Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.
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l`ETE D'IMPRESSION A JET D'ENCRE
ET TRACEUR INDUSTRIEL QUI EN EST EQUIPE.
L~invention concerne une tête d'impression à jet d'encre; elle concerne
plus particulièrement ses applications aux traceurs industriels.
Ces derniers se présentent sous des formes diverses, mais sont tous
composés d'une partie supportant les feuilles (supports) à tracer, d'une autre
5 partie supportant un ou plusieurs stylets, ces deux parties étant mises en
mouvement relatif, soit par déplacement des feuilles, soit par déplacement
des stylets, soit par une combinaison des deux méthodes.
Sur ces traceurs industriels, les stylets déposant l'encre sont souvent,
soit des stylos à bille, soit des pointes feutre, soit des pointes creuses à
10 0ncres spéciales du type encre de Chine.
Ces stylets présentent plusieurs inconvénients parmi lesquels on
peut citer la nécessité d'un contact nécessaire, lors de rimpression, entre
le support imprimé et le stylet. Or, suivant la technolo~ie du stylet et la
qualité de la surface du support imprimé, la qualité du tracé n'est pas
15 constante et n'est pas toujours la meilleure, notamment lorsque le support
à imprimer est abrasif en surface (papier...), ce qui entrâîne une durée de
vie du stylet souvent très courte et ceci quelque soit sa technologie.
Un autre inconvénient réside dans le fait que l'absence d'impression
lors d'un déplacement du support imprimé nécessite la levée du stylet, ce
20 qui entralne une perte de temps importante dans l'exécution du tracé. De
plus, à la reprise d'un trace, l'encre du stylet ne s'écoule pas toujours
instantanément, d'où des marques apparaissant en début de tracé.
Une difficulté surgit également au niveau de la compatibilité entre
l'encre, la technologie du stylet, et la qualité du support à imprimer qui
25 n'est pas évidente, ce qui a pour conséquence de limiter dans de fortes
proportions la qualité et la durée de vie du tracé sur son support. $n gén~ral,
pour chaque type de support (différentes qualités de papier, mylar, film
polyester...), il convient d'utiliser un type de stylet différent (stylos bille,pointes feutres, tubes creux...).
L'objet de l'invention permet de se soustraire à rensemble des
inconvénients énumérés ci-dessus, en proposant une solution de remplacement
aux stylets existants, par une tête d'impression jet d'encre continu, adaptée
aux besoins du tracé industriel.
~;~84743
-- 2
L'invention concerne plu8 pr~cisément une tête
d'impression à jet continu de gouttes calibrées, caractéri-
sée en ce qu'elle comprend:
(a) un dispositif d'alimentation en encre;
(b) un système de modulation ayant une buse d'éjection
reliee de fa,con operationnelle au dispositif d'alimentation;
(c) un système de charge disposée en aval de la buse
d'éjection de façon à pouvoir charger électrostatiquement
des gouttes d'encre éjectées par ladite buse;
(d) une première plaque de déflexion dispos~e en aval
du système de charge ~ proximité du trajet des gouttes
éjectées;
(e) une seconde plaque de déflexion disposee en aval du
système de charge à la même distance de celui-ci que la
première plaque, cette seconde plaque étant également placée
à proximité du trajet des gouttes et s'étendant dans un plan
perpendiculaire à celui de la première plaque; et
(f) une troisième plaque de déflexion disposée en aval
du système de charge à la même distance de celui-ci que les
première et secondeplaques, cette troisième plaque étant
placée à proximité du trajet des gouttes et s'étendant dans
un plan parallèle à celui de la première plaque et
perpendiculaire à celui de la seconde plaque; et
(g) un circuit électronique d'alimentation électrique
et de contrôle reliées aux première, seconde et troisième
plaques de déflexion pour polariser celles-ci en tension de
telle sorte que ces plaques génèrent ensemble un champ
électrique de déflexion des gouttes orienté selon un angle
~ pouvant varier de 0 à laO.
L'invention sera mieux comprise à l'aide de~
explications qui vont suivre et de~ ~igures ~ointes parmi
lesquelles:
9~;
~ '
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- 2a -
- la figure 1 illustre schématiquement la technique classigue du
jet d'encre;
- la figure 2 est une illustration des épaisseurs de traits variables
qui peuvent être obtenues par la technique du jet d'encre;
- la figure 3a et la figure 3b illustrent schématiquement et
respectivement une tête d'impression conforme à l'invention vue de face,
et les piaques de déflexion de ladite tête vue de dessus;
les figures 4a, 4b et 4c illustrent le fonctionnement du jeu de plaques
de déflexion de cette première variante de réalisation conforme à rinvention;
- la figure 5 représente un tracé sur un support avec des orientations
de la trame de points différents;
- la figure 6 illustre la trajectoire relative tête-support corrigée,
en fonction du rayon de rotation de la trame de points;
- les figures 7a et 7b illustrent respectivemen.t vue de face une
seconde variante de réalisation d'une tête d'impression conforme à rinvention
et, vue de dessus"a combinaison du jeu de plaques de déflexion coopérant
avec une gouttière de récupération à configuration adaptée;
- la figure 8 illustre le trajet des gouttes dans cette seconde variante;
- les figures 9a, 9b, 9c et 9d illustrent le fonctionnement des plaques
de déflexion de cette seconde variante;
- la figure 10 illustre la fonction jouée par la gouttière de récupération
adaptée;
- la figure 11 illustre une troisième variante de réalîsation d'un jeu
de plaques de déflexion selon l'lnvention;
- la figure 12 est un exemple de circuit électronique de commande
__ . , _ _ __.. __ _, _ _____, ~ , , . , , . _, ... . . .. _.___
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des tensions de déflexion;
- les figures 13 et 14 sont des diagrammes illustrant les paramètres
de commande de ces tensions.
Pour plus de clarté, les mêmes éléments portent les mêmes références
sur toutes les figures.
La figure 1 est une figure de l'art connu qui illustre la technique
d'impression à jet d'encre concernée.
Celle-ci consiste à réaliser un jet continu de gouttes calibrées (je)
fourni par un système de modulation (8) relié à un dispositif d'alimentation
en encre (80). Au niveau de la brisure du jet sortant de la buse d'éjection
l81), les gouttes sont chargées électrostatiquement au moyen d'électrodes
de charge (7). Des plaques de déflexion (35) créant un champ électrique
les dévient de leur trajectoire. L'ensemble de ces moyens de modulation,
d'éjection, de charge et de déflexion constitue la tête d'impression (T). Si
le support (S) sur lequel on désire écrire et la tête d'impression (T) sont en
mouvement relatif, on obtient la formation d'une matrice d'impression. Dans
l'exemple décrit, il s'agit d'un "M". Toutes les gouttes non utilisées sont
récupérées dans une gouttière (1) avant d'être recyclées dans le système
de circulation d'encre (2).
Comme le montre la figure 2, différentes épaisseurs de traits peuvent
être obtenues par juxtaposition de plusieurs gouttes. Des traits d'épaisseur
e = 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5 ont été représentés. Ils sont composés
respectivement d'un nombre de gouttes (nb) variant de 1 à 5 créant sur le
support un impact de l'ordre de 130 ,~m de diamètre.
On voit donc d'une part qu'il n'existe entre la tête d'impression et
le support aucun point d'appui, ce qui élimine les inconvénients majeurs
liés à ce contact, inconvénients que l'on rencontre dans les machines o~
l'on fait appel à un stylet pour effectuer un tracé sur un support. On voit
d'autre part gu'une seule tête d'impression permet d'obtenir des traits
d'épaisseurs différentes tandis que chaque épaisseur nécessite la mise en
oeuvre d'un stylet adapté dans le cas des machines à tracer classiques.
Cette description montre donc l'intérêt de remplacer les organes
de marquage généralement utilisés dans les machines à tracer industrielles
par une tête d'impression à jet d'encre; il s'agit là d'une application
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indiscutablement intéressante de la technique du jet d'encre au domaine
du traçage industriel.
La présente invention a également pour objet une nouvelle tête
d'impression particulièrement adaptée à cette application comme cela est
5 maintenant décrit. Il se trouve que, dans la technique du jet d'encre classique,
et comme cela est illustré au moyen de la figure 1, le jet imprime des colonnes
de points. Sur une machine de tracé industriel, le support peut se déplacer
dans toutes les directions par rapport au stylet. Or, dans la technique connue
du jet continu dévié, imprimant des colonnes de points (trames)1 ces dernières
10 sont toujours situées dans le même plan qui est, en général, perpendiculaire
au sens de déplacement de l'objet à marquer (voir figure 1).
Une des caractéristiques importantes de rinvention r~side donc
dans le fait que, grâce à un nouvel agencement des plaques de déflexion,
on obtient un champ électrique de déflexion des gouttes orientable. Dans
15 ces conditions, il devient possible de maintenir la colonne de points ~1 à
5 points dans l'exemple de la figure 2), composée d'un ensemble de gouttes
défléchies (trame) dans un plan toujours perpendiculaire au sens de
déplacement relatif du support à imprimer et quelque soit ce sens. Un circuit
électronique de commande coopère avec ce - nouveau jeu de plaques de
20 déflexions conforme à l'invention, circuit qui sera décrit ultérieurement.
De plus, dans certaines variantes de réalisation, une adaptation de la forme
de la gouttière contribue au succès du procédé.
Une première variante de réalisation d'une tête d'impression conforme
à rinvention est représentée, vue de dessus, sur la figure 3a tandis que la
25 figure 3b illustre le nouveau jeu de plaques de déflexion de cette tête, vu
de dessus.
On trouve un corps de modulation (8) recevant l'encre sous pression
comportant une buse d'éjection de l'encre formant le ~et d'encre, une électrode
de charge des gouttes assoclée à un détecteur (6) de passage des gouttes~
30 une gouttière (1) de récupération des gouttes d'encre non utilisees à
l'impression, associée à une canalisation de récupération (2) de rencre mise
en dépression (flèche f).
Conformément à l'invention, cette tête d'impression comporte une
combinaison de trois plaques de déflexion (3,4,5) afin de créer un champ
35 électrique de déflexion des gouttes chargées, orientable d'un angle pouvant
varier de 0 à 180. Deux de ces plaques (3) et (S) Sont parallèles entre elles
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et la troisième (4) est située dans un plan perpendiculaire aux précédentes.
Sel~n une autre caractéristique de l'invention, ce jeu de trois électrodes
de déflexion ~3,4,5) coopère avec une structure particulière de gouttière
de récupération (1), permettant l'orientation de 0 à 180 des gouttes
5 défléchies. Les gouttes tombent dans un orifice circulaire (la) réalisé dans
un prolongement rétréci (lb) du réservoir plat formant la gouttière (1). Cet
orifice est situé dans raxe de la tête (T).
Les figures 4a, 4b et 4c illustrent à titre d'exemple trois ~ngles
de déflexion des gouttes à savoir:
,~= ~o;
~B = 45;
,~ = 180.
A chacun des angles de déflexion correspond un champ électrique
(E) créé par combinaison de ralimentation en haute tension de chacune des
15 trois plaques.
Pour un anglep de 0, seule la plaque (5~ est alimentée.
Pour un angle ~S de 45, les plaques (4) et (5) sont alimentées
simultanément.
Pour un angle,~B de 180, seule la plaque (3) est alimentée.
Ces exemples de déflexions orientées sont faits sur le~ figures 4a,
4b et 4c, avec une trame (t) de 4 gouttes, le jet non défléchi étant représenté
par un point blanc (x) dans la gouttière (1). En changeant le nombre de gouttes
de la trame, comme expliqué figure a, il est alors possible de faire un tracé
en choisissant l'épaisseur du trait. Cette épaisseur de trait est conservée
25 quelque soit le sens de défilement du support, par orientation du champ
de déflexion. Celui-ci est orienté perpendiculairement au sens de défilement
du support par rapport à la tête de traçage.
Sur la figure 5 est représenté un tracé (100) sur ~upport ~non
représenté) avec des or~entations de la trame de points différentesJ de façon
30 ~ conserver une ~paisseur de trait constante (p ~ 180, 135, 90, 45, 0).
Par rapport à un point fixe de la t8te d'impression, suivant l'angle
de déflexion du moment, la trame de points ne tombe pas au mame endroit.
Aussi, il est nécessaire d'apporter une correction de trajectoire dans le
mouvement relatif tete d'impression par rnpport au support à imprimer en
35 fonction de l'angle retenu dans la déflexion de la trame de points.
Sur la Iigure 6 ~st raprésentée, ~n fonction du rayon de rot~tion
-- 6 --
~R) de la trame de points autour de l'axe de la gouttière, la trajectoire relative
tête-support corrigée (tr), pour un tracé de courbe donné (tc). Cette variante
de tête d'impression pour tracé par jet d'encre nécessite un programme de
correction de trajectoire de tracé de courbe prenant en compte le rayon
de déflexion de la trame de points servant au tracé.
Une seconde variante de réalisation d~une tête d'impression selon
ltinvention est illustrée au moyen des figures 7a et 7b, de la figure 8 et des
figures 9a, 9b, 9c et 9d. Comme précédemment, la figure 7a représente
schématiquement la tête d'impression vue de face et la figure 7b, le jeu
10 de plaques de déflexion vu de dessus avec la gouttière (1) de récupération
présentant une forme originale et adaptée à cette application. Le nombre
de plaques de déflexion est ici encore égal à trois. On y retrouve les mêmes
éléments que dans la variante précédente. Dans cette solution, seules changent
la forme de la gouttière ainsi que la façon d'utiliser les gouttes pour
15 l'impression. En effet, les gouttes non utilisées pour l'impression sont cette
fois systématiquement défléchies dans la gouttière (1) qui, selon une
caractéristique de rinvention, comporte une goulotte de réception (111)
demi-circulaire. Les gouttes utilisées pour rimpression sont, quant à elles,
défléchies de telle sorte que le centre de la trame de points imprimés,
20 quelqu'en soit le nombre, soit dans raxe de la tête, et donc au centre de
la goulotte (111) demi-circulaire de la gouttière (1). L'exemple en est donné
figure 8 avec une trame de cinq points, figure où n'appàraissent que le système
de modulation et la gouttière (1) avec sa goulotte demi-circulaire (111).
Sur les figures 9a, 9b, 9c et 9d sont représentées schématiquement
25 plusieurs orientations du champ de déflexion, respectivement 0, 45, 90
et 180, avec une trame de quatre points. Les gouttes non utilisées pour
l'impression sont defléchies et représentées par la tache blanche (x) dans
la goulotte (111) de la gouttière (1) de récupération.
L'intérêt de cette archltecture est la possibilité da falre un tracé,
30 à épaisseur de trait programmable, en 30uant sur le nombre de gouttes, et
ceci en conservant cette épaisseur de trait quelque soit la tra3ectoire relativede la tête et du support imprimé, sans avoir à faire appel à une correction
de trajectoire relative de la tête par rapport au support comme cela était
le cas dans la variante précédente (figure 6).
Un autre avantage de cette seconde variante reside dans le fait
que la tête d'im~ression peut Supporter des accélérations importantes grâce
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a la disposition particulière de la gouttière de récupération (1). En effet,
lors d'une phase d'accélération (et de décélération) de la tête dans la direction
du vecteur (V0) représenté sur la figure 10, c'est-à-dire perpendiculairement
au plan de déflexion des gouttes; ceUes-ci sont légèrement déportées dans
5 l'axe du vecteur (V1) ~figure 10) au cours de leur trajectoire. Il y a donc
un risque pour les gouttes non destinées à l'impression de ne plus pouvoir
tomber dans la gouttière de récupération. La disposition de la gouttière
proposée dans la variante des figures 7 à 10 pallie cet inconvénient dans
la mesure où rarc de cercle formé par la goulotte (111) offre dans la direction
10 de (V1) une dimension de gouttière très grande par rapport aux autres
solutions.
Les deux avantages de cette seconde variante, à savoir l'inutilité
d'une correction d'une trajectoire et la possibilité de supporter de fortes
accélérations, en font une solution intéressante pour les applications où
15 la rapidité du tracé est importante.
La figure 11 illustre une troisième variante de réalisation d'une
tête d'impression selon l'invention. Dans cette configuration, quatre plaques
de déflexion (3,4,5,9) sont prévues. La plaque t9) est parallèle à la plaque
(4) et perpendiculaire aux deux autres (3,5). On a représenté un cas de figure
20 à titre d'exemple dans laquelle les plaques (4,5) sont sous tension. Le calcul
des distances (a) et (b) entre les plaques sera explicité ultérieurement. Pour
les besoins de maintenance de la tête d'impression, la quatrième plaque
(9) est prévue escamotable.
Conformément à l'invention et comme cela a déjà été dit
25 précédemment, un circuit de commande (C) des hautes tensions de déflexion
coopère avec une tête d'impression à déflexion orientable selon l'invention.
Le circuit de commande (C) des hautes tensions de déflexion a donc
pour rôle de porter aux potentiels adéquats les trois ~lectrodes (3), (4) et
(5) de la figure 3 (ou les trois ou quatre ~lectrodes de déflexion (3), (4), t5),
30 (9) dans les variantes des figures 7 et 11, afin que le plan de déflexion desgouttes soit perpendiculaire à chaque instant à l'axe du mouvement relatif
du support imprimé par rapport à la tête d'impression. Les tensions des
électrodes sont notées respectivement (V3, V4, V5, Vg).
Dans un exemple particulier de realisatioll représenté à la figure
35 12, l'angle ~) du mouvement relatif du surport imprimé par rapport à la
tête d~impression est transmis à un dispositif de commande (200). Ce dispositif
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de comm~nde (200) recherche à chaque Instant dans un mémoire (30) les
valeurs des tensions (V3, V4, V5, Vg) qu'il est nécessaire d'appliquer sur les
électrodes pour obtenir l'orientation de la trame suivant l'angle (,~) souhaité.Le même circuit (2~0) commande en permanence les dispositifs t201)
5 d'alimentation en tension des électrodes de déflexion. Ces tensions sont
caractéristiques d'une tête d'impression donnée. Un exemple de calcul des
valeurs de ces tensions est donné ci-après.
Les tensions des électrodes de déflexion sont ajustées de manière
à créer au niveau des gouttes un champ électrique résultant (E), dtune intensité10 donnée, et orienté dans le plan perpendiculaire à l'axe du mouvement relatif
du support imprimé par rapport à la tête d'impression.
Le calcul des tensions (V3, V4, V5, Vg) dépend de la géométrie de
la tête considérée et nécessite en toute rigueur la résolution du problème
physique de la distribution du potentiel électrique dans la tête d'impression,
15 en tenant compte des détails géométriques de la tête. Cette résolution peut
être faite par différentes méthodes, incluant des méthodes de résolution
numériques par ordinateur. Lorsque la position des gouttes est centrée par
rapport aux électrodes et que la taille des électrodes est grande par rapport
à celle de la trame, on peut obtenir une valeur approchée des tensions de
20 déflexions nécessaires pour obtenir le champ électrique de valeur (E) orienté suivant l'angle ~,B) souhaité.
On utilise dans ce cas les formules suivantes:
E = V~;~ et tan ¢~) = Ey/Ex;
les valeurs de (Ex) et (Ey) étant calculées à raide des formules données ci-
25 après.
~ 4 V ~ [ sinh (~2n ~ 1 )nb~20 ) c~s (~2n~ t ~'2~ ]
-Ex = n=O slnh((~n~ a)
4Vs n~ [cosh(~2~ 1a~b) sln(t2n~ ]
b n~O ~Inl~ 2n~ Ja~)
4 V n ~ [ sinh ((2n+ 1 ~h.~2~ oo~ ((2n~ 1 )r1~2
a .n O slnll~(2n+1
n~ ~cosh~(~n~)ns~ b) sln((~n~
_ 4V3 n~ s~n~ 211~1)
~2~4743
et:
_4 ~ c.o~h~21l+ 1)~ s) sin~(2n~
-E ~ = n=o sinh~2n~ 1 )Jlb~o)
4~5 ~ ~s~nh~(2n~1)na~b~c~o~ n~
n=O sinh~(2n+ 1 )rJs.'b)
4V n~ [cosh~(2n~ f2n~ sin~(2n~ f2) ]
+ n=O s~nh(~n~ 1 )TJbta~
4 V n ~ [ slnh ~t2n~ 1 ~rJ s~2b) ~os ~(~n~ 2) ]
b n=O sinh~(2n~ J~
.
lS Dans un exemple particulier d'application de la variante illustrée
au moyen de la figure 11, les distances entre les électrodes sont a = b =
5 mm, et l'électrode (9) est au potentiel 0 volt. La figure 13 donne la relationnécessaire entre les valeurs des tensions (V3), (V4) et (V5) afin que la valeur
du champ électrique résultant au point (j) situé sur l'axe du jet non défléchi,
20 soit: E = 0,25 MV/m.
En pratique et à titre d'illustration, pour un angle ~) = 60C~ la figure
14 donne (V5) = 750 volts et (V3) = 0 volt. La figure 13 donne alors (V4) =
1300 volts. La valeur du champ résultant est, dans ces conditions, égale
à û,25 MV/m.
D'autres combinaisons de tension peuvent être envisagées pour obtenir
ce résultat. Ces combinaisons découlent des mêmes équations.
Dans l'exemple donné, la buse d'éjection de l'encre a un diam~tre
interne de 25 microns, et les tensions appliqu~es sur l'électrode de charge
sont de l'ordre de lS0 volts au maximum pour obtenir les largeurs de traits
30 souhaitées (0,1 à 0,4 mm).
Comme cela a déjà été dit précédemment, une application privilégiée
d'une tête d'impression à jet continu et plus particulièrement d'une tête
d'impression à plaques de déflexion orientable se trouve dans le domaine
des traceurs industriels. Tout contact entre l'orgnne de marquage et le support
35 à marquer est évité avec tous les avantagcs que cela apporte. De plus,
l'épaisseur du trait peut être ch~i~ie et maintenue constante quelque soit
l'axe du mouvement relatif de la tête par rapport au support. Enfin, même
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- 10 -
en phase d'accélération (décélération), la récupération des gouttes d'encre
non utilisées slavère possible grâce à la mise en place d'une gouttière de
récupération à géométrie adaptée.
