WO1990003271A1 - Dispositif de controle et de regulation d'une encre et de son traitement dans une imprimante a jet d'encre continu - Google Patents

Dispositif de controle et de regulation d'une encre et de son traitement dans une imprimante a jet d'encre continu Download PDF

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WO1990003271A1
WO1990003271A1 PCT/FR1989/000484 FR8900484W WO9003271A1 WO 1990003271 A1 WO1990003271 A1 WO 1990003271A1 FR 8900484 W FR8900484 W FR 8900484W WO 9003271 A1 WO9003271 A1 WO 9003271A1
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droplets
nozzle
drops
charged
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PCT/FR1989/000484
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Paul Bajeux
Alain Dunand
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Imaje S.A.
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    • B41J2/175—Ink supply systems ; Circuit parts therefor

Definitions

  • the present invention relates to devices for controlling and regulating an ink and its treatment in a continuous ericre jet printer.
  • the ink-jet writing technique using a continuous jet of calibrated droplets, supplied by a modulation system consists in electrostatically charging these droplets, by means of an appropriate electrode.
  • the passage of these variably charged drops between two electrodes brought to a large difference in electric potential leads to a deflection of the drops proportional to their charge.
  • This deflection combined with the displacement of the support allows the matrix printing of characters or graphics on said support. All the parameters conditioning the operation of the printer must be controlled so as to ensure the constant quality of the printing despite the inevitable variations in the environment.
  • the speed of the drops constitutes the most influential parameter on the print quality, because it conditions the time of passage of the charged drops in the deflector electric field (and therefore the trajectory of the printed drops), but also the phenomenon of formation and electric charge of the drops in the charging electrode.
  • the quality of the ink is also a very influencing factor in the operation of printers for several reasons.
  • the physical properties of the ink condition the flow of the ink in the nozzle, as well as the physical process of formation of the drops.
  • the main factors leading to a variation in the physical properties of the ink are the evaporation of the ink solvent, on the one hand, and temperature variations, on the other hand.
  • the chemical properties of the ink which result from the concentrations of the various constituents of the ink, must be kept constant over time.
  • the dye concentration must be controlled so as to ensure consistency in the optical quality of the markings on the printed medium (optical density, color, etc.).
  • the quantity of resin present in the ink must be controlled because it conditions, in certain formulations, the electrical conductivity of the ink, and therefore the electrical charge of the drops.
  • the quantity of resin must be particularly controlled for • applications where a physicochemical treatment is applied to the printed deposit in a phase simultaneous or subsequent to marking, such as crosslinking under ultra-violet rays, reaction under radiation, etc. , in order to give it specific chemical resistance properties.
  • the process of formation and electrical charge of the drops also conditions the quality of the print.
  • a spectacular characteristic of printer malfunction linked to a defect in the drop formation process is the pollution of the deflection electrodes by small parasitic droplets commonly called satellite drops.
  • the process of formation and electrical charge of the drops results from the interaction of complex hydrodynamic and electrical phenomena, still poorly described by theory.
  • the parameters influencing this process are linked both to the physico-chemical properties of the ink and to the operating characteristics of ..
  • the machine geometry, jet speed, frequency and amplitude of modulation.
  • the object of the invention is to allow control and regulation of the parameters most influencing the print quality of an inkjet printer: speed of the drops, quality of the ink and process of formation and charging. drops. More particularly, an important object of the invention consists in providing control and regulation devices which are simple and compact, therefore suitable for compact inkjet printers. Another important object of the invention consists in providing control and regulation devices which can be used reliably in severe and very variable environmental conditions (temperature, humidity, ventilation), as well as with types of different encr.
  • a field of application particularly targeted by the present invention is the field of industrial marking, where the environmental conditions are very different and very variable over time: - very different ambient temperatures according to industrial activity and large amplitudes of variations in this temperature (cold room printing, outdoor printing);
  • Swiss Patent No. 251/84 describes the use of a single inductive sensor to measure the speed of charged drops.
  • the conditions relating to the size of the detector e necessary for the implementation of the method are necessary for the implementation of the method.
  • some details concern the processing circuit for the associated signa. It is mentioned that the latter provides an alternating signal frequency "almost proportional to the speed of the drops.
  • the speed of the drops is measured by means of a single detector comprising a conductive element in two parts symmetrical with respect to the trajectory of the drops, said detector being located between the charge electrode and the deflection electrodes
  • the conductive element of the detector is connected to the mass via a resistance across the terminals is connected to a processing circuit.
  • a charged drop or a train of charged drops induces a charge of opposite sign in the detector element, and this charge varies according to the position of the charged drop, or of the train of charged drops, in the detector.
  • the processing of the first derivative I (t) and the second derivative J (t) pa with respect to the time of the charge Q (t) makes it possible to determine the instants of entry and exit of the charged drop or the train of drops loaded into the detector and therefore its speed, the length of the detector is known.
  • the length of the detector is greater than the distance between its two symmetrical parts with respect to the trajectory of the drops.
  • the operation of most of the ink circuits of inkjet printing machines consists on the one hand, continuously measuring the viscosity of the ink in the ink circuit using a viscometer and, on the other hand, regulating the viscosity of the ink supplying the ink by adding solvent or fresh ink nozzle.
  • a description of an ink circuit operating according to this principle is given in particular in patent U no. 4,628,329 in the name of the present applicant
  • the place of viscosity measurement is generally far from the print head.
  • the viscosity measured in the ink circuit may not be representative of the actual viscosity at the print head. This is especially true when the temperature instead of viscosity measurement is different from the temperature at the print head.
  • various solutions for regulating the temperature of the ink in the print head have been proposed, generally incorporating a heating element (see US Pat. Nos. 4,337,468 to RICOH or US No. 4,403 227 from IBM), which increases the complexity and energy consumption of the printer.
  • Another object of the present invention is to measure the "quality of the ink" on the head 'printing, without using a function viscometer itself.
  • This object is achieved - according to the invention, by combining the use of a device for measuring the speed of the drops, an electronic circuit and a device for supplying ink to the nozzle cooperating in the regulation of the speed of the drops, of an ink pressure measurement in the ink circuit associated with rules for sizing the hydraulic conduits.
  • Another object of the invention consists in measuring a temperature representative of the temperature of the ink at the nozzle, and in correcting the quality of the ink by adding solvents or fresh ink, according to a law which takes account of temperature.
  • the speed of regulation of the quality of the ink is also planned to optimize the speed of regulation of the quality of the ink, on the one hand, taking account of the time of flow and of homogenization of the ink between the place of the ink additions (or solvents) and the nozzle and, on the other hand, using an extra ink cartridge containing an ink whose concentration is higher than the nominal use value.
  • the pressurized ink is ejected by a nozzle in the form of a jet which is caused to fragment into a series of droplets to which a charge is then applied selectively and which are directed towards the print support or towards a gutter.
  • Various methods can be used to control and synchronize the format of the droplets, consisting of vibrating the nozzle, or causing disturbances. of the ink pressure at the nozzle by incorporating in particular a resonator excited by a piezoelectric ceramic upstream of the nozzle. Due to the disturbance, the jet splits up at the frequency of the disturbance, into uniform droplets often accompanied by smaller droplets called satellite droplets.
  • the means used to apply the electric charge chosen at each droplet generally include a charging circuit and an electrode surrounding the jet at the place of formation of the drop.
  • the electrostatic charge of the drop is then obtained by applying a voltage of amplitude Vc between a point of electrical contact with the ink and the charging electrode.
  • the charge Qg acquired by the drop then depends on the value of the charge voltage Vc at the time of the formation of the drop, on the electric capacity Cg of the set drop in formation / charge electrode, and on the ratio of the period of formation of the drops at the electrical characteristic time of the jet / electrode assembly, defined by Rj.Cj where Rj is the equivalent electrical resistance of the jet between the nozzle and the drop in formation, and Cj is the electrical capacity of the assembly jet / electrode.
  • the parameters Rj, Cj, Cg are in particular influenced by the shape of the jet during the period of formation and charge of the drop.
  • the electrical resistance of the jet Rj also depends on the electrical conductivity of the ink, which itself generally depends on the concentration and the temperature of the ink.
  • the control of the place of separation of the drops from the jet is obtained by a control of the flight time of the drops between the place of charge of the drops and the position of the drop speed detector. Regulation of the place of separation of the drops is obtained by modifying the amplitude of excitation of the resonator so as to maintain the place of separation of the drops at a place called operating point which depends on the quality of the ink measured at the nozzle. .
  • FIG. 1 is a schematic view showing the main elements of a printing head in a continuous ink jet printer according to the invention
  • FIG. 2 is a schematic view, on an enlarged scale representing the nozzle, a charging electrode and detects it to measure the speed of the drops of the printing head of FIG. 1
  • Figs. 3a to 3d are structural views associated with diagrams of the linear charge density induced in the detector by a drop charged according to its position relative to said detector
  • FIG. 4 is a diagram representing the char Q (t) induced in the detector by a charged drop p with respect to time
  • FIG. 1 is a schematic view showing the main elements of a printing head in a continuous ink jet printer according to the invention
  • FIG. 2 is a schematic view, on an enlarged scale representing the nozzle, a charging electrode and detects it to measure the speed of the drops of the printing head of FIG. 1
  • Figs. 3a to 3d are structural views associated with diagrams of the linear charge density induced in the detector by a drop
  • FIG. 5 is a diagram representing the first drift I (t) of Q (t) with respect to time
  • FIG. 6 is a diagram representing the second derivative J (t) of Q (t) with respect to time
  • FIG. 7 superimposes the diagrams of I (t), J (t), Q (t), as well as two diagrams representing the values of three digital signals Fl, F2 and F3 function of I (t) and J (t) and serving to determine the instant of entry and exit of a drop loaded in the detector
  • FIG. 8 is a view similar à_ ⁇ Fig. 3b, at l except that a train of charged drops instead of a single charged drop is used for speed measurement
  • FIG. 9 is a view grouping together the diagrams of I (t), J (t) and of the signals F1, F2 and F3 for the case where a train of charged drops is used for the speed measurement
  • FIG. 10 is a schematic view showing in block form the circuit associated with the detector for determining the speed of the drops
  • FIG. 11 is a detailed view of the circuit of FIG. 10
  • FIG. 12 is a view grouping together diagrams relating to the operation of the circuit of FIG. 11
  • FIG. 13 is a schematic view illustrating the control and regulation device of the invention as a whole
  • FIG. 14 is a diagram representing reference pressures as a function of the temperature relating to the components of the ink and an appropriate mixture of said components
  • Fig. 1 illustrates the main mechanical and electrical elements of an ink jet print head 1 of the continuous jet type. It has in particular a nozzle
  • FIG. 2 schematically illustrates the charged drop speed detection electrode 8, placed immediately downstream of the place of formation and charging of the drops.
  • the passage of a single charged drop Gc, of charge Qg, shown in noi and being close to the active conductive element 8c of the detector 8, is illustrated.
  • the latter is electrically connected to the electric detection circuit.
  • the speed detection electrode 8 comprises a central conductive element 8c, preferably protected from the influence of external electrical charges (present on the charging electrode 6 in particular), thanks to a thickness d isolan 8i and to an external conductive element 8e, said guard electrode, electrically connected to ground.
  • the detector 8 has a plane symmetry and the drops G move in the axis of a slot made along the axis of symmetry of the detector.
  • the drops G move in the axis of a slot made along the axis of symmetry of the detector.
  • any other configuration of the symmetrical detector relative to the axis of the trajectory of the drops G may be suitable.
  • the droplets G are driven by a substantially uniform translational speed V in the detector, and oriented along the axis of the detector.
  • the charged droplet Gc is shown in dark color and the other uncharged droplets located upstream and downstream are shown in clear
  • the proximity of the charged drop Gc leads by electrostatic influence to the appearance of electric charges of opposite sign on the surface of the - detector ( charges represented by + signs in Figs. 3a to 3d).
  • the quantity of electric charges present on the detector varies according to the axial distance x. If the influence of the insulator 8i is neglected, this amount of charge can be represented in the form of a linear charge density 6 (x) given diagrammatically on the ordinate for different positions xl to x4 of the charged drop Gc.
  • the linear charge density curve is symmetrical with respect to the position x-j_ of the drop.
  • the electric charges induced by the droplet on the detector are more concentrated near the drop and practically nonexistent at a great distance from the drop.
  • the length S of the area electrically influenced by the drop Gc is shown in Figs. 3a to 3d. According to the relation (2), the length S of said zone verifies the relation:
  • the charged droplet Gc whose speed is to be measured is preceded in ava by at least neither uncharged drops, where neither verifies the relation:
  • This condition allows the charged drop to enter the speed detector 8 while the previously charged drop is far enough apart not to influence the measurement.
  • the number n2 of droplets not charged according to the drop used for the measurement of the speed checks the equality: (n2 + 1)> (Lt + Le - Lb) / ⁇ where Lt is the distance which separates the nozzle of the detection electrode 8c and Lb is the length of the jet J between the nozzle and the point of formation of the drops, these distances being shown in FIG. 2.
  • Lt is the distance which separates the nozzle of the detection electrode 8c
  • Lb is the length of the jet J between the nozzle and the point of formation of the drops, these distances being shown in FIG. 2.
  • n2> (Lt + Le - Lb) / 5 0B -1 approximately (7) ' Condition (7) makes it possible to ensure that no drop is charged during the period in which the detector 8 are influenced by the drop Gc used for the speed measurement.
  • the speed detection electrode 8c can be parasitized pa the charging voltages applied to the charging electrode 6. It is moreover preferable, when charging drops used for speed detection, to apply the charging voltage to the charging electrode for half, or less, of the drop formation period This allows the drops to be loaded correctly, while minimizing the interference of the measurement.
  • Le is the equivalent length of the electrode 8c, characteristic of the measurement obtained by calibration using another method of drop speed measurement.
  • FIG. 5 A practical embodiment of the measurement is shown in Figs. 5 to 7.
  • a means of implementing the measurement of T2 - Tl is described in FIG. 7.
  • a count is triggered when simultaneously J (t) takes a negative value and I (t) is greater than a threshold + i 0 .
  • the counting is stopped when simultaneously J (t) takes a positive or zero value and I (t) is less than -i 0 "The content of the counter then corresponds to the value T2 - Tl to be measured.
  • the representation of the digital processing is given by the diagrams of the digital signals F1, F2 and F3. The counting lasts the time that the digital signal F3 is at the high logic level.
  • the digital signal Fl is at the high logic level when I (t) is greater than the threshold i 0 or less than the threshold -i Q -
  • the digital signal F2 is at the high logic level when J (t) is positive or zero.
  • the signal F3 goes to the high logic level during the falling edge of F2, Fl being at 1.
  • F3 returns to zero during the next rising edge of F2 while Fl is at 1.
  • the method for measuring the speed of charged drops requires charging, and therefore deflecting, drops which are not useful for printing.
  • the drops charged for carrying out the speed measurement are not sufficiently charged to be recovered by the gutter 11.
  • the linear density of charge ⁇ $ N on the electrode 8c of detector 8 corresponds, in this case, to the sum of contributions of the N charged drops of the drop train (the case for three charged drops is shown in Fig.
  • I (t) and J (t) corresponding and used to measure.
  • I (t) has a similar shape to the linear density ⁇ .
  • J (t) can be multiple.
  • a variant of processing the measurement consists in counting the time elapsing between the instants corresponding to the rising edges of the logic signal F2 at the "high level when J (t) is greater than a value J 0 or less than a value - J 0 , as shown in Fig. 9.
  • a signal shaping is carried out using a suitable electric circuit which allows these drawbacks to be overcome.
  • the electrical measurement circuit is described in more detail below, in relation to Figs. 10 and 11.
  • the processing of the signals necessary for carrying out the measurement results in a shaping of the temporal variations of the electrical signals I (t), J (t).
  • the electrical circuit for measuring the speed of drops is schematically presented in the form described. in Fig. 10.
  • the current I (t) resulting from the temporal variations of the electric charge Q (t) carried by the sensitivity electrode 8c flows between this electrode and the mass through a resistor 12.
  • the voltage U (t) at the resistance terminals 12 is processed successively by a derivative and then by filtering, giving a signal W (t).
  • the filtering solution chosen is a 5-order filtering towards l high frequencies and of order 1 towards the low frequencies.
  • the function of the circuit is to determine the difference of the two characteristic instants T2 and Tl corresponding to the zero crossings of the voltage (t) of FIG. 10.
  • a preamplification of Q (t) is carried out using an amplifier with FET input 13 whose spectral density of input current noise is very low, of the order of 10 ⁇ 4 Amperes / Vhertz.
  • the input resistor 12 determines a first derivation of the signal.
  • the components comprising the resistor 14 and the diodes 15 and 16 provide protection of the input.
  • the components comprising resistors 17, 18, 19 and capacitors 20 and 21 contribute to the filter function.
  • a capacitor 22 creates a second bypass of the signal.
  • the components comprising the resistors 23, 24, the capacitor 25 and the amplifier 26 constitute the continuation of the filter function.
  • a comparator 27 changes state by passing to a high level at its output when the first derivative of the charge of the electrode 8c exceeds an amplitude VL, determined by resistors 28 and 29.
  • the components comprising the resistors 30 and 31 and the diodes 32 and 33 adapt the output voltages of the comparators to the voltages of the logic circuits.
  • a comparator 34 changes state at its output at zero crossings of the voltage UH (t).
  • Resistors 35 and 36 create the shift.
  • a resistor 37 and a diode 38 create a voltage offset on (t) in the measurement standby phase, and a resistor 39 creates a voltage offset on (t) in the measurement phase. It is necessary to use the "offset" function to prevent the comparators from changing state randomly at times when the amplitude of the load drift is low, and to avoid bouncing of the signals in the search for zero crossings of the tensi UH (t).
  • the resistors 35, 36 and 39 intervene in the quality of the measurement, so the decal voltage generated must be sufficiently low and also distributed around the zero potential.
  • Fig. 13 schematically represents the various mechanical and electrical elements constituting an inkjet printer, including a print head 1 and an ink supply circuit. The various elements are also represented: sensors, electrical circuit, allowing the implementation of the ink quality control process, object of the present invention.
  • FIG. 13 illustrates in particular a printing head 1 comprising a nozzle 2 making it possible to form a succession of droplets G, a charging electrode 6 and electrical means 7 making it possible to charge this droplet, a drop speed detector 8, deflection electrodes 10, and a gutter 11, already described in connection with FIG. 1.
  • An ink circuit comprises a constant ink flow generator 43, independent of variations in the environment, said generator 43 being hydraulically connected to the nozzle 2 by pipes 44 and 45 in series, from a mixing tank 4 containing the ink intended for the nozzle.
  • Two tanks 4 and 48 respectively containing fresh ink and solvent are hydraulically connected to the tank 46, so as to adjust the quantities of ink and solvent of the latter.
  • a reservoir 49 contains the ink from the drops not used for printing and recovered in the gutter 11.
  • the constant flow generator 4 consists of a positive displacement pump 50 driven by a motor 51, a speed measuring device according to the invention, and a drop speed control circuit 52.
  • the positive displacement pump 50 can consist of a multifunction cell comprising a variable volume chamber, as described in French patent application n ° 86 17385 in the name of the present applicant.
  • the drop speed regulation circuit 52 acts on the motor 51 driving the pump 50, so as to increase (or decrease) the flow rate of the pump 50, selo that the measured drop speed is lower (or higher) than a setpoint Vo.
  • a similar drop speed control method is described in particular in US Pat. Nos. 4,045,770 and US Pat. No. 4,063,252 for the case of a magnetic ink jet printer.
  • the generator 43 is connected to the nozzle 2 by a single line defined by the series of lines 44 and 45.
  • the regulation of the drop speed substantially amounts to regulating the flow of ink at the output of the generator 43, circulating in the lines 44 and 45.
  • the pressure P necessary to maintain a fixed jet flow rate Qo (or a drop speed Vo) depends on the following parameters:
  • - ⁇ T represents the average viscosity of the ink in line 45 and in nozzle 2
  • g represents the acceleration of gravity
  • K1 and K2 are coefficients characterizing the geometry of the flow of ink along the line 45 e in the nozzle 2.
  • the height difference (zp - zj is known (by construction or measurement on site).
  • the viscosity ⁇ * of the ink contributes to the pressure loss Pe * by the second term of the right-hand memb of equation (11), which corresponds to a per by friction; this depends (by l 'intermediate coefficient K2) of the diameter and lengths of the pipes located between the place of measurement of Pe * and the jet.
  • the diameter of the pipe 45 is much larger (more than ten times) than the diameter ⁇ f of the nozzle 2 located at the end, and the length of the pipe e is relatively small, so that the loss of pressure in these conduits is negligible compared to the loss of pressure in the nozzle, and thus the relation (11) can be written: where K] _ ⁇ and K2B are parameters representative of nozzle 2 geometry, characterized by an orifice diameter ⁇ B and an orifice length LB. In this case the viscosity and the density of the ink ⁇ appearing in relation (12) are representative of the nozzle values.
  • the measurement of the pressure Pe * then makes it possible, for a given type of ink and a nozzle, to control the quality of the ink circulating in the nozzle, immediately in amo of the place of formation of the drops.
  • the pressure Pe * measured using the principle described above results from a combined effect of the density) and of the viscosity of the enc in flow in the nozzle, as given by the relati (12). These two parameters essentially depend on the solvent concentration in the ink and on the temperature of the ink. They both decrease as the temperature of the ink increases and as the amount of solvent in the ink increases.
  • a nozzle 2 is preferably used, the slenderness of which (defined p the ratio of the length of the orifice to the diameter of the orifice) is at least equal to 1, in order to increase the value of the coefficient K2B in relation (12) and to obtain a measurement more sensitive to variations in the quality of the ink which results mainly from variations in viscosity.
  • the device for regulating the quality of the ink is shown diagrammatically in FIG. 13.
  • a temperature sensor 54 is placed in the ink circuit in order to carry out a temperature measurement representative of the temperature Te * of the ink at the bus.
  • the average speed of the ink in the pipe is low (of the order of a few cm / s so that the ink temperature is the same as room temperature as soon as the length of the pipe is more than approximately 50 cm.
  • a simple measurement of the ambient temperature is then sufficient to carry out the method described below.
  • the measurements of the pressure Pe * and of the temperature Te * of the ink are transmitted to a control circuit 55.
  • the latter according to a quality instruction of the ink to be maintained, which can in particular be defined by a curve Pe * (setpoint) -Te * as shown in FIG. 14, continuously regulates the quality of the ink by adding to the mixing tank 46 determined quantities of fresh ink coming from the tank 47 or solvent coming from the tank 48, or ink recycled to the gutter 11 coming from the tank 49, thanks to an action on one of the solenoid valves, respectively 56 57 and 58.
  • the ink present in the fresh ink reservoir 47 is of a higher concentration than the nominal concentration of use.
  • the curve Pee characterizing the quality of this fresh ink as a function of temperature is shown in FIG. 14 as well as that of the solvent Pes.
  • the main advantages of using concentrated make-up ink are, on the one hand, a faster response time of the ink quality regulation and, on the other hand, a higher autonomy of the machine. in terms of replenishment with new ink.
  • the positive displacement pump 50 consists of a variable volume chamber closed by a membrane, this latter prop set in reciprocating motion by a motor of the stepping motor type.
  • the pump 50 continuously supplies the printing head 1 with ink, through the mixing reservoir 46, the flow rate Qo being kept constant with the aid of the regulation circuit 52.
  • the regulation of the quality of the ink is obtained by playing on the opening times of the solenoid valves 56, 57 and 58, controlled by the regulation circuit 55. The latter functions, moreover, from 'u sampled period dt.
  • the regulation takes into account not only the quality of the ink measured at the present moment, but all the history of the quality of the ink measured since the machine was started up.
  • the ink quality regulation mode is then ensured as follows:
  • DP (n) 1 the printer's ink circulation system.
  • H (i) - Ho [Dg (i) dt. (L - Ks).
  • if H (i) ⁇ - Ho ink too little concentrated then DeCi) dt.Ke.
  • Dg (i) dt. (L - Ke).
  • Fig. 13 also illustrates the operating diagram of the droplet format control device, object of the invention.
  • the device implements the print head 1, comprising the nozzle 2, supplied by the ink circuit comprising the constant flow generator 43.
  • the jet J coming from the nozzle 2, the speed of which is fixed (regulated), fragments at a distance Lb, Fig. 2 of the nozzle 2 in a succession of equidistant and equidimensional droplets G, under the action of the pressure disturbance applied by the resonator 4 placed in amo of the nozzle 2, and supplied by the modulating circuit
  • an electrical circuit 59 measures a time of flight tv of the drops used for the speed measurement. This flight time tv is defined by the time between the instant of charge of these drops and the instant of detection of their passage at the input of the speed detector 8.
  • the droplet formation control circuit 59 acts on the amplitude of the excitation signal of the resonator 4, in order to maintain the breaking point Lbopt, ensuring optimal droplet formation, depending on the type of ink used and the quality of the ink circulating at the nozzle.
  • Another advantage of the invention lies in the fact that such a method is overcome by possible disparities in the characteristics of the resonators, from one machine to another. In the control means described above, all the parameters controlled are measured (or representative of the measurable values) at the level of the nozzle. This allows very precise regulation of the operation of the printer. The precision achievable by these control means allows their use in inkjet printers used for high quality marking applications. In general, it contributes to improving the quality of printing and the reliability of inkjet printers.

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Abstract

Dans une imprimante à jet d'encre continu dans laquelle un jet (J) est fractionné en gouttelettes chargées dans une électrode de charge (6), qui passent ensuite entre des électrodes de déflexion, un détecteur (8) est prévu, comportant un élément conducteur (8c) en deux parties symétriques par rapport à la trajectoire des gouttelettes. Selon l'invention, le dispositif comprend un circuit (9) pour déterminer et traiter les dérivés première I(t) et seconde J(t) par rapport au temps de la charge induite dans l'élément conducteur par des gouttelettes chargées (Gc), afin de déterminer leur vitesse. Le dispositif comporte également un moyen de régulation de la vitesse des gouttes et un moyen de régulation de la qualité de l'encre.

Description

DISPOSITIF DE CONTROLE ET DE REGULATION D'UNE ENCRE ET DE SON TRAITEMENT DANS UNE IMPRIMANTE A JET D'ENCRE CONTINU
La présente invention concerne des dispositifs de contrôle et de régulation d'une encre et de son traitement dans une imprimante à jet d'ericre continu.
La technique d'écriture par projection d'encre utilisant un jet continu de gouttelettes calibrées, fournies par un système de modulation, consiste à charger électrostatiquement ces gouttelettes, au moyen d'une électrode appropriée. Le passage de ces gouttes chargées de manière variable entre deux électrodes portées à une forte différence de potentiel électrique conduit à une déflexion des gouttes proportionnelle à leur charge. Cette déflexion combinée avec le déplacement du support permet l'impression matricielle de caractères ou de graphismes sur ledit support. L'ensemble des paramètres conditionnant le fonctionnement de l'imprimante doit être contrôlé de manière à assurer la qualité constante de l'impression malgré les variations inévitables de l'environnement.
La vitesse des gouttes constitue le paramètre le plus influent sur la qualité d'impression, car elle conditionne le temps de passage des gouttes chargées dans le champ électrique déflecteur (et donc la trajectoire des gouttes imprimées), mais aussi le phénomène de formation et de charge électrique des gouttes dans l'électrode de charge.
La qualité de l'encre constitue également un facteur très influent sur le fonctionnement des imprimantes pour plusieurs raisons .
En premier lieu, les propriétés physiques de l'encre (viscosité, densité, tension superficielle) conditionnent l'écoulement de l'encre dans la buse, ainsi que le processus physique de formation des gouttes. Les principaux facteurs conduisant à une variation des - propriétés physiques de l'encre sont 1'évaporation du solvant de l'encre, d'une part, et les variations de température, d'autre part.
LE DE REMPLACEMENT En second lieu, les propriétés chimiques de l'encre, qui résultent des concentrations des différents constituants de l'encre doivent être maintenues constantes dans le temps. La concentration en colorant doit être contrôlée de manière à assurer une constance de la qualité optique des marquages sur le support imprimé (densité optique, couleur, etc.). La quantité de résine présente dans 1'encre doit être contrôlée car elle conditionne, dans certaines formulations, la conductivité électrique de l'encre, et donc la charge électrique des gouttes. La quantité de résine doit être particulièrement contrôlée pour • les applications où un traitement physico-chimique est appliqué au dépôt imprimé dans une phase simultanée ou ultérieure au marquage, tel qu'une réticulation sous rayons ultra-violets, une réaction sous rayonnement, etc. , en vue de lui conférer des propriétés de résistance chimique particulières.
Le processus de formation et de charge électrique des gouttes conditionne également la qualité de l'impression. Une caractéristique spectaculaire de disfonctionnement d'une imprimante lié à un défaut dans le processus de formation des gouttes est la pollution des électrodes de déflexion par des petites gouttelettes parasites communément appelées gouttes satellites. Le processus de formation et de charge électrique des gouttes résulte de l'interaction e phénomènes hydrodynamiques et électriques complexes, encore mal décrits par la théorie. Les -paramètres influents sur ce processus sont liés à la fois aux propriétés physico¬ chimiques de l'encre et aux caractéristiques de fonctionnement de.. La machine : géométrie, vitesse de jet, fréquence et amplitude de modulation.
L'invention a pour but de permettre un contrôle et une régulation des paramètres les plus influents sur la qualité d'impression d'une imprimante à jet d'encre : vitesse des gouttes, qualité de l'encre et processus de formation et de charge des gouttes. Plus particulièrement, un objet important d l'invention consiste à prévoir des dispositifs de contrôl et de régulation qui soient simples et peu encombrants donc adaptés aux imprimantes à jet d 'encre compactes. Un autre objet important de l'invention consist à prévoir des dispositifs de contrôle et de régulatio qui soient utilisables de façon fiable dans des condition sévères et très variables de l'environnement (température humidité, ventilation), ainsi qu'avec des types d'encr différents.
Un domaine d'application particulièrement visé pa la présente invention est le domaine du marquage industriel, où les conditions d'environnement sont très différente et très variables dans le temps : - températures ambiantes très différentes selo l'activité industrielle et grandes amplitudes d variations de cette température (impression en chambr froide, impression en extérieur);
- utilisation de solvants très volatil (méthyléthylcétone, alcools, etc.), dont l'évaporatio est très dépendante de l'environnement (température, ventilation, etc.);
- utilisation de formulations d'encre très différentes, généralement . choisies en fonction de la nature d support à imprimer (papier, métal, verre, matières plastiques, etc.)
Divers dispositifs ont été mis au point, qui permettent un contrôle et une régulation des paramètres les plus influents sur la qualité d'impression d'une imprimante à jet d'encre.
Concernant la vitesse des gouttes, dans les imprimantes électrostatiques, ç'est-à-dire les imprimantes utilisant des gouttes chargées électrostatiquement, un élément conducteur permet de détecter la proximité des gouttes chargées. Dans le brevet US n° 313 913, il est décrit une méthode de détection de gouttes chargées à 1'aide d'u tel dispositif. Par ailleurs, le brevet US n° 3 852 76 décrit l'utilisation de deux détecteurs inductifs distinct placés le long de la trajectoire de gouttes chargées, e la mesure de vitesse associée, donnée par la différenc entre les temps de passage de ces gouttes en regard de détecteurs. Dans la demande de brevet européen n° 84 460003. au nom de la présente demanderesse, un mode de réalisatio particulier d'un système de détection est décrit, dan lequel les deux détecteurs inductifs sont intégrés dan une seule électrode de détection, fendue, et placée dan l'axe de la trajectoire des gouttes.
D'une manière générale, la plupart des invention portant sur l'utilisation de détecteurs inductifs pou mesurer la vitesse de gouttes chargées mentionnent l nécessité d'utiliser au moins deux détecteurs. L'inconvénien majeur de ces dispositifs à double détecteurs réside dan leur encombrement.
On trouve dans le brevet suisse n° 251/84 un description relative à l'utilisation d'un seul détecteu inductif pour mesurer la vitesse de gouttes chargées. Cependant, dans ce brevet, il n'est fait aucune mentio des conditions portant sur la taille du détecteur e nécessaires à la mise en oeuvre du procédé. En outre, pe e précisions concernent le circuit de traitement du signa associé. Il est mentionné que ce -dernier fournit un fréquence de signal alternatif "presque proportionnelle à la vitesse des gouttes.
Selon l'invention, la vitesse des gouttes est mesuré au moyen d''un détecteur unique comportant un élémen conducteur en deux parties symétriques par rapport à l trajectoire des gouttes, ledit détecteur se trouvant entr l'électrode de charge et les électrodes de déflexion L'élément conducteur du détecteur est relié à la mass par l'intermédiaire d'une résistance aux bornes de laquell est relié un circuit de traitement. Une goutte chargée ou un train de gouttes chargées, induit une charge de sign opposé dans l'élément détecteur, et cette charge vari selon la position de la goutte chargée, ou du train d gouttes chargées, dans le détecteur. Le traitement de l dérivée première I(t) et de la dérivée seconde J(t) pa rapport au temps de la charge Q(t) permet de détermine les instants d'entrée et de sortie de la goutte chargée ou du train de gouttes chargées, dans le détecteur et par conséquent, sa vitesse, la longueur du détecteur étan connue.
Dans un mode de réalisation préféré de l'invention la longueur du détecteur est supérieure à 1'écartemen entre ses deux parties symétriques par rapport à l trajectoire des gouttes.
Concernant le contrôle de la qualité de l'encre pour compenser 1'évaporation permanente du solvant dan l'environnement, le fonctionnement de la plupart des circuit d'encre des machines d'impression à jet d'encre consiste d'une part,, à mesurer en permanence à l'aide d'u viscosimètre la viscosité de l'encre dans le circuit d'encr et, d'autre part, à réguler par ajouts de solvant ou d'encr fraîche la viscosité de l'encre alimentant la buse. Un description d'un circuit d'encre fonctionnant selon c principe est donnée en particulier dans le brevet U n° 4 628 329 au nom de la présente demanderesse
L'incorporation de la fonction viscosimètre dans le circui d'encre accroît notablement la complexité de so fonctionnement et conduit généralement à un encombremen supplémentaire important.
Par ailleurs, le lieu de mesure de viscosité es généralement éloigné de la tête d'impression. A un instan donné, la viscosité mesurée dans le circuit d'encre peu ne pas être représentative de la viscosité réelle à l tête d'impression. Ceci est particulièrement vrai lorsqu la température au lieu de mesure de la viscosité est différente de la température à la tête d'impression. Pour pallier à cet inconvénient, diverses solutions de régulation de la température de l'encre dans la tête d'impression ont été proposées, incorporant généralement un élément chauffant (voir les brevets US n° 4 337 468 de RICOH ou US n° 4 403 227 d'IBM), ce qui accroît la complexité et la consommation énergétique de l'imprimante.
Un autre objet de la présente invention consiste à mesurer la "qualité de l'encre" à la tête' d'impression, sans avoir recours à une fonction viscosimètre à proprement parler.
Cet objet est atteint,- selon l'invention, en combinant l'utilisation d'un dispositif de mesure de vitesse des gouttes, d'un circuit électronique et d'un dispositif d'alimentation en encre de la buse coopérant à la régulation de la vitesse des gouttes, d'une mesure de pression d'encre dans le circuit d'encre associée à des règles de dimensionnement des conduits hydrauliques. Un autre objet de l'invention consiste à mesurer une température représentative de la température de l'encre à la buse, et à corriger la qualité de l'encre par rajouts de solvants ou d'encre fraîche, selon une loi qui tient compte de la température. Selon l'invention, il est également prévu d'optimiser la rapidité de la régulation de la - qualité de 1'encre, d'une part.. en tenant compte du temps d'écoulement et d'homogénéisation de l'encre entre le lieu des ajouts d'encre (ou de solvants) et la buse et, d'autre part, en utilisant une cartouche d'encre d'appoint contenant une encre dont la concentration est plus forte que la valeur nominale d'utilisation.
Concernant le contrôle de la formation des gouttes, dans les imprimantes à jet d'encre du type à jet continu, l'encre pressurisée est éjectée par une buse sous forme d'un jet dont on provoque la fragmentation en une suit de gouttelettes auxquelles une charge est ensuite appliqué de façon sélective et qui sont dirigées vers le suppor d'impression ou vers une gouttière. Divers procédés peuven être employés pour commander et synchroniser la formatio des gouttelettes, consistant à faire vibrer la buse, o à provoquer des perturbations . de la pression de l'encr au niveau de la buse en incorporant notamment un résonateu excité par une céramique piézoélectrique en amont de l buse. Du fait de la perturbation, le jet se fragmente à la fréquence de la perturbation, en gouttelettes uniformes souvent accompagnées de gouttelettes plus petites appelée gouttelettes satellites. La présence de ces goutte satellites doit être contrôlée car, lors de l'applicatio de la charge des gouttes, les satellites ont une charg massique plus élevée que les gouttes principales : si ceux ci passent dans le champ de déflexion, ils subissent de déflexions importantes et provoquent, soit une salissur des électrodes de déflexion conduisant à des défaut d'isolation électrique, soit des impacts parasites su le support imprimé.
L'art connu (voir l'article de BOGY dans Annual Revie of Fluid Mechanics 1979) montre que si l'on fixe le propriétés physiques de l'encre, la buse, la fréquenc de la perturbation, la vitesse du jet, le dispositi résonateur et la forme du signal d'excitation appliqu au résonateur, il est possible de contrôler la formatio des gouttes par l'amplitude de la perturbation appliqué au résonateur. Il est possible, en particulier, d'inhibe la formation des gouttelettes satellites en choisissan une amplitude adaptée de la perturbation. Par ailleurs la valeur de cette amplitude fixe le lieu de fragmentatio du jet à une distance déterminée par rapport à la positio de la buse (et donc par rapport à l'électrode de charge). Les moyens employés pour appliquer la charge électriqu choisie à chaque gouttelette comprennent généralement un circuit de charge et une électrode entourant le jet à l'endroit de formation de la goutte. La charge électrostatique de la goutte est alors obtenue en appliquant une tension d'amplitude Vc entre un point de contact électrique avec l'encre et l'électrode de charge. La charge Qg acquise par la goutte dépend alors de la valeur de la tension de charge Vc au moment de la formation de la goutte, de la capacité électrique Cg de l'ensemble goutte en formation/électrode de charge,, et du rapport de la période de formation des gouttes au temps caractéristique électrique de l'ensemble jet/électrode, défini par Rj.Cj où Rj est la résistance électrique équivalente du jet entre la buse et la goutte en formation, et Cj est la capacité électrique de l'ensemble jet/électrode. Les paramètres Rj, Cj, Cg sont en particulier influencés par la forme du jet pendant la période de formation et de charge de la goutte. La résistance électrique du jet Rj dépend en outre de la conductivité électrique de l'encre, elle-même généralement fonction de la concentration et de la température de l'encre.
Pour une tête d'impression et une encre données, l'expérience montre qu'il est possible de déterminer une relation entre les propriétés physiques de l'encre à la buse (rhéologie, tension superficielle) et l'amplitude d'excitation du résonateur, de manière à obtenir une formation correcte des gouttes, c'est-à-dire de manière à ce que le point de séparation des gouttes du jet soit proche du centre de l'électrode de charge, et que la formation de gouttes satellites soit inhibée. Selon l'invention, il est prévu de contrôler e réguler le processus de formation et de charge des gouttes en régulant simultanément la vitesse des gouttes, la qualit de l'encre, et le lieu de séparation des gouttes du jet. Le contrôle du lieu de séparation des gouttes du jet es obtenu par un contrôle du temps de vol des gouttes entr le lieu de charge des gouttes et la position du détecte de vitesse de gouttes. La régulation du lieu de séparati des gouttes est obtenue en modifiant l'amplitude d'excitati du résonateur de manière à maintenir le lieu de séparati des gouttes en un lieu appelé point de fonctionnemen qui dépend de la qualité de l'encre mesurée à la buse.
Les caractéristiques de l'invention mentionnées c dessus, ainsi que d'autres, apparaîtront plus claireme à la lecture de la description suivante d'un exemple réalisation préféré, faite en relation avec les dessi joints, parmi lesquels : la Fig. 1 est une vue schématique représentant l éléments principaux d'une tête d'impressipn dans u imprimante à jet d'encre continu selon l'invention, la Fig. 2 est une vue schématique, à échelle agrandi représentant la buse, une électrode de charge et le détecte pour mesurer la vitesse des gouttes de la tête d'impressi de la Fig. 1, les Figs. 3a à 3d sont des vues de structure associé à des diagrammes de la densité de charge linéique indui dans le détecteur par une goutte chargée en fonction sa position par rapport audit détecteur, la Fig. 4 est un diagramme représentant la char Q(t) induite dans le détecteur par une goutte chargée p rapport au temps, la Fig. 5 est un diagramme représentant la dériv première I(t) de Q(t) par rapport au temps, la Fig. 6 est un diagramme représentant la dérivé seconde J(t) de Q(t) par rapport au temps, la Fig. 7 regroupe en superposition les diagramme de I(t), J(t), Q(t), ainsi que deux diagrammes représentan les valeurs de trois signaux numériques Fl, F2 et F3 fonctio de I(t) et de J(t) et servant à déterminer les instant d'entrée et de sortie d'une goutte chargée dans le détecteur la Fig. 8 est une vue semblable à_^ la Fig. 3b, à l différence près qu'un train de gouttes chargées au lieu d'une goutte chargée unique est utilisé pour la mesure de vitesse, la Fig. 9 est une vue regroupant les diagrammes de I(t), de J(t) et des signaux Fl, F2 et F3 pour le cas où un train de gouttes chargées est utilisé pour la mesure de vitesse, la Fig. 10 est une vue schématique représentant sous forme de blocs le circuit associé au détecteur pour déterminer la vitesse des gouttes, la Fig. 11 est une vue détaillée du circuit de la Fig. 10, la Fig. 12 est une vue regroupant des diagrammes concernant le fonctionnement du circuit de la Fig. 11, la Fig. 13 est une vue schématique illustrant le dispositif de contrôle et de régulation de l'invention dans son ensemble, la Fig. 14 est un diagramme représentant des pressions de référence en fonction de la température concernant les composants de l'encre et un mélange approprié desdits composants, et la Fig. 15 regroupe les diagrammes de I(t), J(t) et un diagramme du chargement des gouttes Vc(t) illustrant comment est mesuré le temps de vol des gouttes entre le lieu de leur formation et l'entrée du détecteur et, par suite, la longueur entre la buse et ledit lieu de formation des gouttes.
La Fig. 1 illustre les principaux éléments mécaniques et électriques d'une tête d'impression à jet d'encre 1 du type à jet continu. Elle présente notamment une buse
2 alimentée en encre sous pression par un circuit d'encre
3 et créant un jet continu J. Sous l'influence de la vibration d'un résonateur 4 alimenté par un circuit de modulation 5, le jet continu J se fractionne au centre d'une électrode de charge 6 en une suite continue de gouttelettes G équidistantes et équidimensionnelles L'électrode de charge 6 est connectée à un circuit de char 7. Les gouttes G, animées d'une vitesse V sensiblemen égale à la vitesse moyenne du liquide dans le jet J, passen ensuite dans un détecteur 8 utilisé comme détecteur d phase et de vitesse du jet, et connecté à un circui électrique de détection de vitesse de goutte 9. Les goutte chargées sont ensuite défléchies par un champ électriqu constant maintenu entre des électrodes le déflexion 10 Les gouttes non ou peu chargées sont récupérées par un gouttière 11, alors que les autres poursuivent leur vo vers un support d'enregistrement, non montré. Les goutte récupérées par la gouttière 11 sont recyclées au circui d'encre 3. La Fig. 2 illustre schématiquement l'électrode d détection de vitesse de goutte chargée 8 , placé immédiatement en aval du lieu de formation et de charg des gouttes. Sur la figure, on a illustré le passage d'un seule goutte chargée Gc, de charge Qg, représentée en noi et se trouvant à proximité de l'élément conducteur acti 8c du détecteur 8. Ce dernier est connecté électriquemen au circuit électrique de détection de vitesse de goutt 9. L'électrode de détection de vitesse 8 comporte un élémen central conducteur 8c, de préférence protégé de l'influenc de charges électriques extérieures (présentes sur l'électrod de charge 6 en particulier), grâce à une épaisseur d'isolan 8i et à un élément conducteur extérieur 8e dit électrod de garde, électriquement relié à la masse. Dans un mod préféré de réalisation, le détecteur 8 a une symétrie plan et les gouttes G se déplacent dans l'axe d'une fente réalisé selon l'axe de symétrie du détecteur. Toutefois, tout autre configuration du détecteur symétrique par rappor à l'axe de la trajectoire des gouttes G peut convenir. Le gouttelettes G sont animées d'une vitesse de translatio sensiblement uniforme V dans le détecteur, et orienté suivant l'axe du détecteur.
Dans la partie de représentation schématique des Figs. 3a à 3d, ou partie supérieure " des figures, la gouttelette chargée est représentée à quatre différentes positions relatives vis-à-vis du détecteur 8, notées xl, x2, x3 et x4, et correspondant aux temps tl = xl/V, t2 ≈ x2/V, t3 = x3/V, t4 = x4/V, où les temps et les abscisses sont comptés positivement à partir de l'entrée du détecteur 8 et sont liés par la relation x = Vt. Sur ces figures, la gouttelette chargée Gc est représentée en couleur foncée et les autres gouttelettes non chargées situées en amont et en aval sont représentées en clair. La distance entre les gouttelettes G, notée λ, est par ailleurs liée à la vitesse V et à la fréquence de modulation f par la relation Λ= V/f. D'autre part, 1'art connu montre que pour des conditions de fonctionnement nominales d'une imprimante, cette distance est liée au diamètre de la buse par une relation du type : λ= 4,5 à 6 J&B où J9B est le diamètre de la buse. Pour simplifier, on retiendra la valeur 50B .
La proximité de la goutte chargée Gc (les charges sont représentées par des signes - autour de la goutte chargée Gc aux Figs. 3a à 3d) conduit par influence électrostatique à l'apparition de charges électriques de signe opposé sur la surface du - détecteur (charges représentées par des signes + aux Figs. 3a à 3d) . La quantité de charges électriques présentes sur le détecteur varie selon la distance axiale x. Si l'on néglige l'influence de l'isolant 8i, cette quantité de charge peut être représentée sous forme d'une densité linéique de charge 6(x) donnée schématiquement en ordonnées pour différentes positions xl à x4 de la goutte chargée Gc. En réalité, au voisinage de l'isolant 8i, la distribution de charges électriques se trouve sensiblement modifiée et ne peut être calculée en toute rigueur qu'avec des méthodes d calcul numériques lourdes à mettre en oeuvre. Cependant pour simplifier les explications qui suivent (texte e figures), le procédé objet de l'invention sera décrit e faisant abstraction des effets de la présence de l'isolan 8i sur la distribution de charges électriques. En pratique on prendra en compte l'influence de l'isolant en remplaçan la longueur L de l'élément actif 8c du détecteur par un longueur efficace Le = L + Li/2 où Li est la longueur total d'isolant mesurée suivant la trajectoire des gouttes. Ave les simplifications ci-dessus, dans le cas d'une goutt de petite taille par rapport à la dimension transversal R du détecteur 8 (largeur de la fente du détecteur), l densité linéique de charge peut être approché mathématiquement par la fonction _:
Figure imgf000015_0001
Ca courbe de densité linéique de charge est symétriqu par rapport à la position x-j_ de la goutte. Comme l'indiqu la relation (2), les charges électriques induites par l gouttelette sur le détecteur sont plus concentrées proximité de la goutte et pratiquement inexistantes à grand distance de la goutte. La longueur S de la zone influencé électriquement par la goutte Gc est représentée sur le Figs. 3a à 3d. D'après la relation (2), la longueur S d ladite zone vérifie la relation :
S = 2R (3)
A un instant donné, la charge totale portée pa l'élément actif 8c de longueur efficace Le est notée Q. Elle
Figure imgf000015_0002
s Figs. 3 à 3d. Q varie' avec la position x de la goutte dan l'électrode de détection 8c. L'évolution de la charge est représentée à la Fig. 4 en fonction du temps t = x/ compté le long de la trajectoire de la gouttelette chargé Gc. Selon l'invention, les dimensions de l'électrode d détection 8c vérifient la relation : S/2 < Le, soit, d'après (3) R < Le (5)
Ceci correspond à une largeur R de la fent suffisamment faible pour que la moitié au moins de la zon de longueur S influencée électriquement par la gouttelett Gc soit contenue dans la longueur efficace Le de l'élémen conducteur 8c. Selon l'invention, la gouttelette chargé Gc dont on veut mesurer la vitesse est précédée en ava par au moins ni gouttes non chargées, où ni vérifie l relation :
(nl+1) > (Le+ R)/Λ ou encore, compte tenu de (1) ni > (Le + R)/(5 #B) -1 environ (6)
Cette condition permet à la goutte chargée d'entre dans le détecteur de vitesse 8 alors que les goutte précédemment chargées sont suffisamment éloignées pou ne pas influencer la mesure.
Encore selon l'invention, le nombre n2 de goutte non chargées suivant la goutte utilisée pour la mesur de la vitesse vérifie 1'égalité : (n2 + 1) > (Lt + Le - Lb)/Λ où Lt est la distance qui sépare la buse de l'électrod de détection 8c et Lb est la longueur du jet J entre l buse et le point de formation des gouttes, ces distance étant représentées à la Fig. 2. On en déduit : n2 > (Lt + Le - Lb)/5 0B -1 environ (7) ' La condition (7) permet de s'assurer qu'aucune goutt n'est chargée pendant la durée où le détecteur 8 es influencé par la goutte Gc utilisée pour la mesure d vitesse. En effet, malgré le blindage de l'électrode d détection de vitesse 8c, celle-ci peut être parasitée pa les tensions de charge appliquées sur l'électrode de charg 6. Il est d'ailleurs préférable, lors de la charge de gouttes utilisées pour la détection de vitesse, d'applique la tension de charge sur l'électrode de charge pendan la moitié, ou moins, de la période de formation des gouttes Ceci permet de charger correctement les gouttes, tout e minimisant le parasitage de la mesure.
Si les conditions (5), (6) et (7) sont respectées on obtient alors la vitesse de goutte V en mesurant l durée entre les instants Tl et T2 correspondant aux deu points d'inflexion de la fonction Q(t), soit la relation : V = Le/(T2 - Tl) (8)
Dans la relation 8, Le est la longueur équivalent de l'électrode 8c, caractéristique de la mesure obtenu par calibration en utilisant une autre méthode de mesur de vitesse de goutte.
Une réalisation pratique de la mesure est représenté aux Figs. 5 à 7. Le circuit électronique de mesure 9 détect le courant I(t) circulant entre le détecteur 8e et la masse. Ce courant est représenté à la Fig. 5 et correspond à l dérivée par rapport au temps de Q(t), soit I(t) = dQ(t)/dt. Le même circuit électronique 9 mesure aussi la dérivé J(t) = d(I)/dt de ce courant, donc la dérivée seconde d Q(t) représentée à la Fig. 6. J(t) s'annule aux temps Tl et T2 définis plus haut.
Un moyen de mise en oeuvre de la mesure de T2 - Tl est décrit à la Fig. 7. Un comptage est déclenché lorsque simultanément J(t) prend une valeur négative et I(t) est supérieur à un seuil +i0. Le comptage est stoppé lorsque simultanément J(t) prend une valeur positive ou nulle et I(t) est inférieur à -i0« Le contenu du compteur correspond alors à la valeur T2 - Tl à mesurer. La représentation du traitement numérique est donnée par les diagrammes des signaux numériques Fl, F2 et F3. Le comptage dure le temps que le signal numérique F3 est au niveau logique haut. Le signal numérique Fl est au niveau logique haut lorsqu I(t) est supérieur au seuil i0 ou inférieur au seuil -iQ- Le signal numérique F2 est au niveau logique haut lorsqu J(t) est positif ou nul. Le signal F3 passe au niveau logiqu haut lors du front descendant de F2, Fl étant à 1. F3 repass à zéro lors du front montant suivant de F2 alors que Fl est à 1.
Le procédé de mesure de vitesse de gouttes chargées, décrit plus haut pour le cas d'une goutte chargée, nécessit de charger, et donc de défléchir, des gouttes non utiles pour l'impression. De manière à ne pas imprimer de gouttes inutiles sur le support d'enregistrement, les gouttes chargées pour effectuer la mesure de vitesse son suffisamment peu chargées pour être récupérées par l gouttière 11. Compte tenu du faible niveau de charge d ces gouttes, il est nécessaire, afin d'augmenter le rappor signal/bruit du dispositif, d'effectuer la "mesure sur u train de N gouttelettes équichargées et équidistantes. La densité linéique de charge <$N sur l'électrode 8c d détecteur 8 correspond, dans ce cas, à la somme de contributions des N gouttes chargées du train de goutte (le cas pour trois gouttes chargées est représenté à l Fig. 8). La somme des contributions des N gouttes chargée est symétrique par rapport au centre du train de gouttes. D'une manière générale, le procédé de mesure de vitess est similaire à celui exposé précédemment pour le cas d'un seule goutte chargée. La généralisation au cas de N goutte de la relation (5 ) peut en première approximation s 'écrire : SN = (N - l)λ + 2R < 2Le ou N < 1 + 2(Le - R)/5 0B, environ (9)
Cette condition stipule que la longueur SN du détecteu influencée électriquement par la train de N gouttes doi être inférieure à deux longueurs Le de l'électrode.
Par ailleurs, les autres relations (6) et (7 caractéristiques de la mise en oeuvre du procédé deviennent ni > ( Le + SN/2 ) / - 1 ( 6 ' ) n2 > (Lt + Le - Lb)/Λ - 1/2 - N/2 (7' )
En fonction du rapport λ/R, la densité linéique peut présenter plusieurs maxima, comme le montre la Fig. On a représenté à la Fig. 9 les évolutions des grandeu
I(t) et J(t) correspondantes et utilisées pour faire mesure. On remarque que la grandeur I(t) présente une allu similaire à la densité linéique < . Il en résulte que l points de passage à zéro de la fonction J(t) peuvent êt multiples. Une variante de traitement de la mesure consis à effectuer un comptage du temps s 'écoulant entre l instants correspondant aux fronts montants du signal logiq F2 au "niveau haut lorsque J(t) est supérieur à une vale J0 ou inférieur à une valeur -J0, comme représenté à Fig. 9. Cependant, dans un mode de réalisation préfé de l'invention, on effectue à l'aide d'un circuit électriq adapté une mise en forme du signal qui permette s'affranchir de ces inconvénients. Le circuit électriq de mesure est décrit plus en détail ci-dessous, en relati avec les Figs. 10 et 11.
Le traitement des signaux nécessaire pour effectu la mesure se traduit par une mise en forme des variatio temporelles des signaux électriques I(t), J(t). En pratiqu il s'avère nécessaire de filtrer le signal électrique déliv par l'électrode 8c, pour maîtriser la transmission du sign et minimiser l'influence de signaux aléatoires parasite Le circuit électrique de mesure de vitesse de gouttes se présente schématiquement sous la forme décrite à Fig. 10. Le courant I(t) résultant des variations temporell de la charge électrique Q(t) portée par l'électrode sensib 8c circule entre cette électrode et la masse à trave une résistance 12. La tension U(t) aux bornes de résistance 12 est traitée successivement par une dérivati puis par un filtrage, donnant un signal W(t). La soluti du filtrage retenue est un filtrage d'ordre 5 vers l hautes fréquences et d'ordre 1 vers les basses fréquences. Ce filtrage vers les hautes fréquences permet en particulier d'éliminer dans le signal traité W(t) les multiples point de passage à zéro présents dans le signal brut J(t), qui résultent de la présence de plusieurs gouttes chargées dans le train de gouttes chargées : comparer J(t) à la Fig. 9 et W(t) à la Fig. 10.
Une description détaillée du fonctionnement du circuit est donnée ci-dessous, en relation avec la Fig. 11. La fonction du circuit est de déterminer la différence des deux instants caractéristiques T2 et Tl correspondant aux passages à zéro de la tension (t) de la Fig. 10.
Une préamplification de Q(t) est réalisée à l'aide d'un amplificateur à entrée F.E.T. 13 dont la densité spectrale de bruit de courant d'entrée est très faible, de l'ordre de 10~ 4 Ampères/Vhertz. La résistance d'entrée 12 détermine une première dérivation du signal. Les composants comprenant la résistance 14 et les diodes 15 et 16 réalisent la protection de l'entrée. Les composants comprenant les résistances 17, 18, 19 et les condensateurs 20 et 21 contribuent à la fonction filtre.
Un condensateur 22 crée une seconde dérivation du signal. Les composants comprenant les résistances 23, 24, le condensateur 25 et l'amplificateur 26 constituent la suite de la fonction filtre.
Un comparateur 27 change d'état en passant à un niveau haut en sa sortie quand la dérivée première de la charge de l'électrode 8c dépasse une amplitude VL, déterminée par des résistances 28 et 29. Les composants comprenant les résistances 30 et 31 et les diodes 32 et 33 adaptent les tensions de sortie des comparateurs aux tensions des circuits logiques.
Un comparateur 34 change d'état en sa sortie aux passages à zéro de la tension UH(t). Des résistances 35 et 36 créent le décalage. Une résistance 37 et une diode 38 créent un décalage de tension sur (t) dans la pha d'attente de la mesure, et une résistance 39 crée un décala de tension sur (t) dans la phase de mesure. Il e nécessaire d'utiliser la fonction "décalage" pour évit que les comparateurs soient en changement d'état de faç aléatoire dans les moments où l'amplitude de la dériv de charge est faible, et pour éviter les rebonds des signa logiques dans la recherche des passages à zéro de la tensi UH(t). A ce sujet, les résistances 35, 36 et 39 intervienne dans la qualité de la mesure, ainsi la tension de décala engendrée doit être suffisamment faible et également réparti autour du potentiel nul.
Le fonctionnement dans le temps peut être suivi s la Fig. 12. On remarque que la mesure ne peut débuter qu si la tension V(t) est suffisamment négative (-VL). Alors le signal E à la sortie du comparateur 27 est au nivea haut. A ce stade, une bascule 40 a un niveau haut sur so entrée D. Par l'intermédiaire de portes NON-ET 41 et 42 le niveau CL/ passe au niveau haut et met la bascule e état de fonctionnement, le décalage se réduit à celu nécessaire à la mesure. Lors de la venue du front montan du signal C provenant du comparateur 34, la bascule 4 recopie l'état présent sur l'entrée D sur la sortie QL la sortie QL/ prend l'état opposé, en assurant le décalag de la tension UH(t) nécessaire à l'hystérésis durant l mesure. L'instant Tl étant ainsi défini, on débute l comptage du temps. Lors du passage du signal C au nivea bas, par l'intermédiaire des portes 41 et 42, on défini un décalage pour l'attente de mesure, le niveau CL/ pass au niveau bas et met la bascule en état figé avec la sorti QL à l'état bas. La sortie QL/ prend l'état opposé, e assurant le décalage de tension UH(t) nécessaire en phas d'attente de mesure. L'instant T2 est ainsi défini. O arrête le comptage du temps et "on rend disponibl l'information T2 - Tl au calculateur. La Fig. 13 représente schématiquement les différent éléments mécaniques et électriques constitutifs d'un imprimante à jet d'encre, incluant une tête d'impressio 1 et un circuit d'alimentation en encre. Sont représenté également les différents éléments : capteurs, circuit électriques, permettant la mise en oeuvre du procédé d contrôle de la qualité de l'encre, objet de la présent invention. La Fig. 13 illustre notamment une têt d'impression 1 comportant une buse 2 permettant de forme une succession de gouttelettes G, une électrode de charg 6 et des moyens électriques 7 permettant de charger ce gouttelettes, un détecteur de vitesse des gouttes 8, de électrodes de déflexion 10, et une gouttière 11, déjà décrit à propos de la Fig. 1. Un circuit d'encre comporte u générateur de débit d'encre constant 43, indépendant de variations de l'environnement, ledit générateur 43 étan connecté hydrauliquement à la buse 2 par des canalisation 44 et 45 en série, à partir d'un réservoir de mélange 4 contenant l'encre destinée à la buse. Deux réservoirs 4 et 48 contenant respectivement de l'encre fraîche et d solvant sont reliés hydrauliquement au réservoir 46, d manière à ajuster les quantités d'encre et de solvant d ce dernier. Enfin, un réservoir 49 contient l'encre provenan des gouttes non utilisées pour l'impression et récupérée dans la gouttière 11.
Dans le cas particulier de l'exemple de réalisatio montré à la Fig. 13, le générateur de débit constant 4 est constitué d'une pompe volumétrique 50 entraînée pa un moteur 51, d'un dispositif de mesure de vitesse selo l'invention, et d'un circuit de régulation de vitesse d goutte 52.
En particulier, la pompe volumétrique 50 peut consiste en une cellule multifonction comportant une chambre à volu variable, telle que décrite dans la demande de brev français n° 86 17385 au nom de la présente demanderess Le circuit de régulation de vitesse de goutte 52 vie agir sur le moteur 51 entraînant la pompe 50, de maniè à augmenter (ou diminuer) le débit de la pompe 50, selo que la vitesse de goutte mesurée est inférieure (o supérieure) à une valeur de consigne Vo. Un procédé similair de régulation de vitesse de goutte est décrit en particulie dans les brevets US n° 4 045 770 et US n° 4 063 252 pou le cas d'une imprimante à jet d'encre magnétique.
Le générateur 43 est relié à la buse 2 par une seul canalisation définie par la mise en série des canalisation 44 et 45. La régulation de la vitesse de goutte revien sensiblement à réguler le débit d'encre en sortie d générateur 43, circulant dans les canalisations 44 et 45.
Selon l'invention, on dispose d'un dispositif d mesure 53 de la pression de l'encre Pe délivrée par l pompe 50, placé entre le générateur 43 et la buse 2, e divisant la canalisation en une partie amont et une parti aval par rapport au sens de circulation du fluide, déj référencées respectivement 44 et 45. La pression P nécessaire pour maintenir un débit de jet fixe Qo (ou un vitesse de goutte Vo) dépend des paramètres suivants :
- du dénivelé (zp - zj) existant entre le lieu de mesur de pression et le jet J;
- des caractéristiques géométriques (sections, longueur et formes) de la canalisation 45 située entre l lieu de mesure de pression et .le jet J, et de l buse 2;
- des caractéristiques de l'encre présente dans l canalisation 45 entre le lieu de mesure de pressio et le jet J (viscosité, densité), et dans la bus
2.
La relation entre la pression de l'encre et ce différents paramètres peut, en particulier, s'écrire sou la forme suivante :
_ 2 — — Pe = ~-±/ι . -~ ~ + K2f( Qo -/>g(zp - zj) (10) où 2T représente la " densité moyenne de 1'encre dans l canalisation 45 et dans la buse 2;
"-ΫT représente la viscosité moyenne de l'encre dans l canalisation 45 et dans la buse 2, g représente l'accélération de la pesanteur,
Kl et K2 sont des coefficients caractérisant la géométri de l'écoulement d'encre le long de la canalisation 45 e dans la buse 2.
Pour une installation donnée, le dénivelé (zp - zj est connu (par construction ou mesure sur le site). L pression Pe* tenant compte du dénivelé, et définie ci dessous, ne dépend alors que des caractéristiques (densit et viscosité) de l'encre circulant dans les conduits (l canalisation 45 et la buse 2) entre le lieu de mesure pression et le jet.
Pe* = Pe +/ôg(zp - zj) = Kl^Qo2 + K2*Qo (11) la densité de l'encre /5~ contribue à la perte pression Pe* par le premier terme du membre de droite la relation (11), qui correspond à une perte par inerti celui-ci dépend (par l'intermédiaire du coefficient Kl de l'amplitude des changements de sections de l'écouleme de l'encre dans les conduits situés entre le lieu de mesu de pression et le jet. La viscosité Λ* de l'encre contrib à la perte de pression Pe* par le second terme du memb de droite de la relation (11), qui correspond à une per par frottement; celui-ci dépend (par l'intermédiaire coefficient K2) du diamètre et des longueurs des condui situés entre le lieu de mesure de Pe* et le jet.
Dans un mode préféré de réalisation, le diamèt de la canalisation 45 est beaucoup plus grand (plus dix fois) que le diamètre βf de la buse 2 située l'extrémité, et la longueur de la canalisation e relativement faible, de telle sorte que la perte de pressi dans ces conduits est négligeable devant la perte de pressi dans la buse, et ainsi la relatioii (11) peut s'écrire :
Figure imgf000024_0001
où K]_β et K2B sont des paramètres représentatifs de géométrie de la buse 2, caractérisée par un diamèt d'orifice ÏB et une longueur d'orifice LB. Dans ce ca la viscosité
Figure imgf000025_0001
et la densité de l'encre Λ apparaissa dans la relation (12) sont représentatives des valeu à la buse. La mesure de la pression Pe* permet alors, po un type d'encre et une buse donnés, de contrôler la quali de l'encre circulant dans la buse, immédiatement en amo du lieu de formation des gouttes. La pression Pe* mesur à l'aide du principe décrit plus haut résulte d'un eff combiné de la densité ) et de la viscosité
Figure imgf000025_0002
de l'enc en écoulement dans la buse, tel que donné par la relati (12). Ces deux paramètres dépendent essentiellement la concentration en solvant dans l'encre et de la températu de l'encre. Ils diminuent tous deux lorsque la températu de l'encre augmente et lorsque la quantité de solvant da 1'encre augmente.
Pour une variation de concentration de l'encre donn de 1 %, par exemple, on constate généralement une variati relative plus grande de la viscosité (30 %) que de la densi (1 %). Afin d'augmenter la sensibilité de la mesure Pe* à une variation de concentration de l'encre, on utilis de préférence, une buse 2 dont l'élancement (défini p le rapport de la longueur de l'orifice sur le diamèt de l'orifice) est au moins égal à 1, afin d'augmenter valeur du coefficient K2B dans la relation (12) et d'obten une mesure plus sensible aux variation de qualité de l'encr qui résulte principalement des variations de viscosité.
Le dispositif de régulation de la qualité de l'enc est schématiquement représenté à la Fig. 13. Sel l'invention, un capteur de température 54 est disposé da le circuit d'encre afin de réaliser une mesure de températu représentative de la température Te* de l'encre à la bus
Avec les hypothèses faites plus haut sur le diamètre la canalisation 45, la vitesse moyenne de l'encre da la canalisation est faible (de l'ordre de quelques cm/s de sorte que la température de l'encre est identique la température ambiante dès que la longueur du condui est supérieure à 50 cm, environ. Une simple mesure de l température ambiante est alors suffisante pour mettre e oeuvre le procédé décrit dans la suite.
Les mesures de la pression Pe* et de la températur Te* de l'encre sont transmises à un circuit de contrôl 55. Ce dernier, en fonction d'une consigne de qualité d l'encre à maintenir, qui peut être en particulier défini par une courbe Pe*(consigne)-Te* telle que représenté à la Fig. 14, régule en permanence la qualité de l'encr en ajoutant dans le réservoir de mélange 46 des quantité déterminées d'encre fraîche provenant du réservoir 47 ou de solvant provenant du réservoir 48, ou d'encre recyclé à la gouttière 11 provenant du réservoir 49, grâce à un action sur l'une des électrovannes, respectivement 56 57 et 58.
Selon l'invention, l'encre présente dans le réservoi d'encre fraîche 47 est d'une concentration plus élevé que la concentration nominale d'utilisation. La courb Pee caractérisant la qualité de cette encre fraîche e fonction de la température est représentée à la Fig. 14 ainsi que celle du solvant Pes. Les avantages principau de l'utilisation d'encre d'appoint concentrée sont, d'un part, un temps de réponse plus rapide de la régulatio de la qualité de l'encre et, d'autre part, une autonomi supérieure de la machine en terme de réapprovisionnemen en encre neuve.
Dans un exemple de réalisation particulier, la pomp volumétrique 50 est constituée d'une chambre à volum variable fermée par une membrane, cette dernière étan mise en mouvement alternatif par un moteur de type moteu pas à pas. La pompe 50 alimente en permanence la têt d'impression 1 avec de l'encre, à travers le réservoi de mélange 46, le débit Qo étant maintenu constant à l'aid du circuit de régulation 52. La régulation de la quali de l'encre s'obtient en jouant sur les durées d'ouvertu des électrovannes 56, 57 et 58, commandées par le circu de régulation 55. Ce dernier fonctionne, en outre, d'u manière échantillonnée de période dt. Afin de tenir comp du temps de mélange et de transit de l'encre entre réservoir de mélange 46 et la buse 2, la régulation tie compte, non seulement de la qualité de l'encre mesuré à l'instant présent, mais de tout l'historique de la qualit de l'encre mesurée depuis l'instant de mise en route d la machine. Le mode de régulation de la qualité de l'encr est alors assuré de la manière suivante :
On définit sur une période dt d'échantillonnage d circuit de régulation 55 les valeurs moyennes suivantes sur la ième période d'échantillonnage :
- la durée d'ouverture De(i ) de 1'électrovanne d'encr fraîche 56,
- la durée d'ouverture Ds(i) de 1'électrovanne de solvan 57, - la durée d'ouverture Dg(i) de 1'électrovanne 58 d'encr recyclée provenant de la gouttière 11,
- la température mesurée de l'encre Te*(i),
- la pression mesurée Pe*(i) à la température Te*(i),
- la courbe de consigne Pec(T) en fonction de l température T (Fig. 14);
- la courbe Pee(T) caractéristique de l'encre fraîch (Fig. 14);
- la courbe Pes(T) caractéristique du solvant (Fig. 14);
- le temps de réponse tr du circuit compris entre le réservoirs 47, 48, 49 et la buse 2 défini par l rapport volume de la canalisation sur le débi volumique du jet Qo.
Soit DP(i) l'écart instantané de qualité de l'encr par rapport à la valeur de consigne : DP(i) = Pe*(i) - Pec(Te*(i)) On définit l'écart dynamique de la qualité de l'encr
DP(n)1
Figure imgf000028_0001
nt de mise en route du circui d'encre de l'imprimante. La régulation s'écrit : si [H(i)[ < Ho encre de qualité satisfaisante alors De(i) = 0 Ds(i) = 0 Dg(i) = dt si H(i) > Ho encre trop concentrée alors De(i) = 0 Ds(i) = dt.Ks. |H(i) - Ho[ Dg(i) = dt.(l - Ks). jH(i) - Ho| si H(i) < - Ho encre trop peu concentrée alors DeCi) = dt.Ke. |H(i) - Ho|
Ds(i) = 0
Dg(i) = dt.(l - Ke). |H(i) - Ho| où Ke est proportionnel à jPec(To) - Pee(-To)[ Ks est proportionnel à t?ec(To) - Pes(To)| To est une température moyenne d'utilisation, Tp est de l'ordre de 3tr.
La Fig. 13 illustre également le schéma d fonctionnement du dispositif de contrôle de la formatio de gouttes, objet de l'invention. Le dispositif met e oeuvre la tête d'impression 1, comportant la buse 2, aliment par le circuit d'encre comportant le générateur à débi constant 43. Le jet J issu de la buse 2, dont la vitess est fixe (régulée), se fragmente à une distance Lb, Fig. 2 de la buse 2 en une succession de gouttelettes équidistante et équidimensionnelles G, sous l'action de la perturbatio de pression appliquée par le résonateur 4 placé en amo de la buse 2, et alimenté par le circuit de modulati
5. Le circuit de charge 7 coopérant avec l'électrode charge 6 permet de charger les gouttes destinées l'impression. Selon l'invention, un circuit électrique 59 mesu un temps de vol tv des gouttes utilisées pour la mesu de vitesse. Ce temps de vol tv est défini par la dur entre l'instant de charge de ces gouttes et l'instant détection de leur passage à l'entrée du détecteur de vites 8. Un chronogramme du fonctionnement du détecteur 59 e présenté à la Fig. 15. Le nombre de gouttes du train utili pour la détection de vitesse étant connu (5 à la Fig. 15 un simple traitement des signaux de charge Vc(t) (la tensi de charge Vc est appliquée sur l'électrode de charge penda une demi-période goutte pour le cas représenté à la Fig. 1 et de détection de vitesse I(t), J(t) permet d'obten le temps tv. La distance Lt, Fig. 2, entre la buse 2 l'entrée du détecteur 8 étant connue par constructio la distance Lb séparant la buse du lieu de formation charge des gouttes s'obtient par la relation ci-dessou qui met en oeuvre à la fois la vitesse de goutte V et temps de vol tv, tous deux contrôlés par l'imprimante : Lb = Lt - V. (tv - Tf) (13) où Tf est un temps de retard caractéristique du filtra électronique et indépendant des autres paramètres.
L'expérience montre par ailleurs que, la vitess des gouttes étant fixée par la régulation décrit précédemment, il existe une relation unique liant la qualit de l'encre à la buse (mesurée par la pression Pe*) et l longueur de brisure Lb, permettant d'assurer une formatio et une charge de gouttes optimales. Le circuit de régulatio de la formation des gouttes 59 agit sur l'amplitude d signal d'excitation du résonateur 4, afin de mainteni le lieu de brisure Lbopt, assurant une formation optimal des gouttes, fonction du type d'encre utilisé et de l qualité de l'encre circulant à la buse. Un autre avantag de l'invention réside dans le fait qu'on s'affranchit pa un tel procédé de disparités éventuelles dans le caractéristiques des résonateurs, d'une machine à une autre. Dans les moyens de contrôle décrits ci-dessus, tous les paramètres contrôlés sont mesurés (ou représentatifs des valeurs mesurables) au niveau de la buse. Ceci permet une régulation du fonctionnement de 1'imprimante très précise. La précision atteignable par ces moyens de contrôle permet leur utilisation dans les imprimantes à jet d'encre utilisées pour les applications de marquage de haute qualité. Elle contribue, d'une manière générale, à améliorer la qualité de l'impression et la fiabilité des imprimantes à jet d'encre.
Le tableau suivant donne à titre indicatif des valeurs pour trois modèles de tête d'impression selon l'invention :
Figure imgf000030_0001

Claims

REVENDICATIONS 1) Dispositif de contrôle et de régulation d'u encre et de son traitement dans une imprimante à jet d'enc continu dans laquelle un jet d'encre continu (J) sorta d'une buse (2) est fractionné par un moyen de fractionneme (4, 5) en gouttelettes (G) équidistantes équidimensionnelles, dans une électrode de charge (6) lesdites gouttelettes sont sélectivement chargé électrostatiquement, lesdites gouttelettes passant ensui entre des électrodes de déflexion (10) où elles sont dévié en fonction de leur charge, un détecteur (8) étant pré entre l'électrode de charge (6) et les électrodes déflexion (10), comportant un élément conducteur (8c) deux parties symétriques par rapport à la trajectoire d gouttelettes (Gc), caractérisé en ce qu'il comprend circuit pour mesurer la vitesse d'une gouttelette charg (Gc), ou d'un train de gouttelettes chargées successive passant dans le détecteur (8), ledit circuit comporta un moyen pour déterminer et traiter les dérivées premiè (I(t)) et seconde (J(t)) par rapport au temps de la char induite dans l'élément conducteur (8c) par la gouttelet chargée (Gc), ou le train de gouttelettes chargé successives, passant dans le détecteur, afin de détermin les instants d'entrée (Tl) et de sortie (T2) de ladi gouttelette (Gc), ou dudit train de gouttelettes chargé ' successives, dans le détecteur (8), -et par conséquent vitesse.
2) Dispositif selon la revendication 1, caractéri en ce que la tension de charge sur l'électrode de char (6) n'est appliquée que pendant une partie de la pério de formation des gouttelettes utilisées pour la mesu de vitesse.
3) Dispositif selon la revendication 2, caractéri en ce que la tension de charge sur l'électrode de char (6) n'est appliquée que pendant la moitié, environ, la période de formation des gouttelettes utilisées po la mesure de vitesse.
4) Dispositif selon l'une des revendications 1 3, caractérisé en ce que l'élément actif (8c) du détecteu (8) est protégé par un élément isolant (8i).
5) Dispositif selon la revendication 4, caractéris en ce que le détecteur (8) comporte un élément actif (8c satisfaisant à la condition :
R < Le où R est 1'ecartement des deux parties symétriques d l'élément actif (8c) et Le la longueur efficace du détecteu définie par la relation :
Le = L + Li/2 L étant la longueur de l'élément actif (8i) et Li la longueu totale d'isolant mesurée suivant la trajectoire des gouttes.
6) Dispositif selon l'une des revendications 1 5, caractérisé en que le détecteur (8) comprend en outr une électrode de garde (8e).
7 ) Dispositif selon la revendication 5 ou 6 caractérisé en ce qu'il comporte un moyen pour sépare une gouttelette chargée (Gc) servant à réaliser une mesur de vitesse, par rapport à d'autres gouttelettes chargées de telle sorte que ladite gouttelette chargée (Gc) soi précédée d'au moins ni gouttelettes non chargées et suivi d'au moins n2 gouttelettes non chargées, ni et n satisfaisant aux relations : ni > (Le + R)/(5 J2B) - 1, environ n2 > (Lt + Le - Lb)/(5 0B) - 1, environ,. où jdB est le diamètre de la buse (2) ,
Lt est la distance entre la buse (2) et l'entrée du détecteu
(8), et b est la distance entre la buse (2) et le lieu de formatio des gouttes (G) .
8) Dispositif selon la revendication 5 ou 6 caractérisé en ce qu'il comporte un moyen pour sépare un train de N gouttelettes chargées successives servan à réaliser une mesure de vitesse, par rapport à d'autre gouttelettes chargées, de telle sorte que ledit train d N gouttelettes chargées successives soit précédé d'au moin ni gouttelettes non chargées et suivi d'au moins n gouttelettes non chargées, ni et n2 satisfaisant au relations : ni > (Le + SN/2)/ - 1 n2 > (Lt + Le - Lb)/ - 1/2 - N/2 où λ est la distance entre deux gouttelettes successive et S est la longueur de la zone influencée électriquemen par une goutte chargée (Gc).
9) Dispositif selon l'une des revendications 1
8, .caractérisé en ce qu'au moyen de mesure de la vitess des gouttelettes, est associé un moyen de commande de l charge des gouttelettes (Gc) utilisées pour la mesure d vitesse, afin qu'elles soient suffisamment peu chargée pour être récupérées dans la gouttière (11) de l'imprimante. 10) Dispositif selon l'une des revendications 1
9, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen de régulatio (52) de la vitesse des gouttes agissant sur un moteur (51 entraînant une pompe (50) sur le circuit d'alimentatio en encre de la buse (2) selon que la vitesse de goutt mesurée est inférieure (ou supérieure) à une valeur d consigne (Vo) . 11) Dispositif selon la revendication 10, caractéris en ce qu'il comprend un capteur de pression de l'encr (Pe*) sur la canalisation (44, 45) entre le générateu de débit d'encre constant (43) formé de la pompe (50) e du moteur (51), et la buse (2), immédiatement en amon de la buse (2), afin de déduire la concentration de l'encr en fonction de ladite pression, d'une températur d'utilisation déterminée et de la vitesse des gouttes.
12) Dispositif selon la revendication 11, caractéris en ce que la canalisation entre le générateur de débi (43) et la buse (2) a un diamètre qui est„__environ dix foi supérieur au diamètre de la buse (2) .
13) Dispositif selon la revendication 11 ou 12, caractérisé en ce que le rapport entre la longueur et le diamètre de l'orifice de la buse (2) est au moins égal à 1.
14) Dispositif selon l'une des revendications 11 à 13, caractérisé en ce qu'il comprend encore un capteur de température (54) pour mesurer une température représentative de la température (Te*) de l'encre à la buse (2).
15) Dispositif selon la revendication 14, caractérisé en ce qu'il comprend encore un moyen (55) pour réguler en permanence la qualité de 1'encre en fonction des mesures de pression (Pe*), de température (Te*) et d'une courbe de consigne de la pression en fonction de la température, pour une vitesse de goutte donnée (Vo).
16) Dispositif selon la revendication 15, caractérisé en ce que la régulation de la qualité de 1'encre s 'opère dans un réservoir de mélange (46), à partir d'un réservoir d'encre fraîche (47), d'un réservoir de solvant (48) et d'un réservoir (49) d'encre recyclée à la gouttière (11), le moyen de régulation (55) actionnant sélectivement des électrovannes (56, 57, 58) respectivement sur les conduites entre, d'une part, les réservoirs (47, 48, 49) et, d'autre part, le réservoir (46).
17) Dispositif selon la revendication 16, caractérisé en ce que l'encre dans le réservoir (47) a une concentration plus élevée que la valeur nominale d'utilisation.
18) Dispositif selon l'une des revendications 15 à 17, caractérisé en ce que le moyen de régulation (55) comprend un circuit de traitement prenant en compte la qualité de l'encre à l'instant présent et l'historique de la qualité de l'encre depuis l'instant de mise en route de la machine. 19) Dispositif selon l'une des revendications 1 à 18, caractérisé en ce qu'il comprend encore un moyen (5 pour déterminer la distance entre le lieu de formati des gouttes (G) et la buse (2), et pour agir sur l'amplitu du signal d'excitation du moyen (5) servant à former lesdit gouttes (G) pour que la distance (Lb) assure une formati optimale des gouttes, fonction du type d'encre utili et de la qualité de l'encre circulant à la buse.
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