EP0553895B1

EP0553895B1 - Ensemble d'impression pour machine à affranchir, oblitératrice ou analogue

Info

Publication number: EP0553895B1
Application number: EP93105640A
Authority: EP
Inventors: Claude Martin; Francis Chevillon
Original assignee: Secap SA
Current assignee: SECAP Groupe Pitney Bowes SAS
Priority date: 1988-09-19
Filing date: 1989-09-15
Publication date: 1996-11-20
Anticipated expiration: 2009-09-15
Also published as: FR2636562B1; DE68919835D1; EP0553895A2; DE68919835T2; DE68927481D1; EP0397810B1; EP0553895A3; EP0397810A1; FR2636562A1; US5126753A; DE68927481T2; WO1990003231A1

Description

L'invention concerne un ensemble d'impression à jet d'encre pour imprimer sur des objets de correspondance en déplacement rapide, notamment dans une machine à oblitérer, à affranchir, ou plus généralement à timbrer.
Un tel ensemble, connu par exemple par le document GB-A-2 110 854 ou FR-A-2 158 636, comporte des têtes d'impression pourvues de buses d'émission d'encre, des moyens de guidage et d'entraînement de l'objet ou du support à imprimer devant lesdites buses, et des moyens de détection de l'avance du support déclenchant l'émission d'encre par lesdites buses.
Dans une oblitératrice, on souhaite imprimer une empreinte postale normalisée, de dimensions 80 mm x 25 mm, dans l'angle supérieur droit des envois postaux. Dans une machine à affranchir, la largeur de la zone à imprimer peut atteindre une valeur plus importante, sans que cela ne change rien aux conditions et aux solutions exposées ci-après. La vitesse de traitement doit pouvoir atteindre plusieurs mètres par seconde et, à ce titre, les têtes d'impression utilisant la technique "gouttes à la demande" avec actionneur piézo-électrique, permettent d'atteindre une vitesse linéaire pouvant aller jusqu'à 2 m/s avec une densité d'écriture de 4 à 6 points par mm [soit 100 à 150 dpi (où dpi est l'abréviation de "dots per inch")].
Pour fonctionner correctement avec un jet d'encre à haute performance, il faut contrôler avec précision :

la distance entre les buses qui produisent les gouttes et la surface du papier.
L'émission des gouttes d'encre en fonction de l'avancement du papier afin d'éviter les distorsions d'image.

Cette dernière condition doit être remplie de toutes façons, mais avec encore plus de précision avec les systèmes d'impression dans lesquels l'espacement des buses est supérieur à l'espacement des points, ce qui oblige à incliner la ligne des buses par rapport à la direction de déplacement du papier.
On comprend que dans ces conditions, il faut décaler les instants d'émission des différentes buses pour compenser leur décalage spatial dû à l'inclinaison. Ce décalage spatial est de l'ordre de la centaine de pas élémentaires (distance entre deux gouttes adjacentes), et pour éviter une distorsion visible, l'erreur relative sur le décalage doit être inférieure au pour cent.
Pour maîtriser la distance entre les buses et le papier, on a envisagé d'utiliser une platine d'appui des objets plats en légère saillie par rapport aux buses et un système de courroies maintenant l'objet sur sa face arrière et l'appuyant sur la platine d'appui; un tel système présente deux inconvénients :

il n'est pas possible de faire appuyer le papier sur un guide juste après l'impression car il y a un risque important de maculage,
si l'épaisseur de l'objet n'est pas régulière, cela produit des irrégularités d'appui qui altèrent la qualité d'impression.

Le but de l'invention est de donner une solution satisfaisante à ce problème fondamental.
Selon l'invention, comme définie dans la revendication 1, les moyens de guidage et d'entraînement de l'ensemble d'impression comportent un dispositif de maintien de l'objet à distance des buses par succion au moyen de jets d'air comprimé fonctionnant en régime de Bernoulli; ainsi un "coussin d'air" sépare la surface imprimée du papier et les objets environnants, évitant tout risque de maculage. Une telle solution se différencie donc complètement de solutions connues où des courroies perforées reliées à des moyens d'aspiration créent une succion qui plaque le support contre la courroie, sans auto-régulation d'une distance de maintien comme dans la présente invention.
Avantageusement, le dispositif de maintien du support est constitué par des platines percées de trous, disposées sensiblement à la périphérie et au voisinage de l'ensemble des buses, dans un plan très voisin de celui desdites buses; en variante les trous peuvent être intégrés dans les têtes d'impression comprenant les buses et il est avantageux de prévoir des moyens de récupération de l'air émis (par exemple rainures collectrices et trous d'aspiration).
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description suivante, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels :

la figure 1 est une vue schématique de face d'un ensemble d'impression, conforme à l'invention,
la figure 2 est une vue schématique partielle de côté de l'ensemble de la figure 1,
la figure 3 représente en perspective schématique, une première variante du dispositif de repérage de l'ensemble de la figure 2,
la figure 4 représente en perspective schématique, une seconde variante du dispositif de repérage de l'ensemble de la figure 2,
la figure 5 représente la face avant partielle d'une tête d'impression modifiée conformément à une variante de l'invention,
la figure 6 représente une coupe transversale schématique de la tête de la figure 5.

L'ensemble d'impression conforme à l'invention, comprend des têtes d'impression 1 à jets d'encre disposées de manière à pouvoir imprimer sur un support ou objet de correspondance 2 en défilement une empreinte postale normalisée représentée par les pointillés 3.
L'objet 2 défile grâce à des moyens d'entraînement continu constitués par exemple par deux courroies sans fin 4 enserrant l'objet, ou bien une courroie et un patin de pression. La courroie passe de manière classique sur des rouleaux libres et des rouleaux entraînés par un système moteur.
Une rive horizontale de guidage 20 guide le bord inférieur de l'objet 2 à imprimer.
Selon le mode de réalisation représenté, on utilise des têtes d'impression 1 fabriquée par DATAPRODUCTS sous la référence "Ultrajet 96/32". Ces têtes comportent 32 buses 5 de projection d'encre espacées de 1,483 mm. En inclinant les buses par rapport à la direction de déplacement du papier il est possible de faire varier la distance entre deux points adjacents sur le papier et donc de faire varier simultanément le pas des 32 traces et la hauteur totale d'impression afin d'obtenir une densité souhaitée de 128 points par pouce (environ 5 points par mm).
Il est par ailleurs facile de calculer qu'en assemblant 4 têtes inclinées de 32°03′ empilées l'une sur l'autre, en sorte que les traces des 4 têtes soient décalées de 0,195 mm, on peut obtenir une empreinte de 160 mm x 25 mm ainsi conforme aux différentes règlementations postales. Les pas correspondants sont indiqués sur la figure 1. Chaque tête 1 couvre une hauteur de 24,415 mm sur laquelle elle est capable d'adresser individuellement les 32 buses pour former 32 points, au pas de 24,415/31 = 0,78 mm. Les 4 têtes sont légèrement décalées en hauteur de 0,195 mm l'une par rapport à l'autre; elles se complètent donc pour former par entrelacement 128 lignes de points espacées de 0,195 mm. Comme illustré à la figure 2, l'ensemble des têtes d'impression 1 est regroupé dans un organe 22 de support et de maintien.
Autour des têtes d'impressions sont disposées plusieurs platines ou barrettes 6 percées de trous 7, dont la face avant plane affleure un peu au-dessus du plan des buses 5 de projection de l'encre; les trous 7 de ces barrettes 6 sont mis en communication avec une source d'air comprimée non représentée par l'intermédiaire d'électrovannes classiques qui permettent d'établir un jet ou courant d'air dans les trous aux moments appropriés. Ces courants d'air vont, lorsqu'une feuille de papier se trouve à peu de distance des platines ou barrettes 6 créer un effet de succion qui stabilise la feuille à une distance très faible de la face avant des barrettes; cet effet, et la distance d'équilibre, dépendent de la vitesse de l'air (effet dit de Bernoulli), et peuvent donc être réglés à la valeur désirée. Comme on le voit sur la figure 2, le dispositif de l'invention maintient entre la face à imprimer de l'objet 2 et la platine avant des buses et des barrettes (sensiblement la face avant de l'organe 22 de support et de maintien) une distance hors contact que parcourent les jets d'encre 25 émis par les buses 5.
De façon plus précise, l'air envoyé sous pression par les trous 7 se trouve forcé, en présence d'une feuille de papier 2, à changer brutalement de direction et à circuler suivant des trajectoires divergentes dans l'espace compris entre le papier 2 et la surface de la barrette 6. Si les conditions initiales sont telles que cet espace soit assez faible pour que la section offerte au passage de l'air soit suffisamment réduite, l'augmentation de la vitesse de l'air provoque une chute de sa pression, conformément à l'équation dite de Bernoulli qui, pour un fluide compressible en l'absence de force de volume ou de champ, prend la forme simplifiée: $V^{2} /2 + ∫dp/ρ = C,$
où V désigne la vitesse locale du fluide, dp la variation de pression, ρ la masse spécifique locale, et C une constante. Cet effet produit une force de succion qui, lorsque la distance papier/barrette est assez faible, dépasse largement l'effet en sens contraire du à la pression du jet d'air débouchant du ou des trous. En outre, cet effet de succion varie de façon inverse de ladite distance, ce qui stabilise cette distance et procure un moyen de guider le papier sans qu'il y ait de contact solide.
Dans la figure 1, les barrettes de guidage 6 sont disposées autour des têtes d'impression 1 proprement dites. Dans une variante de l'invention (figures 5 et 6) les trous 7' sont ménagés sur les têtes 1' elles-mêmes, à proximité des trous 5' d'éjection de l'encre, ce qui rend le système à la fois plus compact et plus efficace. Dans le cas où les trous 7' sont très rapprochés, on a remarqué que l'éjection de l'air parallèlement à la surface de la platine avant de la tête pouvait disperser plus ou moins le jet d'encre et perturber la qualité d'impression; pour pallier ce défaut, des rainures de récupération 23 sont pratiquées dans ladite platine; ces rainures 23 sont connectées à des orifices 24 pratiqués dans cette platine, reliés à leur tour à une pompe qui réaspire les jets d'airs perturbateurs.
Le dispositif de détection de l'objet 2 représenté sur les figures 1 et 2, comprend une rangée 8 de cellules optiques 9 : ces cellules 9 sont au nombre d'environ 1200 au pas de 0,2 mm environ. La réalisation de cette ligne de cellules peut se faire de différentes façons, en utilisant des composants "à l'échelle"; mais la meilleure façon est d'utiliser un capteur intégré appelé C.C.D. (charge coupled detector) qui réunit sur une seule puce 1728 à 2432 cellules montées en registre à décalage; compte tenu des dimensions de la puce, on utilisera un système optique pour projeter l'image de la lettre sur le capteur; de toutes façons, ce réseau de cellules a pour but de suivre pas-à-pas la progression de la lettre de façon à déclencher avec précision l'émission de chaque point. Il y a 80 mm de longueur d'impression, et du haut en bas de l'empreinte à réaliser, compte tenu du décalage entre les différentes buses, il faut respecter un décalage de 159,63 mm, soit une longueur totale de suivi de la lettre égale à 240 mm, la résolution demandée étant de 25/128 = 0,1953 mm. Il faut donc 240/0,1953 cellules utiles, soit 1229.
En regard du système de cellules réceptrices 9 se trouve une source de lumière 10, constituée par un tube fluorescent dont l'axe est disposé parallèlement à la ligne 8 des capteurs 9.
Un tel système, tel que décrit ci-dessus, élimine radicalement tout problème de qualité d'impression qui pourrait provenir de l'irrégularité de la vitesse d'avancement ou support d'impression, du moins tant que l'on peut négliger l'incidence du temps de trajet des gouttes d'encre. Cependant, il existe des applications pour lesquelles ce système peut être jugé trop coûteux; en cette occurrence, on préfère une variante qui consiste à multiplier le pas des cellules dans un rapport entier. Si par exemple on ne dispose que d'une cellule tous les trois pas (soit dans l'exemple donné, un pas des cellules égal à 3 x 0,1953 = 0,5859 mm), le moment d'éjection de chaque goutte d'encre est déterminé successivement et en alternance par la détection du bord avant du support d'impression par une cellule, et par une base de temps faisant l'interpolation entre les signaux émis par deux cellules adjacentes; cette interpolation peut faire appel à divers principes bien connus en technique électronique : par exemple la technique de l'oscillateur asservi en phase permettant de multiplier la fréquence d'un signal quasi périodique, ou encore la technique de la base de temps digitale qui délivre des signaux remplaçant ceux qui seraient issus des cellules supprimées, cette base de temps étant réglée en permanence par la mesure du temps écoulé entre deux signaux successifs provenant des cellules. L'application de ces méthodes permet de réduire le coût des capteurs, mais en contrepartie rend le système un peu sensible aux variations de vitesse.
Selon une variante du dispositif de détection de l'objet 2, le repérage dudit objet est obtenu par la poursuite de son bord avant au moyen d'un fin pinceau lumineux.
Dans ce cas, en lieu et place de la rangée de capteurs optiques 9 représentée sur la figure 1 se trouve une fenêtre transparente 12 derrière laquelle est placé le dispositif qui va être décrit.
Ce dispositif montré figure 3, comprend :

un laser 13 émettant un pinceau étroit de lumière 14 de très faible divergence dont le diamètre est de l'ordre de 0,2 à 0,5 mm.
Associé étroitement à ce laser, un récepteur photoélectrique 15 (appelé capteur par la suite) dont l'axe optique est confondu avec celui du laser 13. En pratique, comme représenté sur la figure, la confusion théorique des axes optiques s'obtient par une séparation physique des faisceaux aller 14 et retour 28 grâce à un miroir semi-réfléchissant 26 interposé sur le pinceau lumineux émis par le laser 13 (et éventuellement d'autres miroirs de renvoi tels que le miroir 27).
Un miroir tournant 16 entraîné par un moteur pas-à-pas 17 situé sur l'axe optique commun au laser 13 et au récepteur 15, disposé de façon à permettre au faisceau du laser de balayer, par la fenêtre transparente, la zone de passage de la lettre.
Une lentille de correction 18 destinée à linéariser le déplacement du pinceau laser en fonction de la rotation du moteur pas-à-pas (relation angle miroir/déplacement linéaire), et un miroir de renvoi 19.
Un système électronique 20 de commande du moteur pas-à-pas 17, des circuits d'amplification et de traitement du signal du récepteur photoélectrique, et des circuits d'alimentation du laser 13.

L'ensemble fonctionne de la façon suivante :
Entre deux lettres successives, la position initiale de la tache laser est ajustée à l'extrémité de la fenêtre transparente 12, du côté où est attendue la lettre 2; dans cette position, aucun obstacle n'est rencontré par le faisceau et en retour le capteur ne reçoit rien. Lorsqu'une lettre 2 chemine, son bord avant coupe le faisceau à un moment donné; alors le capteur 15 reçoit la lumière diffusée en retour, et le système de commande du moteur fait avancer le moteur 17 d'un pas ; le capteur ne reçoit plus rien, et le moteur reste à la position ainsi acquise, jusqu'à ce que la lettre atteigne à nouveau la nouvelle position du faisceau. De cette façon, il suffit de compter le nombre de pas imposés au moteur 17 pour repérer avec précision la position de la lettre 2.
Dans une autre variante illustrée en figure 4, le miroir tournant plan est remplacé par une surface réfléchissante hélicoidale 16 dont l'axe est celui du moteur pas-à-pas 17. Le système laser 13' et capteur 15' a son axe optique disposé parallèlement à cet axe, de telle façon que par rotation du moteur 17' les rayons lumineux viennent balayer la fenêtre de passage des lettres. Dans cette variante, il n'est pas nécessaire de disposer une lentille de correction de linéarité. Un système électronique 21' commande le moteur 17' et les circuits du laser 13' et du capteur 15'. On a omis, sur la figure 4, par simplification, le système de séparation de faisceau et de renvoi illustré sur la figure 3 pour le laser et son capteur associé.
Des indications de distances et de pas sont données à titre d'illustration à la figure 1.

Claims

Ensemble d'impression pour machine à affranchir, oblitératrice ou analogue, du type comportant des buses d'émission d'encre, des moyens de guidage et d'entraînement de l'objet à imprimer devant lesdites buses, et des moyens de détection de l'avance de l'objet déclenchant l'émission d'encre par lesdites buses, caractérisé en ce que les moyens de guidage et d'entraînement comportent un dispositif (6,7) de maintien de l'objet (2) à distance des buses (5) par succion au moyen de jets d'air comprimé fonctionnant en régime de Bernoulli.
Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de maintien de l'objet est constitué par des platines (6) percées de trous (7), disposées sensiblement à la périphérie et au voisinage de l'ensemble des buses (5), dans un plan très voisin de celui desdites buses (5).
Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de maintien du support est constitué par des trous (7') intégrés dans les têtes (1') d'impression comprenant lesdites buses (5').
Ensemble selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (23,24) de récupération de l'air émis.
Ensemble selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les moyens de détection comportent un dispositif de repérage quasipermanent du bord avant de l'objet (2) déclenchant l'émission d'encre.
Ensemble selon la revendication 5, caractérisé en ce que le dispositif de repérage comprend une rangée (8) de capteurs optiques (9) disposés parallèlement au déplacement de l'objet (2).
Ensemble selon la revendication 5, caractérisé en ce que le dispositif de repérage comprend un générateur (13,16,17;13',16',17') de pinceau lumineux balayant l'espace pas-à-pas le long du trajet de l'objet (2).