EP0160019B1

EP0160019B1 - Circuit d'alimentation en encre d'une tete d'impression a jet d'encre

Info

Publication number: EP0160019B1
Application number: EP19840903715
Authority: EP
Inventors: Luc Regnault
Original assignee: Imaje SA
Current assignee: Markem Imaje SAS
Priority date: 1983-10-13
Filing date: 1984-10-11
Publication date: 1988-04-27
Also published as: AU3505284A; CA1250486A; AU581631B2; WO1985001696A1; FR2553341B1; DE3470693D1; FR2553341A1; JPH0553632B2; EP0160019A1; JPS61500162A; IT8453919V0; IT8468012A1; IT8468012A0; US4628329A; IT1179769B

Abstract

Il s'agit d'un circuit comportant notamment un premier circuit auxiliaire (R1) dont la fonction est de mesurer la pression de l'encre entre la canalisation d'alimentation (20) et la canalisation d'amenée de l'encre (18) et un second circuit auxiliaire (R2) assurant le débouchage éventuel de l'orifice d'éjection (41) des gouttes d'encre (100). Ce circuit peut également comporter un troisième circuit auxiliaire (R3) fournissant un signal représentatif de la viscosité de l'encre. La mesure de la pression et de la viscosité permet un asservissement des principaux paramètres régissant le fonctionnement de l'imprimante qui en est équipée. L'invention s'applique à toute imprimante à jet d'encre.

Description

L'invention concerne un circuit d'alimentation en encre d'une tête 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 (de l'ordre de 75 mm) 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'orifice, ainsi que par une variation de la viscosité de l'encre. Celle-ci peut être due à une perte par évaporation du solvant de l'encre qui est souvent très volatile.
Il est connu, notamment par le brevet allemand DE-A-3 043 260, d'interposer dans le circuit de récupération des gouttes d'encre non utilisées et tombant dans la gouttière de récupération, un dispositif capable de contrôler en permanence la viscosité de l'encre. Un tel dispositif est basé sur l'adjonction d'une certaine quantité de solvant et d'encre fraîche dont le dosage est calculé en fonction du nombre de gouttes émises par la tête d'impression.
Certes, un tel dispositif peut pallier les variations de viscosité mais ne résoud pas le problème du bouchage éventuel de la buse.
La présente invention a précisément pour but de résoudre tous ces problèmes et concerne un circuit d'alimentation en encre d'une imprimante présentant une architecture simple et de fonctionnement très souple qui, avec un minimum de composants (deux pompes et quatre électrovannes) permet d'obtenir notamment un contrôle de la pression et de la viscosité de l'encre ainsi qu'une fonction de débouchage de la buse.
L'invention concerne plus précisément un circuit d'alimentation en encre d'une tête d'impression à jet d'encre du type comportant un réservoir d'encre (1) dont le fond (ab) comporte une première sortie reliée à une canalisation (18) d'amenée d'encre vers une pompe (5) de mise en pression, alimentant le corps (10) de la tête d'impression à travers une canalisation d'alimentation (20), une entrée reliée à une canalisation de refoulement (28) à travers laquelle transite l'encre non utilisée, prélevée au niveau d'une gouttière de récupération (11) et aspirée à travers une canalisation de récupération (27) au moyen d'une pompe (7) de mise en dépression; caractérisé en ce qu'il comporte en outre une seconde sortie reliée à une canalisation de mouillage (45) reliée à la pompe (7) de mise en dépression, et un viscosimètre (V) placé en contrebas du réservoir d'encre (1) qui est essentiellement constitué d'un récipient (14) comportant trois électrodes (32), (33), (34) qui y plongent à des niveaux différents dont la fonction est de détecter un niveau haut (y) et un niveau bas (x) ce qui permet de mesurer le temps de remplissage (tr) entre (x) et (y) et donc la viscosité de l'encre, ce viscosimètre coopérant avec des moyens d'adjonction de solvant lorsqu'une valeur de consigne de la viscosité considérée comme limite est atteinte.
L'invention concerne également un tel circuit d'alimentation en encre, équipé en outre d'un second circuit auxiliaire comportant une combinaison d'électrovannes capables d'assurer le débouchage de l'orifice d'éjection des gouttes d'encre et la coupure franche du jet d'encre.
Elle concerne enfin un tel circuit muni de moyens de traitement des vapeurs de solvant avant leur évacuation dans le milieu ambiant.
L'invention sera mieux comprise à l'aide des explications qui vont suivre et des figures jointes parmi lesquelles:
- la figure 1 représente schématiquement un exemple de réalisation d'un circuit d'alimentation en encre d'une tête d'impression selon l'état de la technique.
- la figure 2 représente schématiquement un exemple de réalisation d'un dispositif conforme à l'invention, 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 2 représente donc schématiquement un circuit d'alimentation en encre d'une tête d'impression 10 à jet d'encre. Un tel circuit comprend essentiellement un circuit assurant la mise en pression de l'encre et un circuit assurant une mise en dépression, destiné 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 reservoir. Le niveau bas 21 de l'encre est détecté au moyen d'un capteur 42. Cette encre est acheminée au moyen d'une canalisation d'alimentation 18 traversant le fond (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 canalisation 190 à deux voies, l'une appelée canalisation d'alimentation portant la référence 20 qui, l'achemine vers la tête d'impression 10, l'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 proportionnelle au débit d'encre circulant dans cette dernière.
En fonctionnement normal, le débit dans la canalisation d'alimentation 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 18, en aval de la fuite 17, est voisine de la pression atmosphérique, ce qui implique par le débit engendré 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.
Un capteur de pression 9 est interposé sur la canalisation 19. 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 450. Cette combinaison permet l'obtention d'un signal et la mise en oeuvre d'un dispositif électronique associé (non représenté) qui assure en permanence l'asservissement de la vitesse du moteur 4 de manière que la pression dans les canalisations 19 et 20 conserve une valeur fixe et déterminée quelle que 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 17.
Ce premier circuit auxiliaire référencé R1 assure donc une pression stable.
Selon une caractéristique de l'invention, un circuit de mise en dépression coopère avec le circuit de mise en pression décrit précédemment dont la fonction est de récupérer au niveau de la gouttière 11 les gouttes d'encre émises par la tête 10 et non utilisées pour l'impression.
Pour cela on utilise une pompe dite à dépression 7 du même type que la pompe 5 dite de mise en pression. Ces deux pompes 5 et 7 peuvent être reliées au même moteur 4.
La pompe 7 est une pompe volumétrique qui engendre normalement un débit de liquide. Il peut s'agir par exemple d'une pompe à engrenage. Les gouttes d'encre 100, recupérées 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 l'invention, ce resultat est obtenu grâce à la combinaison de moyens qui est maintenant décrite. Le fond (a, b) du réservoir 1 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 pleinement 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 prolongement 26 bouché en A est destiné à être raccordé le cas échéant à 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 27 et son prolongement 26 contiennent de l'air en forte proportion.
La pompe 7, mouillée en permanence par de l'encre en provenance 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 l'air sont refoulés vers le réservoir étanche 1 par une canalisation dite de refoulement 28 et selon une caractéristique de l'invention cette canalisation 28 est reliée à une conduite rigide 24 et perpendiculaire au fond (a, b) du réservoir 1, située à l'intérieur du compartiment C délimité par la cloison 22. Cette encre refoulée provient évidemment de la gouttière 11 mais également de la canalisation de mouillage 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 l'encre provenant du circuit de mouillage 45. Il en résulte l'obtention d'un niveau constant 37, l'encre débordant au dessus de la cloison 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 470 et une canalisation 46 qui plonge dans un liquide contenu dans un réservoir 3 qui piège le solvant contenu dans l'air avant d'être remis à l'air libre par l'orifice 36. En effet, l'air récupère au niveau de la gouttière 11 circule avec l'encre dans les canalisations 27 et 28, 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 ne pouvant être complètement débarrassé 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 l'imprimante est arrêtée à ce moment, la canalisation 27 aspirera de l'encre du reservoir 1 qui ne pourra être remplacée que par de l'air en provenance de l'orifice 36. Le clapet antiretour 470 évite dans ce cas le retour de liquide de barbotage dans l'encre, ce qui impliquerait une purge complète des circuits.
Le circuit R2 de raccordement à la tête d'impression est maintenant 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'opérateur par une electrovanne 13 reliée à la tête par une canalisation 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. Premièrement, après un arrêt prolongé 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 cette opération rapidement alors que l'ouverture de l'électrovanne 12 permet de creér un débit important dans la canalisation 20, et dans le corps 10 et donc de rafraichir l'encre rapidement.
Deuxièmement, la présence de cette électrovanne 12 permet un débouchage facile de l'orifice 41, s'il est par exemple obturé par une poussière. On ferme pour cela l'électrovanne 13 et on ouvre l'electrovanne 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, l'électrovanne 12 a pour fonction d'assurer, lors de la procédure d'arrêt de l'imprimante un arrêt franc du jet d'encre. En effet, lorsque le jet fonctionne, 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 fermee pour couper le jet, la rémanence de pression dans 47 et 48 fait que 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 12 peu de temps avant la fermeture de l'électrovanne 13. Lorsqu'intervient la fermeture de cette dernière, la rémanence de pression dans les canalisations 47 et 48 ne peut subsister par suite de l'ouverture préalable de l'électrovanne 12. On referme alors celle-ci peu de temps après 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 électrovannes est programmée de manière connue.
La figure 2 représente schématiquement un exemple de réalisation d'un dispositif capable de mesurer la viscosité de l'encre, appelé 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 1 positionné 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 électrodes 32, 33, 34 qui y plongent à des niveaux différents et qui servent à détecter un niveau bas et un niveau haut par conduction électrique. Il 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 le récipient 14, l'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, l'extrémite x de l'électrode 33 (correspondant au niveau bas) l'extrémité y de l'électrode 34 (correspondant au niveau haut), le volume du recipient 14 et le diamètre de la fuite 29 étant connus, le temps de remplissage (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 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.
L'encre du récipient 14 est alors aspirée par la conduite 31, ce qui permet de vider le récipient 14. Il faut pour cela que le débit de vidange dans la conduite 31 soit supérieur au débit de remplissage dans la canalisation d'arrivée 30. Lorsque le niveau bas est atteint, l'électrovanne 15 est fermée, le récipient 14 se remplit à nouveau pour permettre une nouvelle mesure.
Lorsque la viscosité augmente à cause, notamment, d'une perte de solvant de l'encre, par évaporation, le temps (tr) de remplissage 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.
Il est aussi possible d'asservir en permanence le fonctionnement 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 c'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 tels 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'chappe par l'orifice 36 apérs barbotage dans le réservoir 3. Les récipients 1 et 2 se trouvent donc en légère surpression due à la hauteur de liquide dans le récipient 3.
Comme dans le cas de la figure 1, le circuit de couplage des deux 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'alimentation d'encre conforme à l'invention permet de résoudre les principaux problèmes posés par ce type de machine, à savoir notamment:

- l'obtention d'une pression stable;
- le contrôle de la viscosité de l'encre;
- le débouchage de l'orifice d'éjection du jet d'encre;
- l'arrêt franc du jet.

Tous ces resultats sont obtenus au moyen d'un dispositif simple, facile à mettre en oeuvre au moyen seulement de deux pompes et quatre électrovannes.
L'invention s'applique à tout type d'imprimante à jet d'encre.

Claims

1. Circuit d'alimentation en encre d'une tête d'impression à jet d'encre du type comportant un réservoir d'encre (1) dont le fond (ab) comporte une première sortie reliée à une canalisation (18) d'amenée d'encre vers une pompe (5) de mise en pression, alimentant le corps (10) de la tête d'impression à travers une canalisation d'alimentation (20), une entrée reliée à une canalisation de refoulement (28) à travers laquelle transite l'encre non utilisée, prélevée au niveau d'une gouttière de récupération (11) et aspirée à travers une canalisation de récupération (27) au moyen d'une pompe (7) de mise en dépression; caractérisé en ce qu'il comporte

en outre une seconde sortie reliée à une canalisation de mouillage (45) reliée à la pompe (7) de mise en dépression, et un viscosimètre (V) placé en contrebas du réservoir d'encre (1) qui est essentiellement constitué d'un récipient (14) comportant trois électrodes (32), (33), (34) qui y plongent à des niveaux différents et dont la fonction est de détecter un niveau haut (y) et un niveau bas (x), ce qui permet de mesurer le temps de remplissage (tr) entre (x) et (y) et donc la viscosité de l'encre, ce viscosimètre coopérant avec des moyens d'adjonction de solvant 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 ces moyens d'adjonction de solvant sont constitués par un jeu de vannes (15) et (16) agencées de manière que lorsque le remplissage du récipient (14) à travers la canalisation (30) est terminé, l'électrovanne (15) met en liaison le fond du récipient (14) avec le point (A) situé sur la canalisation de mise en dépression (26 - 27). Le récipient (14) se vide alors à travers une canalisation de vidange (31); l'électrovanne (15) étant alors fermée, le récipient (14) peut à nouveau se remplir.

3. Circuit d'alimentation selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que lorsque la valeur de consigne est atteinte, l'electrovanne (16) met en liaison une réserve (2) contenant du solvant pur avec le point (A) de telle sorte que du solvant est alors envoyé par la pompe 7 vers le réservoir (1).

4. Circuit d'alimentation selon l'une des revendications précédentes; caractérisé en ce que la réserve (2) de solvant étant etanche est reliée à une canalisation (35) commune au réservoir (1) et au récipient (14) de telle sorte que le solvant est remplacé par de l'air sans qu'il soit en contact avec l'air ambiant, cet air provenant de la gouttière par la pompe (7).

5. Circuit d'alimentation selon l'une des revendications précédentes; caractérisé en ce que le surplus d'air s'échappe par un orifice (36) après barbotage dans un réservoir (3).

6. Circuit d'alimentation selon l'une des revendications précédentes; caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens capables d'assurer le débouchage de l'orifice (41) d'éjection des gouttes d'encre et la coupure franche du jet.

7. Circuit d'alimentation selon la revendication 6; caractérisé en ce que ces moyens de débouchage sont constitués par un jeu d'électrovannes (12) et (13) accomplissant trois fonctions: d'une part l'ouverture de l'électrovanne (12) permet de créer un débit important dans le corps (10) et assure ainsi une purge de l'encre; d'autre part la fermeture de l'électrovanne (13) et l'ouverture de l'électrovanne (12) permet une aspiration de solvant rajouté par l'opérateur au niveau de l'orifice d'éjection (41), aspiration qui assure un débouchage de cet orifice; enfin, au moment de la coupure du jet, l'ouverture de l'électrovanne (12) avant la fermeture de l'électrovanne (13) empêche la rémanence de pression dans les canalisations (47) et (48) reliant le jeu d'électrovannes (12) et (13) au corps (10), assurant ainsi une coupure franche du jet.

8. Circuit d'alimentation selon l'une des revendications précédentes; caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens capables de mesurer la pression existant dans la canalisation d'alimentation (20).