WO1988004235A1 - Cellule a multiples fonctions comportant une chambre a volume variable et circuit d'alimentation fluide d'une tete d'impression a jet d'encre qui en est equipe - Google Patents

Cellule a multiples fonctions comportant une chambre a volume variable et circuit d'alimentation fluide d'une tete d'impression a jet d'encre qui en est equipe Download PDF

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WO1988004235A1
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    • Y10T137/2506—By viscosity or consistency

Definitions

  • the invention relates to a cell comprising a variable volume chamber capable of performing several functions such as the functions of generating a fluid flow rate, measuring viscosity, fluid homogeneity, temperature, positioning the rotor. an engine, etc. It also relates to the application of such cells arranged in such a way that they lead to the production of a hydraulic supply circuit for a continuous ink jet print head, a circuit the essential quality of which is be, thanks to the implementation of such a cell, extremely compact for high operating performance and reliability.
  • the present invention aims to overcome these drawbacks and relates to a new device called cell in the following description, cell which, alone or in combination with another, allows to perform a large number of functions. 5.
  • a new device called cell in the following description, cell which, alone or in combination with another, allows to perform a large number of functions. 5.
  • such a cell is capable, in cooperation with the various reservoirs of fluid, ink and solvent, of generating a flow of fluid intended in particular for supplying a conventional ink jet printing head continued.
  • it is also capable of cooperating with means for recovering the unused ink jet to ensure recycling.
  • Such a cell can be adapted to perform, in addition to these functions already stated, those of measuring a viscosity, checking the homogeneity of a fluid, checking levels, etc.
  • Two of these cells according to the invention can be arranged to constitute a complete supply circuit which requires the implementation of a single motor and a single sensor.
  • An extremely compact means architecture is thus obtained, which considerably opens up the fields of application of the inkjet printing technique as it is currently used in the industrial field, these fields of application. can extend to office automation for example.
  • the invention relates more precisely to a cell intended to be integrated into a hydraulic circuit, comprising a variable volume chamber, characterized in that the latter is:
  • valves each giving access to a restriction, these valves being controlled opening and closing, electronically as a function of the position of the rotor of said motor and accepting both directions of operation; such a combination of means making said cell capable of performing multiple functions.
  • FIG. 1 schematically illustrates a cell according to the invention controlled by a stepping motor, equipped with a pressure sensor and couples "valve plus restriction";
  • FIG. 2 schematically illustrates an embodiment of a local restriction of the hydraulic circuit intended to cooperate with a cell according to, Figure 1;
  • FIG. 3a schematically illustrates a pressure diagram of a cell in the operating configuration illustrated in the figure
  • FIG. 4a, 4b and 4c schematically illustrate pressure diagrams of a cell according to the invention in its function leading to the determination of the positioning of the motor rotor;
  • FIG. 5 schematically illustrates a variation of the cell pressure diagram for different viscosities of fluids used;
  • FIG. 6a and 6b schematically show the state of the valves, respectively open and closed, corresponding to the suction and discharge cycles;
  • FIG. 7 schematically illustrates these suction and delivery cycles;
  • FIG. 9 is a diagram illustrating the position of the rotor of the motor actuating the variable volume chamber, as a function of time, in an inkjet application;
  • FIG. 10a schematically illustrates a first example of an ink supply circuit of a print head implementing two cells according to the invention in static position, that is to say when stopped;
  • - Figures 10b to lOi each illustrate, schematically, the position occupied by the various organs of the circuit as described by means of Figure 10a, and this respectively for each of the main functions inherent in the proper functioning of said circuit;
  • FIG. 10J schematically illustrates another embodiment of an ink supply circuit of a print head according to the present invention, in the static position;
  • Figures 10k and 10m illustrate each of the positions occupied by the different organs of the circuit as described by means of Figure 10J.
  • a cell according to the invention is illustrated by means of the figure 1. It essentially consists of a chamber (1) with variable volume as a function of the displacement of a piston (p). The latter is mechanically connected by means (2) to an eccentric (3) driven by a stepping motor (4) whose mode of operation will be explained below.
  • This variable volume (1) is connected on the one hand to a pressure sensor (5), and on the other hand by a pipe (6) to one, two or more valves electrically controlled by coils (b). Only two valves (7) and (9) are shown in Figure 1, but this number is not restrictive and the application described below will also clearly show the implementation of a plurality
  • valves associated with a single chamber. These valves accept both directions of circulation of the fluid and are normally closed (case of FIG. 1) in the absence of an electrical signal.
  • the position of the drawer (t) shows for example that the valve (7) is in the blocking position.
  • a restriction (8, 10) i 5 is normally provided, the structure of which is more clearly illustrated by means of FIG. 2.
  • These restrictions are designed so as to create a pressure difference at their ends when a fluid flow of non-zero viscosity passes through them which can translate in terms of pressure drop. They are capable in particular of demonstrating in the form of a pressure difference 0 (& P), the viscosity of the fluid during a pulse of fluid flow.
  • these restrictions consist of a tube (100) integrated in series in the hydraulic circuit, of length (L) significantly greater than the diameter (D) of said tube.
  • the length (L) is equal to approximately 15 times the diameter (D) of the tube through which the fluid flows, the arrow (F) symbolizing the flow.
  • This tube section of length (L) and diameter (D) therefore corresponds to the restrictions as symbolized in FIG. 1 by the references (8) and (10) and by other references in the subsequent figures.
  • FIG. 3a is represented a pressure diagram illustrating 0 the variation ( ⁇ P) as a function of the position (Pr), for a complete revolution (from 0 ° to 360 °) of the rotor of the stepping motor (4).
  • This diagram corresponds to the configuration of the cell (1) illustrated in FIG. 3b where only the electro-controlled valve (7) is permanently open.
  • the 0 ° position corresponds to : the position (Pr) of the motor rotor (4) where the volume of the chamber (1) is minimal, and 180 ° the position where the volume of the chamber (1) is maximum.
  • the displacement of the piston (p) is illustrated by the arrows (FI) and (F2). To this displacement corresponds a displacement of the viscous fluid in the restriction (8) whose direction depends on that of the piston (p), hence its representation by an arrow (F3) and an arrow (F4).
  • a displacement of the piston (p) of the variable volume chamber (1) generates a displacement of fluid in the valve (7) and the restriction (8).
  • the movement of the viscous fluid in the restriction (8) causes on the pressure sensor (5) the appearance of a pressure difference (__. P) ( Figure 3a) positive or negative depending on the direction of movement of the piston.
  • the instantaneous value of this pressure depends on both the instantaneous flow of the fluid and its viscosity.
  • ⁇ P is negative
  • d'uneP is positive when the volume is reduced (backflow).
  • the diagram in FIG. 3a represents the evolution of the pressure measured on the sensor (5) for a complete rotation of 0 ° to 360 ° of the motor (4), and this at constant speed of rotation, the mechanical coupling between the engine and the piston (p) being made by an eccentric (3).
  • a cell according to the invention makes it possible to dispense with a rotor position sensor, position (Pr) which it is however essential to determine in order to be able to synchronize the operation of the valves.
  • the two valves (7) and (9) are closed.
  • the rotor of the stepper motor (4) is moved a few steps in one direction, and a few steps in the other to determine the direction of compression and the direction of expansion.
  • one of the valves is open and the rotor performs a full revolution ( Figure 4b).
  • the differential pressure ( ⁇ P) created by the restriction (8) or (10) corresponding to the valve (7) or (9) is then measured.
  • such a method therefore makes it possible to dispense with the use of a specific sensor responsible for indicating the angular position of the rotor of the motor (4). Knowing by this means this position, we can then ensure the synchronization of the valves (7) and (9). This is one of the functions of a cell according to the invention.
  • the generation of a fluid flow is done in two half-cycles.
  • ⁇ P the pressure difference measured by the sensor (5) during the two half-cycles explained above and which corresponds to a suction phase consecutive to the opening of the valve (7) of on the one hand, and a delivery phase corresponding to the opening of the valve (9) on the other hand.
  • a flow of fluid may be generated in both directions by reversing the operation of the valves (7) and (9), or else may not be, if one of the two valves is kept open and the another closed while the engine is running, as illustrated by FIG. 3b.
  • These two particular operating modes, characteristic of the invention, are essential for the application described later.
  • the configuration of a circuit implementing a cell according to the invention allows direct measurement of a pressure by means of the sensor (5) by direct connection of the chamber (1) with the member whose we want to measure the pressure.
  • the valve which controls this downstream member is then kept in the open position, the engine is stopped and the pressure sensor (5) is then directly in communication, via the chamber (1), with said member not shown here but whose an example will be given later.
  • the pressure diagram does not appear as in FIG. 7 but on the contrary as illustrated in FIG. 8.
  • a cell according to the invention can perform, namely the detection of homogeneity faults in the transported fluid. We can thus detect the presence of air bubbles, for example in the ink conveyed.
  • the profile shown in Figure 8 is only an example, knowing that any profile of the diagram moving away from a sinusoid, while all the other parameters are correct, highlights a multi-phasic fluid.
  • the operation of a cell according to the invention differs from the conventional operation of a membrane pump and non-return valves. Indeed, the valves are here replaced, in accordance with the invention, by the bi-directional valves (7) and (9), controlled in synchronism with the absolute position of the rotor of the stepping motor (4) by an electronic system. adequate. Such an arrangement leads to obtaining all the functions that the cell thus described can perform.
  • the reservoir (15) is a cartridge containing ink (30) in reserve, not yet used. This reservoir (15) is removable.
  • the reservoir (16) is a cartridge containing the pure solvent (31) of the ink used. This reserve solvent (31) makes it possible to top up the solvent necessary for maintaining the viscosity of the ink used and recycled in the system. Maintaining the viscosity of the ink of the jet, is linked to an evaporation of the solvent during recycling of the ink.
  • This reservoir (16) is also removable.
  • the reservoir (18) containing the ink (34) functionally fulfills the role of a pressure accumulator which is used with the aim of transforming the flow rate drawn from the cell when it is used in the pumping cell, into a constant flow rate at fixed pressure, and directly intended for the formation of the jet.
  • This reservoir contains a pocket of air (180) under pressure which acts as a shock absorber. This air pocket (180) is renewed each time the printer is started as will be explained below.
  • the role of the reservoir (17) is to receive the recovery ink (33) and the air returning from the gutter (22), and to separate them. The ink necessary to maintain the pressure in the accumulator (18) is taken from this reservoir.
  • the reservoir (17) has a volume equivalent to the accumulator (18), for reasons explained below.
  • Each of these four tanks (15, 16, 17, 18) is connected, in accordance with the invention, by a general pipe (66), to a first variable-volume chamber (1) via a valve couple -restriction (9-10) for the reservoir (18); (7-8) for the reservoir (17); (11-12) for the tank (16); and (13-14) for the reservoir (15). All these restrictions, as has already been said previously, are of the type described by means of FIG. 2.
  • the set of these cells, the heart of which is the chamber (1) bears the general reference (A).
  • the pressure sensor (5) is connected to this first chamber (1) and allows a whole set of controls and measurements corresponding to the functions already described and which are explained below in the application considered.
  • This supply circuit is that it has only one sensor, the pressure sensor (5), and that this single sensor (5) allows all the measurements necessary for the proper functioning of the assembly.
  • this single pressure sensor (5) alone replaces all the sensors that are necessarily encountered in supply circuits of currently known types.
  • a second variable volume chamber (23) also cooperates with a plurality of valves; this combination is referenced (B). Its essential function is to recover the ink from the jet (21) at the level of the gutter (22).
  • This second chamber (23) is in fact combined with a set of three valves (29, 24, 25) whose functions will be explained below.
  • This second cell has no restrictions insofar as, being coupled mechanically to the eccentric (3) common to the first chamber (1), the synchronism of operation of the valves which are attached to it, results from the synchronism of the chamber (1).
  • Such a combination of two sets (A) and (B) according to the invention therefore coupled to a single motor (4) and to a single sensor (5), further contributes to the compactness of the circuit.
  • valves (19) and (28) are directly linked to the operation of the jet (21) emitted by the print head (T) and are part of the known art, in particular by the patent application of the Applicant already cited above. For this, this combination is fictitiously isolated from the rest of the circuit by means of a rectangle (150) in broken lines.
  • the valve (19) is respectively connected to the pressure tank (18) on the one hand, and to the head (T) which generates the ink jet (21) on the other hand.
  • the valve (28) called the purge valve, is connected to the valves (24, 25, 29) of the cell (B).
  • the unused ink jet is recovered at a recovery gutter (22).
  • the essential operating cycles are therefore carried out by electrically controlling the various valves synchronously at the instantaneous position (Pr) of the motor rotor (4) as already explained above.
  • FIGS. 10b to 10 a succession of figures has been presented (FIGS. 10b to 10), each corresponding to the situation in which the various valves concerned are found, for a given operating phase.
  • Those which are open (passage of the fluid) for the sequence considered are shown in solid lines, the others being closed (blocking of the fluid) are shown in dotted lines.
  • the valve considered is kept permanently open (passing)
  • the entire coil (b) is shaded and the drawer (t) shown in solid lines.
  • the coil (b) is half shaded and the drawer (t) schematically shown in dark dotted lines. All the valves not concerned in the described operating phase are therefore dotted clearly.
  • the valve (19) is open, the head (T) is supplied and the jet (21) emitted.
  • the valve (19) is open, the head (T) is supplied and the jet (21) emitted.
  • FIGS. 10b to 10 a) Maintaining the pressure of the accumulator (18), during the operation of the jet (FIG. 10b): When the valve (19) is open and the jet (21) is present, the volume of ink (34) of the accumulator (18) which is subjected to the pressure of the air pocket (180) which it contains, decreases over time , during the flow of the jet (21), which increases the volume of the air (180) and results in a drop in pressure.
  • Maintaining the pressure, and therefore the volume of ink contained (34), is achieved by adding a dose of ink to the reservoir (18) coming from the reservoir (17), and this thanks to the combination (l, 7, 9) that we operate in the cell pumping as has been explained previously by means in particular of Figures 6a and 6b.
  • a dose in the description it is the volume corresponding to that generated by the piston (p) of the chamber (1) with, as part of this sequence, the help of the valves (7) and (9).
  • the viscosity of the ink is regularly checked using a complete cycle of rotation of the rotor, leaving the valve (9) open, as shown in Figure 10c.
  • the differential pressure ( ⁇ P) allows the viscosity of the ink (34) to be measured. This viscosity measurement cycle is carried out when no addition of ink is necessary in the reservoir (18).
  • This cycle also makes it possible to homogenize the ink in the reservoir (18) when it has just received a dose of solvent, by creating an alternative mixing of the ink.
  • this cycle is repeated several times before being used for the viscosity measurement.
  • the viscosity of the ink used without any solvent evaporation depends on the temperature. Also the viscosity setpoint must take into account the variation in viscosity of the ink as a function of the temperature. To do this, the viscosity setpoint of the ink used is fixed by measuring the viscosity of the new ink of the cartridge (15). This measurement is made by measuring the differential pressure ( ⁇ .P) during a cycle of the rotor where the valve (13) remains permanently open (Figure (10d). This eliminates the constraints associated with the use of different types of ink which would not have the same properties depending on the temperature.
  • the reservoir (18) being under pressure, it is first emptied of its ink by opening the two valves (7) and (9) simultaneously, engine (4) stopped, the pressurized air expelling the ink (34) in the reservoir (17) faster than a cell operating in a pumping cell, the flow rate of which is of the same order as that of the jet.
  • the pressure recorded during this emptying is the median pressure between the tank pressure (18) and the surrounding pressure.
  • the motor is used again creating a pumping function, the valve (9) being open during the suction half-cycle, and the valve (7) being open during the delivery half-cycle.
  • valves (9), (29) and (25) are then opened in order to allow outside air coming from the gutter (22) to regenerate the air volume of the tank (18).
  • the last operation consists of taking up the ink contained in the reservoir (17) and replacing it under the pressure of the volume of regenerated air from the reservoir (18), by operating the pumping cell, the valve (7) being open. during the suction half-cycle, and the valve (9) being open during the delivery half-cycle.
  • the chamber (23) is preferably coupled to the chamber (1) thanks to the permanent opening of the valve (29 ) which is used in this case for coupling between the two chambers.
  • the valve (29 ) which is used in this case for coupling between the two chambers.
  • the first phase consists in completely transferring the ink from the reservoir (17) into the reservoir (18) by operating the cell (7), (1) and (9).
  • the second phase consists in letting the ink contained under pressure in the reservoir (18) escape by the gutter (22) by opening the valves (9), (29), (25), and by pumping the remainder of possible ink by the cell (9), (29), (25) by means of the two chambers (1) and (23) coupled.
  • the third phase consists in transferring the solvent contained in the cartridge (31) into the reservoir (17) then into the reservoir (18). This pressurized solvent is then expelled into the gutter (22) after rinsing the nozzle body of the head (T) (valves (19, 28, 25). All these operations allow rinsing of the entire circuit of fully automatic feeding, all that is required is to correctly control the various valves and to make the cell groups (A) and (B) operate by pumping.
  • FIG. 1 Another exemplary embodiment of a supply circuit according to the invention is illustrated by means of Figures lOj, 10k and 10m.- '
  • the reservoir (15) is a cartridge containing ink (30) in reserve, not yet used.
  • the reservoir (15) is removable.
  • the reservoir (16) is a cartridge containing the pure solvent (31) of the ink used. This reserve solvent (31) makes it possible to top up the solvent necessary for maintaining the viscosity of the ink used and recycled in the system. Maintaining the viscosity of the ink of the jet, is linked to an evaporation of the solvent during recycling of the ink.
  • This reservoir (16) is also removable.
  • the reservoir (18) containing the ink (34) functionally fulfills the role of a pressure accumulator which is used with the aim of transforming the flow rate drawn from the cell when it is used in the pumping cell, into a constant flow rate at fixed pressure, and directly intended for the formation of jet.
  • This reservoir contains a pocket of air (180) under pressure which acts as a shock absorber. This air pocket (180) is renewed each time the printer is started.
  • the role of the reservoir (17) is to receive the recovery ink (33) and the air returning from the gutter (22), and to separate them.
  • the ink necessary to maintain the pressure in the accumulator (18) is taken from this reservoir.
  • Each of these four tanks (15, 16, 17, 18) is connected, in accordance with the invention, by a general pipe (66), to a first variable-volume chamber (1) via a valve couple -restriction (9-10) for the reservoir (18); (7-8) for the reservoir (17); (11-12) for the tank (16); and (13-14) for the reservoir (15). All of these cells, the heart of which is the chamber (1), has the general reference (A).
  • a second variable volume chamber (23) also cooperates with a plurality of valves. This combination is referenced (B).
  • This second chamber (23) is combined with a set of two valves (24,25).
  • This second cell has no restriction insofar as, being mechanically coupled to the eccentric (3) common to the first chamber
  • the pump (B) only sucks air, which has the effect of significantly reducing the torques at the piston, unlike what happened in the previous variant where this pump
  • (B) sucked a two-phase fluid.
  • a characteristic of this circuit also consists in connecting, by means of a pipe (220), the reservoir (17), said buffer reservoir, directly to the recovery gutter (22) and in putting this reservoir (17) in vacuum, thus transforming it into a real vacuum accumulator. This improvement avoids a pulsed pumping at the level of the gutter (22) of a two-phase fluid, which would risk creating ink splashes at the level of this gutter.
  • a valve (28) is connected on one side to the pipe (66), and on the other to a condenser (300) comprising a receptacle for the condensate (301) and an evacuation (303) of volatile products, condenser (300) also being connected to the valve (25) through a restriction (31).
  • Figures 10k and 10m illustrate the circuit portions and the vals concerned. Those which are concerned by the function, for the considered segment, are represented in solid lines, the others are illustrated with dotted lines.
  • the valve considered is maintained, in a const (open) state, the entire coil (b) is shaded and the slide (t) is shown in solid lines.
  • the valve is successively open and closed each half cycle, the coil (b) is half shaded and the drawer (t) diagrams in dark dotted lines.
  • the volume of ink (34) of the accumulator (18) which is subjected to the pressure of the air poc (180) that it contains, decreases over time, during the flow of the jet (2 which increases the volume of air (180) and results in a drop in pressure. Maintaining the pressure, and therefore the volume of ink contained ( 34), is achieved by adding a dose of ink to the reservoir (18) coming from the reservoir (17), and this thanks to the combination (1, 7, 9) which is operated by pumping cell as has been explained previously in particular by means of FIGS. 1a and 1b.
  • a dose in the description it is the volume corresponding to that which is generated by the piston (of the chamber (1 ) with, as part of this sequence, the help of valv (7) and (9).
  • the viscosity of the ink is regularly checked using a complete cycle of rotation of the rotor, leaving the valve (9) open.
  • the differential pressure ( ⁇ P) allows the viscosity of the ink (34) to be measured. This viscosity measurement cycle is carried out when no addition of ink is necessary in the reservoir (18).
  • This cycle also makes it possible to homogenize the ink in the reservoir (18) when it has just received a dose of solvent, by creating an alternative mixing of the ink.
  • this cycle is repeated several times before being used for the viscosity measurement.
  • the viscosity of the ink used without any solvent evaporation depends on the temperature. Also the viscosity setpoint must take into account the variation in viscosity of the ink as a function of the temperature. To do this, the viscosity setpoint of the ink used is fixed by measuring the viscosity of the new ink of the cartridge (15). This measurement is made by measuring the differential pressure ( ⁇ P) during a cycle of the rotor where the valve (13) remains permanently open (Figure lOd). This eliminates the constraints associated with the use of different types of ink which would not have the same properties depending on the temperature.
  • the ink is drawn from the reservoir (17).
  • the two valves (7) and (9) are open and operate with the chamber (1) in the pumping cell. If, during this addition, an air intake is noted (tank (17) empty) in the form of a fault in the differential pressure diagram appearing at the terminals of the restriction (8) during the suction half-cycle, then the delivery half-cycle is performed by keeping the valve (7) open instead of opening the valve (9) in order to push the air back into the tank (17). In the following cycle, the addition of the ink dose not being made and the pressure in the reservoir (18) continuing to be too low, a new addition of ink is made, but starting this time of the ink cartridge (15), and this consecutively using the valves (13) and (9) operating with the chamber (1) in pumping cell.
  • the removable ink and solvent cartridges (15) and (16) each consist of a flexible envelope containing the liquid (30) and ( 31), this flexible envelope being protected by a rigid envelope.
  • the flexible envelope containing the liquid (ink or solvent) has the particularity, by the design of its shape, of being all the less deformable as the remaining volume of liquid is low. This results in the appearance of a depression of the liquid in the pockets, the greater the lower the volume of liquid remaining.
  • the static pressure of the pocket concerned is measured by keeping the corresponding valve (13) or (11) open during the downtime ( Tl) of the rotor.
  • the liquid level (30,31) in the deformable pockets is considered to be low when the measured vacuum is less than a given setpoint.
  • An important remark to make is that, in the case of an empty cartridge, a zero differential pressure due to a nonexistent flow is associated with a static pressure in strong depression compared to the surrounding pressure, whereas, in the absence of a cartridge, a zero differential pressure is associated with a static pressure equal to the surrounding pressure.
  • the air being pumped into the tank (17) can cause a significant amount of solvent, this is why the assembly passes through a condenser (300) in which the solvent is deposited in the form of condensate (301), the air evacuated by the evacuation (303), the orifice of which is brought as close as possible to the gutter (22), so that if traces of volatile products still remain, the pollution of the environment is reduced to the maximum.
  • a condenser in which the solvent is deposited in the form of condensate (301), the air evacuated by the evacuation (303), the orifice of which is brought as close as possible to the gutter (22), so that if traces of volatile products still remain, the pollution of the environment is reduced to the maximum.
  • the condensate (301) is reinjected into the reservoir (17) by activating the valves (26,7) coupled to the cell (1) by the pipe (66a) and (66). g) Keeping the air pocket under pressure necessary for the operation of the accumulator (18):
  • the last operation consists of taking up the ink contained in the reservoir (17) and replacing it under the pressure of the volume of regenerated air from the reservoir (18), by operating the pumping cell, the valve (7) being open. during the suction half-cycle, and the valve (9) being open during the delivery half-cycle. h) Automatic short stop procedure:
  • the first phase consists in completely transferring the ink from the reservoir (17) into the reservoir (18) by operating the cell (7), (1) and (9).
  • the second phase consists in letting the ink contained under pressure in the reservoir (18) escape by the gutter (22) and by pumping the possible ink residue by the valves (9) and (26) by means of the Room 1).
  • the third phase consists in transferring the solvent contained in the cartridge (31) into the reservoir (17) then into the reservoir (18). This pressurized solvent is then expelled into the gutter (22) after rinsing the nozzle body of the head (T). All these operations allow the entire supply circuit to be rinsed completely automatically. It suffices to correctly control the various valves and to operate the pumping groups of cells (A) and (B).
  • the chamber (1) has a generated volume of 0.4 cm 3 with a stroke of 1 mm, and the chamber (23) a generated volume of 2 cm3 with a stroke of 1 mm.
  • the stepping motor (4) with a power of 20 Watts has a rotation cycle (T2) of 0.3 seconds and a stop time (T1) of 100 milliseconds.
  • the total overall volume of the ink circuit is close to 500 cm 3 ; that of the reservoirs (17) and (18) is of the order of 260 cm 3 and that of the removable cartridges (15) and (16), of approximately 500 cm 3 .
  • the volume of pipe (66) must be very small compared to the volume generated by the cell (1). In an exemplary embodiment, the ratio chosen is close to 4. It is also necessary that the pipes corresponding to the restrictions (14, 12, 8) have volumes greater than the volume generated by the cell (1). In an exemplary embodiment, this ratio is 2. Finally, the restriction pipe (10) must be as small as possible.
  • such a supply circuit according to the invention allows access to multiple functions although its structure is extremely compact and its operation very simple. It finds its applications in particular in the field of inkjet printing, not only in the context of industrial marking, but also in that of office automation.

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Abstract

Une cellule comportant une chambre à volume variable et un circuit d'alimentation fluide d'une tête d'impression à jet d'encre qui en est équipé. Une telle cellule est constituée par la combinaison d'une chambre (1) à volume variable reliée à un capteur de pression (5) d'une part, et à au moins un couple de vannes (7, 9) associé chacun à une restriction (8, 10); la variation du volume étant obtenue au moyen d'un piston actionné par un excentric (3) solidaire du rotor d'un moteur (4). Une telle cellule fonctionne en pompe, permet le calage du moteur, détermine la viscosité d'un fluide, contrôle l'homogénéité du fluide, etc. L'invention s'applique notamment aux techniques d'impression par jet d'encre.

Description

CELLULE A MULTIPLES FONCTIONS
COMPORTANT UNE CHAMBRE A VOLUME VARIABLE
ET CIRCUIT D'ALIMENTATION FLUIDE
D'UNE TETE D'IMPRESSION A JET D'ENCRE QUI EN EST EQUIPEE
L'invention concerne une cellule comportant une chambre à volume variable capable de réaliser plusieurs fonctions telles que les fonctions de génération d'un débit de fluide, de mesure de viscosité, d'homogénéité du fluide, de température, de positionnement du rotor d'un moteur, etc. Elle concerne également l'application de telles cellules agencées de telle sorte qu'elles conduisent à la réalisation d'un circuit hydraulique d'alimentation d'une tête d'impression à jet d'encre continu, circuit dont la qualité essentielle est d'être, grâce à la mise en œuvre d'une telle cellule, extrêmement compact pour des performances de fonctionnement et de fiabilité élevée.
Bien que l'application au jet d'encre d'une cellule conforme à l'invention ne soit pas limitative, c'est cette dernière qui sera décrite plus en détail dans la suite de la description. On trouve là en effet une illustration des principales fonctions que peut accomplir une telle cellule prise séparément ou en combinaison avec une autre cellule. Il convient donc de rappeler ici à quels besoins particuliers doit répondre un circuit d'alimentation en encre d'une tête d'impression à jet d'encre continu. Il s'agit notamment :
- d'une génération d'un jet d'encre dont le débit est en général inférieur à 20 cm-Vminute et ceci à une pression pouvant atteindre 4 bars; - de fluctuations résiduelles sur la pression d'alimentation inférieures à 1 96;
- d'une récupération et d'un recyclage de l'ensemble du débit d'encre généré non utilisé pour l'impression;
- de la possibilité d'utilisation d'encres à solvants très volatils permettant un séchage rapide sur des matériaux non poreux, tels que le métal ou le verre par exemple;
- d'une fiabilité élevée;
- d'un fonctionnement en milieu industriel complètement automatique, sans entretien, et sans procédure de nettoyage astreignante avant un arrêt prolongé du circuit d'alimentation.
Dans les imprimantes de marquage par jet d'encre actuellement connues, différentes solutions sont retenues pour répondre aux impératifs exprimés ci-dessus. On utilise par exemple des pompes à engrenages assurant les fonctions de mise en pression du jet, et de mise en dépression de la gouttière de récupération du jet, coopérant avec des moyens intégrés de mesure de viscosité et d'ajout de solvant lorsque l'encre utilisée comporte des solvants volatils. Un circuit d'alimentation de ce type est décrit dans la demande de brevet français 8316440 déposée par la Demanderesse et publiée sous le numéro 2,553,341. Une telle architecture, bien que très performante et adaptée à certaines applications, peut cependant présenter quelques inconvénients. Entre autres, les pompes à engrenage, même de petites dimensions, sont mal adaptées à la génération de petits débits de moyenne pression, tels que ceux qui sont nécessaires à la technique du jet continu. Ces types de pompes, par construction, possèdent des fuites internes dues aux jeux mécaniques fonctionnels nécessaires: ces fuites sont telles que la pompe doit générer, pour fonctionner dans de bonnes conditions, un débit réel très nettement supérieur à celui qui est nécessaire au jet. Des débits importants aux pressions requises impliquent des puissances mécaniques et électriques sans mesure avec ce qui est nécessaire pour le jet, et donc des échauffements, une ventilation et une alimentation électrique surdimensîonnée. Par ailleurs, la fiabilité de ce type de pompe, pour cette application, est très modeste, car les matériaux compatibles avec les solvants légers, tels le Méthyl Ethyl Céthone, sont rares. Les engrenages sont souvent faits en Téflon, matériau qui présente des caractéristiques mécaniques d'usures limitées. Pour assurer le bon fonctionnement d'un tel circuit, on doit faire appel à des capteurs multiples, tels que les capteurs de pression, capteurs de niveaux à sondes plongeantes, viscosimètre, capteur de température pour la correction de viscosité de l'encre, tuyauterie importante, etc. De plus, les procédures de nettoyage sont fastidieuses. Dans un autre type de matériel, on utilise de l'air comprimé pour la mise en pression. S'il s'agit d'air comprimé industriel, il faut le filtrer soigneusement. La fonction de dépression pour la récupération du jet est obtenue par effet Venturi. L'inconvénient majeur de ce système d'alimentation est le transfert de l'encre de la partie en dépression à la partie sous pression, ce qui nécessite la mise en place de sas de transfert multiples. Par ailleurs, si de l'air comprimé n'est pas disponible, un compresseur est nécessaire. La présente invention a pour but de pallier ces inconvénients et concerne un nouveau dispositif appelé cellule dans la suite de la description, cellule qui, à elle seule ou en combinaison avec une autre, permet d'accomplir un grand nombre de fonctions. 5. D'une part, une telle cellule est capable, en coopération avec les différents réservoirs de fluide, d'encre et de solvant, de générer un débit de fluide destiné notamment à alimenter une tête classique d'impression à jet d'encre continu. D'autre part, elle est également capable de coopérer avec des moyens de récupération du jet d'encre non utilisé pour en assurer le recyclage.
Enfin, une telle cellule peut être adaptée pour accomplir, outre ces fonctions déjà énoncées, celles de la mesure d'une viscosité, du contrôle de l'homogénéité d'un fluide, de contrôle des niveaux, etc.
Deux de ces cellules conformes à l'invention peuvent être agencées pour constituer un circuit d'alimentation complet qui nécessite la mise en œuvre d'un seul moteur et d'un seul capteur. On obtient ainsi une architecture de moyens extrêmement compacte, ce qui ouvre considérablement les champs d'application de la technique d'impression .par jet d'encre telle qu'elle est mise en œuvre actuellement dans le domaine industriel, ces champs d'application pouvant s'étendre à la bureautique par exemple.
L'invention concerne plus précisément une cellule destinée à être intégrée dans un circuit hydraulique, comportant une chambre à volume variable, caractérisée en ce que cette dernière est:
- d'une part reliée à un capteur de pression; - d'autre part commandée par un moteur pas à pas;
- enfin, reliée à une pluralité de valves donnant accès chacune à une restriction, ces valves étant à ouverture et fermeture commandées, électroniquement en fonction de la position du rotor du dit moteur et acceptant les deux sens de fonctionnement; une telle combinaison de moyens rendant la dite cellule capable d'accomplir de multiples fonctions.
L'invention sera mieux comprise à l'aide des explications qui vont suivre et des figures jointes parmi lesquelles:
- la figure 1 illustre schématiquement une cellule conforme à l'invention commandée par un moteur pas à pas, équipée d'un capteur de pression et de couples "valve plus restriction"; - la figure 2 illustre schématiquement un exemple de réalisation d'une restriction locale du circuit hydraulique destiné à coopérer avec une cellule selon, la figure 1;
- la figure 3a illustre schématiquement un diagramme de pression d'une cellule dans la configuration de fonctionnement illustrée sur la figure
3b;
- les figures 4a, 4b et 4c illustrent schématiquement des diagrammes de pression d'une cellule selon l'invention dans sa fonction conduisant à la détermination du positionnement du rotor du moteur; - la figure 5 illustre schématiquement une variation du diagramme de pression de la cellule pour différentes viscosités de fluides mis en œuvre;
- les figures 6a et 6b représentent schématiquement l'état des valves, respectivement ouverte et fermée, correspondant aux cycles d'aspiration et de refoulement; - la figure 7 illustre schématiquement ces cycles d'aspiration et de refoulement;
- la figure 8 illustre schématiquement le diagramme des pressions dans le cas où le fluide n'est pas homogène;
- la figure 9 est un diagramme illustrant la position du rotor du moteur actionnant la chambre à volume variable, en fonction du temps, dans une application au jet d'encre;
- la figure 10a illustre schématiquement un premier exemple de circuit d'alimentation en encre d'une tête d'impression mettant en œuvre deux cellules conformes à l'invention en position statique, c'est-à-dire à l'arrêt; - les figures 10b à lOi illustrent chacune, schématiquement, la position occupée par les différents organes du circuit tel que décrit au moyen de la figure 10a, et ceci respectivement pour chacune des principales fonctions inhérentes au bon fonctionnement du dît circuit;
- la figure 10J illustre schématiquement un autre exemple de réalisation d'un circuit d'alimentation en encre d'une tête d'impression selon la présente invention, en position statique;
- les figures 10k et 10m illustrent chacune des positions occupées par les différents organes du circuit tel que décrit au moyen de la figure 10J.
Pour plus de clarté, les mêmes éléments portent les mêmes références dans toutes les figures.
Une cellule conforme à l'invention est illustrée au moyen de la figure 1. Elle est essentiellement constituée d'une chambre (1) à volume variable en fonction du déplacement d'un piston (p). Ce dernier est relié mécaniquement par des moyens (2) à un excentrique (3) entraîné par un moteur pas à pas (4) dont le mode de fonctionnement sera explicité plus loin. Ce volume variable (1) est relié d'une part à un capteur de pression (5), et d'autre part par une canalisation (6) à une, deux ou plusieurs valves électriquement commandées par des bobines (b). Seulement deux valves (7) et (9) sont représentées sur la figure 1, mais ce nombre n'est pas restrictif et l'application décrite plus loin fera d'ailleurs apparaître clairement la mise en œuvre d'une pluralité
10 de valves associées à une seule chambre. Ces valves acceptent les deux sens de circulation du fluide et sont normalement fermées (cas de la figure 1) en l'absence de signal électrique. La position du tiroir (t) montre par exemple que la valve (7) est en position bloquante. Enfin, sur les canalisations (71), (91) de sortie de chaque valve est normalement prévue une restriction (8,10) i 5 dont la structure est plus clairement illustrée au moyen de la figure 2. Ces restrictions sont conçues de façon à créer une différence de pression à leurs extrémités lorsqu'un débit de fluide de viscosité non nulle les traverse ce qui peut se traduire en terme de perte de charge. Elles sont capables notamment de mettre en évidence sous forme d'une différence de pression 0 (&P), la viscosité du fluide lors d'une impulsion de débit de fluide. Pour ce faire, comme le montre la figure 2, ces restrictions sont constituées d'un tube (100) intégré en série dans le circuit hydraulique, de longueur (L) nettement supérieure au diamètre (D) du dit tube. A titre d'exemple, la longueur (L) est égale à environ 15 fois le diamètre (D) du tube à travers lequel transite ^ le fluide, la flèche (F) symbolisant le débit. Ce tronçon de tube de longueur (L) et de diamètre (D) correspond donc aux restrictions telles que symbolisées sur la figure 1 par les références (8) et (10) et par d'autres références sur les figures ultérieures.
Sur la figure 3a est représenté un diagramme de pression illustrant 0 la variation (ÛP) en fonction de la position (Pr), pour un tour complet (de 0° à 360°) du rotor du moteur pas à pas (4). Ce diagramme correspond à la configuration de la cellule (1) illustrée sur la figure 3b où seule la valve électro- commandée (7) est ouverte en permanence. La valve électro-commandée (9), toujours fermée, apparaît en pointillés. Par convention, dans toute la 5 suite de la description, la position 0° correspond à: la position (Pr) du rotor du moteur (4) où le volume de la chambre (1) est minimal, et 180° la position où le volume de la chambre (1) est maximal. Le déplacement du piston (p) est illustré par les flèches (FI) et (F2). A ce déplacement correspond un déplacement du fluide visqueux dans la restriction (8) dont le sens dépend de celui du piston (p), d'où sa représentation par une flèche (F3) et une flèche (F4).
Un déplacement du piston (p) de la chambre à volume variable (1) engendre un déplacement de fluide dans la valve (7) et la restriction (8). Le déplacement du fluide visqueux dans la restriction (8) provoque sur le capteur de pression (5) l'apparition d'une différence de pression (__.P) (figure 3a) positive ou négative suivant le sens de déplacement du piston. La valeur instantanée de cette pression dépend à la fois du débit instantané du fluide et de sa viscosité. Lors d'une augmentation de volume, de la chambre (aspiration), le ΔP est négatif; lors d'une diminution de volume (refoulement), le ΛP est positif. Le diagramme de la figure 3a représente l'évolution de la pression mesurée sur le capteur (5) pour une rotation complète de 0° à 360° du moteur (4), et ceci à vitesse de rotation constante, l'accouplement mécanique entre le moteur et le piston (p) étant fait par un excentrique (3).
Dans ces conditions, une cellule conforme à l'invention permet de s'affranchir d'un capteur de position du rotor, position (Pr) qu'il est pourtant essentiel de déterminer afin de pouvoir synchroniser le fonctionnement des valves. Pour cela, on va s'appuyer sur l'exploitation des diagrammes de pression de la manière décrite ci-après. On utilise le fluide et le capteur de pression (5) pour déterminer le 0° angulaire du rotor du moteur (4), soit (Pr = 0°). On commence par déterminer la nature du fluide présent dans la chambre (1). Les deux valves (7) et (9) sont fermées. Le rotor du moteur pas à pas (4) est déplacé de quelques pas dans un sens, et de quelques pas dans l'autre afin de déterminer le sens de compression et le sens de détente. Le rotor est alors déplacé continûment dans le sens dans lequel la pression augmente. Cette procédure est illustrée au moyen de la figure (4a) où est représentée l'évolution de la différence de pression (ΔP) en fonction de l'avancement du rotor pas à pas, dans un sens d'abord, puis dans l'autre, et enfin dans le sens correspondant à une compression.
Si la pression atteint le maximum mesurable par le capteur (5), le fluide est un fluide incompressible et visqueux, par exemple de l'encre, et il est impossible par ce moyen de déterminer le point de compression maximum qui correspond à la position angulaire (Pr = 0°) correspondant au volume minimal de chambre (1). Pour pallier cela, une des valves est ouverte et le rotor exécute un tour complet (figure 4b). On mesure alors la pression différentielle (ΔP) créée par la restriction (8) ou (10) correspondante à la valve (7) ou (9) ouverte. La position angulaire (Pr = 0°) est alors déterminée par la position médiane se situant entre le maximum (maxi) et le minimum (mini) de (ΔP), telle qu'indiquée sur la figure 4b.
Si, en revanche, lorsque les deux valves (7) et (9) sont fermées, la différence de pression (ΔP) maximale mesurable par le capteur (5) n'est pas atteinte, le fluide est compressible; il s'agit donc, dans l'exemple choisi, d'un mélange d'air et d'encre. Dans ce cas, les valves (7) et (9) restant fermées, un tour complet du rotor est exécuté et la position angulaire (Pr = 0°) est déterminée par le point de (ΔP) maximal tel qu'indiqué sur la figure 4c.
Conformément à l'invention, un tel procédé permet donc de s'affranchir de l'utilisation d'un capteur spécifique chargé d'indiquer la position angulaire du rotor du moteur (4). Connaissant par ce moyen cette position, on peut alors assurer la synchronisation des valves (7) et (9). Il s'agit là de l'une des fonctions d'une cellule selon l'invention.
Selon une autre caractéristique de cette dernière, on peut déduire, connaissant la fonction (ΔP = f viscosité), pour une valeur de la restriction concernée et une vitesse de rotation du moteur (4) connues et fixes, à partir des valeurs maximales des différences de pression (ΔP maxi et P mini), correspondant au débit maximal instantané engendré par le piston (p), la valeur de la viscosité du fluide. Cette autre fonction de la cellule (1) est illustrée au moyen de la figure 5 qui représente les deux diagrammes ΔP = f(Pr) pour deux viscosités (VI) et (V2) différentes du fluide.
Après avoir déjà décrit les fonctions de mesure de la position (Pr) du rotor du moteur (4) et celle de la mesure de la viscosité du fluide, on décrit maintenant, selon une autre caractéristique de l'invention, le fonctionnement de la cellule dans sa fonction de génération d'un débit de fluide, la cellule se comportant alors en véritable cellule de pompage.
La génération d'un débit de fluide se fait en deux demi-cycles. Le premier (figure 6a) consiste à commander l'ouverture de la valve (7) pendant le demi-tour du moteur de la position (Pr = 0°) à la position (Pr = 180°) soit le temps où le volume de la chambre (1) augmente (flèche FI); le fluide est aspiré (flèche F3). Le deuxième demi-cycle (figure 6b) consiste à commander l'ouverture de la valve (9) pendant le demi-tour suivant du moteur de (Pr = 180°) à (Pr = 360°) soit le temps où le volume de la chambre diminue; le fluide est refoulé (flèche F2). La figure 7 représente la différence de pression (ΔP) mesurée par le capteur (5) lors des deux demi-cycles explicités ci-dessus et qui correspond à une phase d'aspiration consécutive à l'ouverture de la valve (7) d'une part, et à une phase de refoulement correspondant à l'ouverture de la valve (9) d'autre part. Dans ces conditions, un débit de fluide peut être généré dans les deux sens en inversant le fonctionnement des valves (7) et (9), ou bien peut ne pas l'être, si l'on conserve une des deux valves ouverte et l'autre fermée alors que le moteur tourne, comme cela est illustré au moyen de la figure 3b. Ces deux modes de fonctionnement particuliers, caractéristiques de l'invention, sont essentiels pour l'application décrite ultérieurement. De plus, il est possible d'ajouter d'autres couples valve-restriction sur la même chambre à volume variable, afin de créer un système de pompage multî-entrées/multi-sorties, tel que cela va être expliqué dans l'exemple de circuit d'alimentation conforme à l'invention décrit ci- après.
Parmi les autres fonctions que peut jouer la cellule conforme à l'invention, on peut également citer la vidange d'un réservoir sous pression au profit notamment d'un autre réservoir. Il suffit pour cela d'ouvrir simultanément les deux valves associées respectivement à ces deux réservoirs.
De plus, la configuration d'un circuit mettant en œuvre une cellule selon- l'invention permet la mesure directe d'une pression au moyen du capteur (5) par mise en relation directe de la chambre (1) avec l'organe dont on veut mesurer la pression. La valve qui commande cet organe situé en aval est alors maintenu en position ouverte, le moteur est arrêté et le capteur de pression (5) est alors directement en communication, via la chambre (1), avec le dît organe non représenté ici mais dont un exemple sera donné ultérieurement. Si le fluide transporté comporte plusieurs phases, le diagramme de pression ne se présente pas comme sur la figure 7 mais au contraire comme illustré sur la figure 8. Des zones (z) de perturbation bien visibles apparaissent sur le diagramme ΔP =f(Pr) et sont l'image de variation de viscosité d'un fluide diphasique (par exemple: encre plus air). Il s'agit là d'une fonction supplémentaire que peut accomplir une cellule conforme à l'invention à savoir la détection de défauts d'homogénéité du fluide transporté. On peut ainsi détecter la présence de bulles d'air par exemple dans l'encre véhiculée. Le profil représenté sur la figure 8 n'est qu'un exemple, sachant que tout profil du diagramme s'éloignant d'une sinusoïde, alors que tous les autres paramètres sont corrects, met en évidence un fluide multi-phasique. Le fonctionnement d'une cellule conforme à l'invention, il convient de le noter, diffère du fonctionnement classique d'une pompe à membrane et clapets anti-retour. En effet, les clapets sont ici remplacés, conformément à l'invention, par les valves bi-directionnelles (7) et (9), commandées en synchronisme avec la position absolue du rotor du moteur pas à pas (4) par un système électronique adéquat. Une telle disposition conduit à l'obtention de toutes les fonctions que peut accomplir la cellule ainsi décrite.
Après avoir précédemment décrit la cellule de base multifonctions conforme à l'invention dans ses principaux modes de fonctionnement, on décrit maintenant une application de telles cellules agencées de telle sorte qu'en combinaison avec des réservoirs d'encre et de solvant, elles constituent un circuit hydraulique original d'alimentation capable d'une part d'alimenter en encre une tête d'impression à jet d'encre continu, et d'autre part de récupérer l'encre inutilisée pour l'impression, encre qui est recueillie au niveau d'une gouttière de récupération. Un tel circuit conforme à l'invention est illustré au moyen de la figure
10a dans une configuration statique, toutes les valves étant en position fermée. Ce circuit comporte quatre réservoirs dont deux sont amovibles. Le réservoir (15) est une cartouche contenant de l'encre (30) en réserve, non encore utilisée. Ce réservoir (15) est amovible. Le réservoir (16) est une cartouche contenant le solvant pur (31) de l'encre utilisée. Ce solvant (31) de réserve permet de faire l'appoint de solvant nécessaire au maintien de la viscosité de l'encre utilisée et recyclée dans le système. Le maintien de la viscosité de l'encre du jet, est lié à une évaporation du solvant lors du recyclage de l'encre. Ce réservoir (16) est également amovible. Le réservoir (18) contenant l'encre (34) remplit fonctionnellement le rôle d'un accumulateur de pression qui est utilisé dans le but de transformer le débit puisé de la cellule lorsqu'elle est utilisée en cellule de pompage, en un débit constant à pression fixe, et directement destiné à la formation du jet. Ce réservoir contient pour ce faire une poche d'air (180) sous pression qui joue le rôle d'amortisseur. Cette poche d'air (180) est renouvelée à chaque démarrage de l'imprimante tel que cela sera expliqué plus loin. Le réservoir (17) a pour rôle de recevoir l'encre de récupération (33) et l'air en retour de la gouttière (22), et de les séparer. L'encre nécessaire au maintien de la pression dans l'accumulateur (18) est prélevée dans ce réservoir. Le réservoir (17) a un volume équivalent à l'accumulateur (18), pour des raisons expliquées plus loin.
Chacun de ces quatre réservoirs (15, 16, 17, 18) est relié, conformément à l'invention, par une canalisation générale (66), à une première chambre à volume variable (1) par l'intermédiaire d'un couple valve-restriction (9- 10) pour le réservoir (18); (7-8) pour le réservoir (17); (11-12) pour le réservoir (16); et (13-14) pour le réservoir (15). Toutes ces restrictions, comme cela a déjà été dit précédemment, sont du type décrit au moyen de la figure 2. L'ensemble de ces cellules dont le cœur est la chambre (1) porte la référence générale (A).
Le capteur de pression (5) est relié à cette première chambre (1) et permet tout un ensemble de contrôles et mesures correspondant aux fonctions déjà décrites et qui sont explicitées ci-après dans l'application considérée. Une des- caractéristiques de ce circuit d'alimentation est qu'il ne comporte qu'un seul capteur, le capteur de pression (5), et que ce seul capteur (5) permet toutes les mesures nécessaires au bon fonctionnement de l'ensemble, à savoir la mesure de pression de l'encre alimentant le jet, la mesure de viscosité de l'encre, le contrôle de niveau du réservoir (18) lors de la régénération de la poche d'air, la mesure de niveau vide du réservoir (17), la mesure de niveau bas et de niveau vide du réservoir de solvant (16), la mesure de la viscosité de l'encre du réservoir (15) paramètre lié notamment à la température, la mesure du niveau bas et du niveau vide du réservoir d'encre (15), le s/nchronisme de fonctionnement des valves avec la position (Pr) du rotor du moteur (4). Comme on peut le voir, et il convient encore de le souligner, cet unique capteur de pression (5) remplace à lui seul tous les capteurs que l'on rencontre nécessairement dans les circuits d'alimentation de types actuellement connus.
Une seconde chambre à volume variable (23) coopère elle aussi avec une pluralité de valves; cette combinaison est référencée (B). Elle a pour fonction essentielle de récupérer l'encre du jet (21) au niveau de la gouttière (22). Cette seconde chambre (23) est en effet combinée à un jeu de trois valves (29, 24, 25) dont les fonctions seront expliquées plus loin. Cette seconde cellule ne comporte pas de restrictions dans la mesure où, étant couplée mécaniquement à l'excentrique (3) commun à la première chambre (1), l synchronisme de fonctionnement des valves qui lui sont rattachées, découl du synchronisme de la chambre (1). Une telle combinaison de deux ensemble (A) et (B) conformes à l'invention, couplés donc à un seul moteur (4) et à u seul capteur (5), contribue encore à la compacité du circuit. On a référenc (A) la cellule correspondant à l'ensemble comportant la chambre (1), plu spécialement lié à l'alimentation de la tête (T), et (B) la cellule correspondan à l'ensemble comportant la chambre (23) qui gère la récupération de l'encr au niveau de la gouttière (22). Celle-ci est reliée à la valve (25) par l canalisation (22), la valve (25) étant elle-même reliée à la canalisation général (67) de l'ensemble (B). La valve (29) sert de couplage entre les deu canalisations (66) et (67) tandis que la valve (24) est reliée d'une part a réservoir (17), et d'autre part à la canalisation (67).
Les fonctions des valves (19) et (28) sont liées directement a fonctionnement du jet (21) émis par la tête d'impression (T) et font parti de l'art connu, notamment par la demande de brevet de la Demanderess déjà citée précédemment. Pour cela, cette combinaison est isolée fictivemen du reste du circuit au moyen d'un rectangle (150) en traits interrompus. A noter que la valve (19) est respectivement reliée au réservoir sous pression (18) d'une part, et à la tête (T) qui génère le jet d'encre (21) d'autre part. La valve (28), dite de purge, est reliée aux vannes (24, 25, 29) de la cellule (B). Le jet d'encre non utilisé est récupéré au niveau d'une gouttière de récupération (22).
Le fonctionnement du circuit d'alimentation conforme à l'invention est maintenant décrit pour les principales phases durant lesquelles les cellules selon l'invention accomplissent leurs multiples fonctions déjà décrites précédemment.
Il convient de noter préalablement que, dans tous les cas, sauf lorsque cela est signalé, le moteur (4) tourne à vitesse constante de façon cyclique, ce qui fait que les deux chambres à volume variable (1) et (23) qui sont couplées, engendrent chacune, leur volume cycliquement. Ce cycle de rotation (T1+T2) présente à chaque tour, un arrêt durant un temps (Tl) nécessaire à la mesure d'une pression statique, mesure de pression non influencée par les pressions différentielles induites par des débits dans les restrictions (8), (10), (12) et (14). Ce temps alloué permet la mesure des pressions statiques, de l'encre de la cartouche (30), du solvant de la cartouche (31), et de l'encre sous pression (34) du réservoir (18). L'utilité de ces mesures sera expliquée plus loin. Le diagramme correspondant illustrant l'évolution de la position (Pr) du rotor en fonction du temps (tp) est représenté sur la figure 9.
Les cycles essentiels de fonctionnement sont donc effectués en commandant électriquement les différentes valves de manière synchrone à la position (Pr) instantanée du rotor du moteur (4) tel que déjà expliqué précédemment.
Pour faciliter la compréhension, on a présenté une succession de figures (figures 10b à lOi) correspondant chacune à la situation dans laquelle se trouvent, pour une phase de fonctionnement donnée, les différentes valves concernées. Celles qui sont ouvertes (passage du fluide) pour la séquence considérée sont représentées en traits pleins, les autres étant fermées (blocage du fluide) sont illustrées en pointillés. Lorsque la valve considérée est maintenue en permanence ouverte (passante), la totalité de la bobine (b) est ombrée et le tiroir (t) représenté en trait plein. Lorsque la valve est successivement ouverte et fermée à chaque demi-cycle, la bobine (b) est à moitié ombrée et le tiroir (t) schématisé en pointillés foncés. Toutes les valves non concernées dans la phase de fonctionnement décrite sont donc en pointillés clairs. Durant le fonctionnement de l'imprimante, la valve (19) est ouverte, la tête (T) est alimentée et le jet (21) émis. Une telle représentation permet d'un seul coup d'œil de voir le trajet suivi par le fluide entre les différents éléments du circuit et notamment le transfert de l'encre et du solvant d'un réservoir dans l'autre, l'alimentation de la tête (T) et la récupération de l'encre non utilisée depuis la gouttière (22) jusqu'au réservoir (17).
Chacune de ces principales fonctions est maintenant reprise plus en détail au moyen des figures 10b à lOi: a) Maintien de la pression de l'accumulateur (18), durant le fonctionnement du jet (figure 10b) : Lorsque la valve (19) est ouverte et que le jet (21) est présent, le volume d'encre (34) de l'accumulateur (18) qui est soumis à la pression de la poche d'air (180) qu'il contient, diminue dans le temps, lors du débit du jet (21), ce qui augmente le- volume de l'air (180) et se traduit par une baisse de pression. Le maintien de la pression, et donc du volume d'encre contenu (34), est réalisé par l'ajout d'une dose d'encre dans le réservoir (18) en provenance du réservoir (17), et ceci grâce à la combinaison (l, 7, 9) que l'on fait fonctionner en cellule de pompage comme cela a été expliqué précédemment au moyen notamment des figures 6a et 6b. Quand il est fait référence à une dose dans la description, il s'agit du volume correspondant à celui qui est engendré par le piston (p) de la chambre (1) avec, dans le cadre de cette séquence, l'aide des valves (7) et (9).
Pour pouvoir maintenir la pression dans le réservoir (18), il est nécessaire de la surveiller. Ceci est fait périodiquement pendant les temps d'arrêt (Tl) du rotor du moteur, au moyen du capteur (5). Evidemment, cette période de mesure est inférieure à celle de régénération de l'encre dans le réservoir (18). En d'autres termes, les mesures successives de la pression statique du réservoir (18) sont faites à une fréquence supérieure à celle des doses d'encre qui sont nécessaires au maintien de la pression dans le réservoir (18) (débit du jet). b) Mesure de la viscosité de l'encre alimentant le jet et ajustement de cette viscosité en fonction d'une consigne donnée (figures 10c, lOd et 10e):
La conservation de paramètres de fonctionnement constants dans le temps est primordiale pour assurer une grande qualité d'impression. La viscosité de l'encre doit donc être contrôlée régulièrement afin d'être corrigée par un ajout de solvant si elle est plus élevée qu'une consigne dont la valeur est déterminée d'une façon décrite plus loin.
La viscosité de l'encre est contrôlée régulièrement en utilisant un cycle complet de rotation du rotor en laissant la valve (9) ouverte, comme le montre la figure 10c. La pression différentielle (ΔP) permet la mesure de la viscosité de l'encre (34). Ce cycle de mesure de viscosité se fait lorsqu'aucun ajout d'encre n'est nécessaire dans le réservoir (18).
Ce cycle permet également d'homogénéiser l'encre du réservoir (18) lorsqu'il vient de recevoir une dose de solvant, en créant un brassage alternatif de l'encre. Ainsi, lorsqu'un ajout de solvant dans le réservoir (18) vient d'être fait tel que cela est expliqué plus loin, ce cycle est répété plusieurs fois avant de servir à la mesure de viscosité.
La viscosité de l'encre utilisée en dehors de toute évaporation de solvant dépend de la température. Aussi la consigne de viscosité doit prendre en compte la variation de viscosité de l'encre en fonction de la température. Pour ce faire, la consigne de viscosité de l'encre utilisée est fixée en mesurant la viscosité de l'encre neuve de la cartouche (15). Cette mesure se fait en mesurant la pression différentielle (Δ.P) lors d'un cycle du rotor où la valve (13) reste ouverte en permanence (figure (lOd). On s'affranchit ainsi des contraintes associées à l'utilisation de différents types d'encre qui n'auraient pas les mêmes propriétés en fonction de la température.
Lorsque la viscosité de l'encre contenue dans le réservoir (18) est considérée comme trop élevée, une dose de solvant (31) de la cartouche (16) est envoyée dans le réservoir (18). Pour, ce faire, comme le montre la figure 10e, les deux valves (11) et (9) sont ouvertes et la cellule (A) par le moyen de (1, 11, 9) fonctionne en cellule de pompage, comme le montre la figure 10e. c) Mesure du niveau du réservoir (17) et ajout d'encre dans le réservoir
(18) (figure IQf) :
Lorsqu'un ajout d'encre est nécessaire dans le réservoir-accumulateur (18), l'encre est puisée dans le réservoir (17).. Les deux valves (7) et (9) sont ouvertes et fonctionnent avec la chambre (1) en cellule de pompage (figure 10b). Si, lors de cet ajout, une prise d'air est constatée (réservoir (17) vide) sous forme d'un défaut du diagramme de pression différentielle apparaissant aux bornes de la restriction (8), tel que cela est expliqué précédemment et illustré sur la figure 8 lors du demi-cycle d'aspiration, alors le demi-cycle de refoulement est exécuté en maintenant la valve (7) ouverte au lieu d'ouvrir la valve (9) afin de repousser l'air dans le réservoir (17). Au cycle suivant, l'ajout de la dose d'encre n'étant pas fait et la pression dans le réservoir (18) continuant d'être trop faible, un nouvel ajout d'encre est réalisé, mais en partant cette fois-ci de la cartouche d'encre (15), et ceci en utilisant consécutivement les valves (13) et (9) fonctionnant avec la chambre (1) en cellule de pompage, comme cela est schématisé au moyen de la figure (lOf). d) Mesure des niveaux bas et vides des cartouches (15) et (16) : Les cartouches amovibles d'encre et de solvant (15) et (16) sont chacune constituées d'une enveloppe souple contenant le liquide (30) et (31), cette enveloppe souple étant protégée par une enveloppe rigide. L'enveloppe souple contenant le liquide (encre ou solvant) possède la particularité, par la conception de sa forme, d'être d'autant moins déformable que le volume restant de liquide est faible. Ceci se traduit par l'apparition d'une dépression du liquide des poches d'autant plus importante que le volume de liquide restant est faible. Lors d'un cycle de prélèvement de l'encre (30) ou du solvant (31), la pression statique de la poche concernée est mesurée en maintenant la valve correspondante (13) ou (11) ouverte pendant le temps d'arrêt (Tl) du rotor
(figure 9). Le niveau de liquide (30, 31) dans les poches déformables est considéré bas lorsque la dépression mesurée est inférieure à une consigne donnée. Une tentative de prise de liquide dans les cartouches (15) et (16), lorsque les poches correspondantes sont vides, se traduit par une absence de débit à travers les restrictions (14) et (12). Cette absence de débit apparaît au niveau du diagramme de pression relevé, par une pression différentielle nulle
(diagramme plat) qui implique le niveau vide des cartouches. Une remarque importante à faire est que, dans le cas d'une cartouche vide, une pression différentielle nulle due à un débit inexistant est associée à une pression statique en forte dépression par rapport à la pression environnante, alors que, dans le cas d'absence d'une cartouche, une pression différentielle nulle est associée à une pression statique égale à la pression environnante. e) Maintien de la poche d'air sous pression nécessaire au fonctionnement de l'accumulateur (18) (figure (10g) :
Pour que le réservoir-accumulateur de pression (18) joue bien son rôle, il est nécessaire de garantir un volume d'air minimum dans celui-ci. L'air libre contenu dans le réservoir est toujours sujet à une dissolution lente mais certaine dans l'encre (34) et il est donc nécessaire, afin de conserver l'efficacité de la fonction accumulateur de pression du réservoir (18), de restaurer régulièrement ce volume d'air. Ceci est rendu possible en vidant le réservoir de l'encre, en permettant à de l'air extérieur d'entrer dans le réservoir si celui-ci est en dépression (résultat d'un "manque d'air" par dissolution dans l'encre lors du fonctionnement), et en le remplissant d'encre à nouveau jusqu'à la pression du fonctionnement du jet, cet ensemble d'opérations étant fait avant chaque démarrage du jet.
Ceci se fait de la manière suivante. Le réservoir (18) étant sous pression, il est dans un premier temps vidé de son encre en ouvrant les deux valves (7) et (9) simultanément, moteur (4) à l'arrêt, l'air sous pression chassant l'encre (34) dans le réservoir (17) plus vite que ne le ferait une cellule fonctionnant en cellule de pompage dont le débit est du même ordre que celui du jet. La pression relevée lors de cette vidange est la pression médiane entre la pression du réservoir (18) et la pression environnante. Dès que cette pression mesurée par le capteur (5) est pratiquement égale à la pression environnante, le moteur est à nouveau utilisé créant une fonction de pompage, la valve (9) étant ouverte durant le demi-cycle d'aspiration, et la valve (7) étant ouverte pendant le demi-cycle de refoulement.
Ce fonctionnement inversé est réalisé jusqu'à ce qu'il n'y ait plus de débit de liquide à travers la restriction (10) ce qui signifie que le réservoir (18) est complètement vide. Le volume d'encre aspiré par la cellule de pompage a placé le réservoir (18) en état de dépression. L'encre (34) initialement présente dans le réservoir (18) se trouve alors entièrement contenue dans le réservoir (17).
Les valves (9), (29) et (25) sont alors ouvertes afin de permettre à de l'air extérieur en provenance de la gouttière (22) de régénérer le volume d'air du réservoir (18).
La dernière opération consiste à reprendre l'encre contenue dans le réservoir (17) et à le replacer sous la pression du volume d'air régénéré du réservoir (18), en faisant fonctionner la cellule de pompage, la vanne (7) étant ouverte durant le demi-cycle d'aspiration, et la vanne (9) étant ouverte durant le demi-cycle de refoulement.
Lors des phases de vidange et de remplissage à basse pression du réservoir (18), afin d'augmenter le débit, la chambre (23) est de préférence couplée à la chambre (1) grâce à l'ouverture permanente de la valve (29) qui sert dans ce cas de couplage entre les deux chambres. f) Aspiration du jet par la gouttière (22) (figure lOh) :
L'aspiration du jet d'encre par la gouttière (22) est possible par l'utilisation de la cellule mettant en œuvre les valves (25), (24) associées à la chambre (23) fonctionnant en cellule de pompage, la chambre (23) étant couplée, comme cela a été dit précédemment, au moteur (4). Le mélange air-encre récupéré au niveau de la gouttière (22) par la conduite (26) est refoulé dans le réservoir (17). g) Procédure automatique d'arrêt court (figure lOi) :
Un des problèmes posés par les imprimantes utilisant des encres à solvants volatils est le séchage de l'encre dont les résines sèches bloquent souvent les organes comportant des pièces mécaniques à déplacement relatif. Les valves notamment sont les premières atteintes. Un circuit d'encre selon l'invention permet de se soustraire à ce problème car il permet de remplir toutes les valves de solvant avant l'arrêt de la machine, et donc, même si le solvant sèche, ces valves ne seront pas collées car le solvant ne possède pas de résines collantes. Ce nettoyage en solvant se fait d'une manière très simple en autant de cycles moteur qu'il y a de valves à emplir, en prélevant pour chacune lors du demi-cycle d'aspiration, valve (11) ouverte, une dose de solvant dans la cartouche (31), et en l'injectant dans la valve concernée en ouvrant alors celle-ci, Ceci est fait pour les valves (13), (7) et (9) ainsi que pour les valves
(24) et (25), celles-ci étant emplies en ouvrant simultanément la valve (29). h) Procédure automatique de nettoyage complet, arrêt long ou changement d'encre :
La première phase consiste à transvaser complètement l'encre du réservoir (17) dans le réservoir (18) en faisant fonctionner la cellule (7), (1) et (9). La deuxième phase consiste à laisser s'échapper par la gouttière (22) l'encre contenue sous pression dans le réservoir (18) en ouvrant les valves (9), (29), (25), et en pompant le reliquat d'encre éventuel par la cellule (9), (29), (25) au moyen des deux chambres (1) et (23) couplées. La troisième phase consiste à transvaser le solvant contenu dans la cartouche (31) dans le réservoir (17) puis dans le réservoir (18). Ce solvant sous pression est alors expulsé dans la gouttière (22) après avoir rincé le corps de buse de la tête (T) (valves (19, 28, 25). Toutes ces opérations permettant un rinçage de l'ensemble du circuit d'alimentation de façon totalement automatique. Il suffit de correctement commander les différentes valves et de faire fonctionner en pompage les groupements de cellules (A) et (B).
Un autre exemple de réalisation d'un circuit d'alimentation selon l'invention est illustré au moyen des figures lOj, 10k et 10m.- '
Comme le montre la figure lOj qui est une représentation statique du circuit, celui-ci comporte quatre réservoirs dont deux sont amovibles. Le réservoir (15) est une cartouche contenant de l'encre (30) en réserve, non encore utilisée. Le réservoir (15) est amovible. Le réservoir (16) est une cartouche contenant le solvant pur (31) de l'encre utilisée. Ce solvant (31) de réserve permet de faire l'appoint de solvant nécessaire au maintien de la viscosité de l'encre utilisée et recyclée dans le système. Le maintien de la viscosité de l'encre du jet, est lié à une evaporation du solvant lors du recyclage de l'encre. Ce réservoir (16) est également amovible.
Le réservoir (18) contenant l'encre (34) remplit fonctionnellement le rôle d'un accumulateur de pression qui est utilisé dans le but de transformer le débit puisé de la cellule lorsqu'elle est utilisée en cellule de pompage, en un débit constant à pression fixe, et directement destiné à la formation du jet. Ce réservoir contient pour ce faire une poche d'air (180) sous pression qui joue le rôle d'amortisseur. Cette poche d'air (180) est renouvelée à chaque démarrage de l'imprimante.
Le réservoir (17) a pour rôle de recevoir l'encre de récupération (33) et l'air en retour de la gouttière (22), et de les séparer. L'encre nécessaire au maintien de la pression dans l'accumulateur (18) est prélevée dans ce réservoir.
Chacun de ces quatre réservoirs (15, 16, 17, 18) est relié, conformément à l'invention, par une canalisation générale (66), à une première chambre à volume variable (1) par l'intermédiaire d'un couple valve-restriction (9- 10) pour le réservoir (18); (7-8) pour le réservoir (17); (11-12) pour le réservoir (16); et (13-14) pour le réservoir (15). L'ensemble de ces cellules dont le cœur est la chambre (1) porte la référence générale (A).
Une seconde chambre à volume variable (23) coopère elle aussi avec une pluralité de valves. Cette combinaison est référencée (B).
Cette seconde chambre (23) est combinée à un jeu de deux valves (24,25). Cette seconde cellule ne comporte pas de restriction dans la mesure où, étant couplée mécaniquement à l'excentrique (3) commun à la première chambre
_•
(1), le synchronisme des valves qui lui sont rattachées, découle du synchronisme de la chambre (1). Une telle combinaison de deux ensembles (A) et (B) conformes à l'invention, couplés donc à un seul moteur (4) et à un seul capteur
(5) contribue à la compacité du circuit. On a, comme précédemment, référencé
(A) la cellule correspondant à l'ensemble comportant - la chambre (1) plus- spécialement lié à l'alimentation de la tête (T), et (B) la cellule correspondant à l'ensemble comportant la chambre (23).
Dans cette configuration, la pompe (B) n'aspire que de l'air, ce qui a pour effet de diminuer sensiblement les couples au niveau du piston, contrairement à ce qui se passait dans la variante précédente où cette pompe
(B) aspirait un fluide diphasique. Une caractéristique de ce circuit consiste également à relier, au moyen d'une canalisation (220), le réservoir (17), dit réservoir tampon, directement à la gouttière de récupération (22) et à mettre ce réservoir (17) en dépression, le transformant ainsi en véritable accumulateur de dépression. Ce perfectionnement évite un pompage puisé au niveau de la gouttière (22) d'un fluide diphasique, ce qui risquerait de créer des eclaboussures d'encre au niveau de cette gouttière. De plus, une valve (28) est reliée d'un côté à la canalisation (66), et de l'autre à un condenseur (300) comportant un récepta pour le condensât (301) et une évacuation (303) des produits volatils, condenseur (300) étant également relié à la valve (25) à travers une restrict (31). Les figures 10k et 10m illustrent les portions de circuit et les val concernées. Celles qui sont concernées par la fonction, pour la séque considérée, sont représentées en traits pleins, les autres sont illustrées pointillés. Lorsque la valve considérée est maintenue, dans un état const (ouverte), la totalité de la bobine (b) est ombrée et le tiroir (t) représe en traits pleins. Lorsque la valve est successivement ouverte et fermée chaque demi-cycle, la bobine (b) est à moitié ombrée et le tiroir (t) schémat en pointillés foncés.
On a seulement représenté les deux étapes correspondant, d'une p pour la figure 10k à la mise en dépression du réservoir (17) assurant récupération de l'encre au niveau de la gouttière, via la canalisation (22 d'autre part pour la figure 10m au pompage du condensât pour le renvoy dans le réservoir (17). En effet, les autres fonctions sont sensibleme identiques à celles qui ont été décrites précédemment mais qui sont repris ici pour plus de clarté. a) Maintien de la pression de l'accumulateur (18) durant fonctionnement du jet :
Lorsque la valve (19) est ouverte et que le jet (21) est présent, le volu d'encre (34) de l'accumulateur (18) qui est soumis à la pression de la poc d'air (180) qu'il contient, diminue dans le temps, lors du débit du jet (2 ce qui augmente le volume de l'air (180) et se traduit par une baisse de pressio Le maintien de la pression, et donc du volume d'encre contenu (34), est réali par l'ajout d'une dose d'encre dans le réservoir (18) en provenance du réservo (17), et ceci grâce à la combinaison (1, 7, 9) que l'on fait fonctionner en cellu de pompage comme cela a été expliqué précédemment notamment au moy des figures la et lb. Quand il est fait référence à une dose dans la descriptio il s'agit du volume correspondant à celui qui est engendré par le piston ( de la chambre (1) avec, dans le cadre de cette séquence, l'aide des valv (7) et (9).
Pour pouvoir maintenir la pression dans le réservoir (18), il est nécessai de la surveiller. Ceci est fait périodiquement pendant les temps d'arrêt (T du rotor du moteur, au moyen du capteur (5). Evidemment, cette pério de mesure est inférieure à celle de régénération de l'encre dans le réservoir (18). En d'autres termes, les mesures successives de la pression statique du réservoir (18) sont faites à une fréquence supérieure à celle des doses d'encre qui sont nécessaires au maintien de la pression dans le réservoir (18) (débit du jet). b) Mesure de la viscosité de l'encre alimentant le jet et ajustement de cette viscosité en fonction d'une consigne donnée:
La conservation de paramètres de fonctionnement constants dans le temps est primordiale pour assurer une grande qualité d'impression. La viscosité de l'encre doit donc être contrôlée régulièrement afin d'être corrigée par un ajout de solvant si eEe est plus élevée qu'une consigne dont la valeur est déterminée d'une façon décrite plus loin.
La viscosité de l'encre est contrôlée régulièrement en utilisant un cycle complet de rotation du rotor en laissant la valve (9) ouverte. La pression différentielle (ΔP) permet la mesure de la viscosité de l'encre (34). Ce cycle de mesure de viscosité se fait lorsqu'aucun ajout d'encre n'est nécessaire dans le réservoir (18).
Ce cycle permet également d'homogénéiser l'encre du réservoir (18) lorsqu'il vient de recevoir une dose de solvant, en créant un brassage alternatif de l'encre. Ainsi, lorsqu'un ajout de solvant dans le réservoir (18) vient d'être fait tel que cela est expliqué plus loin, ce cycle est répété plusieurs fois avant de servir à la mesure de viscosité.
La viscosité de l'encre utilisée en dehors de toute evaporation de solvant dépend de la température. Aussi la consigne de viscosité doit prendre en compte la variation de viscosité de l'encre en fonction de la température. Pour ce faire, la consigne de viscosité de l'encre utilisée est fixée en mesurant la viscosité de l'encre neuve de la cartouche (15). Cette mesure se fait en mesurant la pression différentielle (ΔP) lors d'un cycle du rotor où la valve (13) reste ouverte en permanence (figure lOd). On s'affranchit ainsi des contraintes associées à l'utilisation de différents types d'encre qui n'auraient pas les mêmes propriétés en fonction de la température.
Lorsque la viscosité de l'encre contenue dans le réservoir (18) est considérée comme trop élevée, une dose de solvant (31) de la cartouche (16) est envoyée dans le réservoir (18). Pour ce faire, les deux valves (11) et (9) sont ouvertes et la cellule (A) par le moyen de (1, 11, 9) fonctionne en cellule de pompage. c) Mesure du niveau du réservoir (17) et ajout d'encre dans le réservoir
Lorsqu'un ajout d'encre est nécessaire dans le réservoir-accumulateur
(18), l'encre est puisée dans le réservoir (17). Les deux valves (7) et (9) sont ouvertes et fonctionnent avec la chambre (1) en cellule de pompage. Si, lors de cet ajout, une prise d'air est constatée (réservoir (17) vide) sous forme d'un défaut du diagramme de pression différentielle apparaissant aux bornes de la restriction (8) lors du demi-cycle d'aspiration, alors le demi-cycle de refoulement est exécuté en maintenant la valve (7) ouverte au lieu d'ouvrir la valve (9) afin de repousser l'air dans le réservoir (17). Au cycle suivant, l'ajout de la dose d'encre n'étant pas fait et la pression dans le réservoir (18) continuant d'être trop faible, un nouvel ajout d'encre est réalisé, mais en partant cette fois-ci de la cartouche d'encre (15), et ceci en utilisant consécutivement les valves (13) et (9) fonctionnant avec la chambre (1) en cellule de pompage. d) Mesure des niveaux bas et vide des cartouches (15) et (16): Les cartouches amovibles d'encre et de solvant (15) et (16) sont chacune constituées d'une enveloppe souple contenant le liquide (30) et (31), cette enveloppe souple étant protégée par une enveloppe rigide. L'enveloppe souple contenant le liquide (encre ou solvant) possède la particularité, par la conception de sa forme, d'être d'autant moins déformable que le volume restant de liquide est faible. Ceci se traduit par l'apparition d'une dépression du liquide des poches d'autant plus importante que le volume de liquide restant est faible. Lors d'un cycle de prélèvement de l'encre (30) ou du solvant (31), la pression statique de la poche concernée est mesurée en maintenant la valve correspondante (13) ou (11) ouverte pendant le temps d'arrêt (Tl) du rotor. Le niveau de liquide (30,31) dans les poches déformables est considéré bas lorsque la dépression mesurée est inférieure à une consigne donnée. Une tentative de prise de liquide dans les cartouches (15) et (16), lorsque les poches correspondantes sont vides, se traduit par une absence de débit à travers les restrictions (14) et (12). Cette absence de débit apparaît au niveau du diagramme de pression relevé, par une pression différentielle nulle (diagramme plat) qui implique le niveau vide des cartouches. Une remarque importante à faire est que, dans le cas d'une cartouche vide, une pression différentielle nulle due à un débit inexistant est associée à une pression statique en forte dépression par rapport à la pression environnante, alors que, dans le cas d'absence d'une cartouche, une pression différentielle nulle est associée à une pression statique égale à la pression environnante. e) Aspiration du jet au niveau de la gouttière (22) (figure 10k): Comme le montre la figure 101, l'air est pompé dans le réservoir (17) au moyen des valves (24,25) reliées par la canalisation (67) à la cellule (23), ce qui a pour résultat de mettre ce réservoir (17) en dépression. Il joue alors une fonction d'accumulateur de dépression. La canalisation (220) relie ce réservoir (17) en dépression à la gouttière (22) de sorte que le jet d'encre est directement récupéré, au niveau de cette gouttière (22), via cette canalisation (220).
Comme cela a été précédemment dit, une telle configuration évite les risques d'éclaboussures, au niveau de la gouttière (22), pouvant résulter du pompage puisé d'un fluide diphasique, encre plus air. f) Aspiration du condensât et sa récupération dans le réservoir (17)
(figure 10 m):
L'air étant pompé dans le réservoir (17) peut entraîner une quantité non négligeable de solvant, c'est pourquoi l'ensemble traverse un condenseur (300) dans lequel se dépose le solvant sous forme de condensât (301), l'air s'évacuant par l'évacuation (303) dont l'orifice est amené le plus près possible de la gouttière (22), de telle sorte que s'il reste encore des traces de produits volatils, la pollution de l'environnement soit réduite au maximum.
On réinjecte le condensât (301) dans le réservoir (17) en mettant en action les valves (26,7) couplées à la cellule (1) par la canalisation (66a) et (66). g) Maintien de la poche d'air sous pression nécessaire au fonctionnement de l'accumulateur (18):
Pour que le réservoir-accumulateur de pression (18) joue bien son rôle, il est nécessaire de garantir un volume d'air minimum dans celui-ci. L'air libre contenu dans le réservoir est toujours sujet à une dissolution lente mais certaine dans l'encre (34) et il est donc nécessaire, afin de conserver l'efficacité de la fonction accumulateur de pression du réservoir (18), de restaurer régulièrement ce volume d'air. Ceci est rendu possible en vidant le réservoir de l'encre, en permettant à de l'air extérieur d'entrer dans le réservoir si celui-ci est en dépression (résultat d'un "manque d'air" par dissolution dans l'encre lors du fonctionnement), et en le remplissant d'encre à nouveau jusqu'à la pression du fonctionnement du jet, cet ensemble d'opérations étant fai avant chaque démarrage du jet.
Ceci se fait de la manière suivante. Le réservoir (18) étant sous pression il est dans un premier temps vidé de son encre en ouvrant les deux valve (7) et (9) simultanément, moteur (4) à l'arrêt, l'air sous pression chassan l'encre (34) dans le réservoir (17) plus vite que ne le ferait une cellul fonctionnant en cellule de pompage dont le débit est du même ordre que celu du jet. La pression relevée lors de cette vidange est la pression médiane entr la pression du réservoir (18) et la pression environnante. Dès que cette pressio mesurée par le capteur (5) est pratiquement égale à la pression environnante, le moteur est à nouveau utilisé créant une fonction de pompage, la valve (9) étant ouverte durant le demi-cycle d'aspiration, et la valve (7) étant ouverte pendant le demi-cycle de refoulement.
Ce fonctionnement inversé est réalisé jusqu'à ce qu'il n'y ait plus de débit de liquide à travers la restriction (10) ce qui signifie que le réservoir (18) est complètement vide. Le volume d'encre aspiré par la cellule de pompage a placé le réservoir (18) en état de dépression. L'encre (34) initialement présente dans le réservoir (18) se trouve alors entièrement contenue dans le réservoir (17). Les valves (9,26) sont alors ouvertes pour permettre l'entrée de l'air librement dans le réservoir (18).
La dernière opération consiste à reprendre l'encre contenue dans le réservoir (17) et à le replacer sous la pression du volume d'air régénéré du réservoir (18), en faisant fonctionner la cellule de pompage, la vanne (7) étant ouverte durant le demi-cycle d'aspiration, et la vanne (9) étant ouverte durant le demi-cycle de refoulement. h) Procédure automatique d'arrêt court :
Un des problèmes posés par les imprimantes utilisant des encres à solvants volatils est le séchage de l'encre dont les résines sèches bloquent souvent les organes comportant des pièces mécaniques à déplacement relatif. Les valves notamment sont les premières atteintes. Un circuit d'encre selon l'invention permet de se soustraire à ce problème car il permet de remplir toutes les valves de solvant avant l'arrêt de la machine, et donc, même si le solvant sèche, ces valves ne seront pas collées car le solvant ne possède pas de résines collantes. Ce nettoyage en solvant se fait d'une manière très simple en autant de cycles moteur qu'il y a de valves à emplir, en prélevant pour chacune lors du demi-cycle d'aspiration, valve (11) ouverte, une dose de solvant dans la cartouche (31), et en l'injectant dans la valve concernée en ouvrant alors celle-ci.
Ceci est fait pour les valves (13), (7), (9) et- (26), ainsi que pour les valves (24) et (25) pour lesquelles le solvant est puisé dans le condenseur (300). i) Procédure automatique de nettoyage complet, arrêt long ou changement d'encre:
La première phase consiste à transvaser complètement l'encre du réservoir (17) dans le réservoir (18) en faisant fonctionner la cellule (7), (1) et (9). La deuxième phase consiste à laisser s'échapper par la gouttière (22) l'encre contenue sous pression dans le réservoir (18) et en pompant le reliquat d'encre éventuel par les valves (9) et (26) au moyen de la chambre (1). La troisième phase consiste à transvaser le solvant contenu dans la cartouche (31) dans le réservoir (17) puis dans le réservoir (18). Ce solvant sous pression est alors expulsé dans la gouttière (22) après avoir rincé le corps de buse de la tête (T). Toutes ces opérations permettent un rinçage de l'ensemble du circuit d'alimentation de façon totalement automatique. Il suffît de correctement commander les différentes valves et de faire fonctionner en pompage les groupements de cellules (A) et (B). Dans un exemple nullement limitatif de réalisation d'un circuit conforme à l'invention, la chambre (1) présente un volume engendré de 0,4 cm3 avec une course de 1 mm, et la chambre (23) un volume engendré de 2 cm3 avec une course de 1 mm. Le moteur pas à pas (4) d'une puissance de 20 Watts présente un cycle de rotation (T2) de 0,3 seconde et un temps d'arrêt (Tl) de 100 millisecondes. Le volume total hors tout du circuit d'encre est voisin de 500 cm3; celui des réservoirs (17) et (18) est de l'ordre de 260 cm3 et celui des cartouches amovibles (15) et (16), de 500 cm3 environ. Le volume de canalisation (66) doit être très petit par rapport au volume engendré par la cellule (1). Dans un exemple de réalisation, le rapport choisi est voisin de 4. Il faut aussi que les canalisations correspondant aux restrictions (14, 12, 8) aient des volumes supérieurs au volume engendré par la cellule (1). Dans un exemple de réalisation, ce rapport est de 2. Enfin, la canalisation de la restriction (10) doit être la plus petite possible.
Comme cela a déjà été dit précédemment, un tel circuit d'alimentation conforme à l'invention permet d'accéder à de multiples fonctions bien que sa structure soit extrêmement compacte et son fonctionnement très simple. Il trouve notamment ses applications dans le domaine de l'impression par jet d'encre, non seulement dans le cadre du marquage industriel, mais également dans celui de la bureautique.

Claims

REVENDICATIONS
1. Cellule destinée à être intégrée dans un circuit hydraulique, comportant une chambre à volume variable (1), caractérisée en ce que cette dernière est :
- d'une part, reliée à un capteur de pression (5) ; - d'autre part, commandée par un moteur pas à pas (4) ;
- enfin, reliée à une pluralité de valves (7, 9...) donnant accès chacune à une restriction (8, 10...), ces valves (7, 9...) étant à ouverture et fermeture commandées électroniquement en fonction de la position du rotor du dit moteur (4) et acceptant les deux sens de déplacement du fluide ; une telle combinaison de moyens rendant la dite cellule capable d'accomplir de multiples fonctions.
2. Cellule selon la revendication 1, caractérisée en ce que ce volume variable (1) est délimité par un piston (p) solidaire d'un excentrique (3) lui- même entraîné par le rotor du moteur pas à pas (4) commandé à vitesse de rotation constante de telle sorte que, tous les paramètres étant égaux par ailleurs, le diagramme des différences de pression (ΔP), en fonction de la position (Pr) du rotor tende vers une période de sinusoïde pour un tour complet du rotor en vue d'assurer le synchronisme des commandes de valve en fonction de la position du piston.
3. Cellule selon Tune des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle accomplit une fonction de pompage, les valves (7, 9...) étant alors commandées alternativement en position ouverte et fermée, à chaque demi-cycle, de telle sorte que se crée une aspiration à travers la valve qui est maintenue ouverte durant la phase d'accroissement du volume de la chambre (1) (Pr = 0°) à (Pr = 180°) et un refoulement à travers la valve qui est maintenue ouverte durant la phase de décroissance du dît volume (Pr = 180°) à (Pr = 360°), cette aspiration et ce refoulement cyclique conduisant à l'établissement d'un débit de fluide dans le circuit hydraulique.
4. Cellule selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce qu'elle accomplit une fonction de mesure de viscosité, une valve (7, 9...) étant maintenue ouverte pendant un cycle complet du rotor du moteur (4), la différence de pression (ΔP) maximale générée aux extrémités de la restriction (7, 10...) correspondant à la valve ouverte conduisant, à partir de la relation ΔP = f (viscosité) établie à la mesure de la viscosité du fluide qui traverse la dite valve ouverte (7, 9...).
5. Cellule selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce qu'elle accomplit une fonction de contrôle d'homogénéité du fluide: une valve est maintenue ouverte et le diagramme ΔP = f(Pr) établi, tout défaut apparaissant sur la courbe ainsi obtenue l'éloignant d'une sinusoïde témoignant • d'un défaut d'homogénéité.
6. Cellule selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce qu'elle accomplit une fonction de détection de position du rotor du moteur (4) grâce à la coopération du fluide et du capteur de pression que ce fluide soit compressible ou incompressible: dans le premier cas, les deux valves (7,9) sont maintenues en position fermée, le 0° angulaire du rotor (Pr = 0°) correspond alors au point (ΔP) maximal sur le diagramme ΔP = f(Pr); dans le second cas, une des valves est ouverte, le 0° angulaire (Pr = 0°) correspond à la position médiane de la portion de courbe de pente négative se situant entre le point (ΔP) maximal et le point (ΔP) minimal sur le diagramme ΔP = f(Pr).
7. Cellule selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que chaque restriction est constituée par un tube (100) de longueur (L) supérieure au diamètre (D) dans un rapport suffisant pour que se crée une perte de charge dans le cas où celle-ci est traversée par un fluide visqueux.
8. Circuit d'alimentation en encre d'une tête (T) d'impression à jet d'encre continu, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une cellule selon l'une des revendications précédentes.
9. Circuit d'alimentation selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il est constitué de deux ensembles (A) et (B) coopérant avec un circuit hydraulique comportant la tête d'impression, ces deux ensembles (A) et (B) ' comportant chacun une chambre à volume variable (1,23) associée l'une et l'autre à une pluralité de valves, ces deux chambres (1,23) étant d'une part couplées mécaniquement au même excentrique (3), et la chambre (1) étant d'autre part reliée au capteur de pression (5).
10. Circuit d'alimentation selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'ensemble (A) comporte une canalisation (66) reliant la chambre à volume variable (1) à un réservoir d'encre (15), un réservoir de solvant (16), un réservoir de récupération d'encre (17), un réservoir d'encre (18) dit réservoir d'alimentation, via des couples "valve plus restriction", à savoir respectivement (13,14), (11,12), (7,8) et (9,10).
11. Circuit d'alimentation selon l'une des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que l'ensemble (B) comporte une canalisation (67) reliant la chambre à volume variable (23), d'une part à une valve (29) elle-même couplée à la canalisation (66) de l'élément (A); d'autre part à une valve (24) elle-même reliée au réservoir de récupération (17) d'un côté, au réservoir de récupération d'encre (17), et de l'autre, à une valve (25) elle-même reliée à la gouttière de récupération (22) par une canalisation (26); enfin, à une valve (28) appartenant au circuit (150), la valve (28) étant elle-même reliée à la tête d'impression (T).
12. Circuit d'alimentation selon l'une des revendications 8 à 11, caractérisé en ce que le circuit (150) comporte une valve (19) reliant le réservoir d'encre (18) à la tête d'impression (T) génératrice du jet d'encre (21) capable d'être récupéré par la gouttière de récupération (22).
13. Circuit d'alimentation selon l'une des revendications 10 à 12, caractérisé en ce que le réservoir (18) comporte une poche d'air (180) maintenant la réserve d'encre (34) sous pression, cette encre (34) servant à alimenter la tête d'impression (T) via la vanne (19).
14. Circuit d'alimentation selon l'une des revendications 10 à 13, caractérisé en ce que les réservoirs (15) et (16) comportent chacun une enveloppe souple contenant respectivement l'encre (30) et le solvant (31), enveloppe réalisée de telle sorte que se crée une dépression du liquide (30,31) d'autant plus Importante que le volume du liquide restant est faible.
15. Circuit d'alimentation selon l'une des revendications 8 à 14, caractérisé en ce que, lorsque le moteur (4) accomplit un cycle de fonctionnement, ce cycle comporte un temps (Tl) d'arrêt correspondant à (Pr = 0°) sur le diagramme (Pr en fonction du temps (tp) suivi du temps (T2) correspondant à la rotation complète de (Pr = 0°) à (Pr = 360°), ce temps (T2) étant maintenu constant.
16. Circuit d'alimentation selon l'une des revendications 8 à 15, caractérisé en ce que les différents cycles de fonctionnement des éléments
(A) et (B) sont effectués en commandant électriquement les différentes vannes de manière synchrone à la position (Pr) instantanée du rotor du moteur (4).
17. Circuit d'alimentation selon l'une des revendications 8 à 16, caractérisé en ce que la valve (19) étant ouverte et le jet (21) présent, Pajout d'une dose d'encre dans le réservoir (18) est obtenu en faisant fonctionner en cellule de pompage la combinaison de la chambre (1) avec les valves (7) et (9) fonctionnant à chaque demi-cycle respectivement en aspiration et en refoulement pour transférer l'encre (33) du réservoir (17) vers l'encre (34) du réservoir (18).
18. Circuit d'alimentation selon la revendication 17, caractérisé en ce que, durant les temps d'arrêt (Tl), une mesure de la pression dans le réservoir
(18) est faite en mettant en relation ce réservoir (18) directement avec le capteur (5).
19. Circuit d'alimentation selon l'une des revendications 8 à 16, caractérisé en ce que la valve (9) est maintenue ouverte pendant un cycle complet du rotor, le diagramme de la différence de pression (ûP) obtenue au niveau de la restriction (10) donnant alors la valeur de la viscosité de l'encre (34) du réservoir (18).
20. Circuit d'alimentation selon la revendication 19, caractérisé en ce qu'en cas de défaut de viscosité, une dose de solvant (31) est transférée du réservoir (16) vers le réservoir (18) en faisant fonctionner en cellule de pompage la combinaison de la chambre (1) avec les valves (11) et (9).
21. Circuit d'alimentation selon l'une des revendications 8 à 16, caractérisé en ce que, lorsque le réservoir (17) est vide, l'encre (30) du réservoir (15) est transférée dans le réservoir (18) en faisant fonctionner en cellule de pompage la combinaison de la chambre (1) avec les valves (13) et (9).
22. Circuit d'alimentation selon l'une des revendications 8 à 16, caractérisé en ce que, durant le temps d'arrêt (Tl) du moteur (4), la valve (13) pour le réservoir d'encre ou la valve (11) pour le réservoir de solvant étant maintenue ouverte, la pression statique de la poche correspondante est mesurée au moyen du capteur (5).
23. Circuit d'alimentation selon l'une des revendications 8 à 16, caractérisé en ce que, pour restaurer le volume d'air (180) du réservoir (18), celui-ci est d'abord vidé par transfert de l'encre (34) vers le réservoir (17) par ouverture, dans un premier temps, des deux valves (9) et (7), le moteur étant arrêté, puis par pompage, la valve (9) ouverte, fonctionnant en aspiration, durant un demi-cycle, et la valve (7) ouverte, fonctionnant en refoulement, durant l'autre demi-cycle, jusqu'à ce qu'il n'y ait plus passage de liquide à travers la restriction (10), le réservoir (18) pouvant se trouver alors en dépression, les valves (9, 29, 25) étant alors ouvertes afin de permettre le passage de l'air pris au niveau de la gouttière (22), ces phases étant suivies par le transfert en retour de l'encre contenue dans le réservoir (17) vers le réservoir (18).
24. Circuit d'alimentation selon l'une des revendications 8 à 16, caractérisé en ce que l'encre recueillie au niveau de la gouttière de récupération (22) est pompée à travers la canalisation (26) vers le réservoir (17) au moyen des valves (25) et (24) coopérant avec la chambre à volume variable (23).
25. Circuit d'alimentation selon l'une des revendications 8 à 16, caractérisé en ce que, avant l'arrêt du fonctionnement, chaque valve des éléments (A) et (B) est remplie de solvant par pompage successifs de solvant dans chacune de ces valves, en coopérant avec la valve (11) associée au réservoir de solvant (16).
26. Circuit d'alimentation selon l'une des revendications 8 à 16, caractérisé en ce qu'un nettoyage complet est réalisé en mettant en œuvre une première phase consistant à transvaser par pompage l'encre du réservoir (17) dans le réservoir (18) au moyen des valves (7) et (9) coopérant avec la chambre (1); une seconde phase consistant à laisser s'échapper par la gouttière (22) l'encre contenue sous pression dans le réservoir (18) en ouvrant les valves (9, 29, 25); une troisième phase consistant à coupler le fonctionnement en cellule de pompage des valves (9, 29, 25) coopérant avec les chambres (1) et (23); une quatrième phase consistant à transvaser le solvant (31) dans le réservoir (17), puis dans le réservoir (18) avant de l'expulser à travers la valve (19), la tête (T) et la valve (25).
27. Circuit d'alimentation fluide d'une tête d'impression (T) selon l'une des revendications 9, .10 - et 11; caractérisé en ce qu'il comporte en outre un circuit de récupération capable d'une part, grâce à la coopération de l'ensemble (B) avec les deux valves (24) et (25), d'assurer la mise en dépression du réservoir (17) et l'aspiration de l'encre depuis la gouttière (22) vers ce réservoir (17) via une canalisation (220) reliant la gouttière (22) au réservoir (17); capable d'autre part d'assurer le recyclage du condensât de solvant grâce à la coopération de l'ensemble (A) avec l'ensemble de valves (26,7).
28. Circuit selon la revendication 27, caractérisé en ce que l'air est extrait du réservoir (17) vers la canalisation (303) reliée à l'extérieur en faisant jouer à l'ensemble (B) plus valves (24) et (25), un rôle de pompe à air exclusivement, ce qui a pour effet de transformer le réservoir (17) en accumulateur de dépression, de filtrer les pulsations inhérentes à la pompe et de permettre l'aspiration de l'encre pris au niveau de la gouttière et ceci via la canalisation (220).
29. Circuit selon l'une des revendications 27 et 28, caractérisé en ce qu'un condenseur (300) est placé en série sur la canalisation (303) et assure la séparation de l'air et du solvant sous forme d'un condensât (301), l'air et l'excédent éventuel de produit volatil s'echappant vers l'extérieur par la canalisation (303).
30. Circuit selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le condensât (301) est pompé au moyen de l'élément (A) coopérant avec les valves (26,7) pour être renvoyé dans le réservoir (17).
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