CA1250486A - Circuit d'alimentation en encre d'une tete d'impression a jet d'encre - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne un circuit d'alimentation en encre d'une tête d'impression à jet d'encre du type comportant un réservoir d'encre. Le fond du réservoir comporte une première sortie reliée à une canalisation d'amenée d'encre vers une pompe de mise en pression alimentant le corps de la tête d'impression à travers une canalisation d'alimentation, et une entrée reliée à une canalisation de refoulement à travers laquelle transite l'encre non utilisée, prélevée au niveau d'une gouttière de récupération et aspirée à travers une canalisation de récupération au moyen d'une pompe de mise en dépression. Le fond du réservoir d'encre comporte en outre une seconde sortie reliée à une canalisation de mouillage reliée à la pompe de mise en dépression. Un viscosimètre placé en contrebas du réservoir d'encre est essentiellement constitué d'un récipient comportant trois électrodes qui y plongent à des niveaux différents et dont la fonction est de détecter un niveau haut et un niveau bas ce qui permet de mesurer le temps de remplissage avec de l'encre entre le niveau bas et le niveau haut et donc la viscosité de l'encre. Ce viscosimètre coopère avec un dispositif d'adjonction de solvant lorsqu'une valeur de consigne de la viscosité considérée comme limite est atteinte.

Description

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L'invention concerne un circuit d'alimentation en encre d'une tete d'impression à jet d'encre. Elle concerne également toute imprimante qui en est équipée.
Plusieurs problèmes se posent dans la technique de l'impression par jet d'encre dont les principaux sont rappelés ci-dessous. D'une part, l'orifice utilisé pour la formation du jet est de dimension réduite tde l'ordre de 75~ ~ et~il peut arriver qu'une poussière vienne l'obstruer. Il est important, dans ce cas d'avoir un moyen rapide permettant le débouchage de cet orifice.
D'autre part les qualités d'impression d'une telle imprimante sont intimement liées à la vitesse d'éjection de l'encre par l'orifice. La vitesse peut être altérée par une variation de pression de l'encre en avant de l'oriEice, ainsi que par une variation de la viscosité de l'encre. Celle-ci peu-t être due à une perte par évaporation du solvant de l'encre qui est souvent très volatile.
La présente invention a précisément pour but de résoudre tous ces problèmes et concerne un circuit d'ali-mentation en encre d'une imprimante présentant une archi-tecture simple et de fonctionnement très souple qui avec un minimum de composants (deux pompes et quatre élec-trovannes) permet d'obtenir notamment un contrôle de la pression et de la viscosité de l'encre.
~ 'invention concerne plus précisément un circuit d'alimentation en encre d'une tête d'impression à jet d'encre comprenant:
un réservoir d'encre, ledit réservoir ayant une entrée ainsi qu'un fond dans lequel sont prévues une pre-mière et une seconde sorties;
une première canalisation ayant (a) une premlère extrémité reliée à ladite première sortie dans le fond du réservoir, et (b) une seconde extrémité;

~A- ~
~ .....

~- 2 -une pompe de mise en pression reliée à ladite seconde extrémité de la première canalisation de sorte que la pompe de mise en pression est alimentée en encre;
des moyens de communication reliant la pompe de mise en pression à la tête d'impression pour alimenter iadite tête d'impression en encre;
une canalisation de mouillage ayant (a) une première extrémité reliée à ladite seconde sortie dans le fond au réservoir; et (b) une seconde extrémité;
une pompe de mise en dépression reliée à ladite seconde extrémité de la canalisation de mouillage;
une gouttière de récupération pour prélever l'encre non utilisée en provenance de la tête d'impression, ladite gouttière étant en communication avec la pompe de mise en dépression pour que celle-ci puisse aspirer l'encre non utilisée prélevée par ladite gouttière;
des moyens reliant la pompe de mise en dépression avec ladite entrée du réservoir d'encre pour transporter l'encre non utilisée au réservoir;
un viscomètre placé en contrebas du réservoir d'encre et comprenant un récipient, trois élec-trodes plon-geant dans le récipient à des niveaux différents pour dé-tecter un niveau haut d'encre et un niveau bas d'encre, ce qui permet de mesurer le temps de remplissage du réci-pient en encre entre le niveau bas et le niveau haut et donc la viscosité de l'encre; et des moyens d'adjonction de solvant dans le viscomètre lorsqu'une valeur de consigne de la viscosité
considérée comme limite est atteinte.
30Avantageusement, le circuit d'alimentation selon l'invention comporte en outre des moyens, incluant une combinaison d'électrovannes, capables d'assurer le débou-chage de l'orifice d'éjection de gouttes diencre de la tête d'impression.

._ . ~ .

- 2a -Des moyens de traitement des vapeurs de solvant avant leur évacuation dans le milieu ambiant peuven-t aussi être prévus.
L'invention sera mieux comprise à l'aide des explications qui vont suivre~ données à titre explicatif et nullement limitatif en regard des figures jointes parmi lesquélles:
- la figure 1 représente schématiquement un exemple de réalisation d'un circuit d'alimentation en encre d'une tête d'impression conformément à l'invention.
- la figure 2 représente schématiquement un exemple de réalisation d'un dispositif capable de mesurer la viscosité de l'encre coopérant avec le circuit de mise en pression de la figure 1.
Pour plus de clarté, les mêmes éléments portent les mêmes références dans toutes les figures.
La figure 1 représente donc schématiquement un circuit d'alimentation en encre d'une tête d'impression 10 à jet d'encre. Un tel circuit comprend essentielle-ment un circuit assurant la mise en pression de l'encreet un circuit assurant une mise en dépression, des-tiné
à aspirer au niveau de la gouttière de récupération 11 des gouttes d'encre 100 non utilisées.
L'encre est stockée dans un réservoir étanche 1 qui conformément à l'invention comporte une cloison interne 22 disposée parallèlement aux parois latérales du réservoir, donc perpendiculairement au fond (ab) de celui-ci.
Le niveau 38 de l'encre toujours inférieur à la hauteur 37 de la cloison interne 22 évolue depuis ce niveau jusqu'au bas du réservoir. Le niveau bas 21 de 17encre est détecté au moyen d'un capteur 42. Cette encre est acheminée ~ -.; -~ ~

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au moyen d 'une canalisation d 'alimentation 18 traversant le ~ond (ab) du réservoir 1 vers une pompe 5 mue par un moteur 4. Le débit de la pompe 5 est proportionnel à la vitesse de rotation du moteur 4.
L'encre débitée par la pompe 5 passe à travers un filtre 8, une canali-5 sation 190 à deux voies, I'une appelée canalisation d'alimentation portantla référence 20 qui l'achemine vers la tête d'impression 10, I'autre appelée canalisation de retour portant la référence 19 qui ramène l'encre à travers une fuite calibrée 17 vers la canalisation d'alimentation 18.
La fuite 17 permet de créer une chute de pression proportion-nelle au débit d'encre circulant dans cette dernière.
En fonctionnement normal, le débit dans la canalisation d'ali-mentation 20 est tout à fait négligeable par rapport au débit de la pompe 5 qui passe à travers la fuite 17. La pression de la canalisation l5 1~, en aval de la fuite 17 est voisine de la pression atmosphérique, ce qui implique par le débit en~endré par la fuite 17 et par la pompe 5, que les canalisations 19 et 20 se trouvent à une pression supérieure à la pression atmosphérique et quasiment proportionnelle à la vitesse de rotation du moteur 4.
Conformément à I 'invention un capteur de pression 9 est interposé sur la canalisation l9. Ce capteur 9 dans un exemple de réalisation comporte des contacts électriques 44 et 43 délimitant la zone de pression à respecter et un palpeur 45. Cette combinaison permet l'obtention d'un signal et la mise en oeuvre d'un dispositif électronique 25 associé (non représenté) qui assure en permanence l'asservissement de la vitesse du moteur 4 de manière que la pression dans ies canalisa-tions 19 et 20 conserve une valeur fixe et déterminée quelque soit la variation des paramètres qui la régissent tels, par exemple que des fuites internes à la pompe ou un mauvais calibrage de la fuite 30 17.
Ce premier circuit auxiliaire conforme à l'invention et réfé-rencé R2 assure donc une pression stable.
Selon une autre caractéristique de l'invention, un circuit de mise en dépression coopère avec le circuit de mise en pression décrit 35 précédemment dont la fonction est de récupérer au niveau de la gout-tière 11 les gouttes d'encre émises par la tête 10 et non utilisées pour l'impression.
Pour cela on utilise une pornpe dite à dépression 7 du même type que la pompe 5 dite de mise en pression. Ces deux pompes 5 5 et 7 peuvent être reliées au même moteur 4.
La pompe 7 est une pompe volumique qui engendre normalement un débit de liquide. Il peut s'agir par exemple d'une pompe à engrenage.
Les gouttes d'encre 100, récupérées au niveau de la gouttière 11 sont aspirées à travers une canalisation dite d'aspiration 27.
Ce résultat ne peut être obtenu que si la pompe 7 est capable d'engendrer un débit d'air et ceci dès la mise en route du système, lorsque la canalisation d'aspiration 27 est encore vide d'encre.
Ce type de pompe (à engrenage par exemple) peut présenter des fuites internes. S'il s'agit de liquide celles-ci sont négligeables, mais elles sont prépondérantes avec des gaz.
En revanche une telle pompe peut parfaitement fonctionner avec un gaz si ses éléments internes restent en permanence mouillés par un liquide, qui vient alors obturer les fuites. Conformément à
I 'invention, ce résultat est obtenu grâce à la combinaison de moyens 20 qui est maintenant décrite. Le fond (a, b) du réservoir I est équipé
d'une canalisation dite de mouillage 45 qui achemine à travers une fuite 25 de l'encre prélevée dans ce réservoir 1 vers la pompe de mise en dépression 7 ce qui a pour effet de mouiller en permanence ses éléments internes. Elle peut dans ces conditions accomplir pleinernen-t 25 sa fonction d'aspiration: à savoir aspirer de l'air par la canalisation 27. Le débit de l'encre en provenance de la canalisation 45 est limité
par la fuite 25 de façon à ce qu'il reste toujours inférieur au débit volumique engendré par la pompe 7. De cette façon cette dernière peut engendrer une dépression dans la canalisation 27 dont un prolon-30 gement 26 bouché en A est destiné à être raccordé le cas échéantà un dispositif de mesure de la viscosité de l'encre comme cela sera décrit ultérieurement. Ce fonctionnement de la pompe 7 a lieu et donc cette dépression est créée, même si la canalisation ~7 et son prolongement 26 contiennent de l'air en forte proportion.

La pompe 7, mouillée en permanence par de I 'encre en prove-nance du réservoir 1 à travers la fuite 25 aspire donc de l'air et de l'encre récupérée en provenance de la gouttière de récupération 11.
L 'encre et I 'air sont refoulés vers le réservoir étanche 1 par une cana-5 lisation dite de refoulement 28 et selon une caractéristique de l'inven-tion cette canalisation 28 est reliée à une conduite rigide 24 et perpendi-culaire au fond (a, b) du réservoir 1, située à l'intérieur du comparti-ment C délimité par la cloison 22. Cette encre refoulée provient évidem-ment de la gouttière 11 mais également de la canalisation de mouillage - 10 45- Aussi, même si aucun débit d'encre n'est récupéré au niveau de la gouttière 11, un débit minimum de retour d'encre vers le réservoir étanche 1 par la conduite rigide 24 se trouve maintenu grâce à I 'encre provenant du circuit de mouillage 45. Il en résulte l'obtention d 'un niveau constant 37, 1 'encre débordant au dessus de la cloison 5 interne 22.
L'air se trouve lui aussi refoulé dans le réservoir étanche 1. Il est évacué vers l'extérieur à travers un serpentin 39, un clapet antiretour 47 et une canalisation 46 qui plonge dans un liquide contenu dans un réservoir 3 qui piège le solvant contenu dans I 'air avant d 'être 20 remis à l'air libre par l'orifice 36. En effet, I'air récupéré au niveau de la gouttière 11 circule avec l'encre dans les canalisations 27 et 24, et se sature en solvant surtout si ce dernier est très volatile. Le rôle du serpentin est de condenser au maximum le solvant contenu dans l'air, solvant qui rejoint alors par gravité le réservoir 1. L'air 25 ne pouvant être complètement débarassé de toutes les vapeurs de solvant traverse donc le réservoir de barbotage 3 qui piège ces vapeurs par dissolution.
Si la gouttière 11 est bouchée, la canalisation 27 atteint la dépression maximale que peut engendrer la pompe 7. Si llimprimante 30 est arrêtée à ce moment, la canalisation27 aspirera de l'encre du réser-voir 1 qui ne pourra être remplacée que par de I 'air en provenance de l'orifice 36. Le clapet antiretour 47 évite dans ce cas le, retour de liquide de barbotage dans l'encre, ce qui impliquerait une purge complète des circuits.

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Le circuit, R2 de raccordement à la tête d'impression est mainte~
nant décrit. Le corps 10 de cette tête d'impression supportant l'orifice 41 créant le jet 100 peut être mis en pression à la demande de l'opé-rateur par une électrovanne 13 reliée à la tête par une canalisation 5 47. Une électrovanne 12 dite de purge relie la conduite 27 du circuit de mise en dépression à une canalisation 48 qui se trouve à la même pression que celle du corps 10.
En fonctionnement normal l'électrovanne 13 est en position ouverte et l'électrovanne 12 en position fermée.
Cette dernière accomplit trois fonctions essentielles. Première-ment, après un arrêt prolon~é de la machine, la canalisation 20, surtout si elle est longue peut contenir une encre dégradée. Il peut être utile dans ce cas de la remplacer par de l'encre fraîche en provenance du réservoir 1. Le débit du jet d'encre, ne peut pas permettre de faire 15 cette opération rapidement alors que l'ouverture de l'électrovanne 12 permet de créer un débit important dans la canalisation 20, et dans le corps 10 et donc de rafraichir l'encre rapidement.
L)euxièmement, la présence de cette électrovanne 12 permet un débouchage facile de l'orifice 41, s'il est par exemple obturé par 20 une poussière. On ferme pour cela l'électrovanne 13 et on ouvre l'élec-trovanne 12 de telle sorte que le corps 10 se trouve alors en dépression.
Dans ces conditions il est possible d'aspirer du solvant par l'orifice 41 et de chasser ainsi la poussière vers la canalisation 48.
Troisièmement, I'électrovanne 12 a pour fonction d'assurer, 25 lors de la procédure d'arrêt de l'imprimante un arrêt franc du jet d'encre. En effet, lorsque le jet fonctione, les conduites 47 et 48 qui sont sous pression, se gonflent légèrement surtout si elles sont en plastique et de grandes longueurs. Lorsque l'électrovanne 13 est fermée pour couper le jet, la rémanence de pression dans 47 et 4g fait que 30 le jet ne peut pas se couper immédiatement, vu son faible débit. Ceci entraîne inévitablement une pollution de l'environnement du jet, ce qui est à éviter. L'architecture originale du circuit d'alimentation en encre conforme à l'invention permet de pallier ces inconvénients.
En effet, lorsque l'on veut couper le jet, on ouvre l'électrovanne 1 peu de temps avant la fermeture de l'électrovanne 13. Lorsqu'intervient Ia fermeture de cette dernière, la rémanence de pression dans les canalisations 47 et 48 ne peut subsister par suite de l'ouverture préalable de I 'électrovanne 12. On referme alors celle-ci peu de temps après 5 la fermeture de l'électrovanne 13. Le jet s'est coupé franchement et l'environnement n'est pas souillé. La séquence d'ouverture et de fermeture des électrovànnes est programmée de manière connue.
La figure 2 représente schématiquement un exemple de réali-sation d'un dispositif capable de mesurer la viscosité de l'encre, appelé
10 viscosimètre V dans la suite de la description coopérant, conformément à l'invention avec le circuit, de mise en pression décrit précédemment au moyen de la figure 1. Il s'agit d'un troisième circuit R3.
Ce viscosimètre (V) est essentiellement constitué d'un récipient 14 relié au compartiment C délimité à l'intérieur du réservoir I posi-15 tionné par construction à un niveau supérieur à celui du récipient 14.Il faut rappeler que le niveau 37 du liquide est maintenu constant dans ce compartiment C. Ce récipient 14 comporte trois élec trodes 32, 33, 34 qui y plongent à des niveaux dif~érents et qui servent à
détecter un niveau bas et un niveau haut par conduction électrique.
20 11 faut se rappeler que l'encre est conductrice. L'encre sera au dessus du niveau bas (x) lorsque les électrodes 32 et 33 seront en court circuit;
en revanche l'encre sera au niveau haut (y) lorsque les électrodes (32) et (34) seront en court-circuit.
L'écoulement de l'encre par la conduite 30 permet de remplir 25 le récipient 14, I'équilibre des pressions aux surfaces de liquide 37 dans le compartiment C et 40 dans le récipient 14 est réalisé grâce à une canalisation 35 ne contenant que de l'air et des vapeurs de solvant.
Les différences d'altitudes entre le niveau constant 37, I'extré-mité de l'électrode 33 tcorrespondant au niveau bas) I'extrémité
30 y de l'électrode 34 (correspondant au niveau haut), le volume du réci-pient 14 et le diamètre de la fuite 29 étant connus, le temps de rem-plissage (tr) entre x et y ne dépend que de la viscosité de l'encre.
Une électrovanne 15 coopère avec le viscosimètre (V) de la manière décrite ci-dessous. L 'électrovanne 15 met en liaison le 35 fond du récipient 14 avec le point A, c'est-à-dire avec la canalisation 26 du circuit de mise en dépression décrit au moyen de la figure 1.

~2~ 6 L'encre du récipient 14 est alors aspirée par la conduite 31, ce qui permet de vider le récipient 14. 11 faut pour cela que le débi t de vidange dans la conduite 31 soit supérieur au débit de remplissa~e dans la canalisation d'arrivée 30. I orsque le niveau bas est attein~, I'électrovanne 15 est fermée, le récipient 14 se remplit à nouveau pour permettre une nouuelle mesure.
Lorsque la viscosité augmente à cause, notamment, d'une perte de solvant de l'encre, par évaporation, le temps (tr) de remplis-sage augmente. Dès qu'il atteint une valeur de consigne considérée comme limite, la viscosité est alors corrigée par adjonction de solvant.
Pour cela une électrovanne 16 est prévue pour relier une réserve 2 contenant du solvant pur avec le point A, c'est-à-dire la canalisation 26 qui est en dépression. Ce solvant est alors envoyé
par la pompe 7 vers le réservoir 1.
ll est aussi possible d'asservir en permanence le fonctionne-ment des électrovannes 15 et 16 en fonction des paramètres recueillis au niveau des électrodes 32, 33 et 34 du viscosimètre V et donc de corriger en permanence la viscosité de l'encre par ajout de solvant lorsque cela est nécessaire.
Le récipient 2 étanche est relié à la canalisation 35 qui permet le remplacement du solvant par de l'air sans le mettre en contact avec l'air ambiant, ce qui présente le grand avantage d'éviter les risques de pollution de l'environnement, notamment les odeurs indésirables. Il faut noter que l'air qui remplace les liquides utilisés tel que l'encre dans le réservoir 1, et le solvant dans le récipient

2 ne provient que de la gouttière de récupération 11. Le surplus d'air qui doit exister, s'échappe par l'orifice 36 après barbotage dans le réservoir 3. Les récipients 1 et 2 se trouvent donc en légère surpres-sion due à la hauteur de liquide dans le récipient 3.
Comme dans le cas de la figure 1, le circuit de couplage des deu~ électrovannes 12 et 13 est prévu et fonctionne comme cela a été décrit précédemment.
Une imprimante à jet d'encre équipée d'un circuit d'alimenta-tion d'encre conforme à l'invention permet de résoudre les principaux problèmes posés par ce type de machine, à savoir notamment:

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- I'obtention d'une pression stable;
- le contrôle de la viscosité de l'encre;
- le débouchage de l'orifice d'éjection du jet d'encre;
- I'arrêt franc du jet.
Tous ces résulta-ts sont obtenus au moyen d 'un dispositif simple, facile à mettre en oeuvre au moyen seulement de deux pompes et quatre électroYannes.
L'invention s'applique à tout type d'imprimante à jet d'encre.

Claims (8)

Les réalisations de l'invention, au sujet des-quelles un droit exclusif de propriété ou de privilège est revendiqué, sont définies comme il suit:

1. Circuit d'alimentation en encre d'une tête d'impression à jet d'encre comprenant:
un réservoir d'encre, ledit réservoir ayant une entrée ainsi qu'un fond dans lequel sont prévues une première et une seconde sorties;
une première canalisation ayant (a) une première extrémité reliée à ladite première sortie dans le fond du réservoir, et (b) une seconde extrémité;
une pompe de mise en pression reliée à ladite seconde extrémité de la première canalisation de sorte que la pompe de mise en pression est alimentée en encre;
des moyens de communication reliant la pompe de mise en pression à la tête d'impression pour ali-menter ladite tête d'impression en encre;
une canalisation de mouillage ayant (a) une première extrémité reliée à ladite seconde sortie dans le fond du réservoir, et (b) une seconde extrémité;
une pompe de mise en dépression reliée à ladite seconde extrémité de la canalisation de mouillage;
une gouttière de récupération pour prélever l'encre non utilisée en provenance de la tête d'impression, ladite gouttière étant en communication avec la pompe de mise en dépression pour que celle-ci puisse aspirer l'encre non utilisée prélevée par ladite gouttière;
des moyens reliant la pompe de mise en dépression avec ladite entrée du réservoir d'encre pour transporter l'encre non utilisée au réservoir;
un viscomètre placé en contrebas du réservoir d'encre et comprenant un récipient, trois électrodes plon-geant dans le récipient à des niveaux différents pour détecter un niveau haut d'encre et un niveau bas d'encre, ce qui permet de mesurer le temps de remplissage du réci-pient en encre entre le niveau bas et le niveau haut et donc la viscosité de l'encre; et des moyens d'adjonction de solvant dans le vis-comètre lorsqu'une valeur de consigne de la viscosité
considérée comme limite est atteinte.

2. Circuit d'alimentation selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens d'adjonction de sol-vant dans le viscomètre comprennent des première et seconde électrovannes, ladite première électrovanne étant en liaison avec le fond du récipient et avec ladite pompe de mise en dépression de sorte que lorsque la première électrovanne est ouverte, ledit récipient se remplit, et lorsque ledit récipient est vidangé la première électrovanne est alors fermée.

3. Circuit d'alimentation selon la revendication 2, caractérisé en ce que la seconde électrovanne est reliée entre la pompe de mise en dépression et une réserve con-tenant du solvant pur, de sorte que du solvant est fourni audit réservoir d'encre lorsque la seconde électrovanne est ouverte.

4. Circuit d'alimentation selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite réserve est étanche et reliée à une canalisation commune audit réservoir d'encre et au récipient du viscomètre de telle sorte que le sol-vant est remplacé par de l'air provenant de la pompe de mise en dépression.

5. Circuit d'alimentation selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce qu'il comporte un second réservoir muni d'un orifice afin que le surplus d'air s'échappe par cet orifice après barbotage dans ledit second réservoir.

6. Circuit d'alimentation selon la revendication 3, caractérisé en ce que la tête d'impression comprend en outre un orifice d'éjection de gouttes d'encre, et en ce que ledit circuit d'alimentation comporte en outre des moyens capables d'assurer un débouchage dudit orifice d'éjection des gouttes d'encre.

7. Circuit d'alimentation selon la revendication 6, caractérisé en ce que les moyens de débouchage compor-tent des troisième et quatrième électrovannes en communication avec ladite tête d'impression, de telle sorte que (a) l'ouverture de la troisième électrovanne crée un débit important dans la tête d'impression et assure ainsi une purge de l'encre dans cette tête, (b) la fermeture de la quatrième électro-vanne et l'ouverture de la troisième électrovanne permet une aspiration de solvant au niveau de l'orifice d'éjection pour ainsi déboucher cet orifice, et (c) l'ouverture de la troisième électrovanne avant la fermeture de la quatrième électrovanne empêche toute rémanence de pression dans des moyens de communication entre les troisième et quatrième électrovannes et la tête d'impression, assurant ainsi une coupure franche du jet d'encre.

8. Circuit d'alimentation selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens pour mesurer la pression existant dans les moyens de commu-nication entre la pompe de mise en pression et la tête d'impression.