EP0588698A1 - Régulateur de pression pneumatique à commande électronique et procédé de régulation de pression d'un fluide utilisant un tel régulateur - Google Patents

Régulateur de pression pneumatique à commande électronique et procédé de régulation de pression d'un fluide utilisant un tel régulateur Download PDF

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EP0588698A1
EP0588698A1 EP93402211A EP93402211A EP0588698A1 EP 0588698 A1 EP0588698 A1 EP 0588698A1 EP 93402211 A EP93402211 A EP 93402211A EP 93402211 A EP93402211 A EP 93402211A EP 0588698 A1 EP0588698 A1 EP 0588698A1
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EP
European Patent Office
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pressure
accumulator
solenoid valve
volume
solenoid valves
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EP93402211A
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German (de)
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EP0588698B1 (fr
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Alain Cabinet Ballot-Schmit Pagnon
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Markem Imaje SAS
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Imaje 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
    • B41J2/17—Ink jet characterised by ink handling
    • B41J2/175—Ink supply systems ; Circuit parts therefor
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T137/00—Fluid handling
    • Y10T137/0318—Processes
    • Y10T137/0324—With control of flow by a condition or characteristic of a fluid
    • Y10T137/0379—By fluid pressure

Definitions

  • the invention relates to an electronically controlled pneumatic pressure regulation device and method and their use in a system for controlling the speed of the jets coming from a liquid spray head.
  • a particular application of the invention is the printing by continuous jet of ink drops which must be brought, under constant and precise pressure, to the modulating body of a printer towards a calibrated nozzle.
  • diaphragm regulators diaphragm regulators
  • solenoid valve regulators for which pressure regulation is obtained by the mechanical balance of a moving part (diaphragm-piston).
  • the force applied to the membrane is not due to a spring, as in manual control, but to an air pressure, obtained by means of a pneumatic potentiometer.
  • the value of the pressure thus regulated is between a higher value, called the inlet pressure, given by a source, and a lower value, called the exhaust pressure, generally the atmospheric pressure.
  • the potentiometer consists of an electronic device integrating the regulation loop, associated with a nozzle-vane system, or with two proportional solenoid valves, or even with a three-way solenoid valve and three positions with rapid opening and closing according to technology. chosen.
  • the solenoid valve is three-way, receiving an electrical control signal delivered by an electronic regulating device, as described in French patent applications FR 2 275 822 from HOERBIGER and European EP 328 573 from JOUCOMATIC.
  • a piston internal to the valve takes different positions ensuring either a connection between the source pressure and the regulated pressure when the latter is too low compared to the setpoint, either a connection between the exhaust and the regulated pressure when the latter is higher than the setpoint, or a tightness of the regulated pressure with respect to the source pressure and to the exhaust.
  • the ink is transferred to this accumulator by complete emptying of a viscometer which is filled with ink from a recovery tank itself connected to an ink tank and to a solvent tank, and which controls the viscosity of the ink intended for printing.
  • the pressure level in the accumulator is measured by a needle pressure gauge and the regulation of this pressure is ensured by a manually controlled regulator which acts on a supply line for the pressure supplied by a compressor.
  • the emptying of the viscometer ink into the accumulator is done through a calibrated leak, sized to limit the ink transfer rate in accordance with the response of the regulator which must be able to quickly deal with the tendency to overpressure, caused by the sudden arrival of ink in said accumulator.
  • the object of the present invention is to overcome these various drawbacks by proposing a regulator of pressure with an intermediate volume between the source pressure, the exhaust pressure and the output volume pressure.
  • a pressure regulator according to the invention will advantageously be used in the control of the speed of the jets of a liquid projection head, in particular for an ink jet printer.
  • FIG. 1 is a block diagram of the pressure regulator according to the invention, intended for regulating the pressure of a fluid, two-phase for example, contained in an accumulator 5.
  • This pressure regulator comprises a transfer volume 4, connected to its environment by three solenoid valves 1,2 and 3 with two channels and two positions.
  • This transfer volume 4 is thus connected, by the solenoid valve 1, to a pressure source, a compressor for example, intended to allow the pressurization of the volume 4 at a pressure of the order of 4 relative bars for example.
  • the transfer volume 4 is also connected to a pressure well delivering a pressure lower than the pressure of the accumulator 5 - free air for example - by means of a solenoid valve 2, in order to be able to be brought to the atmospheric pressure.
  • volume 4 is connected, by the solenoid valve 3, to the output volume 5, called the accumulator.
  • a pressure sensor 6, placed at the inlet of the accumulator 5, delivers information, processed by the electronic control system of the solenoid valves, on the value of the pressure prevailing in the accumulator 5 and makes it possible to verify the correct operation of the regulator.
  • This air volume 4 intermediate between the pressure source, the exhaust pressure and the outlet volume, is dimensioned precisely as a function of this source pressure, of the exhaust pressure, of the pressure in the accumulator 5 and the desired precision on the regulation of this last pressure. So that the transfers between the volume 4 and the accumulator 5 do not cause significant disturbances, in accordance with the precision sought for the regulator, the transfer volume 4 is small compared to the output volume. The frequency of transfers is only a function of the air flow rate requested at the outlet.
  • the operation of the regulator is checked as follows: the solenoid valves 1 and 3 are controlled to be opened, which puts the accumulator 5 in direct communication with the source pressure. It is thus possible to check the level of the source pressure by the pressure sensor 6. Then the opening of the solenoid valves 2 and 3 is then commanded to put the accumulator 5 in direct communication with the atmosphere and check that it is vented by observing a zero relative pressure via the sensor 6.
  • the method of regulating the pressure in the accumulator 5 comprises three basic cycles.
  • the first cycle corresponds to the case where the pressure in the accumulator is in the range of the desired values, for example 3 bars at plus or minus 1%.
  • FIG. 3 relates to the application of the invention to the printing by continuous jet of drops of liquid, and in particular of ink, and represents the hydraulic diagram of an ink jet printer equipped with a regulator according to the 'invention.
  • the accumulator 5 serves as an ink reservoir for the printing of the drops on a support, by the printing head (not shown) of the printer.
  • the ink pressure is imposed by a gas pocket 50 overhanging the ink.
  • the unused ink drops are recovered at the outlet of the print head and recycled by a pipe 7 to a tank 8 called recovery tank serving as an intermediary between an ink tank 12 and the accumulator 5.
  • the tank 8 is put under vacuum by a vacuum circuit as described in French patent application 89 13060 in the name of the applicant.
  • a viscometer 9, intended to measure the viscosity of the ink coming from this recovery tank 8, serves as a reservoir through which the ink from said recovery reservoir 8 passes before being sent to the accumulator 5.
  • This viscometer is connected to the lower part of the reservoir 8 by a solenoid valve 89 via a calibrated leak 10, and to the lower part of the transfer volume 4 by a solenoid valve 13, after passing through a filter 39 preventing the latter from being blocked by the particles in suspension in the ink.
  • the solvent contained in a reservoir 11 can be added to the reservoir 9, by means of a solenoid valve 119.
  • the gas pocket 90 prevailing in the viscometer is connected to on the one hand at the top of the recovery tank 8 by a solenoid valve 98, on the other hand at the source pressure by a solenoid valve 94 and at the exhaust pressure - the atmosphere for example - by a solenoid valve 91.
  • filling the viscometer it is carried out according to the description made in French patent n ° 2 652 540.
  • the ink supply circuit of the printer comprises an electronically controlled pressure regulator as described above, the transfer volume 4 of which contains a small quantity of ink surmounted by a gas pocket 40
  • the base of the transfer volume 4 is connected on the one hand to the base of the viscometer 9 via a solenoid valve 13 authorizing the transfer of the ink from the viscometer to the volume 4 and on the other hand to the base from the accumulator 5 by a solenoid valve 15, authorizing the transfer of the ink from the volume 4 to the accumulator, these two solenoid valves 13 and 15 being electronically controllable.
  • the upper part of the transfer volume 4 is connected to the pressure source 14 by the solenoid valve 1, to a vacuum source such as the atmosphere by the solenoid valve 2 and to the gas pocket 50 of the accumulator 5 by the solenoid valve 3.
  • the pressure prevailing in the accumulator 5 is measured by a pressure sensor 6, with analog output for example.
  • the operating cycles of the pressure regulator described in FIGS. 2A and 2B, make it possible to control very precisely the pressure of the ink ejected, so to control the speed of the inkjet in order to improve the quality of printing.
  • the subject of the invention is a method for regulating the pressure of the ink contained in the accumulator 5, which comprises the following three cycles.
  • a first cycle of maintaining the pressure in the accumulator 5, when the latter is well within the range of values chosen for proper operation of the print head, includes transfers of elementary quantities of ink from the transfer volume 4 to the accumulator 5, via the solenoid valve 15.
  • the circuit of ink and solvent additions comprises a single circulation channel 102 for the ink and the solvent, thus limiting the problems of clogging of the pipes by the ink and that additions take place through the lower parts of the tanks in order to avoid disturbances of free surfaces.
  • the role of volume of solvent transfer played by the viscometer in order to carry out the rinsing of the print head during its stops.
  • FIG. 4 is a block diagram of the control of the jet speed.
  • This closed loop control receives on the one hand a jet speed setpoint V c - 20 m / s for example - and on the other hand, a measurement of the speed of the jet V j at the outlet of the accumulator 5, carried out by a system described in French patent No. 2,636,884 of the applicant.
  • a comparator 16 works out the difference between the set speed V c and the measured jet speed V j , of the order of 0.3 m / s, for example.
  • This difference, called error E is then compared with a value ⁇ , which is the allowed error, for example 0.2 m / s.
  • the upper part of the accumulator 5 is placed in communication with the atmosphere, by means of the solenoid valve 2, which authorizes a withdrawal of gas from the accumulator towards the open air.
  • the regulator In the case where the error E is between (+ ⁇ ) and (- ⁇ ), the regulator is left to operate without changing the pressure in the accumulator.
  • the stability of the servo-control is obtained by dimensioning the transfer volume 4 so that the pressure disturbance in the accumulator 5, due to the second and third operating cycles of the regulator, does not cause the jet speed to vary. more than the value ⁇ .
  • the volume V4 of the gas pocket 40 of the transfer volume 4 must be maintained in a constant relationship with the volume V5 of the gas pocket 50 of the accumulator 5, by virtue of the permanent communication between these two tanks 4 and 5 by the solenoid valve 15, outside the sequences of adding or removing gas in the accumulator 5, as well as outside of the ink transfer sequences, as described below.
  • the level of pressure regulation in said accumulator is obtained from information no longer delivered by the sensor. speed of the inkjet, but delivered by the pressure sensor 6.
  • the pressure setpoint then results from the last measurement preceding the ink transfer sequence from the viscometer 9 to the accumulator 5.
  • Figure 5 is a block diagram of the transfer of ink into the accumulator according to the invention. This transfer must be carried out by bringing only a slight disturbance in the pressure prevailing in the accumulator 5, in agreement with the precision of the speed control. This transfer sequence uses the transfer volume 4, the lower part of which is filled with ink, to pass an elementary quantity of ink from the viscometer 9 to the accumulator 5.
  • the upper part of the viscometer 9, which contains a gas pocket 90 above the ink, is connected to the source pressure by a solenoid valve 17, electronically controllable.
  • FIG. 6 shows the basic sequence of operation of the solenoid valves 1,2,3,13,15 and 17 during the transfer of the ink by means of the opening of said solenoid valves.
  • the next step where the solenoid valves 15 and 3 are open simultaneously corresponds to balancing by vessel communicating ink levels of the accumulator 5 and of the transfer volume 4.
  • the emptying of the viscometer requires several transfer sequences, ten approximately, each followed by a jet speed check. Corrections can be made if necessary.
  • a regulator according to the invention has been tested on a continuous ink jet printer.
  • the ink consumption of the printer is such that a pressure increase cycle is necessary every twenty seconds; a pressure drop cycle does not appear while the pressure maintenance cycle is in the majority.

Landscapes

  • Ink Jet (AREA)
  • Control Of Fluid Pressure (AREA)

Abstract

L'invention concerne un régulateur de pression pneumatique, à commande électronique, du fluide contenu dans un accumulateur entre une valeur de pression source donnée et une valeur de pression d'échappement, comprenant un volume de transfert (4) relié à l'accumulateur (5) par une première électrovanne (3); une seconde électrovanne (1) reliant le volume de transfert (4) à une source de pression; une troisième électrovanne (2) reliant ledit volume de transfert (4) à un puits de pression et un capteur de pression (6), situé en aval de l'électrovanne (3), mesurant la pression du fluide dans l'accumulateur (5) et connecté à un système électronique de commande desdites électrovannes (1, 2, 3). L'invention concerne également un procédé de régulation de la pression d'un fluide utilisant un tel régulateur. Application à l'impression par jet continu de gouttes d'encre. <IMAGE>

Description

  • L'invention concerne un dispositif et un procédé de régulation de pression pneumatique à commande électronique et leur utilisation dans un système d'asservissement de la vitesse des jets issus d'une tête de projection de liquide.
  • Une application particulière de l'invention est l'impression par jet continu de gouttes d'encre qui doivent être amenées, sous une pression constante et précise, au corps de modulation d'une imprimante vers un ajutage calibré.
  • Actuellement, il existe deux types de régulateurs de pression à commande électronique: les régulateurs à membrane et les régulateurs à électrovanne spécialisée, pour lesquels la régulation de pression est obtenue par l'équilibre mécanique d'une pièce en mouvement (membrane-piston).
  • Dans un régulateur à membrane à commande électronique, l'effort qui est appliqué sur la membrane n'est pas dû à un ressort, comme dans la commande manuelle, mais à une pression d'air, obtenue au moyen d'un potentiomètre pneumatique. La valeur de la pression ainsi régulée est comprise entre une valeur supérieure, dite pression d'entrée, donnée par une source, et une valeur inférieure, dite pression d'échappement, généralement la pression atmosphèrique. Le potentiomètre est constitué d'un dispositif électronique intégrant la boucle de régulation, associé à un système buse-palette, ou à deux électrovannes proportionnelles, ou bien encore à une électrovanne à trois voies et trois positions à ouverture et fermeture rapides selon la technologie choisie.
  • Dans le second type de régulateur de pression à commande électronique, l'électrovanne est à trois voies, recevant un signal de commande électrique délivré par un dispositif électronique de régulation, comme cela est décrit dans les demandes de brevets français FR 2 275 822 de HOERBIGER et européen EP 328 573 de JOUCOMATIC. En fonction de ce signal électrique de commande et de la valeur souhaitée pour la pression régulée, un piston interne à la valve prend différentes positions assurant soit une liaison entre la pression source et la pression régulée lorsque celle-ci est trop faible par rapport à la consigne, soit une liaison entre l'échappement et la pression régulée quand celle-ci est supérieure à la consigne, soit une étanchéité de la pression régulée par rapport à la pression source et à l'échappement.
  • Ces régulateurs de pression à commande électronique sont d'une part beaucoup plus chers que ceux à commande manuelle et présentent d'autre part certains inconvénients, comme par exemple la sensibilité à la pollution qui impose un filtrage poussé dans le cas du système buse-palette ou le surdimensionnement des éléments pour les systèmes ne demandant qu'un petit débit d'air, tels les imprimantes à jet d'encre. De plus, le rendement global du système de régulation de pression est mauvais pour une demande de débit faible car les régulateurs actuels consomment toujours un peu d'air même quand la demande est nulle, ce qui oblige à choisir le dimensionnement du compresseur en fonction de la consommation du régulateur et non de la demande effective. Il faut ajouter les problèmes d'hystérésis dus aux frottements des pièces en mouvement et les problèmes d'instabilité de la source de pression.
  • Dans le domaine d'application de l'invention aux imprimantes à jet d'encre, les qualités d'impression sont intimement liées à la vitesse d'éjection de l'encre par les buses. Or cette vitesse peut être altérée par des variations de pression de l'encre en amont de ces buses d'éjection. Aussi, la pression de l'encre doit être constamment contrôlée et commandée avec une grande précision. La demande de brevet français n° 89 13060, déposée au nom de la demanderesse, décrit une utilisation de l'air comprimé pour assurer la pressurisation du circuit d'encre d'une imprimante à jet d'encre, avec un régulateur de pression à commande manuelle. Le circuit d'alimentation en encre de l'imprimante, décrite dans cette demande de brevet, comprend un accumulateur d'encre destiné à envoyer un jet d'encre vers des buses d'éjection. Le transfert de l'encre dans cet accumulateur se fait par vidange complète d'un viscosimètre qui est rempli d'encre à partir d'un réservoir de récupération relié lui-même à un réservoir d'encre et à un réservoir de solvant, et qui contrôle la viscosité de l'encre destinée à l'impression. Le niveau de pression dans l'accumulateur est mesuré par un manomètre à aiguille et la régulation de cette pression est assurée par un régulateur à commande manuelle qui agit sur une conduite d'arrivée de la pression fournie par un compresseur. La vidange de l'encre du viscosimètre dans l'accumulateur se fait à travers une fuite calibrée, dimensionnée pour limiter le débit de transfert d'encre en accord avec la réponse du régulateur qui doit pouvoir traiter rapidement la tendance à la surpression, entraînée par l'arrivée brusque de l'encre dans ledit accumulateur.
  • La présente invention a pour but de pallier ces différents inconvénients en proposant un régulateur de pression doté d'un volume intermédiaire entre la pression source, la pression d'échappement et la pression du volume de sortie.
  • Pour cela, l'objet de l'invention est un régulateur de pression pneumatique, à commande électronique, du fluide diphasique contenu dans un accumulateur entre une valeur supérieure de pression délivrée par une source de pression donnée et une valeur inférieure de pression, dite pression d'échappement, caractérisé en ce qu'il comprend :
    • un volume de transfert (4) rempli de gaz, relié au volume de gaz surplombant le liquide de l'accumulateur (5) par une première électrovanne (3) commandable électroniquement;
    • une deuxième électrovanne (1), commandable électroniquement, reliant le volume de transfert (4) à une source de pression;
    • une troisième électrovanne (2), commandable électroniquement, reliant ledit volume de transfert (4) à un puits de pression délivrant la pression d'échappement;
    • un capteur de pression (6), situé en aval de la première électrovanne (3), mesurant la pression du fluide dans l'accumulateur (5) et connecté à un système électronique de commande des électrovannes.
  • Un régulateur de pression selon l'invention sera avantageusement utilisé dans l'asservissement de la vitesse des jets d'une tête de projection de liquide, en particulier pour une imprimante à jet d'encre.
  • D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante d'un exemple particulier de réalisation, cette description étant faite en relation avec les dessins dans lesquels :
    • la figure 1 est un schéma d'un régulateur de pression à commande électronique selon l'invention;
    • les figures 2A et 2B sont les séquences de fonctionnement des électrovannes du régulateur selon l'invention, relatives aux variations de pression;
    • la figure 3 est un schéma hydraulique d'une imprimante à jet d'encre équipée d'un régulateur de pression selon l'invention;
    • la figure 4 est un schéma de principe de l'asservissement de la vitesse du jet, selon l'invention.
    • la figure 5 est un schéma de principe du transfert de l'encre dans l'accumulateur, selon l'invention;
    • la figure 6 est la séquence de base de fonctionnement des électrovannes du régulateur selon l'invention, lors du transfert de l'encre.
  • Les éléments portant les mêmes références dans les différentes figures remplissent les mêmes fonctions en vue des mêmes résultats.
  • La figure 1 est un schéma de principe du régulateur de pression selon l'invention, destiné à réguler la pression d'un fluide, diphasique par exemple, contenu dans un accumulateur 5. Ce régulateur de pression comprend un volume de transfert 4, relié à son environnement par trois électrovannes 1,2 et 3 à deux voies et deux positions. Ce volume de transfert 4 est ainsi relié, par l'électrovanne 1, à une source de pression, un compresseur par exemple, destinée à permettre la mise en pression du volume 4 à une pression de l'ordre de 4 bars relatifs par exemple. Le volume de transfert 4 est aussi relié à un puits de pression délivrant une pression inférieure à la pression de l'accumulateur 5 - l'air libre par exemple - au moyen d'une électrovanne 2, pour pouvoir être mis à la pression atmosphérique. Enfin, le volume 4 est relié, par l'électrovanne 3, au volume de sortie 5, appelé accumulateur. Un capteur de pression 6, placé à l'entrée de l'accumulateur 5, délivre des informations, traitées par le système électronique de commande des électrovannes, sur la valeur de la pression régnant dans l'accumulateur 5 et permet de vérifier la bonne marche du régulateur.
  • Ce volume d'air 4, intermédiaire entre la source de pression, la pression d'échappement et le volume de sortie, est dimensionné précisément en fonction de cette pression source, de la pression d'échappement, de la pression dans l'accumulateur 5 et de la précision souhaitée sur la régulation de cette dernière pression. Afin que les transferts entre le volume 4 et l'accumulateur 5 ne provoquent pas de perturbations importantes, en accord avec la précision recherchée pour le régulateur, le volume de transfert 4 est faible devant le volume de sortie. La fréquence des transferts n'est fonction que du débit d'air demandé en sortie.
  • Le jet de liquide émis en sortie de l'accumulateur 5 étant arrêté, le fonctionnement du régulateur est vérifié de la façon suivante : les électrovannes 1 et 3 sont commandées pour être ouvertes, ce qui met l'accumulateur 5 en communication directe avec la source de pression. On peut ainsi vérifier le niveau de la pression source par le capteur de pression 6. Puis l'ouverture des électrovannes 2 et 3 est alors commandée pour mettre l'accumulateur 5 en communication directe avec l'atmosphère et vérifier sa mise à l'atmosphère en constatant une pression relative nulle par l'intermédiaire du capteur 6.
  • Le procédé de régulation de la pression dans l'accumulateur 5 comprend trois cycles de base.
  • Le premier cycle correspond au cas où la pression dans l'accumulateur se trouve dans la plage des valeurs souhaitées, par exemple 3 bars à plus ou moins 1%.
  • Aucune séquence n'est alors initialisée, et les trois électrovannes restent fermées.
  • Le second cycle correspond au cas où la pression lue dans l'accumulateur 5 est inférieure aux valeurs de la plage souhaitée. Une séquence représentée sur la figure 2A, d'augmentation de la pression dans l'accumulateur 5 est alors lancée et consiste :
    • dans une première étape, à mettre le volume de transfert 4 à la pression source, par ouverture de l'électrovanne 1, les électrovannes 2 et 3 étant fermées;
    • dans une seconde étape, à isoler le volume de transfert 4 en fermant toutes les électrovannes;
    • dans une troisième étape, à mettre en communication le volume de transfert 4 avec l'accumulateur 5, par ouverture de l'électrovanne 3, les électrovannes 1 et 2 restant fermées;
    • dans une quatrième étape, les trois électrovannes étant fermées, à prendre en compte le signal de pression du capteur 6 par le système électronique de contrôle de l'imprimante, non représenté, pour réitérer le cycle décrit ci-dessus jusqu'à obtention de la pression souhaitée dans l'accumulateur 5. Ce système électronique assure en particulier la commande de l'ouverture et de la fermeture des électrovannes pour garantir la bonne vitesse des jets .
  • Le troisième cycle correspond au cas où la pression lue dans l'accumulateur 5 est supérieure aux valeurs de la plage souhaitée. Dans ce cas, une séquence de baisse de pression représentée sur la figure 2B, est déclenchée et consiste :
    • dans une première étape, à mettre le volume de transfert 4 à la pression d'échappement par ouverture de l'électrovanne 2, les électrovannes 1 et 3 restant fermées;
    • dans une seconde étape, à isoler le volume de transfert 4 en fermant toutes les électrovannes;
    • dans une troisième étape, à mettre le volume de transfert 4 en communication avec l'accumulateur 5, en ouvrant l'électrovanne 3, les électrovannes 1 et 2 restant fermées;
    • dans une dernière étape, les électrovannes 1, 2, 3 étant fermées, à prendre en compte le signal de pression du capteur de pression 6 par le système électronique de commande, pour réitérer cette séquence jusqu'à obtenir la pression souhaitée dans l'accumulateur 5. Ainsi la pression dans ledit accumulateur diminue pour se replacer dans la plage désirée.
  • La figure 3 concerne l'application de l'invention à l'impression par jet continu de gouttes de liquide, et notamment d'encre, et représente le schéma hydraulique d'une imprimante à jet d'encre équipée d'un régulateur selon l'invention.
  • L'accumulateur 5 sert de réservoir d'encre pour l'impression des gouttes sur un support, par la tête d'impression non représentée de l'imprimante. La pression de l'encre est imposée par une poche de gaz 50 surplombant l'encre. Les gouttes d'encre non utilisées sont récupérées en sortie de la tête d'impression et recyclées par une canalisation 7 vers un réservoir 8 dit de récupération servant d'intermédiaire entre un réservoir d'encre 12 et l'accumulateur 5. Pour cela, le réservoir 8 est mis en dépression par un circuit de dépression comme décrit dans la demande de brevet français 89 13060 au nom de la demanderesse. Un viscosimètre 9, destiné à mesurer la viscosité de l'encre issue de ce réservoir de récupération 8,
    sert de réservoir dans lequel transite l'encre provenant dudit réservoir de récupération 8 avant d'être envoyée dans l'accumulateur 5. Ce viscosimètre est relié à la partie inférieure du réservoir 8 par une électrovanne 89 via une fuite calibrée 10, et à la partie inférieure du volume de transfert 4 par une électrovanne 13, après passage dans un filtre 39 évitant que cette dernière soit bouchée par les particules en suspension dans l'encre. En fonction de la mesure de la viscosité, du solvant contenu dans un réservoir 11, peut être ajouté dans le réservoir 9, par l'intermédiaire d'une électrovanne 119. De plus, la poche de gaz 90 régnant dans le viscosimètre est reliée d'une part au sommet du réservoir de récupération 8 par une électrovanne 98, d'autre part à la pression source par une électrovanne 94 et à la pression d'échappement -l'atmosphère par exemple- par une électrovanne 91. Quant au remplissage du viscosimètre, il s'effectue selon la description faite dans le brevet français n° 2 652 540.
  • Selon l'invention, le circuit d'alimentation en encre de l'imprimante comprend un régulateur de pression à commande électronique tel que décrit précédemment, dont le volume de transfert 4 contient une faible quantité d'encre surmontée d'une poche de gaz 40. La base du volume de transfert 4 est connectée d'une part à la base du viscosimètre 9 par l'intermédiaire d'une électrovanne 13 autorisant le transfert de l'encre du viscosimètre vers le volume 4 et d'autre part à la base de l'accumulateur 5 par une électrovanne 15, autorisant le transfert de l'encre du volume 4 vers l'accumulateur, ces deux électrovannes 13 et 15 étant commandables électroniquement. De plus, la partie supérieure du volume de transfert 4 est reliée à la source de pression 14 par l'électrovanne 1, à une source de dépression comme l'atmosphère par l'électrovanne 2 et à la poche de gaz 50 de l'accumulateur 5 par l'électrovanne 3.
  • La pression régnant dans l'accumulateur 5 est mesurée par un capteur de pression 6, à sortie analogique par exemple.
  • Les dimensions V₄ du volume de transfert 4 sont telles qu'elles répondent à la relation adiabatique (A) suivante : P₅ x V₅ y + P₄ x V₄ y = P x (V₅ + V₄) y
    Figure imgb0001
    où
    • P₅
    est la pression absolue dans l'accumulateur 5;
    V₅
    est le volume de la poche de gaz 50 de l'accumulateur 5;
    P₄
    est la pression absolue dans le volume de transfert 4;
    V₄
    est le volume de la poche de gaz 40 du volume de transfert 4;
    P
    est la pression après mise en communication du volume 4 et de l'accumulateur 5;
    y
    est le coefficient d'adiabaticité.
  • Cette relation (A) permet de calculer le volume V₄ à partir de la connaissance des valeurs de P₄, P₅, V₅ et de la précision r du régulateur, donnée par la formule : r = P₅ - P P₅
    Figure imgb0002
  • Pendant le régime normal de fonctionnement de l'imprimante, alors que l'accumulateur 5 envoie un jet continu d'encre à la tête d'impression, les cycles de fonctionnement du régulateur de pression, décrits aux figures 2A et 2B, permettent de contrôler très précisément la pression de l'encre éjectée, donc d'asservir la vitesse du jet d'encre dans le but d'améliorer la qualité de l'impression.
  • Ainsi, l'invention a pour objet un procédé de régulation de la pression de l'encre contenue dans l'accumulateur 5, qui comprend les trois cycles suivants.
  • Un premier cycle de maintien de la pression dans l'accumulateur 5, quand celle-ci est bien dans la plage des valeurs choisies pour un bon fonctionnement de la tête d'impression, comprend des transferts de quantités élémentaires d'encre du volume de transfert 4 vers l'accumulateur 5, par l'intermédiaire de l'électrovanne 15.
  • Un second cycle d'augmentation de ladite pression dans l'accumulateur 5, quand elle est inférieure à la plage choisie, comprenant les étapes suivantes:
    • une première étape d'augmentation de la pression P₄ dans le volume de transfert 4 par la mise en communication commandée de sa poche de gaz 40 avec la source de pression 14, grâce à l'électrovanne 1, les électrovannes 1 et 2 restant fermées;
    • une seconde étape d'isolation du volume de transfert 4 par fermeture de toutes les électrovannes;
    • une troisième étape de mise en communication de la poche de gaz 40 du volume de transfert 4 avec la poche de gaz 50 de l'accumulateur 5 par ouverture commandée de l'électrovanne 3, les électrovannes 1 et 2 restant fermées;
    • une quatrième étape de prise en compte, les électrovannes étant fermées, du signal de pression du capteur 6 par le système électronique de commande, pour recommencer ce second cycle jusqu'à l'obtention de la pression désirée dans l'accumulateur 5.
  • Un troisième cycle de diminution de la pression dans l'accumulateur 5, quand celle-ci est supérieure à la plage choisie, comprend :
    • une première étape de diminution de la pression P₄ par la mise en communication commandée de la poche de gaz 40 avec un puits de pression - l'atmosphère par exemple -, grâce à l'électrovanne 2, les électrovannes 1 et 3 étant fermées;
    • une seconde étape d'isolation du volume 4 par fermeture des trois électrovannes 1 à 3;
    • une troisième étape de mise en communication de la poche de gaz 40 du volume 4 avec la poche de gaz 50 de l'accumulateur 5 grâce à l'électrovanne 3, les deux autres restant fermées;
    • une quatrième étape, les électrovannes 1 à 3 étant fermées, de prise en compte du signal émis par le capteur de pression 6, par le système électronique de commande, pour recommencer ce cycle 3 jusqu'à obtenir la pression désirée dans l'accumulateur.
  • On remarquera également, dans le schéma hydraulique de la figure 3, que le circuit des ajouts d'encre et de solvant comprend un seul canal de circulation 102 pour l'encre et le solvant, limitant ainsi les problèmes de colmatage des tuyaux par l'encre et que les ajouts ont lieu par les parties inférieures des réservoirs afin d'éviter les phénomènes de perturbation des surfaces libres. Enfin, on peut noter le rôle de volume de transfert de solvant joué par le viscosimètre, dans le but de réaliser le rinçage de la tête d'impression lors de ses arrêts.
  • Les cycles de fonctionnement du régulateur permettent d'obtenir un asservissement de la vitesse de jet de la tête d'impression. La figure 4 est un schéma de principe de l'asservissement de la vitesse du jet. Cet asservissement en boucle fermée reçoit d'une part une consigne de vitesse de jet Vc - 20 m/s par exemple - et d'autre part une mesure de la vitesse du jet Vj en sortie de l'accumulateur 5, effectuée par un système décrit dans le brevet français n° 2 636 884 de la demanderesse. Un comparateur 16 élabore la différence entre la vitesse de consigne Vc et la vitesse de jet mesurée Vj, de l'ordre de 0,3 m/s, par exemple. Cette différence, appelée erreur E, est ensuite comparée à une valeur δ, qui est l'erreur permise, par exemple 0,2 m/s.
  • La précision de l'asservissement est donc obtenue directement en faisant le rapport entre l'erreur permise δ et la valeur de consigne de la vitesse (0,2/20 = 1%).
  • Dans le cas où l'erreur E est plus grande que (+δ), la vitesse de jet est considérée comme trop faible, il faut donc lancer le second cycle du régulateur, appelé cycle 2 sur la figure, pour augmenter la pression de l'accumulateur. Ainsi la partie supérieure de l'accumulateur 5 est mise en communication par l'électrovanne 3 avec la poche de gaz 40 du volume de transfert 4, dans lequel a été préalablement établie une surpression grâce à l'ouverture de l'électrovanne 1 précédemment.
  • Dans le cas où l'erreur E est inférieure à (-δ), la vitesse de jet est plus élevée que la vitesse de consigne Vc, et il faut alors commander le troisième cycle de fonctionnement du régulateur, appelé cycle 3 sur la figure, pour diminuer la pression de l'accumulateur 5.
  • Pour cela, la partie supérieure de l'accumulateur 5 est mise en communication avec l'atmosphère, par l'intermédiaire de l'électrovanne 2, qui autorise un retrait de gaz de l'accumulateur vers l'air libre.
  • Dans le cas où l'erreur E est comprise entre (+δ) et (-δ), on laisse le régulateur fonctionner sans changer la pression dans l'accumulateur.
  • La stabilité de l'asservissement est obtenue en dimensionnant le volume de transfert 4 de façon à ce que la perturbation de pression dans l'accumulateur 5, due aux second et troisième cycles de fonctionnement du régulateur, ne fasse pas varier la vitesse de jet de plus de la valeur δ. De plus, le volume V₄ de la poche de gaz 40 du volume de transfert 4 doit être maintenu dans un rapport constant avec le volume V₅ de la poche de gaz 50 de l'accumulateur 5, grâce à la mise en communication permanente de ces deux réservoirs 4 et 5 par l'électrovanne 15, en dehors des séquences d'ajout ou de retrait de gaz dans l'accumulateur 5, tout comme en dehors des séquences de transfert de l'encre, comme décrites dans la suite.
  • Pendant le régime transitoire de remplissage de l'accumulateur 5 correspondant au transfert rapide de l'encre du viscosimètre 9 vers l'accumulateur 5, le niveau de régulation de la pression dans ledit accumulateur est obtenu à partir des informations non plus délivrées par le capteur de vitesse du jet d'encre, mais délivrées par le capteur de pression 6. La consigne de pression résulte alors de la dernière mesure précédant la séquence de transfert de l'encre du viscosimètre 9 vers l'accumulateur 5.
  • La figure 5 est un schéma de principe du transfert de l'encre dans l'accumulateur, selon l'invention. Ce transfert doit être exécuté en n'apportant qu'une faible perturbation de la pression régnant dans l'accumulateur 5, en accord avec la précision de l'asservissement de vitesse. Cette séquence de transfert utilise le volume de transfert 4, dont la partie basse est remplie d'encre, pour faire passer une quantité élémentaire d'encre du viscosimètre 9 vers l'accumulateur 5.
  • Pour cela, la partie supérieure du viscosimètre 9, qui contient une poche de gaz 90 au-dessus de l'encre, est reliée à la pression source par une électrovanne 17, commandable électroniquement.
  • La partie inférieure contenant l'encre est reliée à la partie inférieure du volume de transfert 4, elle aussi contenant de l'encre, par l'électrovanne 13, via un filtre 18. Puis, cette électrovanne 13 étant refermée, l'encre du volume de transfert 4 passe dans le fond de l'accumulateur 5 par ouverture de l'électrovanne 15. La figure 6 montre la séquence de base de fonctionnement des électrovannes 1,2,3,13,15 et 17 lors du transfert de l'encre au moyen de l'ouverture desdites électrovannes.
  • L'étape suivante où les électrovannes 15 et 3 sont ouvertes simultanément correspond à l'équilibrage par vase communiquant des niveaux d'encre de l'accumulateur 5 et du volume de transfert 4. La vidange du viscosimètre nécessite plusieurs séquences de transfert, une dizaine environ, chacune suivie d'une vérification de la vitesse du jet. Des corrections peuvent être prévues en cas de nécessité.
  • Un régulateur selon l'invention a été expérimenté sur une imprimante à jet d'encre continu. En régime établi, pour un maintien de la vitesse de jet à 1% près, la consommation en encre de l'imprimante est telle qu'un cycle d'augmentation de pression est nécessaire toutes les vingt secondes; un cycle de baisse de pression n'apparaît pas alors que le cycle de maintien de la pression est largement majoritaire.

Claims (8)

  1. Régulateur de pression pneumatique, à commande électronique, du fluide diphasique contenu dans un accumulateur entre une valeur supérieure de pression délivrée par une source de pression donnée et une valeur inférieure de pression, dite pression d'échappement, caractérisé en ce qu'il comprend :
    - un volume de transfert (4) rempli de gaz, relié au volume de gaz surplombant le liquide de l'accumulateur (5) par une première électrovanne (3) commandable électroniquement;
    - une deuxième électrovanne (1), commandable électroniquement, reliant le volume de transfert (4) à une source de pression;
    - une troisième électrovanne (2), commandable électroniquement, reliant ledit volume de transfert (4) à un puits de pression délivrant la pression d'échappement;
    - un capteur de pression (6), situé en aval de la première électrovanne (3), mesurant la pression du fluide dans l'accumulateur (5) et connecté à un système électronique de commande des électrovannes.
  2. Régulateur de pression pneumatique, à commande électronique, d'un liquide contenu dans un accumulateur dont la pression est imposée par une poche de gaz surplombant ledit liquide et qui est connecté à un réservoir de liquide, ladite pression devant être comprise entre une valeur supérieure délivrée par une source de pression et une valeur inférieure, dite d'échappement, caractérisé en ce qu'il comprend :
    - un volume de transfert (4) contenant une faible quantité dudit liquide surmontée par une poche de gaz (40) reliée au volume de gaz (50) surplombant le liquide de l'accumulateur (5) par une première électrovanne (3), et dont la base est reliée d'une part audit réservoir (9) de liquide par une électrovanne (13) et d'autre part à la base dudit accumulateur (5) par une électrovanne (15), commandables électroniquement;
    - une deuxième électrovanne (1), commandable électroniquement, reliant ladite poche de gaz (40) de volume de transfert (4) à une source de pression;
    - une troisième électrovanne (2), commandable électroniquement, reliant la poche de gaz (40) dudit volume de transfert (4) à un puits de pression délivrant la pression d'échappement;
    - un capteur de pression (6), situé entre ledit accumulateur (5) et la première électrovanne (3), mesurant la pression du gaz dans l'accumulateur et connecté à un système électronique de commande des électrovannes.
  3. Régulateur de pression selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les dimensions du volume de transfert (4) sont fonction de la pression source, de la pression d'échappement et de la pression du fluide à réguler et en ce qu'elles doivent être très inférieures à celles de l'accumulateur (5).
  4. Procédé de régulation de la pression d'un fluide contenu dans un accumulateur, par un régulateur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend les trois cycles suivants :
    - un premier cycle de maintien de la pression P₅ dans l'accumulateur (5), quand elle appartient à la plage de valeurs choisies, par fermeture des trois électrovannes (1, 2 et 3);
    - un second cycle d'augmentation de la pression P₅ de l'accumulateur (5), quand elle est inférieure à la plage choisie, comprenant :
    - une première étape d'augmentation de la pression P₄ du volume de transfert (4) par sa mise en communication avec la pression source, grâce à la troisième électrovanne (1), les première et troisième électrovannes (2 et 3) étant fermées;
    - une seconde étape d'isolation du volume de transfert (4) en fermant toutes les électrovannes;
    - une troisième étape de mise en communication du volume de transfert (4) avec l'accumulateur (5), par ouverture de la première électrovanne (3), les deuxième et troisième électrovannes (1 et 2) restant fermées;
    - une quatrième étape, les trois électrovannes étant fermées, de prise en compte du signal de pression du capteur (6) par le système électronique de commande, pour réitérer ledit second cycle jusqu'à obtention de la pression souhaitée dans l'accumulateur (5);
    - un troisième cycle de diminution de la pression P₅ dans l'accumulateur (5), quand elle est supérieure à la plage choisie, consistant :
    - dans une première étape, à mettre le volume de transfert (4) à la pression d'échappement par ouverture de la troisième électrovanne (2), les seconde et première électrovannes (1 et 3) restant fermées;
    - dans une seconde étape, à isoler le volume de transfert (4) en fermant toutes les électrovannes;
    - dans une troisième étape, à mettre le volume de transfert (4) en communication avec l'accumulateur (5), en ouvrant la première électrovanne (3), les deuxième et troisième électrovannes (1 et 2) restant fermées;
    - dans une dernière étape, les trois électrovannes (1, 2, 3) étant fermées, à prendre en compte le signal de pression du capteur de pression (6) par l'électronique de commande, pour réitérer ledit troisième cycle jusqu'à obtenir la pression souhaitée dans l'accumulateur (5).
  5. Procédé de régulation de la pression d'un liquide contenu dans un accumulateur, dont la pression est imposée par une poche de gaz surplombant ledit liquide, par un régulateur selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend les cycles suivants :
    - un premier cycle de maintien de la pression P₅ dans l'accumulateur (5), quand celle-ci est comprise dans la plage de valeurs choisies, par transferts élémentaires de liquide du volume de transfert (4) vers l'accumulateur (5) par l'intermédiaire de l'électrovanne (15) reliant leurs bases;
    - un second cycle d'augmentation de la pression P₅, quand celle-ci est inférieure à la plage choisie, comprenant :
    - une première étape d'augmentation de la pression P₄ dans le volume de transfert (4) par la mise en communication commandée de sa poche de gaz (40) avec la source de pression, grâce à la deuxième électrovanne (1), les première et troisième électrovannes (3 et 1) restant fermées;
    - une seconde étape d'isolation du volume de transfert (4) par fermeture de toutes les électrovannes;
    - une troisième étape de mise en communication de la poche de gaz (40) du volume de transfert (4) avec la poche de gaz (50) de l'accumulateur (5) par ouverture commandée de la première électrovanne (3), les deuxième et troisième électrovannes (1 et 2) restant fermées;
    - une quatrième étape de prise en compte, les électrovannes étant fermées, du signal de pression du capteur (6) par le système électronique de commande, pour recommencer ce second cycle jusqu'à l'obtention de la pression désirée dans l'accumulateur (5).
    - un troisième cycle de diminution de la pression dans l'accumulateur (5), quand celle-ci est supérieure à la plage choisie, qui comprend :
    - une première étape de diminution de la pression P₄ par la mise en communication commandée de la poche de gaz (40) avec le puits de pression
    - l'atmosphère par exemple -, grâce à la troisième l'électrovanne (2), les première et deuxième électrovannes (1 et 3) étant fermées;
    - une seconde étape d'isolation du volume (4) par fermeture des trois électrovannes (1 à 3);
    - une troisième étape de mise en communication de la poche de gaz (40) du volume (4) avec la poche de gaz (50) de l'accumulateur (5) grâce à la première électrovanne (3), les deux autres restant fermées;
    - une quatrième étape, les électrovannes (1 à 3) étant fermées, de prise en compte du signal émis par le capteur de pression , par le système électronique de commande, pour recommencer ce troisième cycle jusqu'à obtenir la pression désirée dans l'accumulateur.
  6. Procédé de régulation de la pression d'encre, destinée à alimenter une tête d'impression à jet continu, contenue dans un accumulateur (5) dont la pression est imposée par une poche de gaz (50) surplombant l'encre et dont la viscosité est mesurée dans un réservoir (9) contenant une poche de gaz (90) surplombant l'encre, selon la revendication 5, caractérisé en ce que, la poche de gaz (90) étant reliée à la pression source par ouverture d'une électrovanne (94), le transfert de l'encre dans l'accumulateur s'effectue selon :
    - une première étape de transfert d'une faible quantité d'encre du viscosimètre (9) dans la partie inférieure du volume de transfert (4) par ouverture de l'électrovanne (13) reliant leurs bases, les électrovannes (1, 2, 3 et 15) étant fermées;
    - une seconde étape de transfert de l'encre du volume (4) dans l'accumulateur (5) par ouverture de l'électrovanne (15), les électrovannes (1, 2, 3 et 13) étant fermées;
    - une troisième étape d'équilibrage par vase communicant des niveaux d'encre de l'accumulateur (5) et du volume (4), par ouverture des électrovannes (3 et 15).
  7. Procédé de régulation selon la revendication 6, caractérisé en ce que le volume V₄ de la poche de gaz (40) du volume de transfert (4) est maintenu dans un rapport constant avec le volume V₅ de la poche de gaz (50) de l'accumulateur (5) par l'électrovanne (15) autorisant la communication permanente entre le volume (4) et l'accumulateur (5), en dehors des périodes d'ajout ou de retrait de gaz et en dehors des périodes de transfert d'encre entre eux.
  8. Procédé d'asservissement de la vitesse des jets d'une tête d'impression à jet continu de liquide selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend :
    - une première étape de comparaison entre une consigne de vitesse de jet Vc et la vitesse mesurée Vj en sortie de la tête, donnant la différence E entre ces deux valeurs de vitesse;
    - une seconde étape de comparaison entre ladite erreur E et une valeur d'erreur permise δ;
    - une étape de déclenchement du second cycle d'augmentation de la pression dans l'accumulateur (5), si E > + δ;
    - une étape de déclenchement du troisième cycle de diminution de la pression dans l'accumulateur, si E > - δ;
    - une étape de maintien de la pression dans l'accumulateur, si - δ < E < + δ.
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