DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE L'invention se situe dans le domaine des ttes d'imprimantes et des imprimantes à jet d'encre continu.

Elle concerne aussi un procédé de projection sélective de parties d'un jet d'encre conducteur et notamment un procédé d'impression par jet d'encre continu. Le procédé, et l'imprimante conformes à la présente invention peuvent tre utilisés dans tous les domaines industriels liés à l'écriture, notamment au marquage, au codage, à l'adressage à la personnalisation et à la décoration de produits industriels.

ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE Le fonctionnement typique d'une imprimante à jet continu peut tre décrit comme suit. De l'encre électriquement conductrice maintenue sous pression s'échappe d'une buse calibrée. Sous l'action d'un dispositif de stimulation périodique, le jet d'encre ainsi formé est brisé à intervalles temporels réguliers en une position unique de l'espace. En aval de la position de brisure du jet, le jet continu est transformé en un train de gouttes d'encre identiques et régulièrement espacées. Au voisinage de la position de brisure est placé un premier groupe d'électrodes dont la fonction habituellement reconnue est de transférer de manière sélective et à chaque goutte du jet une quantité de charge électrique prédéterminée.

L'ensemble des gouttes ainsi chargées de façon sélective traverse ensuite un second agencement

d'électrodes au sein duquel règne un champ électrique constant qui va modifier la trajectoire des gouttes chargées.

Dans une première variante d'imprimante dite à jet continu dévié, la quantité de charge transférée aux gouttes du jet est variable en fonction de la valeur d'un potentiel électrique appliqué à une électrode de charge situé dans une zone de formation des gouttes. Le potentiel appliqué à l'électrode de charge est déterminé en fonction de la commande d'écriture. Ce potentiel est en correspondance avec la destination prévue de la goutte sur le substrat ou dans une gouttière de récupération si la goutte n'est pas destinée à l'impression, pour la goutte qui va passer dans le champ électrique déterminé par le potentiel des électrodes de charge. Une autre façon de faire pour modifier la valeur de la charge électrique attribuée à chaque goutte est décrite dans la demande de brevet FR 2471278 correspondant au brevet US 4346387, consiste à créer un champs électrique de charge par exemple croissant dans une direction axiale du jet et à contrôler le point de formation des gouttes de façon à ce que le potentiel du point de brisure soit comme dans le cas précédent en correspondance avec la destination prévue de la goutte sur le substrat ou dans une gouttière de récupération si la goutte n'est pas destinée à l'impression. Chaque goutte enregistre, lors du passage dans le second agencement d'électrodes à champ constant, une déflexion croissante avec la charge électrique qui lui a été précédemment attribuée et se trouve orientée vers un point précis du support d'impression ou vers la

gouttière de récupération. Cette technologie, grâce à ses multiples niveaux de déflexion, permet à une buse unique d'imprimer, par segment ou trame, -ligne de point d'une hauteur donnée-, l'intégralité d'un motif.

Le passage d'un segment à l'autre s'effectue par le déplacement continu, perpendiculairement audit segment, du substrat par rapport à la tte d'impression.

La seconde variante est celle du jet continu binaire. Cette technique se démarque principalement de la précédente par le fait que le niveau de charge des gouttes est binaire. Lors du passage au travers des électrodes de déflexion, des gouttes sont déviées de façon uniforme ou non déviées selon la charge qu'elles ont reçue. L'impression de caractères ou de motifs nécessite donc en général l'utilisation de ttes d'impression multibuses, l'entraxe des orifices coïncidant avec celui des impacts sur le support d'impression. Il faut noter qu'en général les gouttes destinées à l'impression sont les gouttes non défléchies, c'est-à-dire, dont le niveau binaire de charge est nul.

Dans les deux technologies, celle du jet continu dévié et celle du jet continu binaire, l'encre qui n'est pas utilisée pour marquer le substrat est dirigée vers une gouttière ou un récupérateur d'encre non utilisée et est recyclée dans un circuit d'encre de telle sorte qu'elle revient vers les buses d'impression.

Un procédé pour briser le jet en gouttes est très bien décrit par exemple dans un brevet portant le numéro US-A-4,220, 958 dont l'inventeur est Mr. CROWLEY.

Selon le procédé décrit par CROWLEY, le jet d'encre

conductrice passe au travers d'électrodes portées périodiquement à un potentiel relativement élevé. Sous l'action de ces électrodes, le jet d'encre se charge.

Les charges sont attirées par les électrodes en sorte qu'une force transversale au jet déforme la surface du jet. La vitesse axiale du jet et le mouvement transversal de la surface du jet se combinent pour qu'à une certaine distance des électrodes, le jet se brise en une succession de gouttes.

Dans la description de l'art antérieur à son invention, CROWLEY cite un brevet de Richard G. SWEET portant le numéro US-A-3,596, 275. Selon cette citation, un point important d'une imprimante par jet d'encre est la génération de gouttes. Il est préféré que les gouttes soient générées à une fréquence fixe avec une masse et une vitesse constantes. Pour atteindre ce but, SWEET révèle trois techniques qui sont représentées aux figures 1,2 et 10 de son brevet.

Selon une première technique, les buses d'émission d'encre sont vibrées. Selon une seconde technique, le jet de liquide est excité électro- hydrodynamiquement avec un excitateur électro- hydrodynamique (EHD). Une troisième technique est d'imposer une variation de pression sur le liquide au niveau de la buse au moyen d'un cristal piézo-électrique introduit dans une cavité d'alimentation de la buse.

Cette dernière technique est dominante dans la littérature et est utilisée par exemple dans la machine IBM 6640 (marque déposée).

Par rapport à cet état de la technique, l'invention de CROWLEY concerne un excitateur électro-

hydrodynamique dans lequel la longueur des électrodes traversées par le jet d'encre est égale à une demie fois la distance entre les gouttes.

Un autre procédé de stimulation du jet d'encre pour sa transformation en gouttes est décrit, par exemple dans le brevet US-A-4,638, 328 DRAKE et al. Il s'agit d'une activation par éléments thermorésistifs.

Une seconde famille d'impression par projection d'encre dite goutte à la demande, est essentiellement mise en oeuvre dans les imprimantes de bureau. Il s'agit d'imprimer du texte ou des motifs graphiques en couleurs sur des supports papier ou plastique. A contrario de l'impression par jet continu, les technologies goutte à la demande, génèrent directement et uniquement les gouttes d'encre effectivement nécessaires à l'impression des motifs désirés. On ne trouve donc ni électrodes ni gouttière de recirculation d'encre entre la face de sortie d'une buse et le support d'impression. Ces imprimantes comportent une pluralité de buses, chaque buse est associée à un dispositif de stimulation ayant la double fonction d'expulser une goutte (énergie cinétique) et d'en contrôler la formation (profil de la goutte). Ce dispositif de stimulation qui est activé à la demande par un signal électrique décline deux variantes principales : La technologie"Bubble jet"initialement développée par Canon et Hewlett-Packard est principalement implantée dans le domaine de la bureautique. Un élément chauffant placé dans un conduit produit localement la vaporisation de l'encre, la croissance de la bulle de gaz produit l'expulsion d'une

petite goutte d'encre en direction du support d'impression.

La technologie"piézo-électrique"est basée sur la déformation d'une céramique piézo-électrique pour créer une surpression et ainsi projeter des gouttes d'encre. Les domaines d'application de cette technologie concernent la bureautique (Epson) ou l'impression industrielle (Trident, Xaar, Spectra).

La densité de points offerte par ces imprimantes de l'ordre de 600 points par pouce résulte de l'utilisation des matériaux et des techniques de fabrication développés pour l'industrie micro- électronique.

Dans le domaine de l'impression industrielle, les performances des ttes d'impression par jet d'encre continu surclassent les capacités des modèles goutte à la demande. Les premières offrent : - une gamme d'encre utilisable plus étendue et par conséquent une plus large variété de supports imprimables, - une fréquence d'émission des gouttes plus élevée et donc une vitesse d'impression accrue (environ 100 kHz et quelques mètres par seconde contre environ 10 kHz et quelques centimètres par seconde), - une distance d'impression de la face inférieure de la tte d'impression jusqu'au support supérieur (environ 10 à 30 mm contre 1 mm).

Toutefois la simplicité de la conception des ttes d'impression goutte à la demande ne se retrouve pas dans les imprimantes multibuses à jet continu binaire. Les électrodes dédiées à la charge des gouttes

de chaque jet doivent tre pilotées individuellement, à la fréquence de formation des gouttes et à des niveaux de tension pouvant atteindre 350 volts. La fabrication et la juxtaposition à un pas très fin de l'ensemble des buses et des électrodes d'une tte d'impression font alors apparaître des problèmes majeurs : de réalisation et de coût : la multiplication des circuits électroniques à haute tension reliés aux électrodes de charge et la multiplication de ces mmes électrodes de charge induisent une commande électronique complexe et coûteuse, d'utilisation et de performance : la connectique haute tension très dense à proximité du jet provoque des diaphonies indésirables dont l'effet sur la qualité d'impression ne peut tre limité que par une réduction du taux d'utilisation des gouttes, et par conséquent, une réduction de la vitesse d'impression, et/ou une diminution de la résolution.

Dans l'optique de conserver les avantages du jet continu binaire tout en remédiant aux inconvénients, une alternative consiste à utiliser un système de charge et de déviation des gouttes commun à tous les jets.

Une première invention ayant pour inventeur Vago est décrite dans la demande de brevet EP 949077 ou US 6,273, 559 prévoit un dispositif de stimulation fonctionnant à une fréquence F, et piloté par deux niveaux de tension. Selon la tension appliquée au dispositif de stimulation, le point de brisure du jet se produit en un point C

ou en un point L. Avant d'aller plus loin, il convient de savoir ce qui suit.

Considérons un jet soumis à une stimulation périodique, ce dernier se brise en un train de gouttes avec une période spatiale appelée longueur d'onde. A l'intérieur d'une longueur d'onde peuvent se former plusieurs gouttelettes qui accompagnent la goutte principale (celle de plus fort volume). Dans le métier du jet d'encre ces gouttelettes secondaires sont appelées satellites. Cette notion se démarque sans ambiguïté du terme de tronçon lequel désigne des portions continues de jets comportant au moins deux longueurs d'ondes.

Pour cette première invention de Vago, la différence de niveau de tension appliquée aux moyens de stimulation est telle que les points de brisure du jet C et D sont séparés l'un de l'autre par une distance qui est strictement inférieure à la longueur d'onde du jet. Le point de brisure C est à une position où existe un potentiel égal à celui de l'encre, en sorte que les gouttes formées en C ne sont pas chargées. Ces gouttes non chargées ne sont pas déviées ultérieurement par des électrodes de déviation et vont imprimer le substrat d'impression. Le point de brisure L est à une position où existe un potentiel différent de celui de l'encre, en sorte que les gouttes formées en L sont chargées. Ces gouttes chargées sont déviées ultérieurement par les électrodes de déviation et sont dirigées vers une gouttière de récupération pour tre recyclées dans le circuit d'encre. Le point C se trouve sensiblement à mi distance entre des jeux d'électrodes amont et aval

portés à des potentiels égaux et de signe opposé. La distance C-L est trop courte pour créer des tronçons.

La demande de brevet n° FR 2 799 688 ayant aux USA le numéro de dépôt 09/685 064 du 10/10/00 objet d'une seconde invention de Vago, la publication dans le journal Xerox disclosure (Pincus-1982, vol. 7, p. 23) décrivent un système de charge et de tri basé sur un jeu d'électrodes portées à des potentiels constants. La fragmentation du jet se situe dans le jeu d'électrodes et préférentiellement en face d'une électrode bien identifiée selon que la portion de jet doit tre imprimée ou collectée par la gouttière. En cours de fonctionnement, le jet se présente sous la forme d'une succession de gouttes isolées électriquement, c'est à dire sans charge électrique embarquée, physiquement distinctes, encadrées par des tronçons électriquement chargés qui sont défléchis vers la gouttière. La génération des gouttes isolées (de charge électrique nulle) est déclenchée par un système de stimulation intermittent non décrit. De façon en elle mme connue, la stimulation intermittente d'un jet peut tre assurée par un actuateur ElectroHydroDynamique (brevet US 4,220, 958-Crowley) ou thermique (US 3,878, 519- Eaton). Dans les deux cas, il s'agit de techniques de stimulation dite externes car elles consistent à agir sur un jet déjà formé. Une technique de stimulation externe permet aisément de former une goutte isolée dans un jet dans la mesure où le liquide défile devant le dispositif de stimulation dont le rayon d'action est de courte portée, deux configurations se présentent.

En l'absence de signal de stimulation, le jet n'est pas perturbé et reste continu jusqu'à la position de brisure naturelle.

L'application d'un signal de stimulation sélectionne une portion de jet parfaitement définie dont la longueur ne dépend que la vitesse d'avancement du jet et de la durée du signal d'excitation. Sous l'effet de la tension superficielle, le tronçon de jet stimulé de longueur correctement choisie produira une goutte isolée dans le jet continu.

Dans la seconde invention de Vago, la position de brisure du jet continu, pour former une goutte à la demande est placée dans une zone où une électrode commune à toutes les buses de la tte d'impression maintient un potentiel égal à celui de l'encre dans la tte d'impression. Une électrode de charge est placée en aval de cette position de brisure. Tant que le jet n'est pas brisé, du fait que l'encre utilisée est conductrice, une portion de jet placée en aval de la position de brisure se trouve dans la zone d'influence des électrodes de charge. Par contre lorsque les gouttes sont formées avant de traverser le champ électrique des électrodes de charge, elles sont électriquement isolées et ne se chargent pas.

Ces gouttes non chargées formées à la demande ne sont pas déviées par des électrodes de déviations placées en aval des électrodes de charges. Elles vont donc imprimer le substrat d'impression. Les tronçons qui eux sont chargés, sont déviés par les électrodes de déviations vers une gouttière de récupération. Dans la seconde de Vago, la commande d'écriture d'une goutte ne

se fait pas comme dans les imprimantes à jet continu, au niveau d'électrodes de charge, placées dans le flux d'encre en aval des buses d'éjection de l'encre mais au niveau des moyens de stimulation se trouvant en amont de ces buses. Un tel dispositif dans lequel la perturbation de formation des gouttes dans le jet est effectuée en amont de la buse est dit à stimulation interne. Les premières et seconde inventions de Vago associent ainsi les avantages de l'impression goutte à la demande à ceux du jet continu.

EXPOSÉ DE L'INVENTION La présente invention vise comme les premières et seconde inventions de Vago, à associer les avantages de l'impression goutte à la demande à ceux du jet continu. On rappelle que ces avantages comportent notamment : une suppression pour chaque jet du jeu d'électrodes individuelles de charge des gouttes et du circuit de commande associé à ce jeu d'électrodes individuelles.

Une application des données numériques définissant le motif à imprimer non plus en aval des buses, mais en amont, au niveau des moyens de stimulation du jet. Ce sont ces données qui vont déterminer ou non la formation des gouttes servant à l'impression.

On améliore ainsi la qualité de l'impression grâce à une suppression de la diaphonie par couplage électrostatique entre les différents jets d'une mme tte d'impression. De plus on simplifie la fabrication

et on diminue la taille hors tout des ttes d'impression.

L'invention vise également ces avantages mais avec des améliorations qui seront décrites ci-après.

Dans le dispositif décrit dans la seconde invention de Vago, les électrodes de charge doivent créer un champ de charge dans une zone séparée de la zone de protection réservée aux gouttes destinées à l'impression, d'au plus le diamètre d'une goutte. De la sorte les tronçons les plus courts dont la longueur est d'environ deux diamètres de goutte, ont avant la brisure, une partie située dans la zone de charge et peuvent se charger. De plus il est préférable que les électrodes de charge aient une zone d'influence dont la longueur dans la direction de l'axe du jet, soit assez grande pour assurer une charge d'un tronçon de façon proportionnelle à la longueur dudit tronçon, et donc à sa masse. De cette façon les tronçons de différentes longueur et donc de différentes masses, sont tous déviés de façon identique et un orifice d'entrée de la gouttière de récupération peut garder une dimension raisonnablement petite, tout en assurant la récupération de tous les tronçons quelle que soit leur longueur.

La présente invention vise aussi à un meilleur contrôle des parties de jet d'encre non destinées à l'impression. Elle vise également une simplification de la fabrication des ttes d'impression par un relâchement des tolérances sur la position des électrodes communes à toutes les buses de la tte. Elle vise également une compaction accrue des dimensions hors tout de la tte d'impression, et une distance d'impression plus grande.

Selon l'invention, au lieu de briser le jet, uniquement pour créer les gouttes nécessaires à l'impression, le jet étant alors divisé en gouttes et tronçons de jet, on le brise également de façon régulière et contrôlée pour créer des gouttes qui seront, par exemple, électriquement chargées et déviées par des électrodes de déflexion. Pour cela les moyens de stimulation du jet, destinés à briser le jet, sont aptes à provoquer des brisures du jet en deux positions du jet axialement séparées l'une de l'autre, une position de brisure amont et une position de brisure aval, cette dernière étant plus en aval dans le sens d'avancement du jet que la position amont. A la position de brisure amont le jet sera brisé de façon intermittente pour créer les gouttes d'encre qui seront utilisées pour l'impression. Ainsi après la position de brisure amont le jet pourra tre sans interruption depuis la buse, si aucune goutte intermittente n'a été formée, ou au contraire réparti en goutte (s) et tronçon (s) si une ou plusieurs gouttes intermittentes ont été formées. La position de brisure amont sera, par exemple, dans une zone dans laquelle des électrodes maintiennent un potentiel égal à celui de l'encre dans la tte d'impression, en sorte que les gouttes intermittentes ne seront pas électriquement chargées. La position de brisure aval est dans l'exemple ici commenté, dans une zone où des électrodes de charge maintiennent un potentiel différent de celui de l'encre dans la tte d'impression en sorte que les gouttes continues seront électriquement chargées. A la position de brisure aval, c'est le jet qui est brisé s'il n'y pas eu de brisure

intermittente à la position amont, par contre s'il y a eu une brisure à la position amont, le tronçon de jet en résultant est divisé de façon continue en gouttes. Ainsi après la position de brisure aval, le jet est entièrement divisé en gouttes. Des électrodes de déflexion situées en aval des deux positions de brisure permettent ensuite de faire un tri entre les gouttes chargées et les gouttes non chargées pour envoyer les unes vers une gouttière de récupération et les autres vers un support d'impression.

Ainsi, l'invention est-elle relative à une imprimante à jet d'encre comprenant : - une tte d'impression à une ou plusieurs buses ayant un corps de tte logeant notamment pour chaque buse, - un chemin hydraulique de l'encre comportant, une chambre de stimulation en communication hydraulique avec l'une des buses d'impression émettant un jet d'encre sous pression selon un axe de cette buse, - des moyens internes de stimulation du jet d'encre émis par la buse couplés mécaniquement à l'encre logée dans la chambre de stimulation, ces moyens agissant sur le jet émis par la buse pour briser le jet de façon contrôlée, et - des moyens de récupération de l'encre qui n'est pas reçue par un substrat d'impression, - un générateur de signaux électriques de commande recevant un signal de commande et délivrant aux moyens de stimulation, des signaux de stimulation, - un agencement d'électrodes de charge définissant autour de l'axe de la buse des zones amont

et aval, la zone aval étant plus éloignée de la buse que la zone amont, des électrodes amont et aval de cet agencement étant reliées à des sources de potentiel électrique de façon à maintenir dans l'une des zones un potentiel égal à celui de l'encre se trouvant dans le corps de la tte d'impression, et dans l'autre de ces zones un potentiel différent de celui de l'encre se trouvant dans le corps de la tte d'impression, -un agencement d'électrode de déflexion situé axialement en aval de l'agencement d'électrode de charge caractérisée en ce que le générateur de signaux électriques de commande délivre aux moyens de stimulation des signaux provoquant la brisure contrôlée du jet de façon intermittente en une position de brisure amont située dans la zone amont pour former de façon intermittente une goutte, séparant ainsi le jet en une goutte et un tronçon et provoquant également la brisure contrôlée du jet ou de tronçons du jet de façon continue en une position de brisure aval, le jet continu émis par la buse étant ainsi transformé après la zone aval en un train continu de gouttes d'encre électriquement chargées et non chargées.

Le générateur de signaux électriques de commande peut tre physiquement séparé de la tte d'imprimante.

Il peut aussi en faire partie physiquement. Dans ce dernier cas l'invention est également relative à la tte d'imprimante.

Dans un mode de réalisation, l'imprimante ou la tte d'imprimante selon l'invention est caractérisée en ce que l'électrode amont de l'agencement d'électrodes de charge est connectée au mme potentiel que l'encre.

Ainsi dans ce mode de réalisation, les gouttes chargées sont celles qui résultent d'une brisure du jet ou de tronçons du jet dans la zone aval. Elles sont déviées par l'agencement d'électrodes de déflexion vers les moyens de récupération de l'encre. Chaque période du signal périodique crée une réaction mécanique des moyens de stimulation, cette réaction provoquant la brisure du jet ou de tronçons du jet dans la zone aval. Chaque impulsion intermittente du signal impulsionnel crée une réaction mécanique des moyens de stimulation provoquant la brisure du jet dans la zone amont en une goutte et un tronçon. De façon en elle mme connue, les gouttes chargées pourraient tre dirigées vers le substrat d'impression et les gouttes non chargées vers les moyens de récupération de l'encre. Il suffit dans ce cas que la position de brisure amont, où se forment les gouttes destinées à l'impression soit dans une zone où un agencement d'électrodes maintient un potentiel différent de celui de l'encre, alors que le potentiel maintenu dans la zone aval est à une valeur égale à celle de l'encre.

Dans un mode de réalisation, l'imprimante ou la tte d'imprimante selon l'invention est caractérisée en ce que les moyens de stimulation comportent un matériau piézo-électrique, le générateur de signaux électriques de commande délivrant aux moyens de stimulation un signal d'impression continu formé par un signal périodique de période Tb, remplacé de façon intermittente par un signal impulsionnel précédé et suivi de signaux de transition.

Dans un mode de réalisation, l'imprimante ou la tte d'imprimante selon l'invention est caractérisée en ce que le signal impulsionnel délivré par le générateur de signaux électriques de commande est constitué par une impulsion comportant 3 paliers de tension consécutifs reliés l'un au suivant par un front de montée ou de descente de tension raide.

Dans un mode de réalisation, l'imprimante ou la tte d'imprimante selon l'invention est caractérisée en ce que le signal impulsionnel délivré par le générateur de signaux électriques de commande est constitué par une succession de 3 impulsions rectangulaires séparées entre elles par des paliers de tension de niveau inférieur au niveau de l'impulsion de niveau le plus faible.

Dans un mode de réalisation, l'imprimante ou la tte d'imprimante selon l'invention est caractérisée en ce que le signal périodique délivré par le générateur de signaux électriques de commande est constitué par un signal dont le spectre est constitué par deux raie à une première fréquence et une raie à une seconde fréquence double de la première, d'autres raies éventuelle du spectre ayant des coefficients très inférieurs aux coefficients associés aux raies des première ou seconde fréquence, par exemple un signal résultant d'une combinaison de deux signaux sinusoïdaux. Le signal périodique délivré par le générateur de signaux électriques de commande peut aussi tre constitué par une combinaison de plus de deux signaux sinusoïdaux.

Dans un mode de réalisation, l'imprimante ou la tte d'imprimante selon l'invention est caractérisée en ce que la somme des durées du signal impulsionnel et des

signaux de transition délivré par le générateur de signaux électriques de commande est égale à un nombre entier de périodes du signal périodique.

Dans un mode de réalisation, l'imprimante ou la tte d'imprimante selon l'invention est caractérisée en ce que une fréquence de Helmholtz d'une partie d'un chemin hydraulique de l'encre d'alimentation d'une buse située en aval d'une restriction a une valeur située en dehors d'une bande passante du jet issu de cette buse.

Dans un mode de réalisation, l'imprimante ou la tte d'imprimante selon l'invention est caractérisée en ce que le chemin hydraulique de l'encre comporte une restriction et en ce que la longueur d'un chemin hydraulique entre une entrée de la restriction et la buse est inférieur au quart de la longueur d'onde du son dans l'encre.

Dans un mode de réalisation visant à éviter la création de brisures non souhaitées, c'est-à-dire à éviter la formation de gouttelettes entre les gouttes que l'on veut réellement former et les autres parties du jet ou de tronçons du jet, l'imprimante ou la tte d'imprimante selon l'invention est caractérisée en ce que le système de stimulation d'un jet émis par une buse est strictement non résonant, i. e. la fonction de transfert du système de stimulation est exempte de pics de résonance dans la bande passante du jet. On rappelle que la fonction de transfert du système de stimulation est définie comme la relation existant entre la pression induite par l'action de l'élément piézo-électrique et la modulation de vitesse introduite dans la vitesse d'éjection du jet. Le système de stimulation comprend

donc non seulement les moyens de stimulation mais aussi le chemin hydraulique de l'encre dans le corps de la tte d'impression.

Des explications seront données plus loin sur la manière d'obtenir un tel résultat.

Dans un mode de réalisation, l'imprimante ou la tte d'imprimante selon l'invention est caractérisée en ce que les moyens de stimulation comportent outre le matériau piézo-électrique une membrane qui lui est mécaniquement couplée, une fréquence de résonance d'un élément vibrant formé de la membrane et du matériau piézo-électrique étant supérieure à une fréquence de coupure du jet.

Enfin l'invention concerne également un procédé d'impression d'un support au moyen d'une imprimante selon l'invention dans une de ses formes de réalisation dans lequel on fractionne un jet d'encre émis par une buse de l'imprimante pour former de façon intermittente des premières gouttes allant frapper le substrat pour former des points, et des tronçons, caractérisé en ce que, - on fractionne en outre le jet ou les tronçons résultant du fractionnement du jet en premières gouttes et tronçons, en secondes gouttes, les secondes gouttes résultant de ce dernier fractionnement étant dirigés vers la gouttière.

BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS Des explications complémentaires et un exemple de réalisation d'une imprimante ou d'une tte

d'imprimante selon l'invention seront maintenant données en liaison avec les dessins annexés dans lesquels, - la figure 1 est un schéma en perspective destiné à expliquer le mode de fonctionnement d'une imprimante à jet d'encre selon l'invention ; - la figure 2 comporte les parties a et b. La partie a est un schéma montrant le mode de brisure du jet en situation de non impression, la partie b est un schéma montrant le mode de brisure du jet en situation d'impression ; - la figure 3 comporte les parties a à g.

Chacune des parties montre une étape du mode habituel de brisure du jet ; - la figure 4 comporte les parties a et b. Les parties a et b sont des graphiques portant en ordonnée des valeurs de tension et en abscisse des valeurs de durée, montrant chacun un exemple de signal impulsionnel pouvant tre appliqué aux moyens de stimulation afin d'obtenir une brisure intermittente du jet ; - la figure 5 comporte les parties a à d. Les parties a à d sont des graphiques portant en ordonnée des valeurs de tension et en abscisse des valeurs de durée, le graphique en partie a est un exemple de signal qui peut tre appliqué aux moyens de stimulation afin d'obtenir une brisure sans défaut du jet en situation de non impression ; le graphique en partie c est un exemple de signal qui peut tre appliqué aux moyens de stimulation afin d'obtenir une brisure sans défaut du jet en situation d'impression ; les graphiques des parties b et d représentent chacun un état logique d'un signal de commande d'impression ;

- la figure 6 est un exemple d'une coupe d'une tte d'impression faisant apparaître le chemin de l'encre dans un corps de cette tte ; - la figure 7 est un graphique faisant apparaître la fonction de transfert d'un exemple de système de stimulation. Il comporte en abscisse la perturbation de vitesse apportée localement au jet en fonction de la fréquence d'une stimulation mécanique présente dans le circuit d'encre en amont de la buse.

EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS La figure 1 représente schématiquement et en perspective les parties d'une imprimante concernées par l'invention. Sur cette figure on n'a pas représenté notamment les moyens de transport du support d'impression. Cette figure est essentiellement destinée à expliquer le fonctionnement d'une imprimante basé sur la présente invention Dans l'exemple de réalisation présenté, l'imprimante 10 comporte une, comme représenté, ou plusieurs ttes d'impression 1. Sur la figure 1 on a représenté une tte 1 comportant 3 buses 29 d'éjection d'un jet d'encre 30. Dans la réalité le nombre de buse est beaucoup plus important. Pour chacune des buses, un corps 23 de la tte d'impression comporte notamment un chemin hydraulique de l'encre et une chambre de stimulation 28 qui seront décrit plus en détails plus loin en liaison avec la figure 6. Chaque chambre de stimulation 28 est, de façon en elle mme connue, remplie constamment par une encre maintenue à pression constante par une alimentation en encre sous pression 27. Chaque chambre de stimulation 28 comporte des moyens

de stimulation 31 formés chacun par un élément piézo- électrique 25 et une membrane 24. Un générateur 32 de signaux de commande des moyens de stimulation 31 est connecté à chacun des éléments piézo-électriques 25. Des signaux de commande IMP destinés à chacun des moyens de stimulation 31 sont reçus par le circuit 32 de préférence, comme représenté figure 1, sur un bus parallèle comportant une voie pour chaque moyen 31. Un circuit d'alimentation en encre commun aux chambres 28 est symbolisé sur cette figure par des flèches 14 montrant que des gouttes d'encre 43 formées à une position aval de brisure du jet 30 ou de tronçons 38 de ce jet sont récupérée dans une gouttière 40 commune à l'ensemble des buses d'une tte et dirigées vers des moyens d'aspiration et de mise en pression symbolisés par un bloc 13. Un tel circuit d'encre alimentant avec de l'encre 16 sous pression chacune des entrées 27 de chambre 28 est en lui mme connu.

La pression exercée sur l'encre est suffisamment importante pour provoquer l'éjection d'un jet d'encre 30, au travers de chaque buse 29 d'éjection d'encre, à une vitesse moyenne Vj. Une buse 29 a une section dont le rayon équivalent est égal à a', qui est aussi approximativement le rayon du jet 30. Le dispositif de stimulation 31, commandé par le générateur de signaux électriques 32, permet de créer une perturbation à l'intérieur de la chambre 28, provoquant la brisure du jet 30 en gouttes 33,43. Conformément à l'invention, les signaux électriques de stimulation sont tels qu'ils provoquent d'une part, de façon intermittente, une brisure du jet dite intermittente en une première

position axiale 11, et d'autre part une seconde brisure du jet à une seconde position axiale 12 en aval de la première, dite brisure continue. Les gouttes 33 sont les gouttes résultant de la brisure intermittente et les gouttes 43 sont les gouttes résultant de la brisure continue. Des exemples de signaux, aptes à provoquer les brisures intermittentes et continues, seront donnés plus loin. Une électrode de charge 35 commune à toutes les buses 29 est située en aval des buses 29, au voisinage direct des axes des buses 29. Dans l'exemple ici commenté, l'électrode de charge 35 est formée par un empilement de deux matériaux conducteurs de l'électricité 34,37, séparés par une couche 36 constituée d'un matériaux isolant électriquement. Le conducteur 34 est le plus amont, le conducteur 36 est le plus aval de l'électrode de charge 35. Le conducteur 34 est connecté au mme potentiel que l'encre se trouvant dans une chambre 28, en général le potentiel nul de la masse électrique. Le conducteur 36 est connecté à un potentiel électrique non nul Vc, différent de celui de l'encre se trouvant dans une chambre 28. En aval de l'électrode de charge se trouve au voisinage direct des axes des buses un ensemble 39 d'électrode de déflexion.

L'ensemble 39 d'électrodes de déflexion est commun à toutes les buses 29 d'une tte et est reliée à une source de potentiel en sorte qu'un champ électrique uniforme EO, dont la composante perpendiculaire à un plan contenant les axes des buses 29 est prépondérante.

Une gouttière de récupération 40 commune à l'ensemble des buses et située en aval de l'ensemble 39 d'électrodes de déflexion et en dehors des axes des

buses 29 est utilisée de façon connue pour récupérer l'encre qui n'est pas utilisée pour l'impression.

L'encre utilisée pour l'impression est dirigée vers un support d'impression 41 sur lequel chaque goutte d'impression 33 forme un point d'impression 58.

Le fonctionnement de la tte d'impression est le suivant.

Dans l'exemple ici commenté les gouttes 33 sont les gouttes qui sont utilisées pour l'impression. Les gouttes 33 résultent de la brisure intermittente du jet créant une goutte isolée, dénommée goutte intermittente 33. La charge électrique des gouttes intermittentes 33 est quasiment nulle car elles sont formées à la première position de brisure du jet, face au conducteur 34 porté au mme potentiel que l'encre se trouvant dans la chambre 28, en général le potentiel nul de la masse électrique. Après une brisure intermittente le jet 30 est scindé en la goutte 33 et un tronçon de jet 38.

Les gouttes 43 sont celles qui ne servent pas pour l'impression. Elles sont formées à la seconde position de brisure, face au conducteur 37 de l'électrode de charge 35 portée au potentiel électrique non nul Vc, différent de celui de l'encre se trouvant dans la chambre 28. Les gouttes 43 embarquent par influence électrostatique une charge électrique plus importante en valeur absolue que la charge quasi nulle embarquée par les gouttes 33. La seconde position de brisure 12 où se forment les gouttes 43, est en aval de la première position de brisure 11 où sont formées les gouttes intermittentes 33. Cette brisure est appelée brisure continue aval des tronçons de jet 38, ou du jet

30 si une brisure intermittente n'a pas formé de tronçons. Toutes les gouttes qui se détachent du jet passent ensuite dans la zone de déflexion définie par l'électrode de déflexion 39. Les gouttes d'encre 33,43 traversant la zone de déflexion subissent une force électrostatique F=q. EO, q étant la charge électrique de la goutte considérée. Les gouttes intermittentes 33, dont la charge électrique est quasiment nulle, poursuivent donc une trajectoire quasiment rectiligne selon l'axe de la buse 29, jusqu'au support d'impression 41. Les trajectoires des gouttes 43 sont elles, défléchies perpendiculairement à l'axe du jet en fonction de leur charge électrique et terminent leur trajectoire dans la gouttière de récupération 40, en supposant qu'une combinaison judicieuse de potentiels électriques est appliquée aux électrodes de charge et de déflexion 35,39. L'encre collectée dans la gouttière 40 est de façon connue réinjectée dans le circuit d'encre pour tre réutilisée.

L'impression d'un motif résulte de façon en elle mme connue de la sélection des gouttes d'encre à diriger vers le support d'impression 41 ou vers la gouttière 40 et d'un mouvement relatif du support d'impression 41 et de la tte d'impression 1. Dans l'exemple ci-dessus commenté, ce sont les gouttes non chargées, dont la trajectoire n'est pas défléchie, qui sont utilisées pour l'impression. Cette solution est en général préférée car la précision de positionnement des gouttes contribuant à l'impression est plus grande, du fait que la trajectoire de ces gouttes est plus courte et moins dépendantes d'aléas relatifs à la masse exacte

de la goutte, à la valeur de la quantité de charge électrique embarquée et aux fluctuations éventuelles du champ de déflexion. Selon l'invention, il n'est pas exclu d'utiliser, comme dans certaines réalisations connues des gouttes déviées pour l'impression, alors que les gouttes non déviées sont dirigées vers la gouttière.

L'un des principaux intérts de l'invention est que comme dans la seconde invention de Vago, le jeu d'électrodes de charge 35, et de déflexion 39 formant ensemble un système de tri des gouttes 33 d'impression et 43 de récupération, est commun pour tous les jets.

Cependant du fait que les tronçons 38 formées chaque fois qu'une goutte intermittente 33 est formée sont dans une position aval, également fractionnés en gouttes 43, la gouttière 40 commune à tous les jets peut tre de dimension plus réduite car la précision de guidage des gouttes est améliorée.

La figure 2 est destinée à illustrer les modes de brisure du jet pour former les gouttes intermittentes 33 et continues 43. Sur la figure 2 partie a, on se trouve dans une phase où il n'y a pas d'impression, ou dans laquelle il n'y a pas eu de brisure intermittente pendant le temps mis par le jet pour aller de la position de brisure amont 11 à la position de brisure aval 12. Dans ce cas seul un signal périodique brise le jet de façon continue au niveau de la position aval 12 pour former les gouttes continues 43. Sur la figure 2, partie b, on a représenté le cas où une goutte 33 par exemple, est formée par une impulsion du signal de brisure. Dans ce cas le jet 30 est scindé en une goutte 33 et un tronçon 38 de jet. Ce tronçon est porteur de la

perturbation de vitesse apportée par le signal périodique. Il se brise donc au niveau de la position de brisure aval 12 pour donner des gouttes continues 43.

Ainsi en aval de la position de brisure aval, le jet est entièrement divisé en gouttes 33 et 43.

Des formes de signaux électriques propres à provoquer d'une part la brisure intermittente à la position de brisure amont 11, d'autre part la brisure continue aval à la position de brisure aval 12 et enfin une combinaison des signaux de brisure en positions amont et aval sera maintenant abordée.

Il convient auparavant de remarquer que la brisure intermittente est une brisure destinée à isoler une goutte d'un jet. Cette situation est différente de la situation où l'on crée un train continu de gouttes, car dans le cas de la goutte isolée, il y a une tendance à la formation de gouttelettes satellites et de bourrelets qui nuisent à la qualité d'impression. Pour comprendre l'intért de formes possibles du signal de brisure intermittente il sera décrit ci-après en liaison avec la figure 3 la dynamique de brisure d'une goutte isolée correspondant pour l'invention au cas de la goutte intermittente.

La figure 3 comporte les parties a à g. La suite des parties a à g montre une succession temporelle d'états de la brisure intermittente destinée à faire apercevoir la dynamique de la brisure. Dans un premier stade représenté en a, une perturbation de vitesse apportée par une surpression temporaire induite au niveau de la chambre 28 crée dans le jet un ventre 33a.

Une goutte intermittente 33 se détache consécutivement à deux brisures : une brisure amont 49 représentée en partie b par un espace entre la partie amont du jet 30 et la partie aval, et une brisure aval 50 représentée en partie c par un espace entre la goutte 33 qui à ce stade est formée et la partie aval du jet 30 qui devient de ce fait un tronçon de jet 38. Des ligaments amont 51 et aval 52 représentés en parties b et c qui correspondent respectivement à des étirements des parties amont et aval du jet 30 relativement à la goutte 33 en formation, peuvent, si l'étirement est grand, donner naissance respectivement à des gouttelettes satellites amont 53 et aval 54 représentées en partie d. Sur la partie d on voit également que les parties amont et aval du jet de part et d'autre de la goutte 33 en formation subissent un gonflement. Comme représenté par la succession des états représentés en partie e, et f. Ces gonflements des extrémités du jet et du tronçon de jet entourant la goutte en formation 33, peuvent aussi se détacher pour former des gouttes d'encre 55,56 représentées en parties g. Ces gouttes d'encre 55,56 amont et aval seront appelées par la suite bourrelet amont 55 et bourrelet aval 56. Une longueur de brisure amont Lbam est définie comme étant la distance Lbam entre la face de sortie de la buse 29 et la brisure amont 49, une longueur de brisure aval Lbav est définie comme étant la distance Lbav entre la face de sortie de la buse 29 et la brisure aval 50.

De manière à ce que les bourrelets 55,56 soient récupérés dans la gouttière 40, il est nécessaire que ceux-ci embarquent une charge électrique suffisante, et

donc qu'ils se détachent suffisamment loin en aval des brisures amont et aval 49,50 de la goutte intermittente 33 pour se trouver au moment de leur détachement du jet dans la zone où existe un potentiel différent de celui du potentiel de l'encre dans la chambre 29. C'est pourquoi sur la figure 3 parties f et g on a représenté le début et la fin du détachement des bourrelets 55,56 dans la zone soumise à l'influence de l'électrode 37. De mme, il est souhaitable que les satellites amont et aval 53,54 soient absorbés dans d'autres gouttes rapidement, car ils peuvent causer d'importantes salissures du système de tri ou mme du support d'impression.

Tout signal électrique appliqué au dispositif de stimulation 31 et permettant d'obtenir les caractéristiques de brisures telles que les satellites et bourrelets n'introduisent pas de défauts d'impression comme expliqué ci-dessus, peut tre -utilisé pour réaliser l'invention.

La figure 4 partie a montre un exemple de signal électrique de commande qui peut tre appliqué au dispositif de stimulation 31 afin de contrôler la forme des brisures intermittentes de manière à assurer un fonctionnement correct du tri entre les gouttes à imprimer 33 et les gouttes 43 à récupérer dans la gouttière 40.

Le signal représenté figure 4 partie a est constitué de trois paliers consécutifs de tension de niveaux respectif U1, U2, et U3, mesurés au dessus d'un niveau Uo. Les trois paliers ont des durées respectives

T1, T2, et T3. Deux paliers consécutifs sont liés entre eux par un front raide montant ou descendant.

Les durées T1, T2, et T3 des trois paliers consécutifs de tension qui constituent le signal de stimulation, sont chacune proches d'une durée topt. Topt est la durée d'une impulsion rectangulaire qui donnerait, si elle était appliquée au moyen de stimulation 31, la longueur de brisure intermittente amont la plus courte, à amplitude constante et pour le mme jet (mme vitesse, mme section, mme encre). topt est une durée qui correspond à une perturbation spatiale du jet d'une longueur kopt/2, où lopt est la longueur d'onde optimale du jet, c'est-à-dire la longueur d'onde pour laquelle le coefficient d'amplification de l'instabilité capillaire est maximal.

Comme lopt _ 10. a pour un liquide visqueux, il vient que topt = Bopt/2. Vj _ 5. a/yj.

On rappelle que dans les formules ci-dessus a est le diamètre équivalent de la buse 29 qui correspond sensiblement au diamètre du jet 30 et Vj est la vitesse d'éjection du jet 30.

Dans l'exemple commenté en liaison avec la figure 4a, on a choisit les durées caractéristiques T1, T2, et T3 égales entre elles, c'est-à-dire que l'on a : Tl == T2 = T3 = Topt, ainsi la forme de la brisure obtenue pour la formation d'une goutte intermittente 33 est stable, et donc assez peu sensible à des petites variations de la vitesse de jet, de la viscosité ou d'autres propriétés fluctuantes du jet.

En outre le principe de tri des gouttes exige que la charge électrique embarquée par la goutte

intermittente 33 soit, dans cet exemple, quasiment nulle. Or la charge électrique effectivement embarquée par cette goutte dépend de la configuration géométrique de l'électrode de charge 35, des potentiels électriques appliqués aux 2 conducteurs 34,37 qui la constituent, mais aussi de la distance algébrique entre les brisures intermittentes amont et aval, (Lbav-Lbam).

Le signal représenté figure 4 partie a permet de contrôler cette distance (Lbav-Lbam) entre les deux brisures formant une goutte intermittente, de manière à assurer une trajectoire stable et bien définie de la goutte à imprimer.

La distance (Lbav-Lbam) entre les brisures amont et aval de formation d'une goutte peut tre ajustée en modifiant certains paramètres du signal de stimulation. Dans ce mode de réalisation, l'ajustement des amplitudes U1, U2 et U3 des paliers constituant le signal impulsionnel permet d'ajuster (Lbav-Lbam). Plus précisément, une diminution de la valeur absolue de la différence absolue |U1-U2| entre les valeurs de tension des deux premiers paliers a pour conséquence de retarder le moment de la brisure aval, et de mme une diminution de la différence absolue JU2-U3J entre les valeurs de tension des deux derniers paliers a pour conséquence de retarder le moment de la brisure amont. Il est possible de choisir T1 = 0 ou T3 = 0, si l'un des 3 paliers du signal est estimé inutile par l'homme du métier, en fonction du fonctionnement particulier du dispositif de stimulation considéré. Le signal présenté permet de corriger la trajectoire de la goutte à imprimer en choisissant empiriquement les paramètres du signal qui

influent sur la distance (Lbav-Lbam) entre la brisure intermittente amont et la brisure intermittente aval.

Un autre exemple de signal de stimulation impulsionnel pouvant tre utilisé dans un mode de réalisation de l'invention est décrit sur la figure 4 partie b. Ce signal est composé d'une succession de 3 impulsions rectangulaires, une première d'une durée D1 et de niveau Ul, une seconde d'une durée T2 et de niveau U2 et une troisième d'une durée D2 et de niveau U3. Les première et seconde impulsions sont séparées l'une de l'autre par une durée Tri, et les seconde et troisième impulsions sont séparées l'une de l'autre d'une durée Tr2. Pendant les temps de séparation entre impulsion le signal est au niveau de base Uo. Si l'on choisit ce signal afin de maîtriser la brisure intermittente, les durées sont de préférence T2 _ opt ; Trl Tr2-opt/ 2 ; Dz et D2 proches de topt/10 ou opt/5 selon le dispositif de stimulation à piloter, Topt étant défini comme précédemment. La distance entre les brisures amont et aval de la goutte intermittente 33 peut alors tre ajustée en modifiant Ul et/ou U3 : l'instant de la brisure aval est retardé lorsque U1/U2 augmente, l'instant de la brisure amont est retardé lorsque U3/U2 augmente.

Il sera maintenant procédé à la description d'un signal propre à générer la brisure du jet ou de tronçons de jet dans la seconde position dite position aval, produisant les gouttes 43 qui vont tre récupérées par la gouttière 40.

L'application d'un simple signal sinusoïdal provoquerait la création de gouttelettes satellites

entre les gouttes principales 43 issues de cette brisure. Dans le mode de réalisation décrit ici, une brisure continue sans satellites avec un signal d'amplitude suffisamment faible pour placer la brisure continue aval au voisinage du conducteur de charge 37 est obtenue en appliquant un signal à deux modes, superposition de deux signaux sinusoïdaux de fréquences Fb et 2. Fb, d'amplitudes et déphasages relatifs correctement choisis. Le signal généré est de la forme : Sb (t) = Ab. (sin (2'9. Fb. t) + a. sin (4X. Fb. t + (p » (1) Dans la formule (1) ci dessus Fb = 1/Tb est la fréquence fondamentale du signal de stimulation continue de formation des gouttes 43. a > 0 est l'amplitude relative du deuxième mode, et (p sa phase relative. Ab est un coefficient qui détermine l'amplitude du signal de stimulation continue de formation des gouttes 43.

L'homme du métier sait choisir les valeurs des paramètres a et 9 pour obtenir une brisure continue sans gouttelettes satellites. Un signal tel que décrit ci- dessus est représenté figure 5 partie a. Il s'agit d'un signal périodique de période Tb dont l'amplitude en fonction du temps est représenté par la formule (1). Si ce signal est appliqué seul de façon continue on obtient une brisure du jet tel que représenté figure 2 partie a où uniquement des gouttes 43 sont produites.

La combinaison des signaux de génération des gouttes 33 et 43 sera maintenant explicitée. Il sera examiné successivement la combinaison temporelle des deux types de signaux, leur combinaison du point de vue des amplitudes relatives et enfin un mode de commande

pour introduire un signal impulsionnel dans une succession de signaux périodiques.

D'un point de vue temporel, au moins une période Tb du signal périodique de stimulation continue aval est pour obtenir une goutte intermittente remplacée, par exemple, par le signal de commande'impulsionnel décrit en liaison avec la figure 4 partie a. La combinaison du signal impulsionnel décrit en liaison avec la figure 4 partie a et du signal périodique décrit en liaison avec la figure 5 partie a est représenté figure 5 partie c.

Comme le montre l'exemple de la figure 5, partie c, la durée totale du signal de stimulation intermittente est égale à une valeur Ti. Il est formé comme représenté figure 4 partie a par une succession de trois paliers consécutifs de durée respective Tl, T2, et T3, T3 ayant dans cet exemple une durée nulle, en sorte que Ti = T1+T2+T3. En règle générale, Ti t n. Tb, n étant un nombre entier. Dans le mode de réalisation choisi, le signal de stimulation impulsionnel est précédé d'un signal de transition aval de durée tav, et suivi d'un signal de transition amont de durée tam. Les durées de tav et tam sont choisies de façon à satisfaire la condition tav + Ti + tam = n. Tb. Dans l'exemple décrit en relation avec la figure 5 partie c, les signaux de transition consistent simplement à maintenir la tension constante entre l'interruption du signal périodique de stimulation continue et le début de la génération du signal impulsionnel. Les durées tav et tam sont choisies de manière à respecter l'intégrité des tronçons de jet 38 de part et d'autre de la goutte intermittente 33 jusqu'à la zone d'influence du conducteur de charge 37

(figure 1). Les signaux de transition sont choisis également de façon à assurer la continuité du signal électrique appliqué aux moyens de stimulation 31 lors de l'interruption et de la reprise de la génération du signal périodique de stimulation continue aval. On note que les signaux de transition peuvent l'un ou l'autre ou les deux avoir une durée nulle.

Les amplitudes relatives du signal périodique et du signal impulsionnel, c'est-à-dire les valeurs relatives de Ab dans la formule (1) définissant le signal périodique et la valeur de U2 sont choisies pour placer correctement les positions de brisures amont et aval dans les zones d'influence de l'électrode de charge 35. Les longueurs de brisure, c'est-à-dire la distance entre la buse 29 et une position de brisure, dépendent de l'amplitude de la stimulation. Pour assurer une séparation efficace des gouttes 33 par rapport aux gouttes 43, la distance entre la position 11 de brisure intermittente et la position 12 de brisure continue aval doit tre suffisante, au minimum de 20 fois le rayon du jet. Dans le mode préféré de réalisation, une distance entre ces deux positions de brisures est proche de 50 fois le rayon du jet.

Le générateur 32 de signaux électriques de commande propre à générer à la demande le signal impulsionnel de création d'une goutte intermittente 33 et le signal périodique de génération continue de gouttes 33 et connecté à cet effet aux moyens de stimulation 31, est dans le mode de réalisation décrit, piloté au moyen d'une commande d'impression, par exemple un signal logique, par exemple un signal binaire IMP

représenté sur les figures 5b et 5d. Le signal IMP est une fonction des données à imprimer. Lorsque seul le signal de stimulation continue aval, de période Tb, est généré, la valeur logique du signal booléen IMP reste à 0. C'est ce signal constamment à 0 qui est représenté figure 5b.

En situation d'impression, le signal IMP passe à la valeur 1 pendant au moins une période Tb, déclenchant la réponse du générateur de signaux électriques de commande 32 : ainsi selon le mode préféré de réalisation de l'invention le générateur 32 de signaux de commande des moyens de stimulation 31 est apte à combiner un signal de nature impulsionnel et un signal périodique, en remplaçant un nombre entier n de périodes du signal périodique par le signal impulsionnel encadré de signaux de transitions.

Des améliorations qui peuvent tre apportées à la tte d'impression selon l'invention seront maintenant examinées en liaison avec les figures 6 et 7 qui représentent respectivement un exemple d'une coupe d'une tte d'impression 1 faisant apparaître le chemin de l'encre dans un corps 23 de cette tte 1 et un graphique faisant apparaître en abscisse la perturbation de vitesse apportée localement au jet en fonction de la fréquence d'une stimulation mécanique présente dans le circuit d'encre en amont de la buse.

Le chemin hydraulique à l'intérieur du corps 23 de la tte d'impression 1 représenté en coupe figure 6 selon un ou plusieurs plan xz, z étant la direction des jets 30 et x une direction perpendiculaire à z située dans un plan perpendiculaire au plan contenant les axes

des buses 29, comporte de l'amont vers l'aval dans le sens d'écoulement de l'encre, des éléments discrets fonctionnels. Un réservoir 17 d'encre pressurisée 16 est en communication comme représenté par des flèches 27 avec un conduit d'amenée d'encre non représenté. Le réservoir 17 est en communication avec un passage étroit 18 nommé restriction. Un premier tube de liaison 20 met en communication la restriction 18 avec la chambre de stimulation 28. La chambre de stimulation 28 est elle mme en communication avec la buse 29 de formation du jet 30 par un second tube de liaison 21. La buse 29 est percée dans une plaque à buse 22 qui peut comporter plusieurs buses alignées selon une direction y perpendiculaire au plan de représentation xz.

Une partie de paroi de la chambre 28 est formée par une membrane 24 dont l'épaisseur, suivant l'axe Z, est très inférieure à ses dimensions dans le plan X, Y.

Sur la face externe de la membrane 24, c'est-à-dire celle qui est extérieure à la chambre 28, est collé un élément piézo-électrique 25.

Lorsqu'un signal électrique est appliqué sur l'élément piézo-électrique 25, le couple membrane 24/ élément piézo-électrique 25 qui dans cet exemple forme les moyens de stimulation 31 forme un élément vibrant 31 qui se déforme en flexion ayant pour effet de produire une modulation du volume et de la pression dans la chambre 28 ; il en résulte une modulation de la vitesse moyenne d'éjection de l'encre 16 au niveau de la buse 29. Ce type d'actionneur qui est décrit dans de nombreux brevets a été proposé initialement par Silonics (US-A- 3,946, 398-Kyser & Sears).

La nécessité de former une goutte isolée dans un jet par l'application d'un signal intermittent tel que décrit figure 4 partie a ou b, et de préférence d'éviter la formation de gouttelettes satellites telles que 53, 54 décrites en relation avec la figure 3 ainsi que la formation d'un train de gouttes derrière la goutte isolée requiert que la stimulation soit strictement non résonante. Cela signifie que la fonction de transfert du système de stimulation doit tre exempte de pics de résonance dans la bande passante du jet 30. La fonction de transfert du système de stimulation est définie comme la relation existant entre la pression induite par l'action de l'élément piézo-électrique 25 et la modulation de vitesse d'éjection du jet 30.

La définition de la bande passante BPjet du jet 30 provient de théorie linéaire de l'instabilité capillaire, l'Homme du métier saura retrouver la relation suivante : Pour l'application numérique : Vjet : vitesse du jet 30, par exemple 15 m/s Rjet : rayon du jet en sortie de buse 29, par exemple 15 um, Fcjet = Fréquence de coupure du jet par exemple 160 kHz Le système de stimulation est susceptible de produire des fréquences de résonance FR liées au comportement mécanique et acoustique du dispositif. Pour obtenir une stimulation strictement non résonante on recherchera à placer ces fréquences de résonance FR à

l'extérieur de la bande passante du jet.

Préférentiellement on satisfera à la relation suivante : FR > (1+0. 1) Fcet Pour cela on cherchera à tre conforme à l'une ou plusieurs des règles de conception ci-après.

Résonance d'origine mécanique et accoustique (Règle de conception n°l) L'élément vibrant 31 possède une fréquence de résonance propre FM qui dépend principalement de sa géométrie et des propriétés mécaniques des matériaux qui le compose.

LM : terme d'inertie équivalent à une self en analogie électrique.

CM : terme d'élasticité équivalent à une capacité en analogie électrique.

Avec les valeurs nominales indiquées dans un tableau de dimension et de matériau faisant l'objet de l'annexe 1, la fréquence de résonance de l'élément vibrant 31 vaut typiquement de l'ordre 400 kHz.

En l'absence de phénomène de propagation, on s'intéressera à la fréquence de Helmholtz FH calculée à partir des termes d'inertie et d'élasticité (analogie électrique) de chaque élément discret constituant le dispositif de stimulation à savoir le res'tricteur, la chambre et la buse ainsi que des éléments de liaison hydrauliques entre ces composants s'ils existent.

Avec les valeurs nominales indiquées dans le tableau de dimension et de matériau, la fréquence de résonance de Helmholtz qui vaut typiquement de 11 ordre de 200 kHz est située hors de la bande passante du jet.

Dans le cas particulier des valeurs proposées dans le tableau faisant l'objet de l'annexe 1, la fréquence de Helmholtz FH est calculée à partir de l'expression simplifiée suivante qui ne retient que les termes dont le poids est prépondérant : LR : terme d'inertie (analogie électrique) associé à la restriction 18.

LB : terme d'inertie (analogie électrique) associé à la buse 29.

CM : terme d'élasticité en analogie électrique de l'élément vibrant 31.

Résonance acoustique avec propagation (Règle de conception n°2) Les phénomènes de propagation acoustique peuvent produire des pics de résonance lorsqu'une des longueurs caractéristiques du système de stimulation n'est pas négligeable devant la longueur X des ondes acoustique dans l'encre 16. A titre d'exemple, la longueur d'onde À est typiquement de 7.5 mm dans une encre à base d'eau, MEK ou alcool pour une fréquence de coupure du jet cet de 160kHz et pour une célérité moyenne du son, par exemple dans la MEK, de 1200 m/s. On entend par longueur

caractéristique toute cote de la restriction 18, de la chambre 28, des premier et second tubes de liaison 20, 21, de la buse 29 et du trajet total de l'encre 16 dans le système de stimulation depuis l'entrée de la restriction 18 jusqu'en sortie de buse 29. Idéalement toutes les longueurs caractéristiques du système de stimulation seront inférieures B/4 pour s'affranchir de la propagation d'ondes acoustiques. La contrainte en B/4 fixe la longueur caractéristique maximale à 1.8 mm. Il est en général aisé de satisfaire à la contrainte en Â./4 pour la buse 29, la restriction 18 et les tubes de liaison 20,21 comme indiqué dans le tableau de dimension et de matériau annexé. Pour la chambre 28, cette règle peut ne pas tre respectée, car on recherche une surface de la chambre importante pour obtenir une bonne efficacité de stimulation, dans ce cas, il est indispensable de procéder à la modélisation de la fonction de transfert pour s'assurer qu'il n'y a pas de résonance dans la bande passante du jet.

Pour un système de stimulation comportant les cotes nominales indiquées dans le tableau de dimension et de matériau, il apparaît que sa fonction de transfert dont la courbe est présentée en figure 7 ne présente pas de fréquence de résonance dans la bande passante du jet, pic 26 de résonance à 200 kHz associé à la fréquence de Helmholtz.

Pour une fréquence de coupure du jet de 160kHz et pour un système de stimulation ayant les cotes indiquées dans le tableau de l'annexe 1, la première résonance se situe vers 200 kHz ce qui satisfait aux critères et aux précautions énumérés, il est aisé de

vérifier que la stimulation est non résonante et permet avantageusement des former une goutte dans un jet continu (Figures 6 et 7).

Optimisation de l'écoulement stationnaire et instationnaire (Règle de conception n°4).

Sous l'effet de l'élément piézo-électrique 25, une impulsion de pression pousse de l'encre 16 vers la buse 29 et repousse de l'encre 16 vers la restriction 18, en effet ces deux éléments constituent, pour la chambre 28, les deux points de sortie de l'encre 16.

Afin de maximiser l'efficacité de la stimulation i. e. la modulation de vitesse au niveau de la buse 29, il est souhaitable d'adapter l'impédance de la buse 29 à celle de la restriction 18 laquelle présente une impédance acoustique élevée. On définira le rendement de la stimulation par le ratio Rump des impédances LB de la buse 29 et LR de la restriction 18 : Dans la formule ci-dessus : 1R : longueur de la restriction 18 1B : longueur de la buse 29 dans la direction Z SR : section droite de la restriction 18 SB : section droite de la buse 29 Dans l'idée de maximiser Rip la solution intuitive qui consisterait à choisir IR » Is et SR « SB est inintéressante car elle requiert une pression d'encre dans le réservoir 17 trop importante. En effet, la formation du jet continu 30 nécessite une pression d'encre statique en amont de la restriction 18 qui

dépend fortement des pertes de charges visqueuses dans le système de stimulation et en particulier dans la buse 29 et la restriction 18 qui sont les deux zones de plus forte vitesse d'écoulement de l'encre. La résistance hydraulique de la buse 29 ou de la restriction 18 est décrite, en première approximation, par la loi de Poiseuille selon l'expression générique suivante : AP = 8F1 Q RHya° R4 AP : chute de pression statique entre l'entrée et la sortie de la buse 29 ou de la restriction 18 Q : débit volumique R : rayon de la buse 29 ou de la restriction 18 1 : longueur de la buse 29 ou de la restriction 18, u est la viscosité dynamique de l'encre.

Afin de réduire la résistance hydraulique de la restriction 18 comparativement à la buse 29 et tout en conservant un bon rendement de stimulation on jouera sur l'équivalence [longueur <--> section] en privilégiant une section et une longueur de la restriction 18 supérieures à celles de la buse 29. Les cotes nominales indiquées dans le tableau de dimension et de matériau de l'annexe 1, constituent un bon compromis entre le rendement de la stimulation et la perte de charge visqueuse. Pour des rapports de rayon, respectivement de longueur, de la buse 29 et de la restriction 18 valant typiquement 1/3, respectivement 1/10, on obtient :

fRup _1 Hybo (resMCteUr) _ 1oRHybo (buse) Le volume contenu dans la chambre 28 de forme parallélépipédique est choisi tel que la fréquence de Helmholtz du système ne soit pas inférieure à 200 kHz.

L'épaisseur de la chambre 28 (dans la direction Z) doit tre aussi faible que possible pour offrir une surface maximale à l'élément vibrant 31 mais néanmoins pas inférieure au diamètre de la buse 29 afin de minimiser la perte de charge visqueuse dans la chambre 28. Cette épaisseur qui résulte d'un compromis sera choisie voisine du diamètre de la buse 29. Le volume et l'épaisseur étant donnés, cela fixe la surface de la chambre en s'assurant de la bonne cohérence avec la règle de conception n°l.

Ainsi, une imprimante selon l'invention inclut : - un dispositif d'éjection de liquide permettant de former au moins un jet d'encre, - un générateur de signaux électriques de commande, - un dispositif de stimulation interne, c'est- à-dire en amont de la buse, permettant de fractionner le jet en créant des perturbations à sa surface en sortie de buse. Ce dispositif de stimulation est capable de créer une goutte isolée dans le jet lorsqu'on applique le signal impulsionnel approprié sur les moyens de stimulation, - un système de tri consistant en un agencement d'électrodes portées à des potentiels électriques

constants, et en une gouttière qui collecte les gouttes non imprimées.

L'invention permet d'utiliser un système de tri commun pour un grand nombre de jets, ce qui élimine les difficultés de réalisation des électrodes de charge d'une imprimante binaire classique, et permet de profiter des avantages du système de tri en stimulation intermittente, notamment de son faible coût de réalisation. De plus, la stimulation étant interne, les problèmes d'encombrement et les difficultés liées aux techniques de stimulation externes sont éliminés. Le dispositif de stimulation piloté selon le principe de l'invention permet également de modifier le comportement du jet et la trajectoire des gouttes par le seul moyen du signal de stimulation, ce qui simplifie la partie électronique de la tte d'impression et donne un contrôle très fin sur la stabilité des jets et la qualité d'impression. Là combinaison de deux brisures stables contribue également à maîtriser les deux trajectoires des 2 types de gouttes créés par le simple ajustement de paramètres du signal de stimulation, ce qui contribue à améliorer la fiabilité de la machine et la qualité d'impression.

On notera qu'une tte d'impression utilisant l'invention peut comprendre ou non le circuit 32 de génération des signaux de brisure. Annexe 1 Tableau de dimension et de matériau Fonction Long (X)/Larg (Y)/Rayon-Epaisseur (Z) Matériaux Restriction 18 250 pm/130 pm/-38 pm Inox 316 Tube de liaison 20//75 pm 38 pm Inox 316 Chambre 29 1000 pm/410 pm/-38 pm Inox 316 Elément vibrant 31 : - céramique piézo 1000 pm/410 pm/-125 pm PZT -membrane - membrane 1000 pm 1410 pm/-62. 5 pm Inox 316 - membrane Tubede) iaison21-/-/50pm 475 pm ! nox3i6 BUSe 29-/-/15 Nm 50 m Inox 316

Annexe 2 Liste des documents cités US-A-4 220 958 CROWLEY US-A-3 596 275 SWEET US-A-4 638 328 DRAKE ET AL FR 2 799 688 u US 09/685 064 Journal Xerox Disclosure (Pincus-1982, Vol. 7, p. 23