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DISPOSITIF PERMETTANT L'EMISSION D'UN JET STIMULE
~ DE M~TIERE SOUS PRESSION PAR UNE BUSE OBTURABLE
La présente invention concerne un dispositif
- permettant l'émission d'un jet stimulé de matière sous
pression par une buse obturable. Un tel dispositif
est utilisable en particulier pour réaliser des têtes
d'impression d'imprimante à jet d'encre.
En effet, les imprimantes à jet d'encre,
comme leur nom l'indique, génèrent des jets ou gouttes
d'encre à l'aide de buses d'éjection. Le pilotage de
la pression d'encre en amont de la buse permet de
démarrer ou d'arrêter l'écoulement du fluide à travers
l'orifice de la buse. La qualité des arrêts et
démarrages dépend essentiellement de la durée des
transitoires de pression pendant ces phases. Une
transition franche des valeurs de pression permet
d'obtenir une bonne directivité du jet au démarrage
et évite la formation d'un dépôt d'encre en sortie
de buse au moment de l'arrêt du jet.
Le passage du mode arrêt au mode impression
pose quelques problèmes, à savoir :
- la répétitivité des phases transitoires
qui est difficile à obtenir avec les moyens classiques
de pilotage sur le circuit pression que constituent
les électrovannes ;
- l'écoulement du fluide par la buse après
l'arrêt perturbe la stabilisation rapide du jet :
lorsque la température ambiante évolue,l'encre résidant
entre la buse et l'électrovanne peut se dilater et
provoquer un écoulement de fluide par la buse qui
perturbera le redémarrage du jet ;
- l'utilisation d'encres à séchage rapide
conduit au colmatage de la buse à la suite d'un arrêt
prolongé.
Différentes solutions ont été p~oposées pour
pallier ces défauts. Une de ces solutions consiste
à obturer la buse entre deux phases de fonctionnement.
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On peut résumer les solutions proposées pour
~pallier les risques de colmatage des buses en
mentionnant les documents suivants.
~Le document EP-A-54 905 divulgue l'utilisation
d'un moyen de fermeture électromagnétique de la buse
d'émission de jet pour éviter que l'air ambiant n'y
pénètre et s'applique au cas où l'encre d'impression
est un fluide magnétique. On explique notamment comment
les problèmes du circuit d'alimentation pour un fluide
magnétique sont résolus.
Le brevet US-A-4 199 767 décrit un moyen
d'obturation de buse constitué par une plaque pouvant
se déplacer devant la buse grâce à un champ magnétique.
Une idée similaire est présentée dans IBM Technical
Disclosure Bulletin, vol. 18, n~ 12, Mai 1976. Dans
les systèmes proposés, qui mettent en contact deux
parties solides pour obturer un orifice, il est
cependant nécessaire de prévoir des forces
électromagnétiques suffisantes pour décoller les
contacts à la suite d'un arrêt prolongé, un résidu
d'encre aux alentours de ces contacts ayant pu sécher.
Le document FR-A-2 540 044 décrit une solution
d'obturation de buse à l'aide d'électrovannes équipées
d'une partie souple montée sur la tige d'un élément
de translation. Cette fonction est utilisée pour générer
des gouttes à la fréquence des ouvertures et fermetures
de la buse. Cette solution est reprise dans le document
Wo 91/00808 dans le cas d'une utilisation en technologie
de jet continu dévié. Dans ce cas, l'élément de
30 translation à commande électromagnétique vient en appui
sur la buse par l'intermédiaire d'une partie souple
et isole l'encre du milieu ambiant pendant les arrêts.
Cette solution évite l'écoulement de l'encre et le
séchage de celle-ci en sortie de buse. De plus,
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l'ouverture de la buse est réalisée lorsque la cavité
d'encre se trouve en pression établie et permet ainsi
un démarrage stable et rapide du jet. L'emprisonnement
d'air dans la cavité au moment de l'arrêt est évité
et on supprime le phénomène de pulvérisation air/encre
au moment du démarrage du jet. Par contre, cette
solution présente un inconvénient sérieux à cause de
l'encombrement occasionné par le logement d'une part
de l'actuateur de stimulation de jet et, d'autre part,
de l'ensemble obturateur. La cavité en amont de la
buse doit recevoir ces deux fonctions soit de fa,con
coaxiale, soit selon deux axes distincts convergents
vers la buse.
Pour remédier aux inconvénients que présentent
ces dispositifs de l'art antérieur, il est proposé
selon la présente invention la mise en place d'un
obturateur de buse qui possède la particularité d'être
associé à la fonction stimulation du dispositif. Le
dispositif selon l'invention a l'avantage d'être
compact. Il assure l'obturation correcte de la buse
tout en garantissant des arrêts et démarrages de jets
corrects et répétitifs. Un avantage supplémentaire
réside dans le nombre réduit de pièces nécessaires
à sa mise en oeuvre.
L'invention a donc pour objet un dispositif
permettant l'émission de matière sous forme d'un jet
par l'intermédiaire d'une buse comportant au moins un
orifice d'émission, la buse pouvant communiquer avec
une cavité du dispositif par où transite ladite matière
et où elle est mise en pression pour permettre la
formation dudit jet sous l'effet de moyens de commande,
des moyens de stimulation étant situés à proximité de
la buse pour fractionner le jet en une succession
d'éléments, des moyens d'obturation de la buse en
l'absence d'émission d'un jet de matière étant prévus,
caractérisé en ce que les moyens d'obturation sont
constitués par un organe déformable, placé entre les
moyens de stimulation et la buse et solidaire des
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moyens de stimulation, l'organe déformable étant conçu
mécaniquement en fonction de la pression à laquelle est
soumise ladite matière pour posséder le fonctionnement
- bistable suivant :
- être dans une position d'obturation de la buse
- lorsque les moyens de commande n'autorisent pas
l'émission d'un jet de matière,
- être dans une position de libération de la buse
lorsque les moyens de commande autorisent l'émission
d'un jet de matière.
Dans le cas où l'émission d'un jet est
commandée par la pression existant dans la cavité,
l'organe déformable comprend une partie se trouvant
entre les moyens de stimulation et la buse, cette partie
étant reliée à un soufflet autorisant un déplacement
relatif de ladite partie par rapport à la buse, le
soufflet, soumis sur l'une de ses faces à la pression
de la matière dans la cavité, possédant des
caractéristiques mécaniques telles que pour une pression
de la matière n'autorisant pas l'émission d'un jet
ladite partie de l'organe déformable obture la buse,
et que pour une pression de la matière autorisant
l'émission d'un jet ladite partie de l'organe déformable
est écartée de la buse.
Les moyens de stimulation peuvent comporter
un corps allongé, le soufflet entourant le corps allongé
et étant fixé de manière étanche à ce corps allongé
de façon que l'espace compris entre le corps allongé,
le sou~flet et la partie de l'organe déformable renferme
un gaz. Ce gaz peut simplement être de l'air.
Avantageusement, lorsque l'émission d'un
jet n'est pas autorisée, ladite partie de l'organe
déformable est plaquée sur la buse, des moyens
d'étanciléité étant prévus entre ladite partie et la
buse.
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Les moyens de commande peuvent, selon une
autre variante, comprendre un actionneur agissant sur
l'organe déformable pour obturer ou libérer la buse.
Cet actionneur peut également servir de moyens de
stimulation du jet.
L'actionneur peut avantageusement être un élé-
ment piézo-électrique ou électromagnétique comprenant des
moyens pour recevoir une tension électrique continue afin
de forcer l'organe déformable à libérer la buse et une
tension alternative permettant de stimuler le jet.
Selon un mode de réalisation préféré de cette
variante, la buse peut être contenue dans une plaque
à buse, l'organe déformable peut être une membrane
maintenue dans le dispositif par sa périphérie, la
plaque à buse, la membrane et l'actionneur formant
une succession d'éléments empilés et centrés sur la
buse, la plaque à buse possédant l'une de ces faces
principales en contact avec un conduit d'amenée de
ladite matière et l'autre de ses faces principales
adjacente à la membrane, une communication étant prévue
entre les deux faces principales de la plaque à buse
pour le passage de ladite matière.
L'invention va être maintenant décrite en
prenant pour exemple d'application une tête d'impression
dlimprimante à jet d'encre bien qu'elle puisse
s'appliquer à l'émission d'un jet stimulé d'une autre
matière. L'invention sera mieux comprise au moyen
des dessins annexés parmi lesquels :
- la figure 1 représente, en vue éclatée,
un dispositif de stimulation ou de modulation pour
tête d'impression à jet d'encre selon l'art connu,
- la figure 2 représente, vu en coupe
longitudinale, le canon du dispositif de modulation
équipé de son résonateur et où est mise en oeuvre la
présente invention,
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- la figure 3 représente un élément d'une
- autre variante de dispositif de modulation mettant
en oeuvre la présente invention.
La solution proposée par l'invention va
maintenant être appliquée au dispositif de modulation
divulgué par le document FR-A-2 653 063. Ce dispositif
est représenté en vue éclatée à la figure 1, les
éléments représentés à la partie droite de la figure
se situant normalement dans le prolongement de la partie
gauche supérieure.
Le dispositif comporte un support 1 qui est
destiné à être fixé sur la structure mécanique de la
tête d'impression (voir la figure 1 du document
FR-A-2 653 063). Le support 1 possède une partie
tubulaire 4 d'axe confondu avec l'axe du jet d'encre.
Dans cette partie tubulaire 4 vient se loger le corps
2 du canon 3 qui est une pièce de forme générale
cylindrique, d'axe de révolution confondu avec l'axe
de la partie tubulaire 4. Le canon 3 est percé de part
en part d'un trou axial 8.
Le corps 2 constitue la partie inférieure
du canon 3. Un épaulement 5 constitue la séparation
entre le corps 2 et la partie supérieure du canon 3.
Le corps 2 est pourvu d'une gorge supérieure 6 près
de l'épaulement 5 et d'une gorge inférieure 7.
L' extrémité inférieure 9 du corps 2 est filetée pour
recevoir l'écrou 10. Des trous radiaux 11, 12 percés
respectivement dans les gorges 6 et 7 assurent la
communication entre le trou axial 8 et les gorges 6
et 7.
Avant d'engager le corps 2 du canon dans
la partie tubulaire 4 du support 1, on enfile
successivement sur le corps 2 : le joint 13 en forme
de bague, l'entretoise tubulaire 14 et le jOillt 15
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également en forme de bague. Les diamètres moyens des
joints 13 et 15 correspondent au diamètre de
l'entretoise 14. Ceci fait que le joint 13, l'entretoise
14 et le joint 15 constituent un empilement.
Le corps 2 du canon 3, équipé du joint 13,
de l'entretoise 14 et du joint 15, étant introduit
dans la partie tubulaire 4, on visse l'écrou 10 sur
l'extrémité 9 du corps 2 par l'orifice inférieur de
la partie tubulaire 4. Le joint 13 vient en butée sur
l'épaulement 5 du canon et la force exercée par
l'écrou 10, en cours de vissage, sur le joint 15 se
répercute sur le joint 13 par l'intermédiaire de
l'entretoise 14. Les joints 13 et 15 sont des joints
expansibles sous l'effet d'une force. Le serrage
de l'écrou 10 provoque donc l'application des joints
13 et 15 sur la paroi interne de la partie tubulaire
4, assurant ainsi à la fois l'étanchéité au niveau
des joints et la fixation du canon 3 sur le support
1. Il faut remarquer que l'écrou 10 ne vient pas en
appui sur la partie tubulaire 4 du support. Son action
ne s'exerce que sur l'empilement joint 13 - entretoise
14 - joint 15.
L'entretoise 14 est pourvue d'une gorge
supérieure 16 et d'une gorge inférieure 17. Des trous
18 et 19 sont percés radialement et respectivement
dans les gorges 16 et 17. Au montage, les gorges 16
et 17 de l'entretoise 14 se trouvent en vis-à-vis des
gorges 6 et 7, respectivement, du corps 2.
Le support 4 est pourvu d'un raccord 21
d'introduction d'encre sous pression dans la partie
tubulaire 4 et d'un raccord 22 permettant la purge
de cette même partie tubulaire. Ces raccords 21 et
22 débouchent à proximité des gorges respectivement
16 et 17 de l'entretoise 14.
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Le résonateur 2S, permettant de stimuler
~ le jet d'encre, est introduit par son extrémité 24
dans le canon 3 par l'orifice supérieur du trou 8,
~ au travers du joint 20.-L'autre extrémité du résonateur
se prolonge par un câble électrique 23 vers un organe
de commande extérieur. Le câble 23 passe dans le trou
axial 27 de la bride 28.
La fixation du résonateur dans le canon se
fait de la fa,con suivante. Le résonateur 25 équipé
du joint 20 est enfoncé dans le trou 8 jusqu'à ce que
la face inférieure du joint 20 arrive en butée sur
un épaulement prévu dans le trou 8. Une collerette
26 du résonateur vient alors en butée sur la face
supérieure du joint 20. La bride est glissée le long
du câble 23 et sa partie inférieure filetée 29 se visse
dans la partie supérieure taraudée du trou 8 jusqu'à
venir presser le joint d'étanchéité 20.
Le fonctionnement du dispositif s'effectue
comme suit. L'encre sous pression injectée par le
raccord 21 baigne l'extérieur de l'entretoise 14 et
pénètre à l'intérieur par les trous 18 pour atteindre
la partie externe du corps 2 du canon. L'encre passe
dans les trous 11 de la gorge 6, pénètre à l'intérieur
du canon en baignant le résonateur 25 et se dirige
vers l'extrémité 9 du canon qui est terminée par une
rondelle (non visible sur la figure 1~ percée d'un
trou axial servant de buse d'émission d'encre. La purge
du dispositif se fait par retour de l'encre, grâce
aux trous 12, dans l'espace tubulaire compris entre
le corps 2 et l'entretoise 14 puis, grâce aux trous
19 de l'entretoise, dans l'espace tubulaire compris
entre l'entretoise 14 et la partie tubulaire du support.
L'encre est ensuite évacuée par le raccord 22.
Le jet d'encre stimulé par le résonateur
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25, se fait donc selon l'axe du dispositif ainsi que
~ le figure la flèche dessinée sous l'écrou 10.
Des trous latéraux prévus dans l'écrou 10,
~ le canon 3 et la bride 28 permettent d'effectuer des
réglages pour obtenir le bon alignement du jet d'encre.
Ces réglages sont expliqués dans le document
FR-A-2 653 063.
La figure 2 représente un canon 103 de
dispositif de modulation dans lequel est logé un
modulateur 125, ces éléments étant du type représenté
à la figure 1. Le modulateur 125 repose sur un
épaulement interne du canon 103 grâce à la collerette
126 avec interposition d'un joint d'étanchéité 120.
I1 comporte une partie d'extrémité 130 de diamètre
plus petit que le reste du modulateur, ce qui conduit
à la présence d'un épaulement 131. Un collet 132 relie
la partie d'extrémité 130 au reste du modulateur.
~ ntre le résonateur 125 et le canon 103 existe
une cavité 140 constituant une partie du trou axial
108 du canon et dans laquelle peut circuler de l'encre
introduite par le trou 111 et pouvant être évacuée
par le trou 112. Dans la cavité 140, l'encre est soumise
à l'action du résonateur 125.
A l'extrémité inférieure du canon 103 est
fixée une plaque 141 en forme de disque et pourvue
d'un trou central142 formant la buse. La buse 142 se
trouve en vis-à-vis de l'extrémité inférieure 124 du
résonateur 125.
Selon l'invention, un organe déformable 150
est placé entre le résonateur 125 et la buse 142.
L'organe déformable 150 comporte une partie 151en forme
de disque, de diamètre correspondant au diamètre de
la partie d'extrémité 130 du résonateur, une partie
annulaire 152 de liaison au résonateur et une partie
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intermédiaire 153 jouant le rôle de soufflet et
~ entourant la partie d'extrémité 130 du résonateur.
Le collet 132 du résonateur permet de centrer
aisément l'organe déformable 150 sur la partie
d'extrémité 130. Cet organe déformable peut être en
acier inoxydable et être fixé par soudure étanche sur
le résonateur. Un volume d'air est donc emprisonné
entre l'organe déformable 150 et la partie d'extrémité
~ 130 du résonateur.
Une rondelle d'étanchéité 161 en élastomère
ou en Téflon~, fixée sur le côté externe de la partie
151 en forme de disque, constitue une interface souple
entre l'organe déformable et la plaque 141. A la place
d'une rondelle, on peut mettre en oeuvre un revêtement,
par exemple de polymère fluoré, sur le côté externe
de cette partie 151.
Dans l'exemple d'application représenté à
la figure 2, l'obturateur de buse est du type passif.
Il est actionné grâce aux différentes pressions établies
dans le canon lors des phases d'arrêt et de démarrage.
Le soufflet 153 possède une course utile qui permet
un fonctionnement bistable de l'obturateur. Lors d'un
premier état, le soufflet précontraint repose sur la
plaque 141, ce qui provoque l'obturation de la buse.
Lors d'un deuxième état, le soufflet 153
se comprime sous l'effet de la montée en pression de
l'encre dans la cavité 140 jusqu'à ce que la partie
151 de l'organe déformable vienne en appui contre
l'extrémité 124 du résonateur. C'est la phase de
démarrage. La buse 142 est libérée et l'encre peut
être émise sous forme d'un jet.
Cette disposition permet le démarrage et
l'arrêt du jet à des valeurs de pression maîtrisées
en agissant sur les paramètres suivants : raideur
mécanique du soufflet, valeur de la précontrainte de
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fermeture, surface effective du soufflet. A titre
d'exemple, le soufflet peut être réalisé à partir d'une
feuille d'acier inoxydable de 20 ,um d'épaisseur.
Le dimensionnement optimal du soufflet assure,
suivant les états ouvert ou fermé des électrovannes
du circuit d'encre, les cycles suivants :
- arrêt du jet : coupure franche du jet à
la valeur de pression choisie et chute rapide de la
pression dans la cavité 140 par ouverture de
l'électrovanne de purge pendant la fermeture de
l'électrovanne de pression ;
- rafraîchissement de l'encre : l'ouverture
de l'électrovanne de purge puis de l'électrovanne de
pression permet de réaliser le rafraîchissement de
l'encre, la buse étant obturée (pression de
fonctionnement inférieure au seuil d'ouverture du
soufflet) ;
- démarrage du jet : la fermeture de
l'électrovanne de purge pendant la phase de
rafraîchissement provoque une brusque élévation de
pression dans la cavité 140 et décolle le soufflet
de la plaque à buse 141 à une valeur de pression
définie.
Une autre variante de dispositif de modulation
d'un jet d'encre est représenté à la figure 3. Ce
dispositif est fixé à une machine d'impression à jet
d'encre grâce à une bride 50 et comporte un corps
cylindrique 51 vissé à cette bride. A titre de variante,
le dispositif peut être fixé à la machine par le corps
cylindrique 51. Une plaque à buse 60 en forme de disque,
obtenue par exemple par découpe chimique et gravure
est disposée dans un logement de forme adapté, prévu
dans le fond 53 du corps 51. Le fond 53 est percé d'un
trou central 52 et comporte un conduit annulaire
d'arrivée d'encre 54 communiquant avec un circuit
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d'encre équipé de vannes de pression et de purge non
- représenté. La plaque à buse 60 comporte un conduit
annulaire 61 dirigé vers le haut et est percée d'un
- trou central 62 formant buse d'éjection ainsi que de
trous 63 (un seul est visible sur la figure) faisant
communiquer les conduits annulaires 54 et 61. Le volume
constitué par les conduits 54 et 61 et par les trous
de communication 63 forme l'équivalent d'une cavité.
La plaque à buse 60 est recouverte par une
membrane métallique 55 jouant le rôle d'obturateur,
un film souple 56 (en élastomère par exemple) étant
interposé entre la membrane 55 et la plaque à buse
pour assurer l'étanchéité. La membrane 55 et le
film souple 56 sont des éléments en forme de disque
maintenus à leur périphérie par le serrage résultant
du vissage du corps 51 sur la bride 50.
Un actionneur piézo-électrique 70 est rendu
solidaire de la membrane 55 et reçoit des signaux de
commande électriques grâce au câble électrique 71.
En variante, on pourrait utiliser un actionneur
électromagnétique.
Le fonctionnement du dispositif représenté
à la figure 3 est identique au dispositif de la figure
2. La raideur du montage assure les deux positions
stables aux valeurs de pression définies. Une tension
continue peut être fournie à l'actionneur 70 pour
permettre le soulèvement de la membrane 55 et du film
souple d'étanchéité 56 qui y adhère, libérant ainsi
la buse pour provoquer l'émission d'un jet d'encre.
L'application de cette tension continue permet d'obtenir
des transitoires de pression plus franches. La tension
continue peut être positive ou négative pour aider
à l'ouverture ou à la fermeture de la buse. Une tension
alternative à laquelle est éventuellement superposée
la tension continue permet de faire vibrer la membrane
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métallique 55 et de diviser le jet d'encre en une
- succession de gouttes. Lors de l'émission d'un jet,
la tension continue offre la possibilité de modifier
~ l'écoulement de l'encre grâce à une modification de
la valeur de la tension. Ceci permet de réguler la
vitesse du jet.
Cette disposition présente l'avantage de
la compacité tout en limitant le nombre de pièces pour
réaliser la fonction.
Parmi les avantages procurés par la présente
invention, on peut citer :
- la suppression des instabilités de jet
pendant les phases de rafraîchissement et d'arrêt en
évitant les à-coups de pression jet en marche,
- la coupure ou la mise en route correcte
du jet en assurant l'ouverture et la fermeture de la
buse à des valeurs de pression connues et répétitives,
- la suppression au démarrage d'une
pulvérisation d'air et d'encre en évitant l'introduction
d'air dans la cavité,
- le maintien en état de propreté de la sortie
de la buse en évitant les écoulements d'encre à l'arrêt.
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