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CIRCUIT D'ENCRE NOTAMMENT DESTINE A LA MISE EN PRESSION
DtUNE ENCRE A PIGMENTS POUR IMPRI11~ANTE A JET D'ENCRE.
L'invention concerne un circuit d'encre notamment destiné à la mise
en pression d'une encre à pigments pour imprimante: à jet d'encre.
On est amené, dans la technique de marquage, pour certaines applications,
par exemple lorsque les supports ont une couleur foncée, d'utiliser des encres
très chargées en pigments, telles que des particules d'oxyde de titane, qui
ont
pour effet de rendre l'encre opaque et blanche.
L'utilisation d'une telle encre dans lea machines classiques pose de
nombreux problèmes. En effet, on sait que dans un dispositif d'impression par
jet d'encre utilisant un jet continu de gouttes d'encre, celles-ci doivent
être amenées
sous pression à un ensemble appelé corps de modulation, possédant à son
extrémité
une buse de projection. Par ailleurs, les gouttes d'encre non utilisées pour
l'impression doivent être recueillies et ramenées au réservoir de récupération
pour circuler à nouveau dans le dispositif d'impression. Les qualités
d'impression
d'une imprimante de ce type sont étroitement liées à la vitesse d'éjection de
l'encre
par la buse. Cette vitesse peut être altérée par une variation de la pression
en
amont de l'orifice, ainsi que par une variation de la viscosité de l'encre qui
peut
être due à une perte par évaporation du solvant de l'encre qui est souvent
très
volatile.
En ce qui concerne les dispositifs de mise en pression de l'encre et de
récupération des gouttes d'encre non utilisées, il est d'usage, dans un
premier
type de machine, de mettre en ceuvre des pompes. C'est le cas du circuit
d'encre
décrït dans le brevet français n° 2:353.441 déposé par la Demanderesse.
Dans
l'application aux encres chargées en pigments, l'inconvénient vient du fait
que
ces pigments altèrent rapidement les pompes, ce qui nuit à leur fiabilité. De
plus,
les pompes créent des variations cycliques de pression nuisibles à la qualité
de
l'impression.
Il existe des dispositifs mettant en o~;uvre des réservoirs de gaz sous
pression. Cette technique impose l'emploi de réservoirs tampons pour la
récupération
des gouttes d'encre dans la phase de transfert ~du réservoir de récupération
vers
le réservoir principal. C'est le cas par exemple du circuit d'encre décrit
dans le
brevet français n° 2.405.819. La multiplication de ces réservoirs ne se
prête pas
facilement à la circulation d'une encre à pigments, ces derniers ayant
tendancé
CA 02026656 2000-06-O1
2
à se déposer par gravité au fond des réservoirs. Enfin, la mise en oeuvre de
réservoirs
sous pression de gaz, en principe de l'air comprimé, nécessite également une
deuxième source d'énergie pour les machines qui les emploient.
A ces problèmes s'ajoute, comme cela a été dit précédemment, celui
de la viscosité de l'encre. Pour le résoudre, la Demanderesse a mis au point
un
viscosimètre décrit dans le brevet français n° 2.353.441 déjà cité. Le
procédé
mis en oeuvre consiste à mesurer le temps de remplissage d'un réservoir â
partir
d'un autre par écoulement, par gravité, de l'encre à travers une fuite
calibrée.
L'invention a pour objet de pallier les inconvénients liés à la présence
des pompes ou des réservoirs d'air comprimé de l'art connu, tout en autorisant
la mise en oeuvre du procédé de mesure de la viscosité décrit dans le brevet
français
n° 2.353.441. Elle concerne un circuit général d'encre comportant un
premier
circuit de mise sous pression et un second circuit de mise en dépression
indépendant
du premier, fonctionnant à partir de moyens qui ne se trouvent jamais en
contact
avec l'encre. Dans ce circuit, des moyens. d'agitation de l'encre permettent
d'éviter
tout risque de sédimentation de pigments là où ils sont à craindre.
La présente invention vise in circuit d'encre pour
dispositif d'impression par jet d'encre continu,
comprenant:
des moyens de mise en pression d'un réservoir
d'alimentation en encre d'une tête d'impression;
des moyens de mise en dépression d'un réservoir de
récupération de gouttes d'encre, non utilisées durant une
opération de marquage;
un viscosimètre doté de moyens de mesure d'une
viscosité de l'encre; et
des réservoirs d'encre et de solvant reliés au
réservoir de récupération pour assurer des ajouts d'encre
et de solvant en fonction de variations de la viscosité de
l'encre;
le circuit étant caractérisé en ce que le viscosimètre est
relié:
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2a
au fond du réservoir d'alimentation par un circuit
d'encre et une électrovanne;
au fond du réservoir de récupération par un circuit
d'encre et une électrovanne;
à un premier circuit d'air branché aux moyens de mise
en pression par un circuit de dérivation et une
électrovanne; et
à une partie supérieure du réservoir de récupération
par un second circuit d'air et une électrovanne;
le viscosimètre réalisant en outre un réservoir de
transfert de l'encre entre le réservoir de récupération et
le réservoir d'alimentation.
L'invention sera mieux comprise à l'aide des
explications qui vont suivre et des figures jointes parmi
lesquelles:
~~~â~
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- la figure 1 est un schéma général illustrant la combinaison des moyens
mis en oeuvre dans le circuit d'alimentation en encre conforme à l'invention;
- la figure 2 est un schéma explicatif de l'un des éléments constitutifs
du circuit de la figure 1.
Pour plus de clarté, les mêmes éléments portent les mêmes références
dans toutes les figures.
Comme cela a été dit précédemment;, l'invention concerne un circuit
d'encre à pigments, adapté à l'alimentation d'une tête d'impression à jet
d'encre,
de telle sorte que tous les inconvénients liés à la présence de ces pigments
dans
l'encre, soient évités. L'architecture de ce circuit et la combinaison des
moyens
mis en oeuvre permettent en effet, pour cette application particulière, la
réalisation
des trois fonctions essentielles requises pour le bon fonctionnement d'une
imprimante à jet d'encre, à savoir:
- la mise en pression de l'encre pour assai°er le débit du jet d'encre;
- la récupération des gouttes non utilisées pour l'impression;
- le maintien de la bônne qualité de l'encre à une viscosité optimale ainsi
que le maintien du niveau de l'encre dans l'accumulateur.
A ces fonctions s'ajoute dans le circuit conforme à l'invention, une
quatrième qui est une fonction d'agitation permanente de l'encre dans le but
d'éviter
la sédimentation des pigments dans le fond des ré:cervoirs.
Comme ie montre la figure 1, la mise en pression de l'encre pour assurer
le jet est réalisée au moyen d'un réservoir accumulateur (6) d'encre qui est
mis
sous pression d'air: La génération de l'air comprimé est assurée à travers un
premier
circuit de mise en pression par une première tête (9) d'un compresseur (7).
L'air
passe au travers d'un premier filtre (8) associé à un silencieux, puis
transite à
travers un second filtre, fait de ...mousses filtrantes, situées à l'intérieur
de la
première tête (9) dite aussi tête de pression. Dans un exemple de réalisation
non
limitatif, le débit d'air de cette tête est de 1,6 m3/heure à la pression
atmosphérique. A la sortie de la tête de pres:>ion (9), une soupape tarée (10)
à
une valeur de seuil, par exemple 4,2 bars, limitE; la pression maximale
d'utilisation
dans le circuit. L'air transitant dans la canalisation (40) passe ensuite dans
un
régulateur {11) capable d'ajuster la pression avec précision avant de mettre
en
pression le réservoir accumulateur d'encre (6) lequel alimente la tête
d'impression
non représentée car faisant partie de l'art connu.
Une flèche (fl) schématise la sortie de l'encre de l'accumulateur (6) vers
l'ombilic et sa tête d'impression:
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La consigne de pression du régulateur (:ll) est ajustée par des moyens
de réglage (111) qui peuvent être la combinaison d'une vis et d'un volant par
exemple. Cette pression est contrôlée à l'aide d'un manomètre (12) monté à
travers
un raccord trois voies (62) sur la canalisation de mise en pression (40).
L'air sous pression entre dans le réservoir accumulateur (6) par sa partie
supérieure. Ce dernier est constitué d'un cylindre dans lequel coulisse un
flotteur
(13) qui a deux fonctions:
- la première est de réaliser une séparation entre l'air (a) sous pression,
et l'encre (e) afin de minimiser la migration de l'air dans l'encre;
- la deuxième est de permettre la détecti.ori~ des niveaux dans le réservoir
accumulateur (6) au moyen de deux détecteurs dc~ proximité {14h) pour le
niveau
haut et (14b) pour le niveau bas.
Le réservoir accumulateur (6) doit avoir une contenance suffisamment
grande' pour que la quantité d'encre qu'il contient permette le
rafraichissement
nécessaire de l'encre contenue dans les tuyau~s: de l'ombilic et dans la tête
d'impression.
Durant le fonctionnement de cette dernière, les gouttes inutilisées sont
récupérées dans une gouttière non représentée car faisant partie de la tête
d'impression, elle-même connue en soi, comme cela a été dit précédemment. Ces
gouttes récupérées sont ramenées vers un réservoir de récupération (2) comme
le montrent la flèche (f2), disposée sur la canalisation de récupération (41).
Pour
obtenir ce résultat, le réservoir de récupération (2) est mis en dépression au
moyen
d'un second circuit de dépression constitué d'une deuxième tête (15) du
compresseur
(7) fonctionnant en pompe à vide. Cette tête dE: dépression (15) est identique
à
la tête de pression (9) et ses caractéristiques débit/pression sont les mêmes.
On
trouve sur la canalisation (42), une soupape de aécurité (16) tarée à une
valeur
limite de la dépression tolérable dans le réservoir de récupération {2) et à
la sortie
de la tête (15) un filtre associé à un silencieux (:17). La dépression est
symbolisée
par la flèche (f3).
Il convient donc de noter que les moyens de mise en pression et en
dépression constitués respectivement du premier circuit comportant Ia
canalisation
générale (40) et le second circuit comportant ia~, canalisation (42), sont
distincts
l'un de l'autre et reliés à deux têtes (9) et (15) d'un compresseur unique (7)
dont
le fonctionnement assure la mise sous pression du réservoir accumulateur (6)
dtalimentation de la tête d'impression et la mise sous vide partiel du
réservoir
de récupération (2), ces deux canalisations (40) ea (42) étant, de plus,
totalement
- 4bis -
indépendantes des canalisations dans lesquelles circule l'encre.
Après avoir décrit la combinaison de deux circuits de pression (40) et
de dépression (42) branchés sur deux têtes (9, J'~5) d'un même compresseur (7)
conformément à l'invention, ainsi que le circuit ~de récupération (41) de
l'encre,
on décrit maintenant les moyens mis en oeuvre pour maintenir la qualité de
l'encre
et le niveau haut de celle-ci dans le réservoir accumulateur (6).
L'encre est en effet fortement volatile;, il faut donc en permanence
contrôler sa viscosité et la corriger en ajoutant, soit de l'encre, soit du
solvant.
Pour ce faire, un réservoir de solvant (20) et un réservoir d'encre (1) sont
prévus,
reliés l'un et l'autre, via un filtre {50s) et (50e), et à travers une
électrovanne
(18e) et (18s), à la partie supérieure du réservoir de récupération (2) par
les
canalisations (51s) et (51e). Les deux réservoirs dE: solvant (20) et d'encre
(1) sont
à la pression atmosphérique. Le réservoir d'encres (1) est relié à la
canalisation
(40) d'air comprimé (circuit de mise en pression) à travers deux électrovannes
(24) et (25). Il est également relié au réservoir de transfert (2?) par la
canalisation
(47) via l'électrovanne (24). La mesure de cette viscosité est réalisée au
moyen
d'un viscosimètre (27) qui ést, par exemple, du type de celui qui est décrit
dans
le brevet français n° 2.353.441 déposé par la Demanderesse. Il s'agit
d'un réservoir
dans lequel transite l'encre provenant du réservoir de récupération (2) avant
d'être
envoyée dans le réservoir accumulateur (6). Ce viscosimètre (2?) est relié par
une canalisation (44), via une électrovanne (21), à la base dudit rëservoir de
récupération (2) et par une canalisation (45) via une électrovanne (23) â la
base
du réservoir accumulateur (6). La pression règnant dans le viscosimètre (27)
dépend
de la pression présente dans les deux canalisations (46) et (43) reliées
respectivement, via une électrovanne (22), au sommet du réservoir de
récupération
(2) et à la canalisation (43) entre les deux vannes {24) et (25).
Le rêservoir d'encre (1), celui de récupération (2), et le viscosimètre
(27) sont équipés de moyens de détection de niveau (28e), (28a), (28). Il
s'agit
d'électrodes plongeant dans le réservoir à des hauteurs correspondant pour le
réservoir d'encre (1) au niveau minimal (V) d'encre, pour le réservoir de
récupération
à trois niveaux, bas (Vl), moyen (V2) et haut (V3), enfin pour le viscosimètre
à
deux niveaux (V4) et (V5). La différence de hauteur entre (V4) et (V5)
constitue
un des paramètres autorisant la mesure de la viscosité, comme cela est
maintenant
expliqué.
Les moyens de mesure de niveau (28) ataachés au viscosimètre (27) sont
constitués par trois électrodes plongeantes dont deux sont au même niveau bas
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(V4) et la troisième à un niveau (V5) supérieur à (V4).
Les moyens de mesure de niveau (28e) attachés au réservoir d'encre (1)
sont constitués par deux électrodes déterminant le niveau (V).
Les moyens de mesure de niveau (28r) attachés au réservoir de récupération
(2) sont constitués par quatre électrodes plongeantes déterminant trois
niveaux
(V1), (V2)~ {V3)-
Les électrovannes (21) et (22) étant ouvertes, la pression du viscosimètre
(27) est en équilibre avec celle du réservoir de récupération (2), l'encre
s'écoule
dans la canalisation (44) à travers une fuite .calibrée (26) et passe dans le
viscosimètre (27). Le temps que met le niveau à passer de (V4) à (V5) est
mesuré.
Si ce temps est supérieur à une valeur de consigne:, la viscosité de l'encre
est trop
élevée et un ajout de solvant est effectué. Si c~e temps est inférieur ou égal
à
cette valeur de consigne, la viscosité de l'encre est faible ou bonne et rien
ne
sera fait. L'évaporation naturelle du solvant fera augmenter celle-ci. Il y a
donc
un asservissement entre les moyens de détection (28), les électrovannes (21)
et
{22) ainsi que l'électrovanne (18s) qui permet l'ajout de solvant. Lorsque
cette
dernière est passante, le solvant est aspiré par la canalisation (51s) vers le
réservoir
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de récupération (2) qui est en dépression. 11 en <at de même si de l'encre
neuve
doit être introduite dans le réservoir de récupération (2). L'électrovanne
(18e)
est mise en position passante et l'encre se trouve être aspirée à travers la
canalisation (51e) dans le réservoir de récupération (2) qui est en
dépression.
Lorsque le niveau haut (V5) du viscosimètre (27) est détecté, les
électrovannes (23) et (25) sont ouvertes et les électrovannes (21), (24), (22)
sont
fermées. Le viscosimètre (27) se trouve donc relié à l'air comprimé par ia
canalisation (43). Etant sous pression, l'encre qu'il contient est poussée
vers le
réservoir accumulateur (6) à travers l'électrovanne (23), une fuite (70) et un
filtre
(71). Le volume d'air correspondant au volume d'encre entrant dans ce dernier
s'échappe par le régulateur de pression (11). Un volume d'encre tampon (volume
sous le niveau bas (V4) du viscosimètre) reste dans celui-ci, de manière à
garantir
qu'à aucun moment, de l'air risque d'être envoyé dans le réservoir
accumulateur
{6), ceci pour laisser aux électrovannes (23) et (25) le temps de se fermer
après
la détection du niveau bas du viscosimètre (27).
Après un transfert d'encre du viscosimètre {27) vers ie réservoir
accumulateur (6), une bulle d'air sous pression est emprisonnée dans le
viscosimètre
(27). Cette bulle viendrait se détendre brutalement dans le réservoir de
récupération
(2) si les électrovannes (21) et (22) étaient réouvertes, entraînant ainsi une
chute
instantanée de la dépression dans le réservoir d~e récupération (2), et de ce
fait,
perturberait la récupération des gouttes non ut:ilïsées provenant de la
gouttière.
Donc, après un transfert, l'électrovanne (24) est ouverte quelques secondes,
les
autres électrovannes (21), (22), (23), (25) étant fermées pour détendre la-
bulle
d'air dans le réservoir principal (1) d'encre neuve qui, lui, se trouve à la
pression
atmosphérique.
L'électrovanne (24) est alors fermée et: les électrovannes {21), (22) sont
à nouveau ouvertes pour un nouveau remplissage du viscosimètre (27).
Les réservoirs de solvant (20), d'encre (1) et de récupération (2) comportent
un orifice de vidange (I00). A l'arrêt de l'imprimante, toute l'encre contenue
dans
le réservoir accumulateur (6) est ramenée dans'. le réservoir de récupération
(2),
ceci afin que l'encre soit brassée comme cela :>era expliqué plus loin. Pour
cela,
les électrovannes (23) et (21) sont ouvertes, ei: sous l'effet de la pression
d'air
dans le réservoir accumulateur (6), l'encre passe dans le réservoir
récupération
(2). Lorsque le niveau bas du réservoir accumulalteur {2) est détecté,
l'éiectrovanne
(23) est fermée et l'électrovanne (25) ouverte pour vider également le
viscosimètre
(27) dans le réservoir de récupération (2). En effet, la pression d'air ainsi
appliquée
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dans le viscosimètre pousse l'encre vers le réservoir de récupération (2) qui
est
en dépression. Lorsque le niveau bas du viscosimètre (27) est détecté, le
compresseur
est arrêté et les électrovannes (25) et (24) sont ouvertes pour détendre l'air
dans
le circuit d'encre afin que ce dernier ne reste pas sous pression.
L'imprimante
s'arrête alors. A la mise en marche de l'imprimante, le compresseur (7) ne
pouvant
pas démarrer en charge, les électrovannes (24) et (25) sont ouvertes pendant
quelques secondes, ceci pour mettre la tête de: pression {9) du compresseur
(7)
à la pression atmosphérique.
Selon une autre caractéristique de l'invention, des moyens sont prévus
pour agiter en permanence l'encre. En effet, afin de conserver à celle-ci une
bonne
homogénéité, et ceci quelque soit sa durée d'utilisation, il est impératif de
mélanger
l'encre en permanence. L'encre est brassée dans le réservoir principal d'encre
neuve (1) et dans le réservoir de récupération (2). Les moyens sont identiques
dans les deux cas. Il s'agit d'un barreau magnétique (3) recouvert de
polytétrafluoréthylène (PTFE) ou de polypropylène, coopérant avec deux aimants
(4) (visibles sur la figure 2) placés sur' un plateau tournant (144) entrainé
en rotation
par un moteur pas à pas (5). Celui-ci est alimenté tant que l'imprimante reste
connectée au réseau électrique. Sa vitesse de rotation est optimisée pour
garantir
une bonne homogénéité de l'encre et une faible Évaporation du solvant.
L'avantâge
d'un moteur pas à pas réside dans sa robustesse et ses performances de longue
durée de fonctionnement sans entretien, .ainsi 4ue dans son caractère
anti-déflagrant. Le plateau tournant (144) est constitué d'une plaque
métallique
sur laquelle sont collés les deux aimants permanents comme indiqué dans la
figure
2. Une forme particulière représentée sur cette figure a été choisie pour les
réservoirs. C'est un profil (P) tronconique qui permet de positionner
correctement
le barreau (3) au-dessus du plateau tournant (144).
Si l'imprimante reste plusieurs jours dféconnectée du réseau ëlectrique,
la sédimentation de l'encre dans le fond du réservoir est inévitable, et, à la
mise
sous tension de la machine, la vitesse de rotation des moteurs (5) est
fortement
diminuée pour éviter le désaccouplement magnétique de l'ensemble
barreau/plateau
tournant.
Lorsque l'imprimante est en position veille, toute l'encre du circuit est
stockée dans les réservoirs {1) et (2) uniquement.
