EP1395435A1 - Dispositif et procede de recuperation de jets de liquide - Google Patents
Dispositif et procede de recuperation de jets de liquideInfo
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- EP1395435A1 EP1395435A1 EP02755071A EP02755071A EP1395435A1 EP 1395435 A1 EP1395435 A1 EP 1395435A1 EP 02755071 A EP02755071 A EP 02755071A EP 02755071 A EP02755071 A EP 02755071A EP 1395435 A1 EP1395435 A1 EP 1395435A1
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- 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
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- B41J2/01—Ink jet
- B41J2/07—Ink jet characterised by jet control
- B41J2/125—Sensors, e.g. deflection sensors
Definitions
- the invention relates firstly to a device for capturing a jet of liquid, capable of being used in a continuous ink jet print head.
- the ink is pressurized in the tank 2 upstream of an ejection nozzle. At the outlet of the nozzle, there is emission of a continuous jet 1.
- This jet is first divided into drops by a member 3 controlled by a fractionation signal. Simultaneously the drops separating from the continuous jet are electrically charged under the effect of the variable electric field established between the charging electrodes 4 and the liquid. They then pass through an electric deflection field 11, generated between two electrodes 5 or deflection plates to be deflected as a function of the individual charge of each drop.
- the ink drops are either recovered in the gutter 7, or deposited on a support 6.
- the liquid recovered in a gutter 7 flows into an umbilicus 8 leading to a recovery circuit 10 comprising a suction pump, which returns the recycled ink in the pipe 9 leading to the reservoir 2. It also relates to a process the aim of which is to recover these drops under the best conditions, that is to say:
- a first important problem associated with the recovery of the jet of drops is the difficulty of separating the liquid from gases such as entrained ambient air and the vapor of solvents.
- the impact of a drop in liquid causes gas in the wake of the drop inside the liquid.
- the bottom of the recovery gutter 7 is occupied by a liquid cluttered with small bubbles, which is aggravated by the predisposition of foaming inks. It is not permissible to recover liquid that has too much gas to recycle it.
- a plausible process, exploited for example in patent JP-A-58 96561, consists in leaving the recovered liquid to settle, but this is conceivable only in large gutters, which presents for the inks risks of drying and solidification and requires maintaining the system in a fixed orientation.
- FIG. 2 illustrates a gutter for recovering the ink unused for printing according to the art, produced using an elbow pipe 21, 22 and 25.
- Another important problem, correlated to the previous one, which one encounters when one wants to recover the unused ink properly consists in regulating the flow rate of the suction and recycling pump of the ink without sucking in excess gas.
- the patent JP-A-58 96561 already cited describes a controlled system for recovering ink not used for printing.
- the gutter is placed on the same carriage as the ink emission device.
- the detection of the ink level using the electrical conduction in the ink between two electrodes makes it possible to modify the pumping rate of the ink from the gutter and thus to adjust the level of ink resting at the bottom of the gutter.
- This system uses gravity to separate the liquid and the gas, which is disadvantageous, the dimensions of the gutter are important, the air-ink contact is important and the ink may solidify in the gutter if it is quick-drying . Furthermore, the dimensions of the gutter do not allow the head to operate in different orientations, in particular head upside down.
- US Pat. No. 4,890,119 attempts to improve the conditions for recovering the drops by a specially shaped gutter.
- the drops are collected on various orientations and flow into a bottom tank of the gutter with little entrained air; the recovery exploits gravity, which reduces the evaporation of the solvent from the ink and gives an inexpensive recovery system.
- the flow rate of the gutter which is not controlled, must be defined to avoid clogging in ink of the gutter whatever the circumstances. The absorption of gas then becomes inevitable and the flow in the recovery navel which follows the gutter becomes chaotic.
- US-A-5 739 829 attempts to improve the recovery of the jet by adjusting the depression of the ink recovery tank located behind the gutter and the umbilicus.
- a pressure sensor located near the tank records pressure fluctuations.
- the navel gradually fills with ink and the pressure fluctuations decrease.
- the amplitude of the pressure fluctuations reaches a predetermined regime, the depression is increased by an arbitrary coefficient in order to avoid an overflow of the "gutter.
- the quantity of air absorbed by the gutter is reduced by decreasing the depression
- the position of the sensor very close to the reservoir, does not however make it possible to obtain information on the state of the flow at the gutter, and the duration induced between the measurement and the effect of an adjustment in the gutter.
- the present invention makes it possible to control the operating point of the flow of the ink while being much simpler than current implementations. Its purpose is to reduce the complexity of the reprocessing of the ink in the circuit and can make it possible to eliminate the recovery pump.
- a first object of the present invention is to reduce the number of mechanical and electrical components of the liquid jet recovery control function.
- a second object is to establish a liquid recovery device substantially eliminating the introduction of air into the product to be recovered, which then makes it possible to simplify the ink treatment and reduce the loss of volatile components of the ink.
- a third object is to propose methods of processing the information of a sensor supplying the parameters providing information on the point of operation of the flow of the liquid during recovery of the jet.
- a fourth object is a process aimed at reducing, from the information provided by the sensor, the level of recovery flow rate and minimizing the consumption of solvent.
- a fifth object is an adaptive recovery process depending on the type of ink (viscosity, density, type of solvent), the position of the jet (orientation and head-machine elevation), the printing rate.
- the device for recovering one or more jets of liquid comprises a gutter for receiving the jets or jets and a discharge hole, the gutter has at least one impact wall connecting directly at the evacuation hole, a liquid filling rate sensor being disposed in the evacuation hole, and means for acting on a flow of the liquid in a recovery circuit situated after the evacuation hole ensuring a servo-control of flow rate based on measurements given by the sensor.
- a gutter where the ink stays before being recovered, but a gutter arranged so as to be traversed quickly by the ink droplets and to form these droplets in a coherent flow that does not include gas.
- the ink immediately enters the evacuation hole without having lost too much of its kinetic energy of projection, and without having undergone a flow break thanks to the arrangement in direct connection of the gutter and the evacuation hole.
- the flow of ink thus remains continuous up to the discharge hole even if it changes direction with, for example, a curved impact wall.
- this double characteristic allows the drops to re-form into a coherent sheet which does not carry much gas with it. This is obtained if the impact wall makes an angle which remains less than a limit, determined by experience, with the jet of liquid.
- the maximum limit can go up to 20 ° depending on the applications and preferably 10 °.
- the evacuation hole is furnished with a sensor of its content; it will usually be an electrical resistance sensor whose length is preferably of the order of the diameter of the discharge hole: the ink is rather conductive, but the resistance of the emulsion which it forms with gases increases with the proportion of entrained gas.
- the position of the sensor very close to the gutter makes it possible both to react immediately to a deregulation of the flow consecutive to a variation in the rate of arrival of the drops and to better understand the conditions for the formation of the evacuation flow, by knowing the degree of filling of the evacuation hole at the inlet.
- This sensor may include, at its ends, a pair of electrodes housed either in the discharge hole or at the ends of the hole, in order to measure the resistance of the fluid in the hole. Later, it is described more precisely that the device can also include a physical resistance or of fluid content in the ink circuit.
- a particular arrangement comprises two electrodes housed at the inlet and outlet ends of the discharge hole, and a third housed in the discharge hole.
- the method according to the invention comprises regular measurements of a filling rate of the liquid recovery duct, and a flow control on the recovery duct to find a set filling rate; this rate advantageously corresponds to a single-phase flow.
- An advantageous variant makes it possible to detect the main flow modes of the gutter, including a continuous spectrum annular flow mode, a spectrum bubble flow mode formed by peaks of bubble frequencies, and a mode of Monophasic spectrum flow formed by a single modulation frequency peak.
- FIG. 1 illustrates a printer in general
- FIG. 2 illustrates the flow of ink in a gutter of known type
- Figures 3, 3A, 4, 4A and 4B show various embodiments of a gutter according to the invention, Figure 4B being a section along the line 4B-4B of Figure 4A," Figure 5 illustrates the transitional period of recovery control, 1 Figures 6 to 8 illustrate some phenomena used to achieve recovery control, “and Figures 9 to 12 show some electrical circuits for measuring the resistance of a vein of ink.
- the drops 30 entering the gutter 31 touch an impact wall 32 established on its internal surface with an angle of incidence ⁇ which is such that the drops
- the meniscus 40 is established, its shape varies as a function of the difference in flow rates. arrival of the collected drops and the suction pump, the extension of this variation is located approximately in a drainage hole.
- the gutter 31 of the recovery device has a section varying monotonically decreasing from the inlet to the umbilicus 39.
- the cavity 35 is established between a flat insulating support 37 and a concave recess 38 conductor which carries the oblique impact wall 32 and on which the sheet 33 is formed.
- the evacuation hole 36 can be made either in the flat support 37 or in the impact wall.
- the liquid continues to run in the discharge hole 36.
- the determination of the minimum deceleration distance of the sheet 33 is evaluated using experience for a range of inks linked to the application. An angle ⁇ of about 10 ° or less between the impact wall 32 and the direction of the drops gives good results of tablecloth flow stability.
- the angle ⁇ is determined experimentally by varying the angle formed between the jet and the impact wall. Thus, the maximum angle ⁇ ma ⁇ acceptable for an ink and a speed is determined. Then just choose ⁇ ⁇ ma ⁇ .
- the kinetic energy of the liquid allows it to easily cross the gutter 31 and even to remove a recovery pump if the return circuit to the printer is simple. Otherwise, the volume flow q of the pump is controlled as a function of the value of the resistance provided by the above-mentioned sensor.
- the discharge hole 36 can extend the axis of the funnel constituting the gutter or cut this axis by being oblique or perpendicular thereto.
- the funnel of the gutter 31 may have sections of different shape, although it is desired that the wall 32 is concave to form a channel where the drops converge to form the sheet 33.
- the cavity of the gutter 31 of FIG. 4 has the shape of a cylinder cut by a plane, that is to say a cylindrical tab.
- the evacuation hole 36 opens out inside this cavity.
- the axis of the funnel may be parallel to the direction of the drops 30 or be inclined; depending on the case ( Figures 3 and 4), all the faces of the gutter 31 or some of them only have an angle ⁇ ⁇ max suitable for recovery, which allows the recovery of several jets in the same gutter (figure 3A).
- the drops 30 of the different jets unite in respective layers 33 which merge before arriving at the evacuation hole 36.
- the removal of the ink accumulation reservoir which is traditionally shaped at bottom of the gutter and under which the drainage hole opens, here directly connected to the impact wall 32.
- the new arrangement leads to better filling of the evacuation hole, by exploiting the kinetic energy of the sheet 33, and with better recovery quality by reducing the proportion of air bubbles, thanks to the consistency of this sheet 33.
- the evaluation of the resistance Rc of the evacuation hole is essentially made along the axis of the hole, but the invention makes it possible to use other forms of electrodes 52 and 53, for example on generators other than the hole evacuation ( Figures 4A and 4B).
- the cavity 35 is merged with the evacuation hole 36.
- the sensor measures the overall dimensions of the cavity 35.
- the average value of the resistance R c is reduced as well as its fluctuations between an upper envelope e s and a lower envelope e ⁇ . .
- the sensor swallows less and less air and the flow is less and less two-phase.
- the bubbles are becoming increasingly scarce and disappear, the resistance becomes stable and single-phase flow, which corresponds to the PI point of the curve where one upper shell e s the value of the resistance R c almost joins the lower envelope ei.
- the ink profile is then defined by a meniscus (40 in FIG. 4) at the entrance to the evacuation hole 36. At most, there remain variations in resistance linked to the rate of pumping and variations in flow in the umbilicus.
- the meniscus 40 leaves the hole 36 towards the cavity 35, and the resistance R ⁇ inside the hole 36 then takes a minimum value corresponding to that which has been calculated above, this which is observed at point P2 of the curve.
- the minimum value C min result of the measurement of our device, is used to calculate from the previous formula the value of the volume resistivity p of the ink, the dimensional parameters rec »0r ec being known from construction, or deduced experimentally during measurements made beforehand using a liquid with known resistivity. It so happens that the information obtained Rci n also allows us to obtain from our sensor the resistivity of the ink used.
- the desired operating point can be defined in several ways. 1 °
- the minimum resistance R cm in of the ink is evaluated, obtained for a discharge hole 36 filled with ink completely as a function of its dimensions and of the resistivity of the ink known or measured by elsewhere.
- Figure 7 shows the evolution of the ratio ⁇ i / i as a function of the suction depression ⁇ p: for a very large depression, we are in a regime where air is mainly entrained and the amplitude variation is moderate , then a strongly two-phase turbulent regime is established when the depression is reduced, which leads to an increase in ⁇ i / i; then, the bubbles are becoming increasingly rare and the ratio ⁇ i / i decreases constantly, before reaching its minimum value when the regime without bubbles is obtained.
- a measurement of i (t) when the bubble-free regime is reached ( ⁇ i / i ⁇ O) allows us to obtain R C i n and from there R C f, the resistance value corresponding to an operating point of the device not far from the bubble-free regime.
- the servo-control method consists in reducing the depression by following the frequency of the bubbles Fb, correlated to the position of the lateral peaks; when these peaks have disappeared, the value of i (t) can be recorded to deduce the resistance R C min from it. It is important to measure the passage of bubbles appropriately by assigning a sufficient frequency to the signal Vmode. When a bubble is entrained, its speed is that of the fluid and its time transit time in the sensor can be around 2 or 3 ms for a low bubble frequency.
- the maximum bubble frequency is approximately related to the flow of incoming liquid divided by section of the hole 36 and divided by the length of the hole 36.
- the maximum frequency is of the order of a kilohertz. It follows that the frequency of the carrier V m ⁇ e can be from 5 to 10 kHz.
- a first of these consists in placing the dipole formed by the ink stream in a loop containing a voltage generator 50 and an ammeter 51 and deducing therefrom R c (represented by the resistance of the ink stream 49), what figure 9 represents, from the known voltage and the measured current.
- the electrodes 52 and 53 on either side of the resistor R c can be placed at the impact wall 32 of the gutter 31 and at the entrance to the umbilicus 39, and more generally at the ends of the evacuation hole 36.
- the ammeter 51 informs the control device of the printer 48, which regulates the suction vacuum and the suctioned flow, that is to say the flow in the recovery circuit.
- the resistance of the ink stream 49 is in series with a resistance 54, and a voltmeter 55 is placed between the common terminal between the two resistors and the ground. From the voltage of the generator 50 and the voltage measured by the voltmeter 55, a ratio is deduced making it possible to obtain R c from the known value of the resistor 54. In this design, the role of the electrodes 52 or 53 at the terminals resistor 49 can be exchanged by placing one or the other on the ground.
- FIG. 11 Another design is shown in FIG. 11, where the resistor 54 is replaced by a resistor 56 formed by a full section of ink from the navel 39, between two electrodes 57 and 58 respectively connected to the generator 50 and to the voltmeter 55.
- the fluid content resistor 56 can also be placed elsewhere in the ink circuit, in particular in the pressure circuit where there are no bubbles. This measurement then makes it possible to know the resistivity of the ink.
- the precious advantage of this embodiment is that one does not have to take into account variations or uncertainties in the resistivity of the ink.
- the voltmeter 55 disposed between the electrodes 53 and 59 makes it possible to measure the voltage at the additional electrode 59 and, from there, calculate the filling rate of the ink stream between the electrodes 52, 59 and 53 comprising in particular the meniscus 40; the measurement of the flow in the gutter thus overcomes the resistivity of the ink.
- the control device 48 is informed by the voltmeter 55 or the ammeter 51 in the previous examples; in all the variants of the invention where it exists, it is sensitive to an electrical measurement of the content of a portion of the recovery circuit just behind the gutter 31, and it regulates the depression in the recovery circuit in one of the ways mentioned above (in connection with Figures 6 to 8 in particular).
Abstract
La gouttière (31) de récupération de gouttes d'encre (30) inutilisées pour l'impression comprend une paroi d'impact (32) qui se raccorde directement au trou d'évacuation (36) avaec une transition progressive des sections pour favoriser un écoulement cohérent et rapide de l'encre, n'entraînant que peu de gaz. Un capteur de résistance électrique de l'encre ou de l'émulsion dans ce trou est placé au trou d'évacuation pour connaître les caractéristiques de l'écoulement et asservir l'aspiration. Application aux imprimantes.
Description
DISPOSITIF ET PROCEDE DE RECUPERATION DE JETS DE
LIQUIDE
DESCRIPTION
L'invention concerne d'abord un dispositif de capture d'un jet de liquide, susceptible d'être utilisé dans une tête d'impression à jet d'encre continu.
Dans les imprimantes à jet d'encre continu telle la figure 1, l'encre est mise sous pression dans le réservoir 2 en amont d'une buse d'éjection. A la sortie de la buse, il y a émission d'un jet continu 1. Ce jet est d'abord divisé en gouttes par un organe 3 commandé par un signal de fractionnement . Simultanément les gouttes se séparant du jet continu se chargent électriquement sous l'effet du champ électrique variable établi entre les électrodes de charge 4 et le liquide. Elles passent ensuite dans un champ électrique 11 de deflexion, généré entre deux électrodes 5 ou plaques de déflexion pour être déviées en fonction de la charge individuelle de chaque goutte. Les gouttes d'encre sont soit récupérées dans la gouttière 7, soit déposées sur un support 6. Le liquide récupéré dans une gouttière 7 s'écoule dans un ombilic 8 aboutissant à un circuit de récupération 10 comprenant une pompe d'aspiration, lequel renvoie l'encre recyclée dans le tuyau 9 aboutissant au réservoir 2.
Elle concerne aussi un procédé dont le but est de récupérer ces gouttes dans les meilleures conditions, c'est à dire:
— en minimisant le mélange air-encre, et donc les écoulements diphasiques,
— en minimisant la consommation de solvant,
— en minimisant le débit de la pompe de récupération,
— en s ' adaptant :
- à une très large gamme d'encres caractérisées par différentes viscosités, densités, différents types de solvant, etc.
- à différentes résolutions de têtes,
- à toutes les positions de la tête, caractérisées par l'orientation du jet, le dénivelé tête- imprimante, etc.
- au taux d'impression.
Un premier problème important associé à la récupération du jet de gouttes est la difficulté de séparer le liquide de gaz comme l'air ambiant entraîné et la vapeur de solvants. L'impact d'une goutte dans du liquide entraîne du gaz dans le sillage de la goutte à l'intérieur du liquide. Le fond de la gouttière de récupération 7 est occupé par un liquide encombré de petites bulles, ce qui est aggravé par la prédisposition des encres à mousser. Il n'est pas admissible de récupérer du liquide trop chargé en gaz pour le recycler. Un procédé plausible, exploité par exemple dans le brevet JP-A-58 96561, consiste à laisser le liquide récupéré décanter, mais cela n'est concevable que dans des gouttières de grande taille, présente pour les encres des risques de séchage et de
solidification et impose de maintenir le système à une orientation fixe.
La figure 2 illustre une gouttière de récupération de l'encre inutilisée pour l'impression conforme à l'art, réalisée à l'aide d'un tuyau coudé 21, 22 et 25.
Dans des conditions particulières de la trajectoire des gouttes 23, ces gouttes s'agglomèrent en un filet 24 coulant le long d'une partie 21 du tuyau tout en s ' épaississant , et qui change de direction dans le coude 25. Ce changement de direction et l'instabilité naturelle de l'écoulement perturbent le filet, qui prend une trajectoire en hélice dans la partie 22 du tuyau et parvient ainsi à emprisonner et entraîner des poches d'air 26, 27 à l'intérieur du liquide. Ce phénomène provoque un entraînement systématique de l'air quel que soit le rythme de la pompe de récupération.
Un autre problème important, corrélé au précédent, qu'on rencontre quand on veut récupérer convenablement l'encre inutilisée consiste à régler le débit de la pompe d'aspiration et de recyclage de 1 ' encre sans aspirer de gaz en excès .
Parmi les dispositifs visant à sécuriser la récupération de jet déjà exposés, on peut citer celui du brevet FR-A-2 543 059 qui présente un capteur et une électronique associée qui permettent de surveiller la turbulence d'un écoulement. Si le jet n'est pas dans la gouttière ou si la dépression produite par une pompe de récupération est trop faible, les turbulences n'existent pas et l'électronique arrête le jet d'encre.
Un tel système ne peut fonctionner qu'en écoulement annulaire donc fortement diphasique et ne permet en aucun cas de réduire la proportion du gaz dans le fluide récupéré ; il permet uniquement de garantir la sécurité et la régularité de la récupération.
Le brevet JP-A-58 96561 déjà cité décrit un système asservi de récupération de l'encre inutilisée pour l'impression. La gouttière est disposée sur le même chariot que le dispositif d'émission de l'encre. La détection du niveau de l'encre à l'aide de la conduction électrique dans l'encre entre deux électrodes permet de modifier le rythme de pompage de l'encre de la gouttière et ainsi de régler le niveau d'encre reposant au fond de la gouttière. Ce système utilise la gravité pour séparer le liquide et le gaz, ce qui est désavantageux, les dimensions de la gouttière sont importantes, le contact air-encre est important et l'encre risque de se solidifier dans la gouttière si elle est à séchage rapide. Par ailleurs les dimensions de la gouttière ne permettent pas un fonctionnement de la tête selon différentes orientations, en particulier tête à l'envers.
Le brevet US-A-4 890 119 tente d'améliorer les conditions de récupération des gouttes par une gouttière de forme spéciale. Les gouttes sont recueillies sur diverses orientations et coulent dans un réservoir de fond de la gouttière avec peu d'air entraîné ; la récupération exploite la gravité, ce qui réduit l' evaporation du solvant de l'encre et donne un système de récupération peu coûteux. En pratique, le débit d'écoulement de la gouttière, qui n'est pas
contrôlé, doit être défini pour éviter des engorgements en encre de la gouttière quelles que soient les circonstances. L'absorption de gaz devient alors inévitable et l'écoulement dans l'ombilic de récupération qui suit la gouttière devient chaotique.
Le brevet US-A-5 739 829 tente d'améliorer la récupération du jet en réglant la dépression du réservoir de récupération d'encre situé derrière la gouttière et l'ombilic. Un capteur de pression placé à proximité du réservoir enregistre les fluctuations de pression. En diminuant progressivement la dépression, l'ombilic se remplit progressivement d'encre et les fluctuations de pression diminuent. Lorsque l'amplitude des fluctuations de pression atteint un régime préétabli, la dépression est augmentée d'un coefficient arbitraire afin d'éviter un débordement de" la gouttière. Ainsi, on diminue la quantité d'air absorbé par la gouttière en diminuant la dépression. La position du capteur, très proche du réservoir, ne permet pourtant pas d'obtenir une information de l'état de l'écoulement à la gouttière, et la durée induite entre la mesure et l'effet d'un réglage dans la gouttière interdit d'abaisser fortement la dépression : cette mesure est trop indirecte. II apparaît donc que le problème de récupération de l'encre est associé à la dépression nécessaire appliquée à la gouttière, le plus souvent par une pompe. Il est nécessaire d'établir une dépression suffisante pour récupérer le liquide parvenant dans la gouttière quelles que soient les circonstances, qui peut être de 100 à 200 millibars.
Plus la dépression est importante, plus l'écoulement est chaotique et entraîne des bulles d'air. Si la dépression est insuffisante, la gouttière s'engorge. Si la dépression à la pompe est constante, un écoulement diphasique du gaz et du liquide dans l'ombilic est produit, provoque des fluctuations de dépression dans la gouttière et ramène donc aux situations précédentes.
Si la revue précédente de l'art antérieur montre certaines astuces et méthodes de récupération, associées éventuellement à des capteurs d'asservissement pour améliorer la récupération dans les imprimantes ou d'autres machines, ces solutions ont été coûteuses et ont manqué à assurer une récupération excellente de l'encre, en n'entraînant que peu de gaz, en toutes circonstances.
La présente invention permet de maîtriser le point de fonctionnement de l'écoulement de l'encre tout en étant nettement plus simple que les mises en œuvre actuelles. Elle a pour but de réduire la complexité du retraitement de l'encre dans le circuit et peut permettre de supprimer la pompe de récupérâtion.
Un premier objet de la présente invention est de réduire le nombre de composants mécaniques et électriques de la fonction de contrôle de la récupération de jet de liquide.
Un deuxième objet est d'établir un dispositif de récupération de liquide supprimant sensiblement l'introduction d'air dans le produit à récupéré, ce qui permet ensuite de simplifier le
traitement de l'encre et de réduire les déperditions des composants volatils de l'encre.
Un troisième objet est de proposer des méthodes de traitements de l'information d'un capteur fournissant les paramètres renseignant sur le point de fonctionnement de l'écoulement du liquide lors de la récupération du jet.
Un quatrième objet est un procédé visant à réduire, à partir de l'information fournie par le capteur, le niveau de débit de récupération et de minimiser la consommation de solvant.
Un cinquième objet est un procédé de récupération adaptatif en fonction du type d'encre (viscosité, densité, type de solvant) , de la position du jet (orientation et dénivelé tête-machine) , du taux d' impression.
Il est ainsi conforme à l'invention que le dispositif de récupération d'un ou plusieurs jets de liquide comprenne une gouttière de réception du ou des jets et un trou d'évacuation, la gouttière présente au moins une paroi d' impact se raccordant directement au trou d'évacuation, un capteur de taux de remplissage du liquide étant disposé dans le trou d'évacuation, et des moyens d'action sur un écoulement du liquide dans un circuit de récupération situé après le trou d'évacuation assurant un asservissement de débit de l'écoulement en fonction de mesures donnés par le capteur. Il n'existe pas de gouttière où l'encre séjourne avant d'être récupérée, mais une gouttière agencée de façon à être parcourue rapidement par les gouttelettes d'encre et à former ces gouttelettes en un
écoulement cohérent qui n'inclus pas de gaz. L'encre entre tout de suite dans le trou d'évacuation sans avoir perdu trop de son énergie cinétique de projection, et sans avoir subi de rupture d'écoulement grâce à la disposition en raccordement direct de la gouttière et du trou d'évacuation. L'écoulement de l'encre reste ainsi continu jusqu'au trou d'évacuation même s'il change de direction avec, par exemple, une paroi d'impact incurvée. On verra que cette double caractéristique permet aux gouttes de se reformer en une nappe cohérente qui n'entraîne que peu de gaz avec elle. Cela est obtenu si la paroi d'impact fait un angle qui reste inférieur à une limite, déterminée par l'expérience, avec le jet de liquide. La limite maximale peut aller jusqu'à 20° suivant les applications et préfêrentiellement 10°.
Une autre disposition caractéristique est que le trou d'évacuation est garni d'un capteur de son contenu ; il s'agira usuellement d'un capteur de résistance électrique dont la longueur est préfêrentiellement de l'ordre du diamètre du trou d'évacuation : l'encre est plutôt conductrice, mais la résistance de l' emulsion qu'elle forme avec des gaz s'accroît avec la proportion de gaz entraîné. On peut donc connaître à tout instant la quantité de gaz entraînée, ou au contraire détecter un risque d'engorgement de la gouttière si cette quantité devient trop faible. La position du capteur toute proche de la gouttière permet à la fois de réagir immédiatement à un déréglage de l'écoulement consécutif à une variation du débit d'arrivée des gouttes et de mieux connaître les
conditions de formation de l'écoulement d'évacuation, par la connaissance du degré de remplissage du trou d'évacuation à l'entrée. Ce capteur peut comprendre, à ses extrémités, une paire d'électrodes logées soit dans le trou d'évacuation, soit à des extrémités du trou, afin de mesurer la résistance du fluide dans le trou. Plus loin, il est décrit plus précisément que le dispositif peut encore comprendre une résistance physique ou de contenu fluide dans le circuit d'encre. Un agencement particulier comprend deux électrodes logées aux extrémités d'entrée et de sortie du trou d'évacuation, et une troisième logée dans le trou d'évacuation.
Le procédé conforme à l'invention comprend des mesures régulières d'un taux de remplissage du conduit de récupération en liquide, et un asservissement de débit sur le conduit de récupération pour retrouver un taux de remplissage de consigne ; ce taux correspond avantageusement à un écoulement monophasique .
Une variante avantageuse permet de détecter des modes principaux d'écoulement de la gouttière, dont un mode d'écoulement annulaire à spectre continu, un 'mode d'écoulement à bulles à spectre formé de pics de fréquences de bulles, et un mode d'écoulement monophasique à spectre formé d'un seul pic de fréquence de modulation.
D'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront mieux de l'exposé qui suit.
L' invention sera maintenant décrite en liaison aux figures suivantes : " la figure 1 illustre une imprimante en général, " la figure 2 illustre l'écoulement de l'encre dans une gouttière de genre connu,
" les figures 3, 3A, 4, 4A et 4B représentent divers modes de réalisation d'une gouttière conformément à l'invention, la figure 4B étant une coupe le long de la ligne 4B-4B de la figure 4A, " la figure 5 illustre la période transitoire de mise en asservissement de la récupération, 1 les figures 6 à 8 illustrent quelques phénomènes exploités pour réaliser l'asservissement de la récupération, " et les figures 9 à 12 représentent certains circuits électriques de mesure de la résistance d'une veine d'encre.
Dans la conception proposée comme l'invention et explicitée d'abord au moyen de la figure 3, les gouttes 30 entrant dans la gouttière 31 touchent une paroi d'impact 32 établie sur sa surface interne avec un angle d' incidence χ qui est tel que les gouttes
30 se cisaillent sans se pulvériser, si bien que leur liquide est intégré à une nappe d'encre 33 issue des gouttes précédentes à l'aide des forces de surface sans guère entraîner de gaz. La nappe 33 décélère suivant les forces de cisaillement et s'épaissit jusqu'à emplir le fond de la cavité 35 de la gouttière 31. Ainsi à cet endroit, s'établit le ménisque 40, sa forme varie en fonction de la différence des débits d'arrivée des gouttes récupérées et de la pompe d'aspiration,
l'extension de cette variation se situe approximativement dans un trou d'évacuation.
La gouttière 31 du dispositif de récupération est de section variant de manière monotone décroissante de l'entrée jusqu'à l'ombilic 39. Dans la conception de la figure 4, la cavité 35 est établie entre un support plat 37 isolant et un évidement concave 38 conducteur qui porte la paroi d'impact 32 oblique et sur laquelle se forme la nappe 33. Le trou d'évacuation 36 peut être réalisé soit dans le support plat 37 soit dans la paroi d'impact. Le liquide continue sa course dans le trou d'évacuation 36. La détermination de la distance minimale de décélération de la nappe 33 est évaluée à l'aide de l'expérience pour une gamme d'encres liée à l'application. Un angle χ d'environ 10° ou moins entre la paroi d'impact 32 et la direction des gouttes donne de bons résultats de stabilité d'écoulement de nappe. L'angle χ est déterminé expérimentalement en faisant varier l'angle formé entre le jet et la paroi d'impact. Ainsi, on détermine 1 ' angle maximum χmaχ acceptable pour une encre et une vitesse. Il suffit alors de choisir χ<χmaχ. L'énergie cinétique du liquide lui permet de traverser facilement la gouttière 31 et même de supprimer une pompe de récupération si le circuit de retour à l'imprimante est simple. Sinon, le débit volumique q de la pompe est asservi en fonction de la valeur de la résistance fournie par le capteur cité auparavant. On préconise une faible dimension d'ouverture de la gouttière 31, inférieure à la constante capillaire. Pour une masse volumique de 1000 kg/m3, une tension
superficielle de 0,02 N/m et une pesanteur g de 10, la constante est de 2 mm, on obtient un écoulement indépendant de la gravité. On préconise également une section de cavité évoluant de façon monotone jusqu'au diamètre du trou d'évacuation, sans variation brusque de section (ce qu'on appelle ici une forme d'entonnoir). Le trou d'évacuation 36 peut prolonger l'axe de l'entonnoir constituant la gouttière ou couper cet axe en lui étant oblique ou perpendiculaire. L'entonnoir de la gouttière 31 peut avoir des sections de forme différente, quoiqu'il soit souhaité que la paroi 32 soit concave pour former une rigole où les gouttes convergent pour former la nappe 33. La cavité de la gouttière 31 de la figure 4 a la forme d'un cylindre coupé par un plan, c'est-à-dire un onglet cylindrique. Le trou d'évacuation 36 débouche à l'intérieur de cette cavité. L'axe de l'entonnoir peut être parallèle à la direction des gouttes 30 ou être incliné ; selon les cas (figures 3 et 4) , toutes les faces de la gouttière 31 ou certaines d'entre elles seulement possèdent un angle χ<χmax convenable pour la récupération, ce qui permet la récupération de plusieurs jets dans la même gouttière (figure 3A) . Les gouttes 30 des différents jets s'unissent en nappes 33 respectives qui se confondent avant d'arriver au trou d'évacuation 36. Dans tous les cas, on observe la suppression du réservoir d'accumulation de l'encre qui est traditionnellement façonné au fond de la gouttière et sous lequel débouche le trou d'évacuation, ici raccordé directement à la paroi d'impact 32. La disposition nouvelle conduit à un meilleur emplissage
du trou d'évacuation, par l'exploitation de l'énergie cinétique de la nappe 33, et avec une meilleure qualité de récupération en réduisant la proportion des bulles d'air, grâce à la cohérence de cette nappe 33. On va maintenant aborder la façon dont la récupération est asservie pour se dérouler toujours dans de bonnes conditions, aussi monophasiques que possible, avec un tel dispositif. D'une façon générale, on exploite une mesure de résistance de la veine d'encre du trou d'évacuation 36. En pratique sur le conducteur 53 de la figure 9, on applique une tension alternative "Vmode" périodique de fréquence Fp aussi appelée fréquence porteuse . Cette tension est alternative pour réduire tout effet électrochimique sur les conducteurs. Ainsi le conducteur 53 applique le potentiel à un pôle de la veine d'encre 49 ; l'autre pôle 52 de la veine d'encre est relié à un ampèremètre 51 mesurant le courant i représenté en figure 6. Le rapport de la tension Vmode sur le courant i nous donne la résistance de la veine d'encre Rc. Si l'encre occupe tout le volume du trou 36, cette résistance peut être évaluée par la formule suivante :
_ 4pLrec c min ~ π.Θrec2 où p est la résistivité de l'encre, par exemple de 0,6 Ω.m, et Lrec et Θrec, longueur et diamètre du trou 36, sont d'environ 1 mm et 0,4 mm respectivement dans un exemple concret. Alors Rc est égal 5 kΩ. La mesure de la résistance réelle de l'encre sera faite dans le trou d'évacuation 36. Cette mesure présente le double avantage de bien renseigner sur la qualité de
l'écoulement, en étant sensible à des facteurs associés à sa formation, comme le lieu du ménisque 40, et de permettre une correction rapide puisqu'on fait la mesure au lieu de formation de l'écoulement. Ici l'évaluation de la résistance Rc du trou d'évacuation est essentiellement faite suivant l'axe du trou, mais l'invention permet d'utiliser d'autres formes d'électrodes 52 et 53, par exemple sur des génératrices différentes du trou d'évacuation (figures 4A et 4B) . Dans une telle configuration, la cavité 35 est confondue avec le trou d'évacuation 36. Le capteur mesure alors de taux d'encombrement de l'ensemble de la cavité 35.
L'évolution en réponse transitoire de cette résistance Rc et du débit q de l'écoulement correspondant peut prendre 1 ' aspect de la courbe représentée à la figure 5 et qui est obtenue en réduisant progressivement avec le temps t le débit volumique q dans le circuit de récupération. Lors du démarrage du jet, l'établissement de la récupération du jet de gouttes dans la gouttière 31 est un phénomène transitoire qui apporte une masse de liquide désordonnée, et comme on a aussi placé le débit volumique d'enlèvement d'encre à une valeur qui empêche d'engorger la gouttière 31, on obtient alors un écoulement d'encre chaotique à l'intérieur du trou d'évacuation 36, qui est traversé par du liquide et de l'air en proportions variables, de sorte que la résistance Rc est alors très fluctuante. Si on réduit le débit volumique, et si les gouttes continuent d'entrer constamment dans le trou
d'évacuation 36, la valeur moyenne de la résistance Rc se réduit ainsi que ses fluctuations entre une enveloppe supérieure es et une enveloppe inférieure e^.. Le capteur avale de moins en moins d'air et l'écoulement est de moins en moins diphasique. Les bulles se font de plus en plus rares jusqu'à disparaître, la résistance devient stable et l'écoulement monophasique, ce qui correspond au point PI de la courbe où 1 ' enveloppe supérieure es de la valeur de la résistance Rc a presque rejoint l'enveloppe inférieure ei. Le profil de l'encre est alors défini par un ménisque (40 à la figure 4) à l'entrée du trou d'évacuation 36. Il reste au plus des variations de résistance liées au rythme du pompage et des variations d'écoulement dans l'ombilic.
Quand le débit d'aspiration est encore réduit, le ménisque 40 sort du trou 36 vers la cavité 35, et la résistance Rσ à l'intérieur du trou 36 prend alors une valeur minimale correspondant à celle qui a été calculée plus haut, ce qui est observé au point P2 de la courbe. La valeur minimale Cmin; résultat de la mesure de notre dispositif, est mise à profit pour calculer à partir de la formule précédente la valeur de la résistivité volumique p de l'encre, les paramètres dimensionnels rec» 0rec étant connus de construction, ou déduits expérimentalement lors de mesures faites préalablement à l'aide d'un liquide présentant une résistivité connue. Il vient que l'information obtenue Rcin nous permet d'obtenir aussi de notre capteur la résistivité de l'encre utilisée. En pratique, on ne reste pas à ce point P2 , mais on augmente un peu le
débit aspiré, ce qui laisse subsister le ménisque 40 dont le lieu oscille en fonction des fluctuations de l'asservissement ; la courbe de résistance Rc peut prendre l'aspect de la dernière partie de la courbe, à la droite de la figure 5, où de petites instabilités sont observées sans qu'on tolère l'engorgement de la gouttière 31.
Le point de fonctionnement recherché peut être défini de plusieurs manières. 1° Par la formule précédente, on évalue la résistance minimale Rcmin de l'encre , obtenue pour un trou d'évacuation 36 empli d'encre totalement en fonction de ses dimensions et de la résistivité de l'encre connue ou mesurée par ailleurs. L'asservissement se fera pour un taux de remplissage X (τ=Rcmin/Rcf ≤ 1) , proche de 1 permettant de minimiser la consommation de solvant.
2° Le passage des bulles provoque une variation d'amplitude qu'on note Δi si le signal mesuré est une intensité de courant du signal i (t) =Vmode/Rc (t) , où Vmode est une différence de potentiel aux bornes de la veine d'encre (figure 6) . Cette variation de l'amplitude diminue lorsque l'on baisse la dépression, jusqu'à devenir nulle lorsque le régime monophasique est obtenu au point P2. La figure 7 montre l'évolution du rapport Δi/i en fonction de la dépression d'aspiration Δp : pour une très grande dépression, on se trouve dans une régime où de l'air est principalement entraîné et la variation d'amplitude est modérée, puis un régime turbulent fortement diphasique s'instaure quand on diminue la dépression,
ce qui entraîne une augmentation de Δi/i ; ensuite, les bulles se font de plus en plus rares et le rapport Δi/i diminue sans cesse, avant d'atteindre sa valeur minimale quand le régime sans bulles est obtenu. Une mesure de i (t) lorsque le régime sans bulles est atteint (Δi/i≈O) nous permet d'obtenir RCin et de là RCf, la valeur de résistance correspondant à un point de fonctionnement de l'appareil non loin du régime sans bulles. 3° L'analyse spectrale peut aussi être utilisée. Dans un domaine de fonctionnement diphasique, le passage des bulles d'air fait varier la résistance de la veine d'encre, ce qui produit une modulation du signal électrique appliqué Vmode et fait apparaître deux pics de part et d'autre de la fréquence de la porteuse dans le domaine spectral, ce qu'on illustre à la figure 8 ; les fréquences des pics de modulation sont (Fp+Fb) et (Fp-Fb) , où Fp est la fréquence du signal Vmode et Fb la fréquence des bulles. Quand le régime monophasique est obtenu, ces pics disparaissent et on observe simplement un élargissement du pic de la porteuse. En pratique, le procédé d'asservissement consiste à diminuer la dépression en suivant la fréquence des bulles Fb, corrélée à la position des pics latéraux ; lorsque ces pics ont disparu, on peut enregistrer la valeur de i(t) pour en déduire la résistance RCmin- Il importe de mesurer convenablement le passage des bulles en affectant une fréquence suffisante au signal Vmode. Quand une bulle est entraînée, sa vitesse est celle du fluide et son temps
de transit dans le capteur peut être environ de 2 ou 3 ms pour une faible fréquence de bulles.
Il est possible de déterminer approximativement la quantité d'air absorbée en fonction de la dépression, en comptant le débit numérique de bulles et en supposant que leur forme est une sphère dont le diamètre est égal à celui du trou d'évacuation 36. Connaissant le débit du jet d'encre DVj aspiré, le débit volumique total aspiré hors de la gouttière DVg peut être calculé, puisqu'il est égal à DVj augmenté du volume des bulles.
La fréquence de bulle maximale est liée approximativement au débit du liquide entrant divisé par section du trou 36 et divisé par la longueur du trou 36.
Pour un débit de liquide entrant de 4 cm3 par minute, un diamètre et longueur de trou 36 de 400 μm et 800 μm, la fréquence maximale est de l'ordre du kilohertz. Il vient que la fréquence de la porteuse Vmθe peut être de 5 à 10 kHz.
On va maintenant aborder la revue de certains montages électriques qui permettent d'obtenir la mesure de la résistance de la veine d'encre.
Un premier d'entre eux consiste à placer le dipôle formé par la veine d'encre dans une boucle contenant un générateur de tension 50 et un ampèremètre 51 et en déduire Rc (figuré par la résistance de la veine d'encre 49), ce que représente la figure 9, à partir de la tension connue et de l'intensité mesurée. Les électrodes 52 et 53 de part et d'autre de la résistance Rc peuvent être placées à la paroi d'impact
32 de la gouttière 31 et à l'entrée de l'ombilic 39, et plus généralement aux extrémités du trou d'évacuation 36. L'ampèremètre 51 renseigne le dispositif de commande de l'imprimante 48, qui règle la dépression d'aspiration et le débit aspiré, c'est-à-dire l'écoulement dans le circuit de récupération. Dans un autre montage, dessiné à la figure 10, la résistance de la veine d'encre 49 est en série avec une résistance 54, et un voltmètre 55 est placé entre la borne commune entre les deux résistances et la masse. De la tension du générateur 50 et de la tension mesurée par le voltmètre 55, on déduit un rapport permettant d'obtenir Rc à partir de la valeur connue de la résistance 54. Dans cette conception, le rôle des électrodes 52 ou 53 aux bornes de la résistance 49 peut être échangé en plaçant l'une ou l'autre à la terre.
Une autre conception est représentée à la figure 11, où la résistance 54 est remplacée par une résistance 56 formée par un tronçon plein d'encre de l'ombilic 39, entre deux électrodes 57 et 58 respectivement connectées au générateur 50 et au voltmètre 55. La résistance de contenu fluide 56 peut également être placée ailleurs dans le circuit d'encre, en particulier dans le circuit sous pression où il y a absence de bulles. Cette mesure permet alors de connaître la résistivité de l'encre. L'avantage précieux de ce mode de réalisation est qu'on n'a pas à tenir compte des variations ou des incertitudes de la résistivité de l'encre. Enfin, un autre montage envisagé est celui de la figure 12, qui comprend une division de la
résistance de la veine d'encre 49 en deux tronçons, une électrode supplémentaire 59 étant placée dans le trou d'évacuation 36 et reliée au voltmètre 55, l'électrode 52 étant toujours reliée à la terre et l'électrode 53 au générateur 50 ou vice versa. Ainsi, le voltmètre 55 disposé entre les électrodes 53 et 59 permet de mesurer la tension à l'électrode supplémentaire 59 et, de là, calculer le taux de remplissage de la veine d'encre entre les électrodes 52, 59 et 53 comprenant en particulier le ménisque 40 ; la mesure de l'écoulement dans la gouttière s'affranchit ainsi de la résistivité de 1 ' encre .
Le dispositif de commande 48 est renseigné par le voltmètre 55 ou l'ampèremètre 51 dans les exemples précédents ; dans toutes les variantes de l'invention où il existe, il est sensible à une mesure électrique du contenu d'une portion du circuit de récupération juste derrière la gouttière 31, et il règle la dépression dans le circuit de récupération d'une des façons mentionnées plus haut (en liaison aux figures 6 à 8 en particulier) .
L'homme du métier peut évidemment déduire d'autres associations des électrodes et d'un appareillage de mesure électrique pour réaliser une mesure plus ou moins intéressante de la résistance de l'encre emplissant le conduit 36.
Claims
REVENDICATIONS
1- Dispositif de récupération d'au moins un jet de liquide provenant d'une buse d'éjection de liquide sous pression comprenant:
- une paroi d'impact (32) recevant le jet et se raccordant directement à un trou d'évacuation (36) ;
- un capteur (49) de taux de remplissage de liquide dans le trou d'évacuation (36) ; - des moyens d'action sur un écoulement du liquide dans un circuit de récupération situé après le trou d'évacuation (36) assurant un asservissement du débit de l'écoulement en fonction de mesures données par le capteur (49) .
2. Dispositif de récupération selon la revendication 1, caractérisé en ce que la paroi d'impact (32) fait partie d'une gouttière (31) qui a une section monotone décroissante et la paroi d'impact (32) fait un angle (χ) inférieur à 20° avec le jet .
3. Dispositif de récupération selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le capteur (49) de taux de remplissage du liquide est un capteur de résistance électrique de contenu du trou d'évacuation (36) .
4. Dispositif de récupération selon la revendication 3, caractérisé en ce que le capteur de résistance électrique comprend au moins deux électrodes (52; 53; 58; 59) logées soit dans le trou d'évacuation, soit à des extrémités du trou d'évacuation.
5. Dispositif de récupération selon la revendication 4, caractérisé en ce que les électrodes sont reliées à un moyen de mesure de résistance électrique comprenant un générateur électrique (50) et un dispositif de mesure électrique (51, 55).
6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le moyen de mesure de résistance électrique comprend une résistance de contenu fluide (56) placée dans le liquide.
7. Dispositif de récupération selon la revendication 6, caractérisé en ce que le capteur de résistance électrique comprend une électrode (52) logée à une extrémité d'entrée du trou d'évacuation, une électrode (59) logée dans le trou d'évacuation, et une électrode (53) à une extrémité de sortie du trou d' évacuation.
8. Dispositif de récupération selon l'une quelconque des revendications 3 à 7, caractérisé en ce que les moyens d'action sur l'écoulement permettent une réponse transitoire fournissant momentanément un trou d'évacuation empli de liquide, et le moyen de mesure de résistance électrique fournissant momentanément une valeur minimale de résistance, cette valeur de résistance étant représentative de la résistivité de l'encre.
9. Dispositif de récupération selon la revendication 3, caractérisé en ce que le capteur de résistance électrique comprend deux électrodes (52, 53) situées sur des parties de génératrices de la cavité
(35) et s 'étendant jusqu'à la fin du trou d'évacuation
(36) .
10. Dispositif de récupération selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens d'action sur l'écoulement sont réalisés par la modification du rythme d'une pompe d'aspiration.
11. Procédé de récupération d'au moins un jet de liquide dans une gouttière (31) de réception du jet de liquide puis dans un trou d'évacuation (36), caractérisé en ce qu'il comprend des mesures d'un taux de remplissage du liquide dans ledit trou, et un asservissement de débit sur le conduit de récupération pour retrouver un taux de remplissage du liquide de consigne.
12. Procédé de récupération selon la revendication 11, caractérisé en ce que le taux de remplissage de consigne correspond à un écoulement monophasique .
13. Procédé de récupération selon la revendication 11 ou 12, caractérisé en ce qu'il permet de détecter des modes principaux d' écoulement dont un mode d'écoulement annulaire à spectre continu, un mode d'écoulement à bulles à spectre formé de pics de fréquences de bulles (Fb) , et un mode d'écoulement monophasique à spectre formé d'un seul pic de fréquence de modulation (Fp) .
14. Procédé selon les revendications 11 à 13, caractérisé en ce qu'il permet de détecter un engorgement de la gouttière ou au contraire l'absence du ou des jets.
15. Imprimante industrielle à jet d'encre caractérisée en ce qu'elle comporte le dispositif ou utilise le procédé selon l'une des revendications précédentes.
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