FR2471278A1 - Procedes et appareils pour produire une file de gouttelettes et pour l'impression par jet d'encre - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN PROCEDE ET UN APPAREIL DE REGLAGE DE LA CHARGE ELECTRIQUE APPLIQUEE A DES GOUTTELETTES RESULTANT DE LA DIVISION D'UN JET DE LIQUIDE SOUS PRESSION. DEUX ELECTRODES ANNULAIRES 6 ET 7 ETABLISSENT UN CHAMP ELECTRIQUE AYANT UN GRADIENT DE POTENTIEL ORIENTE DANS LA DIRECTION SUIVIE PAR UNE FILE DE GOUTTELETTES RESULTANT DE LA DIVISION D'UN JET EMIS PAR UNE BUSE 2. UN DISPOSITIF PERMET DE REGLER LA POSITIONDU POINT DE FORMATION DES GOUTTELETTES DANS LE CHAMP AFIN QUE LES GOUTTELETTES FORMEES EN CE POINT DE FORMATION DE GOUTTELETTES DANS LE CHAMP ELECTRIQUE PEUT ETRE REGLEE AU MOYEN D'UN OU PLUSIEURS SIGNAUX APPLIQUES A DIVERS ELEMENTS DE L'APPAREIL. DOMAINE D'APPLICATION: SYSTEMES D'IMPRESSION PAR JET D'ENCRE.

Description

L'invention concerne l'impression par jet d'encre et plus particulièrement

un procédé et un appareil pour la commande de l'application de charges électriques aux

gouttelettes de liquide utilisées dans une telle impression.

Au cours des quinze dernières années, les jets de fluide commandés électriquement ont trouvé de nombreux nouveaux domaines d'application. Ceci est particulièrement vrai dans le cas de l'industrie de l'impression o de fins jets d'encre commandés électriquement sont utilisés pour

l'impression de caractères alpha-numériques et d'images.

Etant donné que les caractères imprimés par un tel dispositif à jet d'encre dépendent de signaux électriques de commande qui exercent un certain effet sur le jet, ces dispositifs d'impression sont particulièrement adaptés à une impression

rapide, par exemple à l'impression de caractères alpha-

numériques provenant de calculateurs.

Plusieurs procédés et appareils différents d'impression par jet d'encre ont été conçus à cet effet, deux de ces procédés et appareils utilisant un jet continu d'un fluide conducteur du courant électrique. Ces procédés sont décrits dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique NO 3 596 275 et NO 3 416 152. Les brevets des Etats-Unis d'Amérique NO 3 298 030 et NO 3 737 914 décrivent également l'impression de caractères alpha-numériques par des procédés correspondant à des modifications des procédés initialement décrits dans les brevets NO 3 596 275 et NO 3 416 152 précités, respectivement. Selon ces deux modifications, la direction du jet d'encre-est modifiée pendant le processus de l'impression. Les dispositifs décrits dans les brevets NO 3 298 030 et NO 3 596 275 précités utilisent une buse fixe, alors que le dispositif décrit dans le brevet NO 3 737 914 précité utilise une buse qui est soumise à des oscillations mécaniques d'une manière décrite en particulier dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique NI 2 566 443. Ces deux procédés de l'art antérieur utilisent le fait qu'un jet de fluide conducteur du courant électrique, sortant en continu d'une buse sous pression élevée, se divise en gouttelettes distinctes en un point dit point de formation de gouttelettes. La charge électrique appliquée aux gouttelettes une fois formées peut être déterminée par la tension d'un signal électrique appliquée à une électrode de commande placée à proximité immédiate du point de formation de gouttelettes. Cependant, ces deux procédés de l'art antérieur présentent plusieurs inconvénients qui en limitent et en entravent l'utilité. Le procédé décrit dans les brevets NO 3 596 275 et NO 3 298 030 précités -est basé sur le fait que les gouttelettes peuvent être guidées avec précision vers une position prédéterminée sur le papier d'enregistrement à l'aide d'un champ électrique continu transversal. Cependant, dans ce cas, la masse et la charge électrique des gouttelettes doivent être déterminées avec précision. Alors que la masse des gouttelettes peut être aisément maintenue à une valeur constante à l'aide de vibrations mécaniques produites par un cristal à ultrasons, il est très difficile de régler la charge appliquée aux gouttelettes au moment de leur formation (IBM J. Res. Dev. 21 NI 1, 1977). Par conséquent, différents procédés visant à résoudre ce problème sont décrits dans plusieurs brevets, mais aucune solution

simple et fiable ne semble avoir été trouvée à ce jour.

Le dispositif décrit dans le brevet NO 3 737 914 précité produit son jet liquide oscillant en animant mécaniquement la buse de mouvements d'oscillation. Etant donné que le système oscillant présente une limite supérieure de fréquence relativement basse, la vitesse d'impression obtenue avec ce procédé est limitée. En outre, pour de nombreuses raisons, il serait avantageux de pouvoir faire osciller le jet liquide suivant un trajet en dents de scie plutôt qu'un trajet sinusoïdal perpendiculairement à sa direction d'avance. De cette manière, une plus grande

- quantité d'encre pourrait atteindre le papier d'enregistre-

ment et les problèmes de synchronisation des signaux électriques avec l'oscillation mécanique de la direction du jet pourraient être évités. Ces problèmes sont décrits par Rolf Erikson dans l'article intitulé "Ink Jet Printing with

Mechanically Deflected Jet Nozzles" (rapport 1/75, Dept.

Electr. Measurements, Lund Institute of Technology). En outre, l'oscillation d'une buse pour la production d'un jet dit "composé", comme décrit dans le brevet des Etats-Unis

d'Amérique N0 4 196 437, présente certaines difficultés.

L'invention a donc pour objet principal un procédé perfectionné pour régler la charge électrique appliquée à des gouttelettes de liquide formées à partir d'un

jet de liquide, en un point de formation de gouttelettes.

L'invention concerne également un procédé du type décrit, pouvant être mis en oeuvre pour faire osciller le jet de

gouttelettes de liquide à une fréquence élevée, perpendi-

culairement à la direction de ce jet et suivant un trajet prédétermin. Le procédé de l'invention peut être mis en oeuvre pour moduler l'intensité du jet de gouttelettes de liquide afin d'écrire des caractères ou d'imprimer suivant un code à bâtonnets. L'invention concerne en outre un procédé perfectionné pour régler la charge électrique appliquée à des gouttelettes de liquide, ce procédé pouvant être appliqué avec une très grande souplesse à une large variété de systèmes d'impression par jets d'encre, y compris ceux

utilisant un jet composé.

L'invention concerne également un appareil perfectionné pour régler la charge électrique appliquée à des gouttelettes de liquide formées à partir d'un jet de liquide, en un point de formation de gouttelettes. L'invention concerne en outre un appareil du type décrit ci-dessus, permettant de faire osciller un jet de gouttelettes de liquide à une fréquence élevée et n'exigeant ni un réglage précis de la charge électrique appliquée à chaque gouttelette au moment de sa formation, ni l'oscillation mécanique de la buse de laquelle sort le jet de liquide formant les gouttelettes. L'appareil selon l'invention peut être mis en oeuvre pour moduler l'intensité d'un jet de gouttelettes de liquide dans une imprimante à jet d'encre afin d'écrire des caractères ou d'imprimer en code à bâtonnets. L'invention concerne en outre une imprimante perfectionnée à jet d'encre

et un système comportant l'appareil selon l'invention.

L'invention concerne donc un procédé pour former une file de gouttelettes de liquide qui portent des charges électriques d'amplitude et de pôlarité prédéterminées. Ce procédé consiste à produire-un jet de liquide conducteur du courant électrique, qui se divise en un point de formation de gouttelettes pour former des gouttelettes de liquide, à produire un champ électrique à travers lequel les gouttelettes sont dirigées et présentant un gradient de potentiel électrique, et à régler la position du point de formation de gouttelettes dans le champ électrique, ainsi que le gradient de potentiel électrique afin de régler la charge

électrique appliquée aux gouttelettes.

L'invention concerne également un procédé d'impression par jet d'encre, qui consiste à refouler sous

pression un liquide conducteur du courant électrique dans une-

buse pour former un jet de. ce liquide se divisant en un jet de gouttelettes de liquide en un point de formation de gouttelettes, à diriger le jet de liquide à travers un champ électrique présentant un gradient de potentiel électrique, à régler la position du point de formation de gouttelettes dans le champ électrique, ainsi que le gradient de potentiel électrique pour appliquer aux gouttelettes des charges électriques de polarité et d'amplitude prédéterminées, et à régler électriquement la direction de la course des gouttelettes chargées afin que certaines gouttelettes choisies soient dirigées vers une surface réceptrice suivant

un trajet prédéterminé.

Dans une forme préférée du procédé de l'invention, le gradient du champ électrique suit la

direction du parcours du jet de liquide.

L'invention concerne également un appareil destiné à produire une file de gouttelettes de liquide portant des charges électriques prédéterminées. Cet appareil comprend une buse, un dispositif destiné à éjecter de la buse un jet de liquide sous pression de manière que le jet de liquide se divise en gouttelettes en un point de formation-de gouttelettes pour former une file de gouttelettes de liquide, un dispositif à électrodes de commande des gouttelettes monté de manière à former un champ électrique à travers lequel le jet de liquide est dirigé et dans lequel le point de formation de gouttelettes est situé, le champ électrique présentant un gradient de potentiel électrique, et un dispositif destiné à régler la position du point de formation de gouttelettes dans le champ électrique, le long du gradient, afin de régler la charge électrique appliquée aux gouttelettes. L'invention a également pour objet un appareil d'impression par jet d'encre, comprenant une buse, un dispositif destiné à produire un champ destiné à charger électriquement les gouttelettes et présentant un gradient de potentiel électrique, un dispositif destiné à faire passer sous pression un liquide conducteur du courant électrique d'une source dans un conduit et dans la buse afin de former un jet de liquide qui traverse le champ électrique et qui se divise en gouttelettes en un point de formation de gouttelettes situé dans le champ électrique, un dispositif destiné à régler la position du point de formation de gouttelettes dans le champ électrique, le long du gradient, afin d'appliquer aux gouttelettes des charges électriques de polarité et d'amplitude prédéterminées, une surface réceptrice, et un dispositif à électrodes destiné à diriger les gouttelettes pour déterminer la direction de leur parcours afin que certaines gouttelettes choisies soient dirigées vers

la surface réceptrice suivant un trajet prédéterminé.

L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels: les figures lA à IC sont des coupes longitudinales partielles montrant schématiquement comment la charge électrique appliquée à une gouttelette de liquide dépend de la position du point de formation de gouttelettes dans un champ électrique; les figures 2 et 3 sont, respectivement, une vue partielle en perspective et une coupe longitudinale partielle d'une forme de réalisation de l'appareil selon l'invention comportant un dispositif de formation de gouttelettes et des plaques de déviation; les figures 4 et 5 sont des coupes longitudinales partielles de variantes de dispositifs à électrodes pouvant être utilisés dans l'invention; la figure 6 est une coupe longitudinale schématique d'une variante d'une partie de l'appareil des figures 2 et 3, la modification portant en particulier-sur le dispositif à électrodes de commande des gouttelettes et sur le dispositif à électrodes de déviation; les figures 7 et 8 sont des vues schématiques, respectivement, en perspective et en élévation, d'une autre forme de réalisation de l'appareil selon l'invention dans laquelle les positions des points de formation de gouttelettes se trouvent sur un arc, cette variante comportant un dispositif destiné à faire osciller mécaniquement la direction du jet de gouttelettes dans un champ électrique variable; et la figure 9 est une coupe longitudinale schématique montrant l'application du principe du jet composé

au procédé et à l'appareil selon l'invention.

Dans les procédés antérieurs décrits précédemment dans les brevets NO 3 596 275 et NI 3 416 152 précités,-la charge électrique appliquée aux gouttelettes au point de formation des gouttelettes est déterminée par la valeur de la tension du signal électrique appliqué à une électrode de commande, ayant une forme annulaire caractéristique et placée à proximité ou autour du point de formation des gouttelettes (ceci est également décrit par Kamphoefner dans un article intitulé "Ink Jet Printing" dans IEEE Transactions on Electron Devices, ED-19, Avril 1972,

page 584).

Contrairement à ce procédé antérieur, dans le procédé de l'invention, l'amplitude et la polarité de la charge sont déterminées par la position géométrique du point de formation des gouttelettes par rapport à un champ électrique. Le champ est de préférence maintenu entre deux électrodes. Les figures lA, 1B et 1C montrent comment le

principe de l'invention est mis en pratique.

Comme représenté sur la figure lA, un jet de liquide conducteur du courant électrique sort à grande vitesse d'une buse 2 et se divise de manière connue en gouttelettes séparées 3 en un point 4 de formation de gouttelettes. Le jet est produit de manière continue par l'alimentation de la buse 2 en liquide sous pression constante au moyen d'un conduit 5. Le jet 1 de liquide est dirigé de maniVre à passer par le centre de deux électrodes annulaires 6 et 7 dont les axes centraux communs coïncident

sensiblement avec la direction suivie par le jet de liquide.

Dans la description détaillée qui suit, il est important de

garder à l'esprit que les positions des points de formation des gouttelettes sont situées sur la ligne de parcours du jet de liquide 1 et entre les électrodes 6 et 7, comme montré sur

les figures lA à 1C.

Si les électrodes 6 et 7 sont reliées à deux sources produisant des tensions +Vl et -V21 un champ électrique 8 est engendré entre les électrodes 6 et 7 et partiellement à l'intérieur de ces électrodes. Le jet de liquide 1 pénètre dans le champ 8 de manière que le point de formation des gouttelettes se trouve à l'intérieur de ce champ. Comme c'est le cas dans la pratique de l'impression par jet d'encre, le liquide du jet 1 est conducteur du courant électrique et est en contact avec la masse par -25 l'intermédiaire d'une électrode 9 reliée au conduit 5. En conséquence, le point 4 de formation de gouttelettes et les

gouttelettes 3 sont chargés électriquement.

Contrairement aux procédés antérieurs décrits dans les brevets NO 3 596 275 et NI 3 416 152 précités, la valeur de la charge appliquée aux gouttelettes dépend non seulement de la valeur des tensions V1 et V2, mais également de la position du point 4 de formation de gouttelettes par rapport aux électrodes annulaires 6 et 7 et, par conséquent, également de la position de ce point dans le champ électrique 8. Dans l'exemple qui suit et qui est indiqué à titre illustratif et non limitatif, le principe sur lequel le procédé et l'appareil selon l'invention sont basés est décrit plus en détail. On- suppose à cet effet que la tension V1 est de 100 volts et la tension V2 de -100 volts par rapport à la masse, ces tensions étant continues et constantes. Si le point 4 de formation de gouttelettesse trouve à mi-distance entre les deux électrodes 6 et 7 comme montré sur la figure lA, les gouttelettes ne se chargent pas, car le potentiel électrique par rapport à la masse est nul. Cependant, si le point 4 de formation de gouttelettes est déplacé vers l'intérieur de l'électrode 6 comme montré sur la figure lB, les gouttelettes reçoivent une charge négative importante en raison du potentiel positif de l'électrode 6. La figure lC montre que le phénomène opposé se produit si le point 4 de formation de gouttelettes est avancé à l'intérieur de l'électrode 7. Dans ce dernier -cas, les gouttelettes se chargent positivement, car l'électrode 7 a une tension négative. Dans cet exemple, le potentiel du champ électrique formé entre les électrodes 6 et 7 varie continûment suivant l'axe du jet 1 de liquide,.d'une valeur positive à une valeur négative. Etant donné que la charge électrique réelle appliquée aux gouttelettes dépend de l'emplacement o les gouttelettes sont formées, c'est-à-dire de la position du point 4 de formation des gouttelettes, la charge appliquée aux gouttelettes peut être modifiée de manière continue par déplacement du point de formation de gouttelettes le long de.l'axe du jet de liquide. Il convient de noter que l'explication donnée dans le présent mémoire est relativement simplifiée, car le champ électrique 8 formé entre les électrodes 6 et 7 est relativement déformé par la continuité du jet de liquide qui s'étend de la sortie de la buse 2 jusqu'au point 4 de formation des gouttelettes. Etant donné que le liquide est conducteur du courant électrique et soumis au potentiel de la masse, il peut affecter la forme

des lignes de champ électrique entre les électrodes.

Cependant, en pratique, ceci n'entraîne pas de changement par

rapport à l'explication donnée précédemment. Pour simplifier-

la description qui suit de l'invention, l'expression "champ

électrique 8" désigne toujours le champ dans lequel le point de formation de gouttelettes est placé, et il n'est pas tenu compte de l'effet de déformation du champ par le jet de

liquide 1.

La distance comprise entre la buse 2 et le point 4 de formation des gouttelettes est constante si la vitesse, la viscosité et la tension superficielle du liquide du jet restent inchangées. Par conséquent, le point de formation de gouttelettes peut être déplacé par un mouvement mécanique de la buse 2 dans les deux sens le long de l'axe du jet de liquide. Cependant, en raison de la masse de la buse 2 et du conduit 5, ce mouvement ne peut être produit à une fréquence très élevée et il est donc beaucoup plus avantageux de déplacer le point de formation de gouttelettes par d'autres

moyens. Des exemples de ces moyens sont donnés ci-après.

Il est bien connu que la formation des gouttelettes à partir d'un jet de liquide peut être commandée par l'application de vibrations mécaniques au jet 1 de liquide passant dans la buse 2. Ceci peut être effectué aisément au moyen d'un cristal piézo-électrique 10 en contact mécanique effectif avec le conduit 5. Si une tension électrique alternative est appliquée aux électrodes du cristal 10, ce dernier produit des oscillations ou des vibrations mécaniques d'une manière bien connue. Ces vibrations sont transmises par le conduit 5 à la buse 2 et au jet 1 et elles affectent le processus de formation des gouttelettes si la fréquence de vibration est à peu près égale à la fréquence propre de formation des gouttelettes du jet de liquide. L'effet des vibrations sur le jet de liquide rend la fréquence de formation des gouttelettes équivalente à la fréquence des vibrations et supporte le processus de formation des gouttelettes proprement dit. Le résultat net est que la formation des gouttelettes se produit en un point plus rapproché de la buse lorsque ces vibrations mécaniques sont appliquées au liquide passant dans le conduit 5 que lorsqu'elles ne le sont pas. Il est apparu que la position du point de formation des gouttelettes dépend de l'amplitude de ces vibrations mécaniques, et qu'il est donc possible de prédéterminer la position du point 4 de formation des gouttelettes par l'amplitude du signal de tension alternative

excitant le cristal 10.

Par conséquent, une forme de réalisation de l'invention utilise le fait décrit ci-dessus selon lequel la position du point 4 de formation de gouttelettes dans un champ électrique 8 peut être réglée par un choix convenable de l'amplitude de la tension alternative excitant le cristal 10. Ceci rend possible de régler la charge appliquée aux gouttelettes 3. Etant donné que toutes les gouttelettes ont une même masse en raison des vibrations du cristal, elles peuvent, lors de leur mouvement vers la surface réceptrice 11, par exemple un papier d'enregistrement, être déviées dans un champ électrique de déviation situé à peu près perpendiculairement à la direction du jet de liquide, de manière qu'elles frappent la surface réceptrice Il en des points prédéterminés. La direction de la file de gouttelettes peut donc être commandée par réglage de l'amplitude de la

tension alternative.

Les figures 2 et 3 montrent une forme de réalisation d'un appareil convenant à la commande de la direction du jet de liquide selon l'invention. Le liquide provenant de la source 12 d'alimentation est refoulé sous pression dans la buse 2 par une pompe 13, de sorte qu'un jet 1 de liquide sorte de la buse 2 à grande vitesse. Sous l'effet de vibrations mécaniques provenant du cristal 10, le jet 1 de liquide se divise en un point 4 de formation de gouttelettes de manière à constituer des gouttelettes 3 espacées uniformément et de même masse. Selon l'amplitude des vibrations mécaniques, le point de formation de gouttelettes se trouve sensiblement sur les lignes ou axes centraux des deux électrodes annulaires 6 et 7 qui sont connectées à deux sources 14 et 15 de tension. Sur la figure 2, ces sources de tension sont représentées de telle manière que l'électrode 6 soit soumise à un potentiel positif constant V1 et que l'électrode 7 soit soumise à un potentiel négatif constant

V2. Cependant, il est également possible, comme montré ci-

après, d'utiliser d'autres polarités et/ou des tensions variables. Comme décrit en détail précédemment, la position il du point 4 de formation de gouttelettes détermine l'amplitude

de la charge électrique appliquée aux gouttelettes.

Comme montré dans la forme de réalisation des figures 2 et 3, les gouttelettes 3, qui ont reçu une charge prédéterminée par suite de leur formation en un point prédéterminé du champ électrique- 8, suivent un trajet traversant un champ électrique 20 qui est engendré entre des électrodes 16 et 17 de déviation qui sont elles-mêmes

connectées à des sources de tension 18 et 19, respectivement.

Ce champ 20 de déviation est orienté à peu près perpendiculairement à la direction suivie par le jet de liquide. Dans l'exemple décrit, l'électrode 16 de déviation est soumise à une tension positive élevée et constante +Vd et l'électrode 17 est soumise à une tension négative élevée et constante -Vd. Ces polarités et tensions peuvent évidemment être modifiées. Lorsque les gouttelettes 3 traversent le champ électrique 20, elles peuvent être déviées, l'amplitude et le sens de cette déviation dépendant de la charge électrique appliquée aux gouttelettes. Etant donné que cette charge dépend de la position du point de formation des gouttelettes et, par conséquent, de l'amplitude de la tension alternative d'excitation du cristal 10, il est possible de guider la file de gouttelettes vers un point prédéterminé de la surface réceptrice 11 en agissant sur la tension

alternative.

De plus, il est évidemment possible de guider des-

gouttelettes choisies ne devant pas atteindre la surface réceptrice 11 afin de les diriger vers un dispositif 21 d'interception des gouttelettes. Ce dispositif 21 d'interception, représenté sur la figure 3, comprend un tube relié par une pompe 22 d'aspiration à un récipient 23 dans lequel le liquide est recueilli. Le récipient 23 peut être relié à la source 12 d'alimentation en liquide afin que le

liquide d'écriture n'atteignant pas le papier d'enregistre-

ment puisse être recyclé. En variante, le dispositif d'interception peut comprendre un dispositif de coupe des gouttelettes, effilé comme un rasoir et disposé de manière à diriger le liquide vers un tube collecteur, comme décrit dans

le brevet des Etats-Unis d'Amérique NO 3 916 421.

on L'amplitude des vibrations mécaniques appliquées au liquide passant dans le conduit 5 et, par conséquent, la disposition finale des gouttelettes 3 sur la feuille

réceptrice- ll sont commandées par un modulateur 24.

L'amplitude de la tension alternative d'excitation du cristal est déterminée par le modulateur 24 et elle dépend de la tension du signal provenant d'une source 25 de signaux. La tension alternative est produite par un oscillateur 26 de manière à avoir une fréquence à peu près égale à la fréquence de résonance du cristal 10 et à la fréquence spontanée de

formation de gouttelettes à partir du jet 1 de liquide.

Ainsi, en donnant une forme convenable au signal de commande provenant de la source 25, il est possible de diriger les gouttelettes vers des points prédéterminés de la surface

réceptrice 11 de papier ou dans- le dispositif 21 d'inter-

ception de gouttelettes. Si la surface réceptrice est

déplacée à une vitesse constante, à peu près perpendiculai-

rement à l'axe du jet 1 de liquide et au champ de déviation, comme indiqué par la direction de la flèche sur la figure 2, il est possible de faire suivre à la file de gouttelettes une courbe voulue, par exemple une courbe en dents de scie, sur

la surface, ou bien d'imprimer des caractères alpha-

numériques ou d'autres figures, par exemple des codes de mire. Un certain nombre de variantes du procédé et de l'appareil selon l'invention, ainsi que leurs modifications, sont possibles. Des exemples de ces formes de réalisation et

de leurs modifications sont donnés ci-apr's.

Le fonctionnement de l'appareil représenté sur les figures 2 et 3 montre qu'il est important que l'amplitude des vibrations mécaniques produites par le cristal 10 suive sans retard les variations dans le temps de la tension du signal. Etant donné que le cristal 10 tend à résonner, ce critère n'est pas automatiquement respecté. Il est possible de remédier à ce défaut en fixant le cristal 10 à une matière 27 de support communément utilisée pour l'amortissement des

cristaux dans les techniques de sondage ultrasonore.

L'utilisation d'une telle matière de support présente également l'avantage d'élargir la courbe de résonance du cristal afin de permettre l'excitation du cristal dans une large bande de fréquence. Cette caractéristique peut être utilisée pour améliorer l'efficacité de l'appareil décrit en regard des figures 2 et 3, car une variation de fréquence modifie la dimension des gouttelettes 3 de liquide. Attendu que des gouttelettes plus petites et de plus faible masse sont déviées davantage dans le champ électrique 20 que les gouttelettes plus importantes, il est possible de faire varier l'angle de déviation du jet 1 de liquide en réglant l'amplitude et la fréquence du courant alternatif d'excitation du cristal. Ces variations d'amplitude et de fréquence peuvent être produites simultanément ou séparément. Lorsque le jet 1 de liquide frappe la feuille réceptrice 11 à grande_ vitesse, un léger brouillard de liquide s'él've et tend à se déposer sur les électrodes 16 et 17 ainsi que sur les éléments de l'appareil maintenant les électrodes écartées. Pour éviter cet inconvénient, un masque ou écran 28 relié à la masse est placé entre les électrodes 16 et 17 de déviation et la feuille réceptrice 11 afin d'empêcher le brouillard de liquide d'atteindre le système d'électrodes. Il est préférable de réaliser les électrodes 6, 7, 16 et 17 ainsi que l'écran 28 en matière poreuse dans laquelle -les gouttelettes de liquide s'imbibent, le cas échéant. Une pompe aspirante permet d'éliminer ces gouttelettes de liquide de la matière poreuse, comme décrit

dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique NO 3 416 153.

L'exemple suivant décrit le fonctionnement typique de la forme de réalisation montrée sur les figures 2 et 3. Le jet de liquide, d'un diamètre de 15 micromètres et d'une vitesse de 30 mètres par seconde, se divise en environ 800 000 gouttelettes par seconde, en synchronisme avec des vibrations de 800 kHz produites par le cristal 10. La distancecomprise entre la buse 2 et la surface réceptrice 11 est d'environ 30 mm. Les deux électrodes annulaires 6 et 7 ont une longueur d'environ 2 mm et sont espacées d'environ 1 mm. Leur diamètre intérieur est de 1 mm et elles sont soumises, respectivement, à des tensions continues de +70 volts et -70 volts. L'écartement des électrodes de déviation 16 et 17 est de 3 à 4 mm à proximité immédiate de l'électrode 7. Cette distance peut cependant être augmentée vers le papier servant de surface réceptrice. Les électrodes 16 et 17 ont une longueur d'environ 20 mm et elles sont soumises à des potentiels de +3,5 et -3,5 kilovolts, respectivement. Cette disposition 'permet de dévier le jet d'environ +5 par rapport à sa direction initiale. Suivant le diamètre et la vitesse du jet 1 de liquide, ces paramètres peuvent être modifiés sur une plage relativement large au moyen sensiblement de la même construction de l'appareil

que celle représentée.

Dans les formes de réalisation -décrites précédemment, le point auquel la file de gouttelettes de liquide finit par frapper la surface réceptrice 11 est déterminé uniquement par un signal électrique qui commande la

modulation d'amplitude du courant d'excitation du cristal 10.

Cependant, une modification de cette forme de réalisation permet de déterminer la position de ce point au moyen d'un autre signal qui est indépendant du premier signal provenant de la source 25. Cette modification est rendue possible par le fait que le procédé et l'appareil selon l'invention sont basés sur la découverte qu'il est possible de modifier la charge électrique appliquée aux gouttelettes 3 en faisant varier de manière déterminée la position du point 4 de formation de gouttelettes dans le champ électrique 8 dans lequel les gouttelettes sont formées. Ceci signifie que la position géométrique du point 4 de formation des gouttelettes ou du champ électrique 8 ou des deux peut être modifiée afin

de faire varier la charge appliquée aux gouttelettes 3.

Dans la description et les exemples qui

précèdent, on a supposé que l'électrode 9 et, par conséquent, également le jet 1 sont au potentiel de masse. Cependant, si l'électrode 9 de l'appareil de la figure 3 est connectée à une nouvelle source 29 de signaux dont le potentiel peut varier avec le temps, cette nouvelle source peut également affecter la charge appliquée aux gouttelettes 3. Ceci est dû au fait que la charge appliquée aux gouttelettes est - déterminée par la différence de potentiel entre le champ électrique 8 au point de formation des gouttelettes et les électrodes 6 et 7. Il apparaît donc que cette différence de potentiel peut être déterminée directement par le signal provenant de la source 25, par le signal provenant de la- source 29 ou par une combinaison de ces signaux. Une commande analogue par un autre signal peut être obtenue si les deux sources de signaux 14 et 15 affectant le champ électrique engendré entre les électrodes 6 et 7 sont commandées par une source de signaux extérieure. En variante, la prise centrale de masse d'une résistance 30 peut être réglée électriquement ou manuellement afin de modifier les différences de potentiel entre le jet 1 de liquide et le champ électrique 8 formé entre les électrodes 6 et 7, au point 4 de formation des

gouttelettes.

Attendu que des paramètres de fonctionnement incorrects, ayant une cause extérieure, tels que de légères variations de la pression du fluide parcourant le conduit 5, des propriétés piézo-électriques du cristal 10, de la viscosité du liquide formant les gouttelettes et autres, peuvent provoquer un déplacement du point de formation des gouttelettes, il peut être souhaitable d'incorporer une servocommande dans un système à jet d'encre comportant l'appareil selon l'invention, afin de minimiser ou d'éliminer

ces variations de fonctionnement dues à des causes exté-

rieures. L'utilisation d'une telle servocommande, ainsi que le choix des paramètres optimaux de fonctionnement pour tout

système particulier, sont du domaine de l'homme de l'art.

L'incorporation d'une autre source de signaux, c'est-à-dire la source 29, pour influencer la trajectoire des gouttelettes 3 présente plusieurs avantages. Dar exemple, elle permet de moduler l'intensité de la trace d'impression indépendamment de la forme de la courbe produite par la source 25 de signaux. La modulation d'intensité peut également être obtenue comme décrit dans le brevet N 3 416 153 précité. Ainsi, en appliquant une charge relativement élevée aux gouttelettes, un jet autrement linéaire peut être dispersé en une pulvérisation de gouttelettes chargées qui peuvent être suffisamment déviées dans le champ 20 de déviation pour arriver dans le dispositif

21 d'interception.

En variante, la modulation de l'intensité peut être obtenue au moyen d'un diaphragme poreux, comme décrit dans le brevet NO 3 416 153 précité. Si l'écran 28 est remplacé par un tel diaphragme dont l'orifice est situé exactement sur l'axe du jet de fluide non chargé, chaque gouttelette 3 portant une charge électrique frappe le diaphragme et ne peut donc atteindre la surface réceptrice 11. Ceci signifie que seules les gouttelettes ne portant pas de charge électrique sont utilisées pour imprimer la surface réceptrice. Ainsi, un signal provenant de la source et/ou une variation du champ électrique 8 contenant le point de formation des gouttelettes, produits par l'un quelconque des dispositifs décrits précédemment, peuvent être utilisés pour moduler l'intensité du jet sur la surface réceptrice 11. En utilisant le procédé décrit dans le brevet NO 3 416 153 précité, il est possible de supprimer totalement les électrodes 16 et 17 ainsi que le dispositif 21 d'interception. Il est évidemment possible de faire varier la configuration du système d'électrodes en conservant les principes-fondamentaux de l'invention, à savoir en déplaçant le point de formation des gouttelettes par rapport à un champ électrique. Les figures 4, 5 et 6 montrent d'autres modifications. Sur la figure 4, les électrodes 7 et 17 sont regroupées en un seul élément 31, ce qui simplifie la fabrication. Les électrodes 6 et 31 sont alors connectées à des tensions continues de +100 et -100 volts, respectivement, *et l'électrode 16 de déviation est connectée à une source de *tension positive élevée, par exemple 5 kilovolts. Le système d'électrodes, comprenant les électrodes 16 et 31, est analogue à l'électrode combinée décrite dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique NO 3 916 421. Une partie de l'électrode de commande de signaux montrée sur la figure 4 est incorporée dans le dispositif à électrodes dirigeant les gouttelettes tout en restant indépendante de ce dispositif

du point de vue fonctionnel.

La figure 5 montre que les électrodes 6 et 7 peuvent être totalement supprimées si les électrodes 32 et 33 de déviation sont disposées asymétriquement de manière qu'un gradient de champ électrique soit formé le long de l'axe du jet 1. Si le point de formation de gouttelettes est déplacé vers l'avant et vers l'arrière le long de ce gradient de champ comme décrit précédemment, la charge appliquée aux gouttelettes et, par conséquent, leur trajectoire dans le champ électrique 20 sont modifiées. Lorsqu'on utilise le montage de la figure 5, il est important que les plaques de déviation 32 et 33 aient des formes géométriques convenables et soient soumises sensiblement au même potentiel, mais de polarité opposée, afin que le potentiel électrique soit nul en un point de la direction du jet. Ceci est nécessaire pour qu'il soit possible de déplacer le point de formation de gouttelettes du jet de fluide, normalement à la masse, vers une position dans laquelle le potentiel du champ électrique est nul afin que les gouttelettes 3 ne soient pas chargées et puissent donc avancer en ligne droite à travers le champ

électrique 20.

Enfin, la figure 6 montre qu'il est possible de diviser les électrodes 6 et 7, ainsi que les électrodes 16 et 17 de déviation (figures 2 et 3) en plusieurs petites électrodes. Ceci peut être avantageux pour des raisons qui diffèrent dans les deux types d'électrodes. Le remplacement des électrodes 6 et 7 des figures 2 et 3 par un certain nombre d'électrodes annulaires 34 permet d'obtenir un système dans lequel le champ électrique chargeant les gouttelettes 3 est mieux défini. Les potentiels des différentes électrodes 34 peuvent être choisis indépendamment les uns des autres à l'aide de curseurs montés sur une résistance 35 dans laquelle la tension de la source 36 chute. En variante, ces tensions peuvent être réglées électroniquement. De cette manière, la dispersion du champ le long de l'axe du jet 1, qui est importante pour déterminer la position du point de formation

de gouttelettes, peut être choisie d'une manière optimale.

Les électrodes 34 peuvent également être remplacées par une

bobine conductrice en matière à haute résistance électrique.

Si les deux points extrêmes d'une telle bobine sont reliés à la source 36 de tension, une chute de potentiel presque linéaire se produit dans la bobine suivant son axe le long duquel il est possible de déplacer dans les deux sens le

point de formation de gouttelettes.

Sur la figure 6, les électrodes 16 et 17 de déviation (figures 2 et 3) sont également représentées comme étant divisées afin de montrer que cette forme de réalisation peut être avantageuse dans certains cas. En raison de la courbure de la trajectoire du jet, il est parfois nécessaire d'incliner les électrodes 16 et 17 vers l'axe du jet, comme indiqué sur la figure 3. Ceci signifie que la puissance du champ 20 de déviation est réduite le long de l'axe du jet vers la surface réceptrice 11. En divisant les électrodes 16 et 17 de déviation en, par exemple, trois électrodes plus petites (16a, 16b, 16c et 17a, 17b, 17c comme montré sur la figure 6), le champ 20 peut être maintenu à une valeur sensiblement constante si les potentiels des électrodes 16a à 16c et 17a à 17c sont choisis de façon convenable, par exemple à l'aide de séries de résistances 40a et 40b, respectivement. - Selon une autre modification pouvant être apportée au procédé et -à l'appareil selon l'invention tels que montrés sur les figures 2 et 3, une électrode auxiliaire, reliée à une source de tension alternative ayant la même fréquence que celle de la formation des gouttelettes, peut être placée afin d'appliquer une tension à proximité immédiate de la buse 2 (voir, par exemple, le brevet des Etats-Unis d'Amérique NO 3 596 275). En réglant l'amplitude de la tension alternative appliquée à cette électrode à partir d'un signal d'entrée, il est également possible de régler la position du point de formation de gouttelettes et, par conséquent, la charge appliquée aux gouttelettes de la file. Les figures 7 et 8 sont, respectivement, une vue en perspective et une élévation d'une autre forme de réalisation de l'invention. Dans cette forme de réalisation, le conduit 5 est tourné sur son axe 41 par tout mécanisme convenable (voir, par exemple, le brevet des Etats-Unis d'Amérique NI 2 566 443) afin de communiquer un mouvement oscillant à la buse 2 et, par conséquent, au jet de liquide 1. Ce mouvement oscillant fait exécuter au point de formation de gouttelettes un mouvement sur un certain arc. En réglant le champ électrique engendré le long de cet arc, la charge des gouttelettes 3 dépend de la position du point auquel les gouttelettes sont formées. Il est donc possible de déplacer le point de formation de gouttelettes le long d'un arc. Dans cette forme de réalisation, le champ électrique peut être commandé, par exemple, par un certain nombre de paires d'électrodes 37a à 37d. Chacune des deux électrodes de la paire 37a d'électrodes est reliée à une source de tension, à savoir une source 38a et une source 39a. La tension des sources 38a et 39a détermine le potentiel appliqué le long de l'arc suivi par les points de formation des gouttelettes entre les deux électrodes. De la même manière, les paires d'électrodes 37b à 37d sont connectées à des sources de tension respectives 38b à 38d et 39b à 39d qui déterminent le potentiel établi au point de l'arc compris entre les paires d'électrodes 37b à 37d (les sources de tension 38b, 38c et 39b et 39c ne sont pas représentées sur la figure 7 pour plus

de clarté).

Ainsi qu'il ressort des figures 7 et 8, il est évident que le potentiel électrique varie sensiblement suivant l'arc décrit par le point 4 de formation de gouttelettes lorsque la buse 2 est tournée autour de l'axe 41. Ceci signifie que les charges appliquées aux gouttelettes 3 dépendent des positions du point de formation de gouttelettes au moment o les gouttelettes sont formées le long du gradient courbe de potentiel, conformément au

principe de l'invention.

Il est donc évident que le principe de l'invention ne dépend pas de la forme ou du nombre

d'électrodes entre lesquelles le champ électrique 8 est créé.

Les formes de ces électrodes peuvent être adaptées aux exigences de chaque cas particulier. De même, les amplitudes et les polarités des tensions électriques appliquées à ces électrodes et au jet 1 de fluide par l'intermédiaire de l'électrode 9 placée dans le conduit 5, ainsi que la ou les sources de signaux utilisées pour déplacer le point de formation de gouttelettes peuvent être ajustées d'un système à l'autre. Il apparaît donc qu'un certain nombre de réalisations et de modifications de l'invention autres que

celles représentées sont possibles.

La figure 9 montre l'utilisation d'un jet composé (tel que décrit dans le brevet NO 4 196 437 précité) dans la mise en pratique de l'invention. Dans ce système, un jet principal 42 de fluide de propulsion sort de la buse 2 sous haute pression. La buse 2 est placée dans un fluide secondaire 43 presque immobile qu'une pompe 45 introduit d'une source 44 d'alimentation dans une chambre 46. Cette dernière présente un orifice 48 en travers duquel' le fluide secondaire est maintenu par la tension superficielle, de manière qu'il se forme une mince couche de fluide secondaire présentant une surface libre de décharge d'un jet. Le jet de liquide principal 42, en traversant le liquide secondaire 43, entraîne une partie de ce liquide secondaire afin de former un jet dit composé qui passe dans l'orifice 48 en formant un

courant liquide composé se divisant en gouttelettes composées.

3. La position du point 47 de formation de gouttelettes de ce jet composé peut être déplacée par rapport au champ électrique comme décrit précédemment. L'utilisation d'un jet composé s'applique à l'une quelconque des formes de réalisation et des modifications de l'invention décrites précédemment. Il est possible, selon l'invention, de disposer plusieurs systèmes à jet de fluide les uns à côté des autres et de régler la position des points de formation de gouttelettes des différents jets de fluide indépendamment les uns des autres au moyen de signaux électriques, de la même

manière que décrit précédemment pour un seul jet de fluide.

De nombreux fluides différents autres que- de l'encre, convenant à un système d'enregistrement, peuvent être utilisés pour former le jet de liquide et peuvent être commandés comme décrit dans le présent mémoire. La surface réceptrice 11 peut être constituée de toute matière convenable, par exemple du papier, du verre, du métal, de la matière plastique ou autre. Les formes de réalisation décrites en regard des figures 1 à 9 ne constituent donc que des exemples de différentes manières de mettre en oeuvre l'invention et de nombreuses formes de réalisation de

l'invention sont possibles.

Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à l'appareil décrit et représenté sans

sortir du cadre de l'invention.

Claims (24)

REVENDICATIONS

1. Procédé pour produire une file de gouttelettes de liquide portant des charges électriques d'amplitude et de polarité prédéterminées, caractérisé en ce qu'il consiste à produire un jet de liquide conducteur du courant électrique qui se divise en un point de formation de gouttelettes pour former des gouttelettes de liquide, à produire un champ électrique à travers lequel les gouttelettes sont dirigées et présentant un gradient de potentiel électrique, et à régler la position du point de formation de gouttelettes dans le champ électrique, le long dudit gradient, afin de régler la

charge électrique appliquée auxdites gouttelettes.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le gradient de potentiel électrique est orienté le long de la trajectoire suivie par le jet de liquide à travers

le champ.

3. Procédé d'impression par jet d'encre, caractérisé en ce qu'il consiste à refouler sous pression un liquide conducteur du courant électrique dans une buse afin de former un jet dudit liquide qui se divise en une file de gouttelettes de. liquide en un point de formation de gouttelettes, à faire passer le jet de liquide dans un champ électrique présentant un gradient de potentiel électrique orienté le long de la trajectoire suivie par le jet à travers le champ, à régler la position du point de formation de gouttelettes dans le champ électrique le long dudit gradient afin d'appliquer auxdites gouttelettes des charges électriques de polarité et d'amplitude prédéterminées, et à commander électriquement la direction de la trajectoire des gouttelettes chargées afin que certaines gouttelettes choisies soient dirigées vers une surface réceptrice suivant

un trajet prédéterminé.

4. Procédé selon l'une des revendications 2 et 3,

caractérisé en ce qu'il consiste à appliquer au liquide, arrivant à la buse, des vibrations mécaniques ayant une fréquence à peu près égale à celle de la formation des gouttelettes.

5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le réglage de la position du point de formation de gouttelettes consiste à faire varier l'amplitude à laquelle

les vibrations mécaniques sont appliquées.

6. Procédé selon la revendication 5 prise avec la revendication 3, caractérisé en ce que le réglage de la position du point de formation de gouttelettes consiste à faire varier l'amplitude et la fréquence auxquelles les

vibrations mécaniques sont appliquées.

7. Procédé selon l'une quelconque des

revendications 1, 5 et 6, caractérisé en ce que le réglage de

la position du point de formation-de gouttelettes consiste à faire varier la différence de potentiel entre le liquide et

le champ électrique.

8. Procédé selon la revendication 7 prise avec la revendication 1, caractérisé en ce que la variation du potentiel électrique consiste à appliquer une charge électrique variable au liquide, ou bien à faire varier le

potentiel du champ électrique.

9. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la commande électrique de la direction de la trajectoire des gouttelettes chargées consiste à faire passer les gouttelettes chargées dans un champ électrique de déviation, afin que l'amplitude et le sens de la déviation suivie par les gouttelettes dépendent de la charge électrique

appliquée auxdites gouttelettes.

10. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la commande électrique de la direction de la trajectoire des gouttelettes chargées consiste à faire passer les gouttelettes chargées dans un champ électrique formé de manière à provoquer une dispersion et une récupération de toutes les gouttelettes, sauf celles n'ayant

pas reçu de charge électrique.

11. Procédé selon l'une des revendications 1 et

3, caractérisé en ce qu'il consiste à faire passer le jet de liquide à travers une mince couche d'un fluide secondaire différent, présentant une surface libre de décharge d'un jet afin de former un jet de liquide composé avant l'arrivée au

point de formation de gouttelettes.

12. Appareil pour produire une file de gouttelettes de liquide portant des charges électriques prédéterminées, caractérisé en ce qu'il comporte une buse (2), un dispositif destiné à éjecter un jet (1) de liquide sous pression au moyen de la buse (2) afin que le jet de liquide se divise en gouttelettes (3) en un point (4) de formation de gouttelettes pour former une file de gouttelettes de liquide, un dispositif à électrodes de commande des gouttelettes, disposé de manière à établir un champ électrique à travers lequel le jet de liquide est dirigé et dans lequel le point de formation de gouttelettes est situé, ce champ électrique présentant un certain gradient de potentiel électrique, et un dispositif destiné à régler la position du point de formation de. gouttelettes dans le champ électrique le long dudit gradient afin de régler la charge

électrique appliquée aux gouttelettes.

13. Appareil selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'il comporte un élément (10) destiné à appliquer au liquide formant le jet des vibrations mécaniques à une fréquence à peu près égale à celle à laquelle les

gouttelettes sont formées.

14. Appareil selon la revendication 13, caractérisé en ce que le dispositif de réglage de la position du point -de formation de gouttelettes comprend un élément (24) destiné à faire varier l'amplitude et la fréquence

auxquelles les vibrations mécaniques sont appliquées.

15. Appareil d'impression par jet d'encre, caractérisé en ce qu'il comporte une buse (2), un dispositif destiné à produire un champ (8) d'application de charges électriques à des gouttelettes (3), ce champ présentant un certain gradient de potentiel électrique, un dispositif (15) destiné à faire passer sous pression un liquide conducteur du courant électrique d'une source (12) dans un conduit (5) et dans ladite buse afin de former un jet (1) de liquide qui traverse le champ électrique et qui se divise en goutteletes (3) de liquide en un point (4) de formation de gouttelettes situé dans le champ électrique, un dispositif destiné à régler la position du point de formation de gouttelettes dans le champ électrique, le long dudit gradient, afin d'appliquer auxdites gouttelettes des charges électriques de polarité et d'amplitude prédéterminées, un élément présentant une surface réceptrice (11), et un dispositif à électrodes (16 et 17) destinées à diriger les gouttelettes afin de commander la direction de la trajectoire suivie par les gouttelettes de manière que certaines gouttelettes choisies soient dirigées

vers la surface réceptrice suivant un trajet prédéterminé.

16. Appareil selon la revendication 15, caractérisé en ce que le gradient de potentiel électrique est établi suivant la trajectoire parcourue par le jet de liquide à travers le champ afin que la position du point de formation

de gouttelettes se trouve sur cette trajectoire.

17. Appareil selon la revendication 16, caractérisé en ce que le dispositif produisant le champ destiné à charger les gouttelettes comprend plusieurs électrodes annulaires (6, 7) et des sources (14, 15) de tension afin d'établir ledit gradient de potentiel électrique.

18. Appareil selon la revendication 16, caractérisé en ce que le dispositif produisant le champ électrique destiné à charger les gouttelettes et le dispositif à électrodes destinées à diriger les gouttelettes

sont combinés (32, 33).

19. Appareil selon la revendication 16, caractérisé en ce qu'il comporte un élément (10) associé au conduit (5) afin d'appliquer au liquide, lorsqu'il arrive à la buse (2), des vibrations mécaniques ayant une fréquence à peu près égale à celle à laquelle les gouttelettes sont

formées.

20. Appareil selon l'une des revendications 13 et

19, caractérisé en ce que le dispositif destiné à régler la position du point de formation de gouttelettes comprend un élément destiné à faire varier l'amplitude à laquelle les

vibrations mécaniques sont appliquées.

21. Appareil selon la revendication 20, caractérisé en ce que le dispositif de réglage de la position du point de formation de gouttelettes comprend un élément destiné à faire varier la différence de potentiel entre le

liquide et le champ électrique.

22. Appareil selon la revendication 15, caractérisé en ce que le dispositif à électrodes destinées à diriger les gouttelettes comprend des éléments qui produisent un champ électrique de déviation de manière que l'amplitude et la direction de la déviation suivie par les gouttelettes dépendent de la charge électrique appliquée auxdites gouttelettes.

23. Appareil selon la revendication 15, caractérisé en ce que le dispositif à électrodes destinées à diriger les gouttelettes comprend des éléments (28, 21) qui établissent un champ électrique destiné à provoquer une dispersion et une récupération de toutes les gouttelettes

sauf celles n'ayant pas reçu de charges électriques.

24. Appareil selon la revendication 15, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif destiné à faire passer le jet de liquide à travers une mince couche d'un fluide secondaire différent (43) qui présente une surface libre de décharge d'un jet permettant de former un jet de liquide composé avant l'arrivée au point (47) de

formation de gouttelettes.