EP0042317A1 - Dispositif de génération de gouttelettes applicable notamment dans une imprimante à jet d'encre - Google Patents

Dispositif de génération de gouttelettes applicable notamment dans une imprimante à jet d'encre Download PDF

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EP0042317A1
EP0042317A1 EP19810400858 EP81400858A EP0042317A1 EP 0042317 A1 EP0042317 A1 EP 0042317A1 EP 19810400858 EP19810400858 EP 19810400858 EP 81400858 A EP81400858 A EP 81400858A EP 0042317 A1 EP0042317 A1 EP 0042317A1
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nozzles
nozzle
pressure wave
droplets
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EP19810400858
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Gérard Marichy
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Hotchkiss Brandt Sogeme HBS SA
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Hotchkiss Brandt Sogeme HBS SA
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/015—Ink jet characterised by the jet generation process
    • B41J2/02—Ink jet characterised by the jet generation process generating a continuous ink jet
    • B41J2/03—Ink jet characterised by the jet generation process generating a continuous ink jet by pressure

Definitions

  • the present invention relates to devices for generating discontinuous droplet jets which can be used in particular in ink-jet printers.
  • the present invention makes it possible to easily ensure the emission control of the drops from a plurality of nozzles arranged in at least one line and communicating with an enclosure. commune supplied with liquid.
  • the successive emission of the drops from each nozzle with a delay of a nozzle compared to the previous one is carried out by simple and inexpensive means.
  • the invention therefore applies particularly well to the case of ink droplet jet printers of the type in which the droplets which form or not receive an electrostatic charge and then pass through a device which deflects the charged droplets while the droplets uncharged are not deflected and reach the support to be marked or vice versa.
  • pressure waves are sent into the liquid in the direction of the nozzle line so that when a nozzle is subjected to a pressure wave, a droplet is generated.
  • a pressure wave generator is used which is arranged so that a pressure wave emitted by this generator reaches all of the nozzles of a line.
  • the pressure wave generator is arranged so that the wave surfaces make a significant angle with the line of nozzles.
  • a piezoelectric transducer can be used.
  • a plurality of pressure wave generators is used, each associated with a nozzle.
  • the line of pressure wave generators is associated with a line with delay so as to introduce a phase shift between the successive wave generators and thus subject one after the other the nozzles of the line to a pressure wave.
  • Piezoelectric generators can be used; the piezoelectric excitation line is produced for example using a ceramic bar on which independent electrodes are deposited.
  • a plurality of nozzles 1 are arranged in line in a plate 2 bathed on one side by a pressurized liquid, ink E for example.
  • each nozzle is a charging electrode 3 a ensuring a selective charge of the drops coming from L. nozzle.
  • means for the formation of the drops, means (not shown) for applying mechanical vibrations to the plate are provided.
  • the ink leaves the nozzles 1 in the form of a jet 6 and the vibrations cause the simultaneous formation of drops 7 of essentially uniform dimensions by the jets 6.
  • the drops are charged or not by the charge electrodes 3 a at the time of their separation from the jet and then pass between two deflecting electrodes 4, 5 between which a substantially constant potential difference is established.
  • the charged drops are deflected by the electrostatic field and intercepted by the inkwell 8 associated with the electrode 5.
  • the ink thus recovered is returned to the ink tank.
  • the uncharged drops pass between the two electrodes 4, 5 and strike the support to be marked 9, a sheet of paper or fabric for example which moves opposite the printer.
  • FIGS. 3 and 4 schematically illustrate an embodiment of a droplet jet printer using the invention.
  • a single charging electrode 3 disposed opposite the entire line of nozzles 1 is provided.
  • a pressure wave capable of reaching all of the nozzles is sent into the liquid E, towards the nozzles 1 and such that the pressure wave surface 11 makes a significant angle ⁇ with the line of nozzles.
  • the pressure wave will pass successively through each nozzle at different times, causing the successive formation of the drops.
  • the charging electrode 3 can therefore be controlled to successively ensure the selective charging of all the droplets.
  • Such an embodiment has the advantage of requiring only a single charging electrode.
  • Figures 5, 6 illustrate :: n embodiment of the pressure wave generator 11 in the liquid.
  • the plate 2 constitutes one of the confinement walls of an enclosure 12 supplied with liquid E under pressure. Opposite plate 2, the enclosure has an opening 13 provided with a seal 14. In this opening is introduced an electro-acoustic transducer 15 capable of periodically sending pressure waves into the liquid E.
  • This transducer comprises a piezoelectric ceramic 16, the active face 16a disposed opposite the plate 2 makes a significant angle with it.
  • the transducer 15 comprises a plexiglass plate 17 (for example) of thickness 1/4 of the ultrasonic wavelength emitted by the transducer associated with the active face 16 a of piezoelectric ceramic to achieve the acoustic coupling of the transducer and liquid medium in this case the ink with good energy efficiency.
  • the enclosure has cavities suitable for the attenuation of the reflected waves.
  • the electro-acoustic transducer can emit ultrasonic waves of frequency 32 Khz.
  • Figure 7 shows the printer's control electronics.
  • It comprises a generator 30 of square wave voltage, a delay 31, a gate 32 associated with the charge control 33, an amplifier 34 which is connected to the charge electrode 3 (FIGS. 3 and 4).
  • the electronic control 37 of the ultrasonic pressure waves emitted by the piezoelectric transducer 15 (FIG. 5, 6) is connected to the generator 30 at 35 by means of a counter 36. This causes the emission of the pressure wave at the end of n pulses, n being the number of nozzles in the line; it is also associated at 38 with the synchronization of control of the nozzle line.
  • the angle made between the active face of the piezoelectric ceramic 16 (or of the plexiglass plate 17) and the line of nozzles determines the delay of a nozzle with respect to the previous one as regards the successive emission of droplets.
  • a device in which the angle is adjustable.
  • FIGS. 8 and 9 illustrate another embodiment of a droplet generator requiring only a charging electrode 3 a if it is used in a printer similar to that of FIGS. 1 and 2.
  • the plate 2 is part of an enclosure or collector 21 supplied with liquid E under pressure.
  • the enclosure has an opening into which a piezoelectric ceramic transducer 22 is introduced which can periodically generate pressure waves in the liquid.
  • the line of piezoelectric transducers 22 is associated with an electrical delay line 23 ensuring a delay between the pulses sent to the successive transducers 22. So these will send one after the other a pressure wave to the nozzle associated with them.
  • This embodiment can therefore be used in the printer of FIGS. 3 and 4.
  • FIG. 9 illustrates an exemplary embodiment of the piezoelectric excitation line using a ceramic bar 24 on which independent electrodes 25 are deposited.
  • a delay line 23 could be used to control the piezo transducers. 22 without departing from the scope of the invention. Each transducer 22 can be controlled individually.
  • the plate 2 carries a single line of nozzles 1. Naturally this can have several lines of parallel nozzles. In this case, the same pressure wave generator acts on several lines at the same time.

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  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Abstract

Pour engendrer les gouttelettes on envoie dans le liquide E vers les buses (1), une onde de pression pouvant atteindre l'ensemble des buses et telle que la surface d'onde de pression (11) fasse un angle notable α avec la ligne de buses. Ainsi l'onde de pression passe successivement par chaque buse à des instants différents provoquant la formation successive des gouttes. L'invention s'applique aux imprimantes à jet d'encre.

Description

  • La présente invention concerne les dispositifs de génération de jets de gouttelettes discontinus pouvant être utilisés notamment dans des imprimantes à projection d'encre.
  • La présente invention permet d'assurer facilement la commande d'émission des gouttes à partir d'une pluralité de buses disposées selon au moins une ligne et communiquant avec une enceinte . commune alimentée en liquide. En particulier, l'émission successive des gouttes à partir de chaque buse avec un retard d'une buse par rapport à la précédente est réalisée par des moyens simples et peu coûteux.
  • L'invention s'applique donc particulièrement bien au cas des imprimantes à jet de gouttelettes d'encre du type dans lequel les gouttelettes qui se forment reçoivent ou non une charge électrostatique puis passent dans un dispositif qui dévie les gouttelettes chargées alors que'les gouttelettes non chargées ne sont pas déviées et atteignent le support à marquer ou inversement.
  • Selon l'invention, on envoie dans le liquide des ondes de pression en direction de la ligne de buse de manière à ce que quand une buse est soumise a une onde de pression, une gouttelette soit engendrée.
  • Dans un mode de réalisation de l'invention, on utilise un générateur d'onde de pression disposé de manière à ce qu'une onde de pression émise par ce générateur atteigne l'ensemble des buses d'une ligne. Dans le cas où l'on désire une émission successive des gouttes, le générateur d'onde de pression est disposé de manière à ce que les surfaces d'onde fassent un angle notable avec la ligne de buses. Pour ce faire, un transducteur piezo-électrique peut être utilisé.
  • Dans un autre mode de réalisation de l'invention, on utilise une pluralité de générateurs d'ondes de pression associés chacun à une buse. Dans le cas où l'on désire une émission successive des gouttes, la ligne de générateurs d'ondes de pression est associée à une ligne à retard de manière à introduire un déphasage entre les générateurs d'onde successifs et ainsi soumettre l'une après l'autre les buses de la ligne à une onde de pression. Des générateurs piezo-électriques peuvent être utilisés ; la ligne d'excitation piezo-électrique est réalisée par exemple à l'aide d'une barrette de céramique sur laquelle sont déposées des électrodes indépendantes.
  • La description qui va suivre, en regard des dessins annexés, donnée à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée.
    • La figure 1 est une vue schématique en coupe d'un mode de réalisation d'une imprimante réalisée selon une technique connue.
    • La figure 2 est une vue en coupe prise selon la ligne II.II de la figure 1.
    • La figure 3 est une vue schématique en coupe d'un mode de réalisation comportant un dispositif de génération de gouttelettes. selon l'invention.
    • La figure 4 est une vue en coupe prise selon la ligne IV.IV de la figure 3.
    • La figure 5 est une vue en coupe d'un exemple de réalisation d'un générateur d'onde de pression dans le liquide.
    • La figure 6 est une vue en coupe prise selon la ligne VI.VI de la figure 5.
    • La figure 7 est un schéma électronique de commande de l'imprimante.
    • La figure 8 est une vue en coupe d'une variante de réalisation d'un générateur de gouttelettes.
    • La figure 9 représente une variante de réalisation de la ligne d'excitation piezo-électrique du générateur de gouttelettes.
    • Les figures 1 et 2 illustrent schématiquement un mode de réalisation d'une imprimante à jet de gouttelettes réalisée selon une technique connue.
  • Une pluralité de buses 1 sont ménagées en ligne dans une plaque 2 baignée d'un côté par un liquide sous pression, de l'encre E par exemple.
  • En regard de chaque buse est disposée une électrode de charge 3 a assurant une charge sélective des gouttes provenant de L. buse.
  • Pour la formation des gouttes, des moyens (non représentés) pour appliquer des vibrations mécaniques à la plaque sont prévus.
  • Ainsi l'encre sort des buses 1 sous forme d'un jet 6 et les vibrations provoquent la formation simultanée de gouttes 7 de dimensions essentiellement uniformes par les jets 6.
  • Les gouttes sont chargées ou non par les électrodes de charge 3 a au moment de leur séparation d'avec le jet et passent ensuite entre deux électrodes déflectrices 4, 5 entre lesquelles est établie une différence de potentiel sensiblement constante.
  • Les gouttes chargées sont défléchies par le champ électrostatique et interceptées par l'encrier 8 associé à l'électrode 5. L'encre ainsi récupérée est renvoyée vers le réservoir d'encre.
  • Les gouttes non chargées passent entre les deux électrodes 4, 5 et viennent frapper le support à marquer 9, une feuille de papier ou de tissu par exemple qui se déplace en regard de l'imprimante.
  • Dans ce mode de réalisation il y a autant d'électrodes de charge 3 et d'électronique de charge associé a qu'il y a de buses 1.
  • Les figures 3 et 4 illustrent schématiquement un mode de réalisation d'une imprimante à jet de gouttelettes faisant appel à l'invention.
  • On y retrouve la plaque 2 munie de ses buses 1 en ligne, les électrodes déflectrices 4, 5 avec l'encrier 8, le support à marquer 9.
  • Par contre, une seule électrode de charge 3 disposée en regard de toute la ligne de buses 1 est prévue.
  • Pour engendrer les goutteletes, on envoie dans le liquide E, vers les buses 1, une onde de pression pouvant atteindre l'ensemble des buses et telle que la surface d'onde de pression 11 fasse un angle notable α avec la ligne de buses. Ainsi l'onde de pression va passer successivement par chaque buse en des instants différents, provoquant la formation successive des gouttes.
  • L'électrode de charge 3 peut donc être pilotée pour assurer successivement la charge sélective de toutes les gouttelettes.
  • Un tel mode de réalisation présente l'avantage de ne nécessiter qu'une seule électrode de charge.
  • Les figures 5, 6 illustrent ::n mode de réalisation du générateur d'onde de pression 11 dans le liquide.
  • La plaque 2 constitue une des parois de confinement d'une enceinte 12 alimentée en liquide E sous pression. En regard de la plaque 2, l'enceinte présente une ouverture 13 munie d'un joint 14. Dans cette ouverture est introduit un transducteur électro-acoustique 15 capable d'envoyer périodiquement des ondes de pression dans le liquide E. Ce transducteur comporte une céramique piezo-électrique 16 dont la face active 16a disposée en regard de la plaque 2 fait un angle notable avec elle.
  • Avantageusement le transducteur 15 comporte une plaque de plexiglass 17 (par exemple) d'épaisseur 1/4 de la longueur d'onde ultrasonique émise par le transducteur associée à la face active 16 a de la céramique piezo-électrique pour réaliser le couplage acoustique du transducteur et du milieu liquide en l'occurence de l'encre avec un bon rendement énergétique.
  • L'enceinte comporte des cavités appropriées pour l'atténuation des ondes réfléchies.
  • A titre indicatif, le transducteur électro-acoustique peut émettre des ondes ultrasoniques de fréquence 32 Khz.
  • La figure 7 représente le schéma électronique de commande de l'imprimante.
  • Il comporte un générateur 30 de tension en créneau, un retard 31, une porte 32 associée à la commande de charge 33, un amplificateur 34 qui est relié à l'électrode de charge 3 (figure 3 et 4).
  • L'électronique de commande 37 des ondes de pression ultrasoniques émises par le transducteur piezo-électrique 15 (figure 5, 6) est reliée au générateur 30 en 35 par l'intermédiaire d'un compteur 36. Celui-ci provoque l'émission de l'onde de pression au bout de n impulsions, n étant le nombre de buses de la ligne ; il est associé également en 38 au synchronisme de commande de la ligne de buses.
  • On voit que l'angle fait entre la face active de la céramique piezo-électrique 16 (ou de la plaque de plexiglass 17) et la ligne de buses détermine le retard d'une buse par rapport à la précédente en ce qui concerne l'émission successive de gouttelettes.
  • Si l'on désire obtenir une émission simultanée des gouttes, il faudra que ledit angle soit sensiblement nul, c'est-à-dire que la face du piezo-électrique et la ligne de buses soient parallèles.
  • Eventuellement, on pourra prévoir un dispositif dans lequel l'angle soit réglable.
  • Les figures 8 et 9 illustrent un autre mode de réalisation d'un générateur de gouttelettes ne nécessitant qu'une électrode de charge 3 a s'il est utilisé dans une imprimante analogue à celle des figures 1 et 2.
  • La plaque 2 fait partie d'une enceinte ou collecteur 21 alimentée en liquide E sous pression.
  • En regard de chaque buse 1, l'enceinte présente une ouverture dans laquelle est introduit un transducteur à céramiques piezo-électriques 22 pouvant engendrer périodiquement des ondes de pression dans le liquide.
  • La ligne des transducteurs piezo-électriques 22 est associée à une ligne de retard électrique 23 assurant un retard entre les impulsions envoyées aux transducteurs 22 successifs. Ainsi ceux-ci vont envoyer les uns après les autres une onde de pression à la buse qui leur est associée.
  • En conséquence, les buses 1 successives vont engendrer l'une après l'autre une goutte 7 et une seule électrode 3 (comme illustré figure 3 et 4) peut traiter séparément toutes les gouttes.
  • Ce mode de réalisation peut donc être utilisé dans l'imprimante des figures 3 et 4.
  • La figure 9 illustre un exemple de réalisation de la ligne d'excitation piezo-électrique à l'aide d'une barrette de céramique 24 sur laquelle sont déposées des électrodes indépendantes 25.
  • Un autre moyen que l'utilisation d'une ligne à retard 23 pourrait être utilisé pour commander les transducteurs piezo-électriques 22 sans sortir du cadre de l'invention. Chaque transducteur 22 peut être commandé individuellement.
  • Comme dans le mode de réalisation précédent, il est possible d'obtenir une émission simultanée des gouttelettes en commandant tous les transducteurs 22 ensemble.
  • Dans les exemples de réalisation que l'on a décrit précédemment, on a considéré que la plaque 2 portait une seule ligne de buses 1. Naturellement celle-ci peut présenter plusieurs lignes de buses parallèles. Dans ce cas, le même générateur d'onde de pression agit sur plusieurs lignes à la fois.

Claims (12)

1. Dispositif de génération de gouttelettes, caractérisé en ce qu'il comporte une pluralité de buses (1) disposées selon au moins une ligne et communiquant avec une enceinte commune alimentée en liquide (E) et des moyens pour envoyer dans le liquide des ondes de pression en direction de la ligne de buses de manière à ce que, quand une buse est soumise à une onde de pression, une gouttelette soit engendrée.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un générateur d'ondes de pression disposé de manière à ce qu'une onde de pression émise par ce générateur atteigne l'ensemble des buses d'une ligne.
3. Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce que, dans le cas où l'on désire que les gouttes soient engendrées successi vement à partir de chaque buse avec un retard d'une buse par rapport à la précédente, le générateur d'ondes de pression est disposé de manière à ce que les surfaces d'ondes de pression fassent un angle α avec la ligne de buses.
4. Dispositif selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que le générateur d'ondes de pression est une céramique piezo-électrique dont la face active est disposée en regard de la ligne de buses.
5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que la face active de la céramique piezo-électrique agit sur le liquide de l'enceinte par l'intermédiaire d'une plaque en plexiglass.
6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'enceinte présente des cavités de forme et de dimensions aptes à absorber les ondes acoustiques.
7. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une pluralité de générateurs d'ondes de pression associés chacun à une buse.
8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que dans le cas où l'on désire que les gouttes soient engendrées successivement à partir de chaque buse avec un retard d'une buse par rapport à la précédente, la ligne de générateurs d'onde de pression est associée à une ligne à retard de manière à introduire un déphasage entre les générateurs d'ondes successifs et ainsi à soumettre l'une après l'autre les buses de la ligne à une onde de pression.
9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que les générateurs d'ondes sont des générateurs piezo-électriques.
10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que la ligne d'excitation piezo-électrique est réalisée à l'aide d'une barrette de céramique sur laquelle sont déposées des électrodes indépendantes.
11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la plaque comporte plusieurs lignes de buses en parallèle et qu'un générateur d'ondes de pression agit sur plusieurs lignes à la fois.
12. Imprimante à buses multiples du type dans lequel les gouttelettes d'encre qui se forment reçoivent ou non une charge électrostatique puis passent dans un dispositif qui dévie les gouttelettes en fonction de leur charge électrique, caractérisée en ce qu'elle comporte :
- au moins un dispositif de génération de gouttelettes selon l'une quelconque des revendications précédentes, ce dispositif comportant des moyens pour que les buses successives émettent l'une après l'autre leurs gouttelettes,
- une électrode unique pour la charge successive de ces gouttelettes,
- un dispositif de déviation des gouttelettes chargées.
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