kapton. 4. Générateur de gouttes selon l'une des revendications 1 à 3, au moins une partie de la cavité étant en inox recuit. 5. Générateur de gouttes selon l'une des revendications 1 à 4, lesdits moyens de stimulation (41, 34, 35) étant aptes à appliquer à ladite chambre de stimulation des signaux de stimulation séparés par une durée comprise entre 5 ms et 40 us. 6. Générateur de gouttes selon l'une des revendications 1 à 5, lesdits moyens de stimulation (41, 34, 35) étant aptes à appliquer à ladite chambre de stimulation des signaux de stimulation, dont le spectre comporte au moins ladite fréquence fr de résonance. 25 30 20 7. Générateur de gouttes selon l'une des revendications 1 à 6, ladite fréquence de résonance frétantcomprise entre 50 kHz et 300 kHz. 8. Générateur de gouttes selon l'une des revendications 1 à 7, ladite 5 chambre de stimulation (38) ayant : - une longueur comprise entre 5000 [Tm et 500 [Tm ; - une largeur comprise entre 2000 µm et 200 iim; - une épaisseur comprise entre 500 mm et 10 ktm. 10 9. Tête d'impression multi-jets d'une imprimante à jets continus comportant : - une pluralité de buses (4) de formation de jets, chaque buse étant associée à un générateur de gouttes, ou à une partie d'un générateur de gouttes, selon l'une des revendications 1 à 8; 15 - des moyens (6, 14a, 14b) de déviation (14a, 14b) de chaque jet ; - une fente de sortie (17), ouverte sur l'extérieur de la tête d'impression (5) et permettant la sortie des gouttes ou tronçons d'encre destinés à l'impression ; - une gouttière de récupération (70) des gouttes ou des tronçons non 20 destinés à l'impression. 10. Tête d'impression selon la revendication 9, comportant en outre des moyens d'alimentation ou d'encre comportant au moins une pompe permettant, pour au moins une viscosité d'encre comprise entre lcps et 20 cps, une vitesse de jet, lequel comporte une bande passante dont la fréquence de coupure (F,) est supérieure à la fréquence de résonance fr de la cavité correspondante. 11. Procédé de formation de gouttes individuelles à l'aide d'une tête d'impression multi-jets selon la revendication 9 ou 10, dans lequel : 21 - on produit au moins un jet ayant une fréquence de coupure (Fc) supérieure à la fréquence de résonance fr de la cavité correspondante, - on applique aux moyens de stimulation au moins un signal d'activation, dont le spectre comporte au moins ladite fréquence fr de résonance. 5