BR112016000655B1

BR112016000655B1 - Dispositivo de bocal de jato de tinta; e cabeçote de impressão com jato de tinta

Info

Publication number: BR112016000655B1
Application number: BR112016000655-0A
Authority: BR
Inventors: Angus John North
Original assignee: Memjet Technology Limited
Priority date: 2013-07-30
Filing date: 2014-06-25
Publication date: 2021-08-31
Also published as: AU2014298811A1; CA2908445C; US20150035907A1; US9044945B2; JP6386559B2; WO2015014547A1; ES2607717T3; CN105189123A; KR20160037930A; CA2908445A1; EP2983917A1; EP2983917B1; AU2014298811B2; BR112016000655A2; SG11201508089UA; TW201509695A; US8998383B2; US20150035904A1; KR102196775B1; US9283756B2

Abstract

dispositivo de bocal de jato de tinta; e cabeçote de impressão com jato de tinta trata-se de um dispositivo de bocal de jato de tinta que inclui uma câmara principal que tem um piso, um teto e uma parede perimétrica que se estende entre o piso e o teto. a câmara principal inclui: uma câmara de disparo que tem um orifício de bocal definido no teto e um atuador para ejeção de tinta através do orifício de bocal; uma antecâmara para suprir tinta à câmara de disparo, sendo que a antecâmara tem uma admissão de câmara principal definida no piso; e uma estrutura defletora que divide a câmara principal para definir a câmara de disparo e a antecâmara, em que a estrutura defletora se estende entre o piso e o teto. a câmara de disparo e a antecâmara têm um plano comum de simetria.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] Esta invenção refere-se a dispositivos de bocal de jato de tinta para cabeçotes de impressão com jato de tinta. A mesma foi desenvolvida primariamente para aprimorar as trajetórias de ejeção de gotícula e minimizar a interferência entre fluidos entre dispositivos, enquanto maximiza as taxas de reabastecimento de câmara.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] O Requerente desenvolveu uma gama de impressoras de jato de tinta Memjet® conforme descrito, por exemplo, nos documentos WO2011/143700, WO2011/143699 e WO2009/089567, cujo teor é incorporado ao presente documento a título de referência. As impressoras Memjet® empregam um cabeçote de impressão de largura de página fixo em combinação com um mecanismo de alimentação que alimenta mídia de impressão pelo cabeçote de impressão em uma única passagem. As impressoras Memjet®, portanto, fornecem velocidades de impressão bem mais altas do que as impressoras convencionais de jato de tinta com escaneamento.

[003] Um cabeçote de impressão com jato de tinta é composto por uma pluralidade (tipicamente milhares) de dispositivos de bocal de jato de tinta individuais supridos, cada um, de tinta. Cada dispositivo de bocal de jato de tinta tipicamente compreende uma câmara de bocal que tem um orifício de bocal e um atuador para ejetar tinta através do orifício de bocal. O espaço projetado para dispositivos de bocal de jato de tinta é vasto, e uma multiplicidade de diferentes dispositivos de bocal foi descrita na literatura de patente, incluindo diferentes tipos de atuadores e diferentes configurações de dispositivo.

[004] Um dos critérios mais importantes na projeção de um dispositivo de bocal de jato de tinta é alcançar trajetórias de gota de tinta perpendiculares ao plano do bocal. Se cada gota for ejetada perpendicularmente para fora, o rastro que segue a gota não será pego e depositado na borda do bocal. Uma fonte de alagamento e mau direcionamento de gota é, assim, evitada. Adicionalmente, com trajetórias perpendiculares, o satélite primário formado pela quebra do rastro de gota pode ser feito para pousar em cima da gota principal na página, escondendo esse satélite. Aprimoramentos significativos na qualidade de impressão podem ser, assim, obtidos com trajetórias de gota perpendiculares.

[005] As impressoras de jato de tinta Memjet® são dispositivos térmicos, que compreendem elementos aquecedores que superaquecem a tinta para gerar bolhas de vapor. A expansão dessas bolhas força as gotas de tinta através dos orifícios de bocal. Para garantir trajetórias perpendiculares para essas gotas, as bolhas precisam se expandir simetricamente. Isso requer simetria no projeto do dispositivo de bocal.

[006] Uma perfeita simetria fluida em volta do elemento aquecedor não é possível a não ser que o elemento aquecedor fique suspenso diretamente sobre a admissão da câmara de bocal. Os dispositivos de bocal com jato de tinta que têm essa disposição são descritos, por exemplo, no documento US 6.755.509, e um cabeçote de impressão que compreende tal dispositivo é mostrado no documento US 7.441.865 (consultar, por exemplo, a Figura 2 IB), cujo teor é incorporado ao presente documento a título de referência. No entanto, os dispositivos que têm um elemento aquecedor suspenso sobre a admissão de câmara requerem métodos de fabricação relativamente complexos e são menos robustos do que os dispositivos que têm elementos aquecedores ligados uns aos outros. Ademais, esses dispositivos sofrem de uma taxa relativamente alta de refluxo através da admissão de câmara durante a ejeção de tinta (resultando em ineficiências), assim como potencial alagamento de face de cabeçote de impressão durante o reabastecimento de câmara em virtude do alinhamento da admissão e do orifício de bocal.

[007] O documento US 7.857.428 descreve um cabeçote de impressão com jato de tinta que compreende uma fileira de câmaras de bocal, sendo que cada câmara de bocal tem uma entrada de parede lateral que é suprida de tinta proveniente de um canal de suprimento de tinta comum que se estende paralelo à fileira de câmaras de bocal. O canal de suprimento de tinta é suprido de tinta por meio de uma pluralidade de admissões definidas em um piso do canal. A entrada a cada câmara de bocal pode compreender uma estrutura de filtro (por exemplo, um pilar) para filtrar bolhas de ar ou particulados arrastados na tinta. A disposição descrita no documento US 7.857.428 fornece redundância no suprimento de tinta às câmaras de bocal, porque todas as câmaras de bocal na mesma fileira (ou par de fileiras) são supridas de tinta proveniente do canal de suprimento de tinta comum que se estende paralelo à mesma. No entanto, a disposição descrita no documento US 7.857.428 sofre das desvantagens de taxas de reabastecimento de câmara relativamente lentas e interferência entre fluidos entre câmaras de bocal próximas.

[008] Além disso, a disposição descrita no documento US 7.857.428 introduz, inevitavelmente, um grau de assimetria na ejeção de gotícula se comparada à disposição descrita no documento US 6.755.509. Visto que o elemento aquecedor é lateralmente limitado pelas paredes laterais de câmara, exceto pela entrada de câmara, a bolha gerada pelo elemento aquecedor é distorcida por essa assimetria. Em outras palavras, uma parte do impulso gerado pela bolha tende a forçar uma certa quantidade de tinta a retornar através da entrada de câmara assim como através do orifício de bocal. Isso resulta em trajetórias enviesadas de ejeção de gotícula assim como em uma redução da eficiência.

[009] Uma medida para tratar da assimetria causada por uma entrada de parede lateral de câmara é a de alongar e/ou estreitar a entrada de câmara para aumentar sua resistência fluida ao refluxo. No entanto, essa medida não é viável em impressoras de alta velocidade, porque a mesma reduz, inevitavelmente, as taxas de reabastecimento de câmara devido à resistência ao fluxo aumentada. Uma medida alternativa que compensa a assimetria causada por uma entrada de parede lateral de câmara é a de desviar o elemento aquecedor do orifício de bocal, conforme descrito no documento US 7.780.21 (cujo teor é incorporado ao presente documento a título de referência).

[010] Seria desejável fornecer um dispositivo de bocal de jato de tinta que tenha um alto grau de simetria de modo a minimizar a extensão de quaisquer medidas compensatórias necessárias para se corrigir as trajetórias de ejeção de gotícula. Seria adicionalmente desejável fornecer um dispositivo de bocal de jato de tinta que tenha uma alta taxa de reabastecimento de câmara, que é adequada para o uso em impressão de alta velocidade. Seria desejável, ainda, fornecer um cabeçote de impressão com jato de tinta que tenha uma mínima interferência entre fluidos entre dispositivos de bocal próximos.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[011] De acordo com a presente invenção, é fornecido um dispositivo de bocal de jato de tinta que compreende uma câmara principal que tem um piso, um teto e uma parede perimétrica que se estende entre o piso e o teto, sendo que a câmara principal compreende:

[012] uma câmara de disparo que tem um orifício de bocal definido no teto e um atuador para ejeção de tinta através do orifício de bocal;

[013] uma antecâmara para suprir tinta à câmara de disparo, sendo que a antecâmara tem uma admissão de câmara principal definida no piso; e

[014] uma estrutura defletora que divide a câmara principal para definir a câmara de disparo e a antecâmara, sendo que a estrutura defletora se estende entre o piso e o teto,

[015] em que a câmara de disparo e a antecâmara têm um plano comum de simetria.

[016] Os dispositivos de bocal com jato de tinta de acordo com a presente invenção têm um alto grau de simetria, que, conforme prenunciado acima, é essencial para minimizar trajetórias enviesadas de ejeção de gotícula. O alto grau de simetria é fornecido, primeiramente, pelo alinhamento do orifício de bocal, do atuador, da estrutura defletora e da admissão de câmara principal ao longo do plano comum de simetria para oferecer uma simetria de espelho perfeita em torno desse eixo geométrico (nominalmente o eixo geométrico y do dispositivo). Por isso, há um enviesamento insignificante das gotículas ejetadas ao longo do eixo geométrico x.

[017] Em segundo lugar, a estrutura defletora e uma porção de extremidade da parede perimétrica são posicionadas para restringir a expansão de bolha igualmente ao longo do eixo geométrico j durante a ejeção de gotícula. Portanto, o posicionamento da estrutura defletora fornece, de modo eficaz, um alto grau de simetria de espelho em torno de um eixo geométrico x ortogonal da câmara de disparo. Qualquer enviesamento de trajetórias de gotícula resultante do refluxo através da estrutura defletora durante a ejeção de gotícula ou será pequeno demais a ponto de não exigir correção; ou exigirá somente um pequeno desvio j do orifício de bocal, conforme descrito no documento US 7.780.271, para a correção de trajetórias de ejeção não enviesadas. (A necessidade ou não de uma correção de pequeno desvio j pode depender de fatores, tais como volume de gotícula, velocidade de ejeção de gotícula, tipo de tinta, requisitos de qualidade de impressão, etc.). A partir do que foi dito anteriormente, será compreendido que o dispositivo de bocal de jato de tinta da presente invenção tem as vantagens de excelentes trajetórias de ejeção de gotícula e excelente eficiência (em termos de transferência de energia do impulso de bolha para a ejeção de gotícula).

[018] Uma vantagem adicional do dispositivo de bocal de jato de tinta de acordo com a presente invenção é uma taxa de reabastecimento de câmara relativamente alta se comparado aos dispositivos descritos no documento US 7.857.428. Visto que a antecâmara recebe tinta por meio da admissão de piso, que é tipicamente conectada a um canal de suprimento de tinta muito maior na parte posterior do chip, cada dispositivo de bocal tem, efetivamente, acesso direto a um suprimento de tinta em massa. Em contrapartida, na disposição descrita no documento US 7.857.428, cada câmara de bocal recebe tinta proveniente do canal de suprimento de tinta relativamente estreito definido na camada de MEMS, que pode se tornar privada de tinta em certas circunstâncias (por exemplo, impressão com sangramento completo ou impressão de velocidade muito alta). A privação do canal de suprimento de tinta na camada de MEMS leva a taxas de reabastecimento de câmara insatisfatórias, a uma consequente redução na qualidade de impressão e à falha acelerada de atuador causada pelo disparo por parte de atuadores com câmaras de bocal vazias ou parcialmente vazias.

[019] Uma vantagem adicional da presente invenção é que cada dispositivo de bocal é isolado fluidamente de modo eficaz de dispositivos próximos em virtude da parede perimétrica da câmara principal. A parede perimétrica é tipicamente uma parede sólida e contínua que cerca a câmara principal e não tem qualquer interrupção ou abertura. Por isso, com somente uma admissão de piso para a antecâmara, há um caminho fluido tortuoso entre dispositivos próximos. Isso, em combinação com a redução vantajosa de refluxo em virtude da geometria do dispositivo descrita acima, minimiza a possibilidade de qualquer interferência entre fluidos entre dispositivos próximos. Em contrapartida, a disposição de dispositivos de bocal descrita no documento US 7.857.428 sofre de interferência entre fluidos através das entradas de parede lateral de câmara e o canal de suprimento de tinta de MEMS contíguo.

[020] Essas e outras vantagens do dispositivo de bocal de jato de tinta de acordo com a presente invenção ficarão prontamente evidentes a partir da descrição detalhada abaixo.

[021] Preferencialmente, a estrutura defletora compreende uma única placa defletora. De preferência, a placa defletora tem um par de bordas laterais de forma que um vão se estenda entre cada borda lateral e a parede perimétrica para definir um par de entradas de câmara de disparo que flanqueiam a placa defletora, sendo que as entradas de câmara de disparo são dispostas simetricamente pelo plano comum de simetria.

[022] A placa defletora vantajosamente espelha, o máximo possível, uma parede de extremidade oposta da câmara de disparo. Por isso, a placa defletora e a parede de extremidade oposta fornecem uma força de reação similar ao impulso de bolha durante a ejeção de gotícula, apesar de as entradas de câmara de disparo flanquearem a placa defletora.

[023] Preferencialmente, a placa defletora é mais larga do que o elemento aquecedor. A dimensão de largura é definida ao longo do eixo geométrico x nominal da câmara principal. De preferência, a placa defletora ocupa pelo menos 30%, pelo menos 40% ou pelo menos 50% da largura da câmara principal. Tipicamente, a placa defletora ocupa cerca de metade da largura da câmara principal, em que as entradas de câmara de disparo flanqueiam a placa defletora em qualquer um dos lados da mesma. A placa defletora usualmente tem uma dimensão de largura (ao longo do eixo geométrico x), que é maior do que uma dimensão de espessura (ao longo do eixo geométrico y).

[024] Tipicamente, a largura da placa defletora é pelo menos duas vezes maior ou pelo menos três vezes maior do que a espessura da placa defletora.

[025] Preferencialmente, o orifício de bocal é alongado e tem um eixo geométrico longitudinal alinhado ao plano de simetria. De preferência, o orifício de bocal é elíptico e tem um eixo geométrico primordial alinhado ao plano de simetria.

[026] Em uma modalidade preferencial, o atuador compreende um elemento aquecedor. Em geral, a presente invenção foi descrita em conexão com um elemento aquecedor atuador, de acordo com essa modalidade preferencial. No entanto, compreender-se-á que as vantagens da presente invenção podem ser realizadas com outros tipos de atuador, tais como um atuador piezoelétrico, conforme é bem conhecido na técnica ou um atuador de curva térmica, conforme descrito no documento US 7.819.503, cujo teor é incorporado ao presente documento a título de referência. Em particular, a restrição simétrica de uma onda de pressão na câmara de disparo com o uso da geometria de câmara descrita no presente documento pode ser vantajosamente implantada com outros tipos de atuador.

[027] O atuador pode ser ligado ao piso da câmara de disparo, ligado ao teto da câmara de disparo ou suspenso na câmara de disparo. Preferencialmente, o atuador compreende um elemento aquecedor resistente ligado ao piso da câmara.

[028] De preferência, o elemento aquecedor é alongado e tem um eixo geométrico longitudinal alinhado ao plano de simetria. Preferencialmente, o elemento aquecedor é retangular.

[029] Em uma modalidade, um centroide do orifício de bocal é alinhado a um centroide do elemento aquecedor. No entanto, em uma modalidade alternativa, um centroide do orifício de bocal pode ser desviado de um centroide de elemento aquecedor ao longo do eixo geométrico longitudinal do elemento aquecedor.

[030] Esse desvio j pode ser usado para corrigir qualquer assimetria residual em torno do eixo geométrico x da câmara de disparo.

[031] De preferência, o elemento aquecedor se estende longitudinalmente da estrutura defletora até a parede perimétrica. Vantajosamente, uma bolha que se propaga ao longo do comprimento do elemento aquecedor é restringida de modo substancialmente igual pela parede perimétrica e pela estrutura defletora e, portanto, se expande simetricamente.

[032] Preferencialmente, a parede perimétrica e a placa defletora delimitam respectivos eletrodos para o elemento aquecedor.

[033] De preferência, a parede perimétrica e a estrutura defletora são compostas por um mesmo material, tipicamente em virtude de serem codepositadas durante a fabricação do dispositivo. A parede perimétrica e a estrutura defletora podem ser definidas por meio de um processo de MEMS aditivo, em que o material é depositado nas aberturas definidas em uma plataforma de suporte sacrificial (consultar, por exemplo, o processo de fabricação de MEMS aditivo descrito no documento US 7.857.428, cujo teor é incorporado ao presente documento a título de referência). Alternativamente, a parede perimétrica e a estrutura defletora podem ser definidas por meio de um processo de MEMS subtrativo, em que o material é depositado como uma camada ampla e, então, gravado para definir a parede perimétrica e a estrutura defletora (consultar, por exemplo, o processo de fabricação de MEMS subtrativo descrito no documento US 7.819.503, cujo teor é incorporado ao presente documento a título de referência). Para uma fácil fabricação, excelentes planeza e robustez de teto e maior controle da altura de câmara, a parede perimétrica e a estrutura defletora são, preferencialmente, definidas por um processo subtrativo similar ao processo descrito em conexão com as Figuras 3 a 5 do documento US 7.819.503.

[034] A parede perimétrica e a estrutura defletora podem ser compostas por qualquer material adequado, o que inclui polímeros (por exemplo, fotorresistências à base de epóxi, tais como SU-8) e cerâmicas. Preferencialmente, a parede perimétrica e a estrutura defletora são compostas por um material selecionado a partir do grupo que consiste em: óxido de silício, nitreto de silício e combinações dos mesmos.

[035] Da mesma forma, o teto pode ser composto por qualquer material adequado, incluindo os polímeros e as cerâmicas. O teto pode ser composto pelo mesmo material da parede perimétrica e da estrutura defletora, ou por um material diferente. Tipicamente, uma placa de bocal se estende por uma pluralidade de dispositivos de bocal em um cabeçote de impressão para definir os tetos de cada dispositivo de bocal. A placa de bocal pode ser ou não revestida com um revestimento hidrofóbico, tal como um revestimento polimérico, com o uso de um processo de deposição adequado (consultar, por exemplo, o processo de revestimento de placa de bocal descrito no documento US 8.012.363, cujo teor é incorporado ao presente documento a título de referência).

[036] De preferência, a câmara principal é geralmente retangular em vista plana. Preferencialmente, a parede perimétrica compreende um par de paredes laterais mais longas paralelas ao plano de simetria e um par de paredes laterais mais curtas perpendiculares ao plano de simetria.

[037] De preferência, uma primeira parede lateral mais curta define uma parede de extremidade da câmara de disparo, e uma segunda parede lateral mais curta define uma parede de extremidade da antecâmara.

[038] A câmara de disparo e a antecâmara podem ter quaisquer volumes relativos adequados. A câmara de disparo pode ter um volume maior do que a antecâmara, um volume menor do que a antecâmara ou o mesmo volume da antecâmara. Preferencialmente, a câmara de disparo tem um volume maior do que a antecâmara.

[039] A presente invenção fornece, ainda, um cabeçote de impressão com jato de tinta ou um circuito integrado de cabeçote de impressão que compreende uma pluralidade de dispositivos de bocal de jato de tinta conforme descrito acima.

[040] De preferência, o cabeçote de impressão compreende uma pluralidade de canais de suprimento de tinta que se estendem longitudinalmente ao longo de uma parte posterior do mesmo, em que pelo menos uma fileira de admissões de câmara principal em uma parte frontal do cabeçote de impressão encontra um respectivo canal dentre os canais de suprimento de tinta. Preferencialmente, cada canal de suprimento de tinta tem uma dimensão de largura de pelo menos 0,005 centímetro (50 micrômetros) ou pelo menos 0,007 centímetro (70 micrômetros). De preferência, cada canal de suprimento de tinta é pelo menos duas vezes, pelo menos três vezes ou pelo menos quatro vezes mais largo do que as admissões de câmara principal.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[041] As modalidades da presente invenção serão agora descritas somente a título de exemplo com referência aos desenhos anexos, nos quais:

[042] A Figura 1 é uma vista em perspectiva em recorte de parte de um cabeçote de impressão de acordo com a presente invenção;

[043] A Figura 2 é uma vista plana de um dispositivo de bocal de jato de tinta de acordo com a presente invenção; e

[044] A Figura 3 é uma vista lateral em corte de um dos dispositivos de bocal de jato de tinta mostrados na Figura 1.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[045] Em referência às Figuras 1 a 3, é mostrado um dispositivo de bocal de jato de tinta 10 de acordo com a presente invenção. O dispositivo de bocal de jato de tinta compreende uma câmara principal 12 que tem um piso 14, um teto 16 e uma parede perimétrica 18 que se estende entre o piso e o teto. Tipicamente, o piso é definido por uma camada de passivação que cobre uma camada de CMOS 20 que contém um conjunto de circuitos de acionamento para cada atuador do cabeçote de impressão. A Figura 1 mostra a camada de CMOS 20, que pode compreender uma pluralidade de camadas metálicas intercaladas com camadas dielétricas intermediárias (ILD).

[046] Na Figura 1, o teto 16 é mostrado como uma camada transparente de modo a revelar detalhes de cada dispositivo de bocal 10. Tipicamente, o teto 16 é composto por um material, tal como dióxido de silício ou nitreto de silício.

[047] Em referência agora à Figura 2, a câmara principal 12 do dispositivo de bocal 10 compreende uma câmara de disparo 22 e uma antecâmara 24. A câmara de disparo 22 compreende um orifício de bocal 26 definido no teto 16 e um atuador na forma de um elemento aquecedor resistente 28 ligado ao piso 14. A antecâmara 24 compreende uma admissão de câmara principal 30 (“admissão de piso 30”) definida no piso 14.

[048] A admissão de câmara principal 30 encontra e se sobrepõe parcialmente a uma parede de extremidade 18B da antecâmara 24. Essa disposição otimiza a capilaridade da antecâmara 24, encorajando, assim, a desobstrução e otimizando as taxas de reabastecimento de câmara.

[049] Uma placa defletora 32 divide a câmara principal 12 para definir a câmara de disparo 22 e a antecâmara 24. A placa defletora 32 se estende entre o piso 14 e o teto 16. Conforme mostrado mais claramente na Figura 3, as bordas laterais da placa defletora 32 são tipicamente arredondadas, de modo a minimizar o risco de rachadura de teto. (Cantos angulares agudos na placa defletora 32 tendem a concentrar tensão no teto 16 e aumentar o risco de rachadura).

[050] O dispositivo de bocal 10 tem um plano de simetria que se estende ao longo de um eixo geométrico y nominal da câmara principal 12. O plano de simetria é indicado pela linha tracejada S na Figura 2 e bissecta o orifício de bocal 26, o elemento aquecedor 28, a placa defletora 32 e a admissão de câmara principal 30.

[051] A antecâmara 24 se comunica de modo fluido com a câmara de disparo 22 por meio de um par de entradas de câmara de disparo 34 que flanqueiam a placa defletora 32 em qualquer um dos lados da mesma. Cada entrada de câmara de disparo 34 é definida por um vão que se estende entre uma respectiva borda lateral da placa defletora 32 e a parede perimétrica 18. Tipicamente, a placa defletora 32 ocupa cerca de metade da largura da câmara principal 12 ao longo do eixo geométrico x, embora compreenda-se que a largura da placa defletora pode variar com base em um equilíbrio entre taxas de reabastecimento ideias e uma simetria ideal na câmara de disparo 22.

[052] O orifício de bocal 26 é alongado e tem a forma de uma elipse que tem um eixo geométrico primordial alinhado ao plano de simetria S. O elemento aquecedor 28 tem a forma de uma barra alongada que tem um eixo geométrico longitudinal central alinhado ao plano de simetria S. Por isso, o elemento aquecedor 28 e o orifício de bocal elíptico 26 são alinhados um ao outro ao longo de seus eixos geométricos j.

[053] Conforme mostrado na Figura 2, o centroide do orifício de bocal 26 é alinhado ao centroide do elemento aquecedor 28. No entanto, compreender-se-á que o centroide do orifício de bocal 26 pode ser ligeiramente desviado do centroide do elemento aquecedor 28 em relação ao eixo geométrico longitudinal do elemento aquecedor (eixo geométrico y). Desviar o orifício de bocal 26 do elemento aquecedor 28 ao longo do eixo geométrico j pode ser usado para compensar o pequeno grau de assimetria em torno do eixo geométrico x da câmara de disparo 22. Entretanto, quando o desvio é empregado, a extensão do desvio é, em geral, relativamente pequena (por exemplo, menos que 1 micrômetro).

[054] O elemento aquecedor 28 se estende entre uma parede de extremidade 18A da câmara de disparo 22 (definida por um lado da parede perimétrica 18) e a placa defletora 32. O elemento aquecedor 28 pode se estender por uma distância inteira entre a parede de extremidade 18A e a placa defletora 32, ou o mesmo pode se estender substancialmente pela distância inteira (por exemplo, 90% a 99% da distância inteira) conforme mostrado na Figura 2. Se o elemento aquecedor 28 não se estender por uma distância inteira entre a parede de extremidade 18A e a placa defletora 32, um centroide do elemento aquecedor 28 ainda assim coincidirá com um ponto médio entre a parede de extremidade 18A e a placa defletora 32 de forma a manter um alto grau de simetria em torno do eixo geométrico x da câmara de disparo 22. Em outras palavras, um vão entre a parede de extremidade 18A e uma extremidade do elemento aquecedor 28 é igual a um vão entre a placa defletora 32 e a extremidade oposta do elemento aquecedor.

[055] O elemento aquecedor 28 é conectado, em cada extremidade sua, a respectivos eletrodos 36 expostos através do piso 14 da câmara principal 12 por uma ou mais vias 37. Tipicamente, os eletrodos 36 são definidos por uma camada metálica superior da camada de CMOS 20. O elemento aquecedor 28 pode ser composto, por exemplo, por liga de titânio e alumínio, nitreto de alumínio e titânio, etc. Em uma modalidade, o aquecedor 28 pode ser revestido com uma ou mais camadas de proteção, conforme conhecido na técnica. Camadas de proteção adequadas incluem, por exemplo, nitreto de silício, óxido de silício, tântalo, etc.

[056] As vias 27 podem ser preenchidas com qualquer material condutor adequado (por exemplo cobre, alumínio, tungstênio, etc.) para fornecer conexão elétrica entre o elemento aquecedor 28 e os eletrodos 36. Um processo adequado para formar conexões de eletrodo entre o elemento aquecedor 28 e os eletrodos 36 é descrito no documento US 8.453.329, cujo teor é incorporado ao presente documento a título de referência.

[057] Em algumas modalidades, pelo menos parte de cada eletrodo 36 é posicionada diretamente sob uma parede de extremidade 18A e a placa defletora 32, respectivamente. Essa disposição aprimora, vantajosamente, a simetria geral do dispositivo 10, assim como minimiza o risco de o elemento aquecedor 28 se delaminar do piso 14.

[058] Conforme mostrado mais claramente na Figura 1, a câmara principal 12 é definida em uma camada ampla de material 40 depositada sobre o piso 14 por um processo de gravação adequado (por exemplo, gravação por plasma, gravação líquida, gravação química, etc.). A placa defletora 32 e a parede perimétrica 18 são definidas simultaneamente por esse processo de gravação, que simplifica o processo geral de fabricação de MEMS. Por isso, a placa defletora 32 e a parede perimétrica 18 são compostas pelo mesmo material, que pode ser qualquer cerâmica gravável adequada ou material polimérico adequado para o uso em cabeçotes de impressão. Tipicamente, o material é dióxido de silício ou nitreto de silício.

[059] Em nova referência à Figura 2, pode ser visto que a câmara principal 12 é geralmente retangular e tem dois lados mais longos e dois lados mais curtos. Os dois lados mais curtos definem as paredes de extremidade 18A e 18B da câmara de disparo 22 e da antecâmara 24, respectivamente, enquanto os dois lados mais longos definem as paredes laterais contíguas da câmara de disparo e da antecâmara.

[060] Tipicamente, a câmara de disparo 22 tem um volume maior do que a antecâmara 24.

[061] Um cabeçote de impressão 100 pode ser composto por uma pluralidade de dispositivos de bocal de jato de tinta 10. A vista em recorte parcial do cabeçote de impressão 100 na Figura 1 mostra somente dois dispositivos de bocal de jato de tinta 10 a título de clareza. O cabeçote de impressão 100 é definido por um substrato de silício 102 que tem a camada de CMOS passivada 20 e uma camada de MEMS que contém os dispositivos de bocal de jato de tinta 10. Conforme mostrado na

[062] Figura 1, cada admissão de câmara principal 30 encontra um canal de suprimento de tinta 104 definido em uma parte posterior do cabeçote de impressão 100. O canal de suprimento de tinta 104 é, geralmente, muito mais largo do que as admissões de câmara principal 30 e é efetivamente um suprimento de tinta em massa para hidratar cada câmara principal 12 em comunicação fluida com o mesmo. Cada canal de suprimento de tinta 104 se estende paralelamente a uma ou mais fileiras de dispositivos de bocal 10 dispostas em uma parte frontal do cabeçote de impressão 100. Tipicamente, cada canal de suprimento de tinta 104 supre tinta a um par de fileiras de bocal (somente uma fileira mostrada na Figura 1 a título de clareza), de acordo com a disposição mostrada na Figura 2 IB do documento US 7.441.865.

[063] As vantagens da configuração dodispositivo de bocal mostrada nas Figuras 1 a 3 são realizadas durante a ejeção de gotícula e o subsequente reabastecimento de câmara. Quando o elemento aquecedor 28 é atuado por um pulso de disparo proveniente do conjunto de circuitos de acionamento na camada de CMOS 20, a tinta nas proximidades do elemento aquecedor é rapidamente superaquecida e se vaporiza para formar uma bolha. À medida que a bolha se expande, a mesma produz uma força (“impulso de bolha”), que empurra tinta na direção do orifício de bocal 26, resultando na ejeção de gotícula. Na ausência da placa defletora 32, a bolha se expande assimetricamente conforme descrito no documento US 7.780.271. A expansão assimétrica de bolha ocorre quando uma extremidade da bolha em expansão é restringida por uma força de reação (tipicamente fornecida por uma parede da câmara de disparo), enquanto a outra extremidade da bolha não é restringida. No entanto, na presente invenção, a placa defletora 32 fornece uma força de reação à bolha em expansão que é substancialmente igual à força de reação fornecida pela parede de extremidade 18A da câmara de disparo 22. Portanto, a bolha formada pelo dispositivo de bocal de jato de tinta 10 é restringida por duas paredes opostas na câmara de disparo 22 e tem excelente simetria se comparado aos dispositivos descritos nos documentos US 7.780.271 e US 7.857.428. Consequentemente, as gotículas de tinta ejetadas têm um enviesamento mínimo ao longo dos eixos geométricos x e j.

[064] Ademais, qualquer refluxo é minimizado porque as entradas de câmara de disparo 34 são posicionadas ao longo das paredes laterais da câmara principal 12. Durante a propagação de bolha, a maior parte do impulso de bolha é direcionada na direção do orifício de bocal 26, de forma que somente um componente vetorial relativamente pequeno do impulso de bolha alcance as entradas de câmara de disparo 34. Portanto, o posicionamento das entradas de câmara de disparo 34 ao longo dos flancos da placa defletora 36 minimiza o refluxo durante a ejeção de gotícula.

[065] Embora o refluxo seja minimizado pelo dispositivo de bocal de jato de tinta 10, compreender-se-á que o refluxo não pode ser totalmente eliminado em qualquer dispositivo de bocal de jato de tinta. O refluxo pode não só afetar a simetria de bolha e as trajetórias de gotícula, como também resulta potencialmente na interferência entre fluidos entre dispositivos próximos por meio de uma onda de pressão associada ao refluxo de tinta. Essa onda de pressão pode fazer com que bocais não ejetores próximos alaguem tinta sobre a superfície do cabeçote de impressão, resultando em qualidade de impressão reduzida (por exemplo, causando mau direcionamento ou tamanho de gota variável) e/ou necessitando de intervenções para manutenção mais frequentes no cabeçote de impressão.

[066] Em referência à Figura 1, a interferência entre fluidos entre os dispositivos de bocal 10 adjacentes é minimizada, primeiramente, em virtude do caminho de fluxo tortuoso entre os dispositivos. Qualquer refluxo de tinta precisa fluir através de uma admissão de piso 30 para baixo no canal de suprimento de tinta 104 e para cima através de outra admissão de piso 30 próxima. Em segundo lugar, a onda de pressão proveniente de qualquer refluxo é amortecida pelo volume relativamente grande do canal de suprimento de tinta 104, o que minimiza ainda mais o risco de diafonia entre dispositivos próximos.

[067] De maneira similar, a interferência entre fluidos durante o reabastecimento de cada câmara (que pode causar pressão negativa em bocais vizinhos e tamanho de gota variável) é também minimizada.

[068] Por outro lado, a accessibilidade de cada dispositivo 10 ao suprimento de tinta em massa do canal de suprimento de tinta 104 por meio de uma respectiva admissão de piso 30 maximiza, vantajosamente, a taxa de reabastecimento de cada câmara principal 12. A tinta pode fluir livremente para a antecâmara 24 a partir do canal de suprimento de tinta 104 por meio da admissão de piso 30, mas o momentum dessa tinta é amortecido pelo teto e pelas paredes laterais da antecâmara 24, assim como pela placa defletora 32. Portanto, a antecâmara 24 tem um papel importante na minimização do alagamento de face de cabeçote de impressão durante o reabastecimento de câmara se comparado, por exemplo, aos dispositivos descritos no documento US 7.441.865.

[069] A taxa de reabastecimento crítica da câmara de disparo 22 pode ser controlada ajustando-se a largura da placa defletora 32, estreitando-se ou ampliando- se, assim, as entradas de câmara de disparo 34. Obviamente, haverá uma troca entre a maximização das taxas de reabastecimento de câmara de disparo e a minimização do refluxo durante a ejeção de gotícula. Nesse sentido, compreender-se-á que a largura ideal da placa defletora 32 pode ser “sintonizada”, dependendo de parâmetros tais como a viscosidade e a tensão superficial da tinta, máxima frequência de ejeção, volume de gotícula, etc. Na prática, a largura ideal da placa defletora 32 para um cabeçote de impressão e tinta particulares pode ser determinada empiricamente. O dispositivo de bocal de jato de tinta 10 de acordo com a presente invenção tem, tipicamente, uma taxa de reabastecimento de câmara adequada para uma frequência de ejeção de gotícula maior do que 10 kHz ou maior do que 1 kHz, com base em um volume de gotícula de 1,5 pL.

[070] Será, obviamente, compreendido que a presente invenção foi descrita somente a título de exemplo e que modificações de detalhes podem ser feitas se abrangidas pelo escopo da invenção, que é definido nas reivindicaçõesanexas.

Claims

1. DISPOSITIVO DE BOCAL DE JATO DE TINTA, compreendendo uma câmara principal (12) que tem um piso (14), um teto (16) e uma parede perimétrica que se estende entre o piso e o teto, sendo que a câmara principal compreende:uma câmara de disparo (22) que tem um orifício de bocal (26) definido no teto e um atuador para ejeção de tinta através do orifício de bocal;uma antecâmara (24) para fornecer tinta à câmara de disparo, sendo que a antecâmara tem uma entrada (30) de câmara principal definida no piso; ecaracterizado pelo dispositivo de bocal de jato de tinta compreender ainda uma placa defletora (32) que divide a câmara principal para definir a câmara de disparo e a antecâmara, sendo que a placa defletora se estende entre o piso e o teto,em que a câmara de disparo e a antecâmara têm um plano comum de simetria.

2. DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo piso e o teto serem comuns à câmara de disparo e à antecâmara.

3. DISPOSITIVO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo plano comum de simetria bissectar o orifício de bocal, o atuador, a placa defletora e a entrada de câmara principal.

4. DISPOSITIVO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pela parede perimétrica cercar a câmara principal e definir as paredes laterais da câmara de disparo e da antecâmara.

5. DISPOSITIVO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pela placa defletora ter um par de bordas laterais de forma que um vão se estenda entre cada borda lateral e a parede perimétrica para definir um par de entradas de câmara de disparo que flanqueiam a placa defletora, sendo que as entradas de câmara de disparo são dispostas simetricamente pelo plano de simetria.

6. DISPOSITIVO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo orifício de bocal ser alongado e ter um eixo geométrico longitudinal alinhado ao plano de simetria.

7. DISPOSITIVO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo orifício de bocal ser elíptico e ter um eixo geométrico primordial alinhado ao plano de simetria.

8. DISPOSITIVO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo atuador compreender um elemento aquecedor.

9. DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo elemento aquecedor ser ligado ao piso da câmara de disparo.

10. DISPOSITIVO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 ou 9, caracterizado pelo elemento aquecedor ser alongado e ter um eixo geométrico longitudinal alinhado ao plano de simetria.

11. DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado por um centroide do orifício de bocal ser alinhado a um centroide do elemento aquecedor ou um centroide do orifício do bocal ser deslocado de um centroide do elemento aquecedor ao longo do eixo geométrico longitudinal do elemento aquecedor.

12. DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo elemento aquecedor se estender longitudinalmente entre a placa defletora e a parede perimétrica, de forma que um centroide do elemento aquecedor coincida com um ponto médio entre a placa defletora e a parede perimétrica.

13. DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pela placa defletora ser mais larga do que o elemento aquecedor.

14. DISPOSITIVO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 13, caracterizado pela parede perimétrica e a placa defletora serem compostas por um mesmo material.

15. CABEÇOTE DE IMPRESSÃO COM JATO DE TINTA, caracterizado por compreender uma pluralidade de dispositivos de bocal de jato de tinta, conforme definidos em qualquer uma das reivindicações 1 a 14.