ES2201231T3 - Substrato para cabezal de impresion por chorros tinta, metodo para fabricacion del mismo, cabezal de impresion por chorros de tinta dotado de dicho substrato, y metodo para fabricacion de dicho cabezal. - Google Patents
Substrato para cabezal de impresion por chorros tinta, metodo para fabricacion del mismo, cabezal de impresion por chorros de tinta dotado de dicho substrato, y metodo para fabricacion de dicho cabezal.Info
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Abstract
SE PRESENTA UN SUSTRATO PARA SU USO EN UNA CABEZA DE GRABACION MEDIANTE CHORRO DE TINTA QUE ESTA PROVISTO DE UNA PLURALIDAD DE MIEMBROS GENERADORES DE CALOR PARA GENERAR ENERGIA TERMICA PARA SER UTILIZADA PARA DESCARGAR TINTA, DE UNA PELICULA ENTRE CAPAS DISPUESTA EN CADA CAPA INFERIOR DE CADA UNO DE LOS MIEMBROS GENERADORES DE CALOR, Y DE UNA CAPA DE PROTECCION PARA PROTEGER EL MIEMBRO GENERADOR DE CALOR. CADA UNO DE LOS MIEMBROS GENERADORES DE CALOR DEL SUSTRATO ESTA ESTRUCTURADO POR UN METAL Y UN AISLANTE, Y AL MISMO TIEMPO, EL COEFICIENTE DE CONTENIDO DE METAL EN LA PROXIMIDAD DE LAS INTERCONEXIONES DEL MIEMBRO GENERADOR DE CALOR SE HACE MAS PEQUEÑA QUE EN EL CENTRO DEL MIEMBRO GENERADOR DE CALOR EN LA DIRECCION DEL GROSOR DE LA PELICULA DEL MISMO. CON LA ESTRUCTURA DEL MIEMBRO ASI DISPUESTA, ES POSIBLE EVITAR O SUPRIMIR LOS LEVANTAMIENTOS Y LAS FRACTURAS DE LAS CAPAS INTERMEDIAS EN CADA UNA DE LAS CAPAS RESISTIVAS, GENERADORAS DE CALOR EN DONDE LOS CAMBIOS DE TEMPERATURA SON INTENSOS DEBIDOS AL CICLO TERMICO.
Description
Substrato para cabezal de impresión por chorros
de tinta, método para fabricación del mismo, cabezal de impresión
por chorros de tinta dotado de dicho substrato, y método para
fabricación de dicho cabezal.
La presente invención se refiere a un substrato
que constituye un cabezal de impresión por chorros de tinta
(posteriormente, denominado simplemente cabezal de impresión por
chorros de tinta) para descargar un líquido funcional, tal como una
tinta, en un medio de impresión que incluye una hoja de papel, una
hoja de plástico, prenda de vestir, artículo comercial, y similares,
a efectos de grabar e imprimir caracteres, símbolos, imágenes, y
similares, al mismo tiempo que ejecuta operaciones relacionadas. La
invención se refiere también a un método para fabricar dicho
substrato, y a un cabezal de impresión por chorros de tinta formado
a partir de la utilización de dicho substrato, como también a un
método para fabricar dicho cabezal.
El método de impresión por chorros de tinta ha
atraído, en los últimos años, mayor atención porque funciona de modo
más adecuado para la impresión de imágenes con mayor precisión a
velocidades más elevadas, al mismo tiempo que con este método, el
cabezal de impresión y los aparatos son más pequeños y adaptables de
modo conveniente para la impresión en color. (Por ejemplo, remitirse
a las especificaciones de las patentes U.S.A. Nº 4.723.129 y
4.740.796).
La figura 1 es una vista que muestra la
estructura general de la parte principal del substrato del cabezal
utilizado para un cabezal de impresión por chorros de tinta como el
descrito anteriormente de acuerdo con una realización de la presente
invención.
En la figura 1, el cabezal de impresión por
chorros de tinta está dotado de una serie de aberturas de descarga
(1001). Además, en el substrato (1004), los dispositivos de
transducción electrotérmica (1002), que generan la energía térmica
que será utilizada para descargar la tinta desde estas aberturas, se
encuentran dispuestos en cada uno de las trayectorias de flujo de
tinta (1003), respectivamente. Cada uno de los dispositivos de
transducción electrotérmica se encuentra formado principalmente por
el elemento de generación de calor (1005), el cableado de electrodos
(1006) que suministra la energía eléctrica al mismo, y una película
de aislamiento que los protege.
Además, cada una de las trayectorias de flujo de
tinta (1003) se encuentra formada por una placa superior que tiene
una serie de paredes de trayectoria de flujo de tinta (1008), que se
encuentra unida de forma adhesiva, mientras que sus posiciones
relativas a los dispositivos de transducción electrotérmica y otros
sobre el substrato (1004) están ajustadas por medio de procesamiento
de imágenes o similares. El extremo de cada una de las trayectorias
de flujo de tinta (1003) en el lado opuesto a la abertura de
descarga (1001) se encuentra conectado de forma conductiva con una
cámara de líquido común (1009). En esta cámara de líquido común
(1009), se retiene la tinta suministrada desde un depósito de tinta
(no mostrado). La tinta suministrada a la cámara de líquido común
(1009) es conducida a cada una de las trayectorias de flujo de tinta
(1003) desde la cámara, y es mantenido en las proximidades de cada
una de las aberturas de descarga por medio de un menisco que forma
la tinta en dicha parte. En esta junta, cuando los dispositivos de
transducción electrotérmica son accionados de forma selectiva, la
tinta sobre la superficie de activación por calor es calentada de
manera abrupta mediante la utilización de energía térmica generada
de esta manera para hacer hervir la película. La tinta es descargada
por medio de su fuerza impulsiva en ese momento.
La figura 2 es una vista en sección transversal
de un substrato para ser utilizado en un cabezal de impresión por
chorros de tinta, tomada a lo largo de la línea
(2-2) correspondiente a una trayectoria de tinta
representada en la
\hbox{figura 1}.
En la figura 2, el numeral de referencia (2001)
designa un substrato de siliconas, y (2002), una capa de acumulación
de calor. El numeral de referencia (2003) designa una película
intercalada formada por una película de SiO, una película de SiN, o
similares, que funciona doblemente para acumular calor; (2004), una
capa resistente generadora de calor; (2005), un cableado metálico
formado por Al, Al-Si, Al-Cu, o
similares; y (2006), una capa de protección formada por una película
de SiO, una película de SiN, o similares. Además, el numeral de
referencia (2007) designa una película
anti-cavitación que protege la película de
protección (2006) de los golpes químicos y físicos que siguen a la
generación de calor de la capa resistente generadora de calor
(2004). Además, un número de referencia (2008) designa la parte de
activación por calor de la capa resistente generadora de calor
(2004).
Ahora, esta parte de activación por calor se
encuentra formada por la capa resistente generadora de calor (2004),
la capa de protección (2006) que protege a la capa resistente
generadora de calor (2004) de la tinta, y la película intercalada
(2003) que proporciona la energía térmica generada por la capa
resistente de generación de calor a la tinta de modo eficiente.
La parte de activación por calor del cabezal por
chorros de tinta se encuentra bajo un ambiente severo, tal como la
recepción de golpes mecánicos resultantes de la cavitación causada
por el repetido espumado y desespumado de la tinta; estando expuesta
a la erosión; y además, estando expuesta a los cambios de
temperatura considerables, aumento y descenso, en un período de
tiempo extremadamente corto de 0,1 a 10 seg, entre algunas otras
condiciones rigurosas. Por lo tanto, las características de
estabilización de la capa resistente de generación de calor (2004)
misma, las características de la capa de protección (2006) y de la
película intercalada (2003) que envuelve la capa resistente de
generación de calor (2004), con respecto al ambiente bajo el que son
utilizados estos elementos, son los factores importantes que
determinan el rendimiento del cabezal por chorros de tinta, tal como
su estabilidad de descarga y vida útil.
Se utiliza generalmente en la actualidad como
capa resistente de generación de calor (2004) utilizada para el
cabezal por chorros de tinta descrito anteriormente, una película de
TaN, una película de HfB_{2}, o similares. En el presente
documento, es sabido que la característica de estabilización de la
capa resistente de generación de calor, de modo particular la
velocidad de cambios en la resistencia en el momento de impresiones
sucesivas por un largo período de tiempo, depende altamente de la
composición de la película de TaN. De los elementos de generación de
calor, se conoce que el que se encuentra formado por nitruro de
tántalo que contiene TaN_{0,8hex} tiene una menor velocidad de
cambios de resistencia en el momento de impresiones sucesivas por un
largo período de tiempo como ha sido descrito anteriormente, y que
es excelente en su estabilidad de descarga (ver la solicitud
japonesa de patente abierta a inspección Nº
7-125218).
Además, para la capa de protección y la película
intercalada utilizada para el cabezal por chorros de tinta descrito
anteriormente, es necesario proporcionar capacidades excelentes de
resistencia al calor, oxidación estable, aislamiento, resistencia a
la rotura, y contacto cercano con la capa resistente de generación
de calor. En la actualidad, SiO_{2}, SiN, o algunos otros
compuestos inorgánicos son utilizados en general.
En los últimos años, las impresoras por chorros
de tinta han sido rápidamente desarrolladas y ampliamente colocadas
en el mercado. Junto con dicho desarrollo, es necesario proporcionar
imágenes impresas con mayor precisión. A efectos de alcanzar dicha
demanda de mayor precisión de las imágenes impresas, puede citarse
un método en el que se hace aún más pequeño el tamaño de las gotitas
de tinta. Con este fin, los elementos generadores de calor deben
estar dispuestos con resistencias más altas. Sin embargo, el límite
del valor de resistencia específico del material utilizado para los
elementos generadores de calor convencionales descritos
anteriormente es aproximadamente 200 a 300 \mu\Omega.cm. Puede
obtenerse un valor de resistencia insuficiente para este propósito
particular. Entonces, si muchos elementos generadores de calor
convencionalmente en uso deben ser dispuestos para lograr el
requerimiento de impresión altamente precisa, el valor de la
corriente eléctrica resulta muy elevado debido a la incapacidad de
obtener un valor de resistencia suficiente. Se da una gran carga a
los elementos generadores de calor haciendo su vida útil
extremadamente corta.
Además, es necesario imprimir a velocidades más
elevadas dado que dicha impresión de imagen altamente precisa puede
resultar en la descarga de una cantidad de gotitas considerablemente
elevada. En consecuencia, los elementos generadores de calor deben
ser accionados a una temperatura más elevada en un período de tiempo
más corto a altas velocidades. Esto requiere que cada una de las
capas resistentes generadoras de calor proporcione una capacidad de
descarga más estabilizada, y así como también estabilidad
térmica.
Para el cabezal de impresión por chorros de
tinta, impulsos cortos deben ser aplicados a una temperatura alta
para calentar la tinta que será espumada y descargada. Por lo tanto,
la capa de protección (2006) y la película intercalada (2003) son
calentadas a temperaturas considerablemente elevadas debido al calor
que es generado por el elemento generador de calor (2004). Además,
existen algunos casos en los que las interfaces de la capa de
protección y la película intercalada o las partes que tienen una
textura de película más débil resultan dañadas localmente debido al
calor generado por el elemento generador de calor siguiendo al ciclo
repetido de calentamiento y enfriamiento. Entonces, si debe
aplicarse energía eléctrica en impulsos más cortos a efectos de
intentar el funcionamiento a alta velocidad del cabezal de impresión
por chorros de tinta, existen algunos casos en los que la tinta
entra en dichas interfaces o partes resultando en erosión eléctrica,
conduciendo al problema en el que se produce la rotura de la capa
resistente generadora de calor (2004).
Mientras tanto, se propone en la especificación
de la solicitud de patente japonesa abierta a inspección N!91!
5-338175 que al menos las partes de la capa
resistente generadora de calor (2004) en las interfaces con la capa
de protección (2006) y la película intercalada (2003) se encuentren
conformadas para contener los materiales de la capa de protección
(2006) y la película intercalada (2003) como los componentes del
material que forma la capa resistente generadora de calor, y que los
componentes del material de la capa resistente generadora de calor
se encuentren realizados para variar en la dirección del espesor de
la película. De este modo, el esfuerzo térmico, que es causado por
la diferencia en el coeficiente de expansión térmica, puede ser
reducido en cada interfaz entre las capas, intentando de esta manera
la mejora de su durabilidad contra el esfuerzo térmico.
Sin embargo, de acuerdo con la estructura
propuesta como ha sido descrito anteriormente, la formación de la
misma es realizada por el material del elemento generador de calor
que tiene estructuras cristalinas. Como resultado, la parte central
del elemento generador de calor se encuentra formada únicamente por
dicho material en la dirección del espesor de la película, y el
espesor de la película se hace más delgado debido a que el valor de
la resistencia específica es también bajo. Inevitablemente, por lo
tanto, esta estructura necesita un control más rígido en la
conformación de la película requerida. Al mismo tiempo, el gradiente
de temperatura del elemento generador de calor se hace mayor en la
dirección del espesor de la película. Como resultado, la
conformación propuesta de la estructura no puede alcanzar los
requerimientos de modo suficiente cuando elementos generadores de
calor de tamaños más pequeños deben ser accionados a velocidades más
elevadas como ha sido descrito anteriormente.
El presente inventor y otros han estudiado
asiduamente dichos problemas, como se ha expuesto anteriormente,
para encontrar la solución a los mismos. Como resultado, han
obtenido de forma exitosa un cabezal por chorros de tinta, que es
excelente en su estabilidad de descarga sin causar ningún
desprendimiento por pelado o rotura intercalada cuando descarga
tinta durante un largo tiempo, proporcionando la nueva formación
estructural de la capa resistente de generación de calor.
La presente invención se encuentra, por lo tanto,
diseñada en vistas de lograr dichos objetivos como se ha descrito
anteriormente con la disposición de las siguientes estructuras:
En otras palabras, un substrato para el uso en un
cabezal de impresión por chorros de tinta dotado de una serie de
elementos generadores de calor para generar energía térmica a
utilizar para la descarga de tinta, una película intercalada
dispuesta para la capa inferior de cada uno de los elementos
generadores de calor, y una capa de protección para proteger al
elemento generador de calor, en el que
el elemento generador de calor del mismo se
encuentra estructurado por metal y aislante, al mismo tiempo,
resultando la proporción del contenido de metal en las proximidades
de las interfaces del elemento generador de calor más pequeña que
aquella en el centro del elemento generador de calor en la dirección
del espesor del mismo.
Además, un método para fabricar un substrato para
la utilización en un cabezal de impresión por chorros de tinta
dotado de una serie de elementos generadores de calor para generar
energía térmica que será utilizada para la descarga de tinta, una
película intercalada dispuesta para la capa inferior de cada uno de
los elementos generadores de calor, y una capa de protección para
proteger al elemento generador de calor, comprendiendo la siguiente
etapa de:
formación de cada uno de los elementos
generadores de calor por medio de deposición electrónica de
reactivos múltiples con metal y Si o aislante de Si como los
objetivos respectivos,
al mismo tiempo, siendo la proporción de metal
con respecto al aislante en las proximidades de las interfaces del
elemento generador de calor menor que aquella en el centro del
elemento generador de calor en su dirección de espesor de
película.
Además, un método para la fabricación de un
cabezal de impresión por chorros de tinta que comprende un substrato
para la utilización en un cabezal de impresión por chorros de tinta
dotado de una serie de elementos generadores de calor para generar
energía térmica para ser utilizada para la descarga de tinta, una
película intercalada dispuesta para la capa inferior de cada uno de
los elementos generadores de calor, y una capa de protección para
proteger el elemento generador de calor; aberturas de descarga para
la descarga de tinta; y trayectorias de flujo de tinta conectadas de
modo conductivo con las aberturas de descarga, al mismo tiempo
conteniendo los elementos generadores de calor, en el que cada uno
de los elementos generadores de calor estando formados por medio de
deposición electrónica de reactivos múltiples con metal y Si o
aislante de Si como los objetivos respectivos, al mismo tiempo,
resultando la proporción de contenido de metal en las proximidades
de las interfaces del elemento generador de calor menor que aquella
en el centro del elemento generador de calor en la dirección del
espesor de la película del mismo.
Para la presente invención, es posible controlar
el porcentaje de la composición fácilmente con mayor libertad en la
dirección del espesor de la película mediante la utilización del
compuesto de metal y aislante que puede presentar una resistencia
alta en la capa resistente generadora de calor capaz de llevar a
cabo una impresión de imágenes altamente precisa, y además, resulta
posible uniformizar el gradiente de temperatura en la dirección del
espesor de la película. En otras palabras, mientras que la parte
central de la capa resistente generadora de calor convencional debe
estar formada únicamente por el material del elemento generador de
calor en su dirección del espesor de la película, se hace posible
cambiar la composición del material del elemento generador de calor
de forma continua en la dirección del espesor de la película,
permitiendo de esta manera que el gradiente de temperatura sea
uniforme en la dirección de espesor de la película. De forma
particular, mediante la utilización del material de la capa de
protección y la película intercalada como el aislante que forma la
capa resistente generadora de calor, el gradiente de temperatura de
la película intercalada - capa resistente generadora de calor - capa
de protección resulta uniforme entre ellas en una mejor condición.
Entonces, se impide que se produzcan peladuras y roturas entre capas
incluso cuando se utiliza continuamente por un período de tiempo
prolongado para hacer posible la producción de un cabezal de
impresión por chorros de tinta con una estabilidad de descargas
excelente.
La figura 1 es una vista en planta que muestra de
forma esquemática un substrato para la utilización en un cabezal de
impresión por chorros de tinta de acuerdo con una realización de la
presente invención.
La figura 2 es una vista en sección transversal
que muestra el substrato, tomado a lo largo de (2-2)
de la figura 1.
La figura 3 es una vista parcialmente a mayor
escala del substrato mostrado en la figura 2.
La figura 4 es una vista en perspectiva que
muestra la apariencia exterior de un ejemplo de un aparato de
impresión que utiliza el cabezal de impresión por chorros de tinta
que incorpora la presente invención.
La figura 3 es una vista a mayor escala que
muestra una parte del substrato representado en la figura 2, que se
encuentra preparada para la descripción detallada de la parte de
activación por calor de acuerdo con la presente invención.
En la figura 3, el numeral de referencia (2004)
designa la capa resistente generadora de calor; (2009) y (2010), las
partes en las que la proporción de metal es menor con respecto al
aislante que forma la capa resistente generadora de calor. Es
preferible conformar el aislante con el mismo material de la
película intercalada (2003) y la capa de protección (2006). Como un
aislante de este tipo, pueden citarse como preferente aislante de
Si, tal como SiO_{2}, SiN, SiC, o similares.
Además, para las partes que se encuentran en
contacto con la capa resistente generadora de calor (2004) y el
cableado de electrodo (2005), es necesaria la conducción. Se
necesita, por lo tanto, contener al metal parcialmente. Pueden ser
citados como metales que pueden ser adoptados para la presente
invención de modo preferente, Ta, Cr, W, o algunos otros metales con
puntos de fusión elevados.
A continuación, en la figura 3, utilizando los
numerales de referencia (2009) y (2010), la estructura es mostrada
para la descripción, pero con la excepción de que la proporción de
metal contenida en estas partes es menor con respecto al aislante,
estas partes constituyen partes de la capa resistente generadora de
calor (2004) como una película continua.
Con respecto a ello, para el elemento generador
de calor, puede resultar posible el disponer su estructura de modo
tal que la proporción del contenido de metal sea menor únicamente en
las interfaces del mismo o de modo tal que la proporción del
contenido de metal sea menor de forma gradual desde el centro de la
película en su dirección de espesor hacia las interfaces.
Además, a efectos de cambiar las proporciones del
contenido de metal con respecto al aislante de la capa resistente
generadora de calor (2004) en la dirección del espesor de la
película, puede resultar posible el cambio de las potencias
respectivas por medio del sistema de deposición electrónica múltiple
utilizando el objetivo que forman el aislante y el metal o puede ser
posible el cambio de las potencias respectivas por medio del sistema
de deposición electrónica de reactivos múltiples de la misma manera
utilizando una serie de objetivos de metal, mientras se induce gas
reactivo. Por ejemplo, puede ser posible para el primero realizar la
conformación utilizando SiO_{2}, SiN, SiC, o algún otro objetivo
aislante y Ta, Cr, W, u otro objetivo de metal. Para el último,
puede ser posible llevar a cabo la conformación provocando que el
Ta, Cr, Si, W, o algún otro objetivo reaccione en gas carbónico o
alguna otra atmósfera. En esta unión, debería resultar suficiente si
únicamente la proporción de metal se reduce en la proximidad de las
interfaces con la película intercalada (2003) y la capa de
protección (2006).
Si la capa resistente generadora de calor es
formada mediante la utilización del método descrito anteriormente,
resulta posible la producción de una capa resistente generadora de
calor con un valor de resistencia específica más elevado, como así
también una resistencia mecánica significativa contra el esfuerzo o
desgaste térmico en comparación con una convencional.
A continuación, haciendo referencia a los dibujos
adjuntos, se llevará a cabo la descripción de las realizaciones de
acuerdo con la presente invención. Sin embargo, debe entenderse que
la presente invención no se encuentra limitada necesariamente a cada
una de las realizaciones dadas a conocer a continuación. Resulta
posible, desde luego, el utilizar cualquier realización que pueda
adoptarse para llevar a cabo los objetivos de la presente
invención.
Realizaciones 1 a
4
La figura 1 es una vista en planta que muestra
esquemáticamente la parte principal de la unidad generadora de calor
del substrato para tinta espumante para un cabezal de impresión por
chorros de tinta de acuerdo con una realización de la presente
invención. La figura 2 es una vista en sección transversal que
muestra esquemáticamente una parte del substrato, tomada a lo largo
de la línea (2-2) perpendicular a la superficie del
substrato en la figura 1.
De acuerdo con la presente realización, el
substrato (2001) para la unidad generadora de calor es fabricado
utilizando Si como substrato o el substrato de Si sobre el que se ha
incorporado previamente IC conductor. Para el primero, la capa de
acumulación de calor de SiO_{2} (2002) es conformada en un espesor
de película de 1,2 m por medio de oxidación térmica, deposición
electrónica, CVD, o similares. Para el último, es decir, el que
contiene el IC conductor incorporado previamente, la capa de
acumulación de calor de SiO_{2} (2002) es conformada de la misma
manera en el proceso de su fabricación.
Entonces, por medio de deposición electrónica,
CVD o similares, la película aislante intercalada (2003) es
conformada en un espesor de película de 1,2 m utilizando SiN o
SiO_{2} como se muestra en la tabla 1. A continuación, la capa
resistente generadora de calor (2004) es conformada por medio del
sistema de deposición electrónica doble de reactivos utilizando
objetivos Ta y Si bajo las condiciones mostradas en la tabla 2. Las
proporciones del flujo de gas y potencias aplicadas a los objetivos
respectivos se encuentran condicionadas como se muestra en la tabla
2, mientras que la temperatura del substrato se establece en
200ºC.
| Película | Capa resistente | Capa de | |
| intercalada | generadora de calor | protección | |
| Realización 1 | SiN | Ta-Si-N | SiN |
| Realización 2 | SiO_{2} | Ta-Si-O | SiO_{2} |
| Realización 3 | SiO_{2} | Cr-Si-O | SiO_{2} |
| Realización 4 | SiO_{2} | Ta-Si-O-N | SiN |
| Ejemplo comparativo 1 | SiO_{2} | HfB_{2} | SiO_{2} |
| Ejemplo comparativo 2 | SiN | Ta_{2}N | SiN |
\vskip1.000000\baselineskip
| Tiempo de formación | Objetivo 1 | Objetivo 2 | Gas 1 | Gas 2 | Gas 3 | |
| de película (minutos) | Potencia (W) | Potencia (W) | (cm^{3}) | (cm^{3}) | (cm^{3} | |
| 0 - 1 | Ta - 50 | Si - 200 | Ar - 45 | N_{2} - 15 | ||
| 1 - 2 | Ta - 100 | Si - 150 | Ar - 45 | N_{2} - 15 | ||
| Realización 1 | 2 - 5 | Ta - 600 | Si - 200 | Ar - 45 | N_{2} - 15 | |
| 5 - 6 | Ta - 100 | Si - 150 | Ar - 45 | N_{2} - 15 | ||
| 6 - 7 | Ta - 50 | Si - 200 | Ar - 45 | N_{2} - 15 | ||
| 0 - 1 | Ta - 50 | Si - 200 | Ar - 44 | O_{2} - 16 | ||
| 1 - 2 | Ta - 100 | Si - 150 | Ar - 44 | O_{2} - 16 | ||
| Realización 2 | 2 - 5 | Ta - 580 | Si - 170 | Ar - 44 | O_{2} - 16 | |
| 5 - 6 | Ta - 100 | Si - 150 | Ar - 44 | O_{2} - 16 | ||
| 6 - 7 | Ta - 50 | Si - 200 | Ar - 44 | O_{2} - 16 | ||
| 0 - 1 | Cr - 70 | Si - 200 | Ar - 45 | O_{2} - 15 | ||
| 1 - 2 | Cr - 100 | Si - 160 | Ar - 45 | O_{2} - 15 | ||
| Realización 3 | 2 - 5 | Cr - 700 | Si - 200 | Ar - 45 | O_{2} - 15 | |
| 5 - 6 | Cr - 100 | Si - 160 | Ar - 45 | O_{2} - 15 | ||
| 6 - 7 | Cr - 70 | Si - 200 | Ar - 45 | O_{2} - 15 | ||
| 0 - 1 | Ta - 50 | Si - 200 | Ar - 45 | N_{2} - 0 | O_{2} - 15 | |
| 1 - 2 | Ta - 100 | Si - 200 | Ar - 45 | N_{2} - 4 | O_{2} - 11 | |
| Realización 4 | 2 - 5 | Ta - 800 | Si - 250 | Ar - 45 | N_{2} - 7 | O_{2} - 8 |
| 5 - 6 | Ta - 100 | Si - 200 | Ar - 45 | N_{2} - 11 | O_{2} - 4 | |
| 6 - 7 | Ta - 50 | Si - 200 | Ar - 45 | N_{2} - 15 | O_{2} - 0 | |
| 0 - 1 | SiO_{2} - 700 | HfB2 - 70 | Ar - 60 | 0 | ||
| Ejemplo | 1 - 2 | SiO_{2} - 350 | HfB2 - 200 | Ar - 60 | 0 | |
| Comparativo 1 | 2 - 5 | 0 | HfB2 - 350 | Ar - 60 | 0 | |
| 5 - 6 | 0 | HfB2 - 200 | Ar - 60 | 0 | ||
| 6 - 7 | 0 | HfB2 - 70 | Ar - 60 | 0 |
TABLA 2
(continuación)
| Tiempo de formación | Objetivo 1 | Objetivo 2 | Gas 1 | Gas 2 | Gas 3 | |
| de película (minutos) | Potencia (W) | Potencia (W) | (cm^{3}) | (cm^{3}) | (cm^{3} | |
| 0 - 1 | SiN - 700 | Ta2N - 70 | Ar - 60 | 0 | ||
| Ejemplo | 1 - 2 | SiN - 350 | Ta2N - 200 | Ar - 60 | 0 | |
| Comparativo 2 | 2 - 5 | 0 | Ta2N - 220 | Ar - 60 | 0 | |
| 5 - 6 | SiN - 350 | Ta2N - 200 | Ar - 60 | 0 | ||
| 6 - 7 | SiN - 700 | Ta2N - 70 | Ar - 60 | 0 |
Subsiguientemente, el cableado del electrodo
(2005) es formado por medio de deposición electrónica utilizando
película de Al a 5500 \ring{A}. Entonces, por medio de
fotolitografía, se lleva a cabo la formación del patrón ara dar
forma a la parte de activación por calor (2008) de 15 \mum x 40
\mum después de eliminación de la película de Al.
Entonces, como la capa de protección (2006), el
aislante de SiN o SiO_{2} es formado por medio de CVD de plasma
en un espesor de película de 1 \mum como se muestra en la tabla
1. Después de ello, la película de Ta es formada por medio de
deposición electrónica como la capa anti-cavitación
(2007) en un espesor de película de 2300 \ring{A}. De este modo,
el substrato para la utilización en un cabezal de impresión por
chorros de tinta (substrato (1004)) de la presente invención es
producido como se muestra en la figura 1.
Los valores de resistencia laminar de cada
realización y cada ejemplo comparativo son mostrados en la tabla 3
para presentar los resultados de las mediciones. En otras palabras,
utilizando los substratos producidos de este modo el accionamiento
es ejecutado bajo las siguientes condiciones para el ensayo de
durabilidad contra el desgaste térmico por la aplicación de
impulsos de rotura:
Frecuencia de accionamiento: 10 kHz
Amplitud de impulso de accionamiento: 2
\museg
Voltaje de accionamiento: voltaje de inicio de
burbuja Vth x 1,3
| Valor de | Número de | Valor de | |
| resistencia | impulso de | corriente | |
| laminar (\Omega/\square) | rotura | eléctrica (mA) | |
| Realización 1 | 250 | 4 x 10^{8} | 37 |
| Realización 2 | 270 | 3 x 10^{9} | 35 |
| Realización 3 | 280 | 1 x 10^{9} | 34 |
| Realización 4 | 270 | 2 x 10^{9} | 35 |
| Ejemplo Comparativo 1 | 20 | 2 x 10^{6} | 144 |
| Ejemplo Comparativo 2 | 40 | 9 x 10^{8} | 98 |
Ejemplos comparativos 1 y
2
Con la excepción de la película intercalada y la
capa de protección que se encuentran formadas por los materiales
mostrados en la tabla 1, y las capas resistentes generadoras de
calor que se encuentran formadas bajo las condiciones mostradas en
la tabla 2, los substratos son producidos como en las realizaciones
para la utilización en un cabezal de impresión por chorros de
tinta. Además, utilizando cada uno de dichos substratos, el ensayo
de durabilidad de desgaste térmico es llevado a cabo mediante la
aplicación de impulsos de rotura como en cada una de las
realizaciones. Los resultados de las mediciones son mostrados en la
tabla 3.
Como resulta evidente a partir de los resultados
mostrados en la tabla 3, los substratos de la presente realización
presentan no sólo valores de resistencia elevados, sin también su
excelente durabilidad contra el desgaste térmico. De forma
particular, de acuerdo con el método de la presente invención para
la fabricación de un substrato, resulta evidente que la durabilidad
al desgaste térmico se mejora de modo significativo en comparación
con uno de tipo convencional, incluso cuando se utilizan materiales
similares para la formación de las capas resistentes generadoras de
calor como en los casos de la realización 1 y el ejemplo
comparativo 2.
Además, cada capa resistente generadora de calor
convencional tiene un valor de resistencia laminar menor que cada
capa resistente generadora de calor de la presente invención. Por
lo tanto, el valor de la corriente eléctrica de una de tipo
convencional se considera que resultará dos o tres veces más elevada
durante el accionamiento. Para un aparato de impresión por chorros
de tinta en el que gran número de elementos generadores de calor
son accionados, esta diferencia puede ejercer una gran influencia,
representando un problema grave que debe ser tenido en consideración
cuando un aparato es diseñado. De modo particular, para la
estructura que requiere un tamaño más pequeño de elemento generador
de calor para alcanzar las necesidades de alta calidad de imagen y
mayor velocidad de impresión, la utilización de los elementos
generadores de calor convencionales se encuentra sometida a un
incremento remarcable de consumo de energía eléctrica. Respecto a
este hecho, por lo tanto, utilizando los elementos generadores de
calor que incorporan la presente invención hace posible el ahorro
de energía de modo significativo en comparación con la utilización
de los elementos generadores de calor convencionales.
Además, siempre y cuando se utilice la capa
resistente generadora de calor convencional, existe una zona en la
que su parte central en la dirección del espesor de la película
debe conformarse únicamente por el material de la capa resistente
generadora de calor como ha sido descrito anteriormente. Por lo
tanto, es inevitable que el gradiente de temperatura en la
dirección del espesor de la película resulte mayor. En contraste,
la capa resistente generadora de calor de la presente invención se
encuentra formada por el compuesto de aislante y metal. Por lo
tanto, tan sólo modificando las proporciones del contenido de metal
en la misma, la composición de la capa puede ser modificada de modo
arbitrario en la dirección del espesor de la película, haciendo
posible la uniformalización del gradiente de temperatura de la capa
resistente generadora de calor, y además, el incremento de la
libertad de la formación estructural en este sentido.
A continuación, de aquí en adelante, se hará la
descripción de la estructura general de un aparato de impresión por
chorros de tinta al que resulta aplicable la presente
invención.
La figura 4 es una vista en perspectiva que
muestra la apariencia externa de un ejemplo de un aparato por
chorros de tinta al que es aplicable la presente invención. El
cabezal de impresión (2200) se encuentra montado en el carro
(2120), que alterna su movimiento en las direcciones indicadas por
las flechas (a) y (b) junto con el carro (2120) a lo largo de la
guía (2119) por medio de una energía propulsora de un motor de
accionamiento (2101). El carro (2120) se acopla con la ranura
espiralada (2121) de la rosca principal que realiza un movimiento de
rotación mediante los engranajes de transmisión de energía
propulsora (2102) y (2103) interconectados con el motor de
accionamiento (2101) que realiza un movimiento de rotación regular y
reverso. La placa de presión de hoja (2105), que es utilizada para
que una hoja de impresión (P) sea transportada sobre la platina
(2106) por medio de un dispositivo portador del medio de impresión
(no mostrado), ejerce presión a la hoja de impresión sobre la
platina (2106) en la dirección de desplazamiento del carro
(2120).
Los numerales de referencia (2107) y (2108)
designan el fotoacoplador que sirve como medio de detección de una
posición de partida para detectar la presencia de la palanca (2109)
del carro (2120) dentro de esta zona a efectos de cambiar las
direcciones de rotación del motor de accionamiento (2101); (2110),
un elemento para soportar el elemento de caperuza (2111) que cubre
la superficie completa del cabezal de impresión (2200); (2112),
medios de succión para aspirar líquido desde el interior del
elemento de caperuza, que lleva a cabo la recuperación por succión
del cabezal de impresión (2200) a través de la abertura (2113) en
la caperuza.
El numeral de referencia (2114) designa una
cuchilla de limpieza; (2115), un elemento para desplazar la
cuchilla hacia delante y hacia atrás. Éstas se encuentran
soportadas mediante una placa de soporte (2116) que soporta el
cuerpo principal del aparato. La cuchilla de limpieza (2114) no se
encuentra necesariamente limitada a este modo. La cuchilla de
limpieza conocida es, desde luego, aplicable a este aparato.
Además, el numeral de referencia (2117) designa
la palanca para iniciar la succión para la recuperación por
succión, la cual se desplaza a lo largo del movimiento de la leva
(2118) que se acopla con el carro (2120). El control de este
movimiento es llevado a cabo por medios de transmisión conocidos por
los cuales se realiza el cambio de la energía conductora del motor
de accionamiento (2101) por medio de un embrague. El controlador de
impresión que controla el accionamiento de cada mecanismo descrito
anteriormente se encuentra dispuesto para el lado del cuerpo
principal del aparato de impresión (no mostrado).
El aparato de impresión por chorros de tinta
(2100) estructurado como se ha expuesto anteriormente imprime en la
hoja de impresión (P) que será transportada en la platina (2106)
por medio de medios transportadores de medio de impresión mediante
la alternancia del cabezal de impresión (2200) en la anchura
completa de la hoja de impresión (P). Dado que el cabezal de
impresión (2200) es fabricado mediante el método descrito
anteriormente, resulta posible imprimir imágenes altamente precisas
a altas velocidades.
Como se ha descrito anteriormente, de acuerdo con
la presente invención, la capa resistente generadora de calor entre
la capa de protección y la capa intercalada se encuentra formada
por el compuesto de aislante y metal, mientras que la proporción de
contenido de metal resulta más pequeña con respecto al aislante en
las proximidades de las interfaces con la capa de protección y la
película intercalada. Por lo tanto, la generación de peladuras y
roturas entre las capas se impide o suprime en las proximidades de
la capa resistente generadora de calor en la que la temperatura
cambia de forma intensa debido al ciclo térmico.
De acuerdo con la presente invención así
diseñada, resulta posible dar a conocer un substrato que constituye
un cabezal de impresión por chorros de tinta de larga vida útil que
tiene una menor proporción de fallos, y dar a conocer un cabezal de
impresión por chorros de tinta estructurado utilizando dicho
substrato.
Además, es posible proporcionar un substrato que
constituya un cabezal por chorros de tinta capaz de llevar a cabo
descargas de tinta en buen estado por un largo período de tiempo, y
proporcionar un cabezal de impresión por chorros de tinta
estructurado utilizando dicho substrato. Además, resulta posible dar
a conocer un substrato que constituye un cabezal por chorros de
tinta con una serie de aberturas de descarga dispuestas con
densidad elevada a efectos de imprimir imágenes con una elevada
precisión a altas velocidades, y dar a conocer un cabezal de
impresión por chorros de tinta estructurado utilizando un substrato
de este tipo.
Además, resulta posible dar a conocer una pluma
por chorros de tinta que incluye una unidad de depósito de tinta
para retener la tinta que será suministrada a dicho aparato de
impresión por chorros de tinta excelente como se ha descrito
anteriormente, así como dar a conocer un aparato de impresión por
chorros de tinta que contiene el mencionado cabezal de impresión
por chorros de tinta montado en el mismo.
Claims (13)
1. Substrato para la utilización en un cabezal de
impresión por chorros de tinta, estando dotado el substrato de una
serie de elementos generadores de calor (2004) para generar energía
térmica que será utilizada para la descarga de tinta, una película
intercalada (2003) dispuesta para la capa inferior de cada uno de
dichos elementos generadores de calor, y una capa de protección
(2006) para proteger dicho elemento generador de calor,
estando estructurado dicho elemento generador de
calor (2004) por metal y aislante, resultando la proporción del
contenido de metal en las proximidades de las interfaces de dicho
elemento generador de calor más pequeña que aquella en el centro de
dicho elemento generador de calor en la dirección del espesor de
película del mismo.
2. Substrato, de acuerdo con la reivindicación 1,
en el que el mencionado metal es uno o más tipos de metales
seleccionados entre Ta, Cr, y W.
3. Substrato, de acuerdo con la reivindicación 1,
en el que el mencionado aislante es SiO_{2}, SiN, o SiC.
4. Método para la fabricación del substrato, de
acuerdo con la reivindicación 1, en el que la mencionada película
intercalada es SiN o SiO_{2}.
5. Método para la fabricación del substrato, de
acuerdo con la reivindicación 1, en el que la mencionada capa de
protección es SiN o SiO_{2}.
6. Método para la fabricación de un substrato de
acuerdo con la reivindicación 1, comprendiendo las etapas de
formación de cada uno de los elementos generadores de calor por
medio de deposición electrónica de reactivos múltiples con metal y
Si o aislante de Si como los respectivos objetivos, y siendo la
proporción de metal con respecto al aislante en las proximidades de
las interfaces del mencionado elemento generador de calor menor que
aquella en el centro de dicho elemento generador de calor en su
dirección del espesor de película.
7. Método para la fabricación de un substrato, de
acuerdo con la reivindicación 6, en el que el mencionado metal es
uno o más tipos de metales seleccionados entre Ta, Cr, y W.
8. Método para la fabricación de un substrato, de
acuerdo con la reivindicación 6, en el que el mencionado aislante es
SiO_{2}, SiN, o SiC.
9. Método para la fabricación de un substrato, de
acuerdo con la reivindicación 6, en el que se lleva a cabo la
mencionada deposición electrónica en una atmósfera de gas reactivo
que contiene, como mínimo, un gas de nitrógeno, oxígeno, y
carbono.
10. Método para la fabricación de un substrato,
de acuerdo con la reivindicación 6, en el que la mencionada película
intercalada es SiN o SiO_{2}.
11. Método para la fabricación de un substrato de
acuerdo con la reivindicación 6, en el que la mencionada capa de
protección es SiN o SiO_{2}.
12. Cabezal de impresión por chorros de tinta,
comprendiendo:
un substrato de acuerdo con alguna de las
reivindicaciones 1 a 3;
aberturas de descarga para la descarga de tinta;
y
trayectorias de flujo de tinta conectadas de
forma conductiva con dichas aberturas de descarga, conteniendo los
mencionados elementos generadores de calor.
13. Método para la fabricación de un cabezal de
impresión por chorros de tinta, comprendiendo:
un substrato de acuerdo con la reivindicación
1;
aberturas de descarga para la descarga de
tinta;
trayectorias de flujo de tinta conectados de
forma conductiva con dichas aberturas de descarga, conteniendo los
mencionados elementos generadores de calor, en el que
\newpage
cada uno de dichos elementos generadores de calor
se encuentra formado por medio de deposición electrónica de
reactivos múltiples con metal y Si o aislante de Si como los
objetivos respectivos, y resultando la proporción del contenido de
metal en las proximidades de las interfaces del mencionado elemento
generador de calor más pequeña que aquella en el centro de dicho
elemento generador de calor en la dirección del espesor de película
del mismo.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22140396 | 1996-08-22 | ||
| JP22140396 | 1996-08-22 |
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