ES2201985T3

ES2201985T3 - Panel de base para un cabezal por chorros de tinta, cabezal por chorros de tinta y aparato por chorros de tinta.

Info

Publication number: ES2201985T3
Application number: ES00121579T
Authority: ES
Inventors: Ichiro Saito; Masahiko Ogawa; Teruo Ozaki; Masahiko Kubota; Muga Mochizuki
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1999-10-04
Filing date: 2000-10-02
Publication date: 2004-04-01
Anticipated expiration: 2020-10-02
Also published as: US20030103111A1; US6663228B2; EP1318018A1; JP3576888B2; KR20010039980A; EP1090760A1; KR100468992B1; TW506905B; DE60003620D1; US6485131B1; EP1090760B1; JP2001105596A; DE60003620T2

Abstract

Elemento base para un cabezal por chorros de tinta, que comprende un substrato, una resistencia generadora de calor dispuesta entre electrodos que constituyen un par sobre dicho substrato, una capa superior de protección dispuesta sobre una capa aislante, que a su vez está dispuesta sobre la resistencia generadora de calor, poseyendo dicha capa de protección superior una superficie de contacto que puede establecer contacto con la tinta, consistiendo la mejora en que dicha capa de protección superior está realizada a base de una aleación amorfa que tiene la siguiente fórmula de composición: TaáFeâNiãCrä ....(1) en la que 10% atómico á 30% atómico, á + â < 80% ATóMICO, á < â, ä > ã y á + â + ã + ä = 100% atómico, y como mínimo, la superficie de contacto de dicha capa de protección superior contiene un óxido de un componente.

Description

Panel de base para un cabezal por chorros de tinta, cabezal por chorros de tinta y aparato por chorros de tinta.

Sector de la invención y técnicas relacionadas

La presente invención se refiere a un panel de base para la formación de un cabezal por chorros de tinta (a continuación, se puede designar simplemente como "cabezal" a efectos de simplicidad) que imprime letras, signos, imágenes o similares sobre un soporte de impresión tal como papel, hoja de material plástico, tela, objetos ordinarios y similares, por inyección de un líquido funcional, por ejemplo, tinta, sobre el soporte de impresión. También se refiere a un cabezal por chorros de tinta que comprende dicho panel de base, una unidad de impresión, por ejemplo, una pluma por chorros de tinta, que comprende una parte de almacenamiento de la tinta para almacenar la tinta suministrada a dicho cabezal de chorros de tinta, y un aparato de chorros de tinta en el que se ha instalado dicho cabezal por chorros de tinta.

Existen varias configuraciones de una unidad de impresión, tal como una pluma por chorros de tinta, de acuerdo con la presente invención. Una de dichas configuraciones es un cartucho. Un cartucho puede comprender una combinación integral o independiente de un cabezal por chorros de tinta y una parte de almacenamiento de la tinta. La unidad de impresión por chorros de tinta está estructurada de manera que se puede montar de forma desacoplable sobre un dispositivo transportador, y como carro, sobre el lado del conjunto principal de un aparato para la formación de imágenes.

Un aparato por chorros de tinta con el que es compatible la presente invención incluye un aparato de copiado combinado con un dispositivo de lectura de información o similar, un aparato facsímil que tiene la capacidad de enviar o recibir información, un aparato para la impresión sobre tela y similares, además de un aparato para la impresión por chorros de tinta integrado, como terminal de salida, con un dispositivo de proceso de información tal como un procesador de textos, un ordenador o similar.

Los aparatos de impresión por chorros de tinta se caracterizan porque pueden imprimir imágenes de alta precisión a elevada velocidad por inyección de tinta en forma de gotitas microscópicas a través de orificios. Recientemente, dichos aparatos de impresión por chorros de tinta que utilizan transductores electrotérmicos, que tienen una parte formada a base de un material de resistencia exotérmica, como medio de generación de energía utilizada para la inyección de la tinta, y que utilizan la formación de burbujas, es decir, ebullición, o la tinta provocada por la energía térmica generada por los transductores electrotérmicos, se han extendido en su utilización porque son especialmente adecuados para la formación de imágenes de alta precisión, son capaces de impresión a elevada velocidad y hacen posible la reducción de dimensiones, y/o dar color a un cabezal de impresión y un aparato de impresión (por ejemplo, los que se dan a conocer en las patentes USA nº 4.723.129 y 4.740.796).

De modo general, un cabezal utilizado para la impresión por chorros de tinta comprende: una serie de orificios de inyección; una serie de trayectorias de tinta que conducen a los orificios de inyección, uno a uno; y una serie de transductores electrotérmicos para generar la energía térmica utilizada para la inyección de la tinta. Cada uno de los transductores electrotérmicos tiene una parte de resistencia exotérmica y electrodos, y está dotado de recubrimiento mediante una película eléctricamente aislante, de manera que queda aislado con respecto a los otros. Cada una de las trayectorias de tinta está conectada a una cámara de líquido común, en el lado opuesto al orificio de inyección. En la cámara de líquido común, se almacena la tinta suministrada desde un contenedor de tinta como parte de retención de la misma. Después de haber sido suministrada a la cámara de líquido común, la tinta es conducida a cada una de las trayectorias de tinta y es retenida en la misma, formando un menisco adyacente al borde dirigido hacia fuera de los orificios de inyección. Mientras el cabezal se encuentra en este estado, la energía térmica generada al activar selectivamente los transductores electrotérmicos es utilizada para calentar repentinamente la tinta en contacto con la superficie del transductor electrotérmico para producir la ebullición de la tinta. Al producirse la ebullición de la tinta, o cambiar el estado de la tinta de estado líquido a estado gaseoso, se genera presión, y la tinta es inyectada por la acción de esta presión.

Cuando se inyecta la tinta, la parte del cabezal de inyección de tinta que interacciona térmicamente con la misma es sometido no solamente al intenso calor generado por el material resistente con características exotérmicas, sino también a los choques (choques de cavitación) provocados por la formación y colapso de las burbujas de tinta. Asimismo, es afectado químicamente por la propia tinta. En otras palabras, es sometido a los efectos combinados de los factores indicados.

Por esta razón, esta parte interactiva térmicamente del cabezal de chorros de tinta queda cubierta de modo general con una parte superior en forma de capa protectora para proteger el transductor electrotérmico con respecto a choques de cavitación, y también para impedir que la tinta afecte químicamente al transductor electrotérmico.

A continuación, haciendo referencia a la figura 3, se describirán en detalle la generación y colapso de una burbuja de la parte térmicamente interactiva antes mencionada y las demás materias relacionadas.

Una línea curva (a) de la figura 3 muestra el cambio en la temperatura superficial de la parte superior de la capa de protección, que empieza en el momento en que el voltaje Vop (impulso), que es 1,3 x Vth (Vth es el voltaje umbral al que la tinta empieza su ebullición) en amplitud, 6 kHz en frecuencia de activación y 5 \museg de amplitud de impulso, es aplicada a un elemento generador de calor (elemento de resistencia exotérmica). La curva (b) de la figura 3 muestra el crecimiento de la burbuja generada, que empieza en el momento en que el voltaje se aplica al elemento generador de calor. Tal como muestra la curva (a), la temperatura empieza a aumentar después de la aplicación del voltaje y alcanza su máximo ligeramente después del final de impulso con una duración predeterminada (se requiere un tiempo reducido para que el calor procedente del elemento generador de calor alcance la capa de protección de la parte superior). Después de alcanzar su máximo, empieza a disminuir debido a la disipación del calor. Por otra parte, tal como se muestra por la curva (b), una burbuja empieza a crecer cuando la temperatura de la capa protectora de la parte superior alcanza aproximadamente 300ºC, y empieza a colapsarse después de alcanzar su dimensión máxima. En funcionamiento real, el proceso antes descrito se repite en el cabezal. La temperatura superficial de la capa de protección de la parte superior alcanza aproximadamente 600ºC, por ejemplo, al crecer la burbuja. En otras palabras, se puede apreciar de la figura 3 el nivel de la temperatura al que se lleva a cabo la impresión por chorros de tinta.

La capa protectora de la parte superior que establece contacto con la tinta tiene que tener superiores características de resistencia al calor, resistencia mecánica, estabilidad química, resistencia a la oxidación, resistencia a los álcalis y otras propiedades similares. En cuando al material para la capa de protección de la parte superior, se han dado a conocer metales preciosos, metales de transición con un elevado punto de fusión, sus aleaciones, nitruros, boruros, siliciuros, carburos, silicio amorfo y similares.

Por ejemplo, la patente japonesa a inspección pública nº 145158/1990 propone un cabezal de impresión superior en duración y fiabilidad, que ha sido realizado por colocación de una capa superior formada por Mx (Fe_{100-y-x}Ni_{y}Cr_{z})100-x (M significa uno o más de los elementos seleccionados entre Ti, Zr, Hf, Hb, Ta y W; y x, y y z significan porcentajes atómicos (%) en una gama de 20-70%, una gama de 5-30% y una gama de 10-30%, respectivamente) de la capa aislante que se encuentra en la capa de resistencia exotérmica.

En estos últimos años, se ha producido una demanda creciente de mejoras adicionales de los aparatos de impresión por chorros de tinta en términos de calidad de la imagen y velocidad de impresión, y a efectos de conseguir un aparato de impresión por chorros de tinta que satisfaga estas exigencias, se han hecho varios intentos de mejorar un aparato de impresión por chorros de tinta en muchos aspectos, por ejemplo, la estructura del cabezal y también mejorar la tinta.

La figura 2 muestra un ejemplo de la estructura de un panel de base, es decir, una de las partes que constituyen un cabezal por chorros de tinta.

En el panel de base mostrado en la figura 2(a), una capa de protección (2006) y una capa superior de protección (2007) están dispuestas sobre un transductor electrotérmico que está constituido por una capa de resistencia exotérmica (2004) y una capa de electrodos (2005). El panel de base mostrado en la figura 2(b) es una versión del panel de base mostrado en la figura 2(a), en la que se ha mejorado la capa de protección. De manera más específica, la capa de protección del panel de base que se ha mostrado en la figura 2(b) ha sido dividida en dos subcapas de manera que la energía térmica de la capa de resistencia exotérmica (2004) actúa de manera más efectiva sobre la tinta en una parte térmicamente interactiva (2008). Además, el grosor de la capa de protección ha sido reducido por debajo de la parte térmicamente interactiva (2008). Cuando se produce el panel de base mostrado en la figura 2(b), en primer lugar, se forma una primera subcapa protectora (2006) de SiO, SiN o similar y, a continuación, esta primera subcapa de protección (2006) es retirada solamente del área, cuya posición corresponde a la de la parte térmicamente interactiva en términos de dirección vertical, por modelado o similar. A continuación, se forma una segunda subcapa de protección (2002) de SiO, SiN o similar. Como resultado, el grosor total de la capa de protección resulta más delgado por debajo de la parte térmicamente interactiva (2008). Finalmente, se forma una capa superior de protección (2007).

La capa de protección sobre el transductor electrotérmico en un panel de base tal como el descrito anteriormente es necesario que sea eléctricamente aislante y resistente a la tinta. También se requiere que sea resistente a los choques de cavitación que tienen lugar durante la inyección de tinta. Sí el grosor de la capa de protección incrementa sustancialmente, tal como se ha mostrado en la figura 2(a), el nivel calidad que requiere el material para la capa de protección en términos de rendimiento de la protección puede disminuir en cierta medida; en otras palabras, los materiales que no son perfectos para impedir que la capa de resistencia exotérmica sufra averías por choques de cavitación durante la inyección de tinta, o por corrosión por la tinta, pueden ser utilizados como material para la capa de protección. Esto es debido al hecho de que cuando más gruesa es la capa de protección, mayor es el tiempo necesario para que las averías o corrosión alcancen la capa de resistencia exotérmica y, por lo tanto, mayor es la vida útil del cabezal.

Simultáneamente, se ha mejorado la tinta para controlar el sangrado (sangrado entre dos áreas distintas de color), a efectos de posibilitar la impresión a elevada velocidad. La tinta también se mejora en términos de saturación, resistencia al agua y similares, a efectos de cumplir las exigencias de conseguir una elevada calidad de imagen. Estas mejoras se han conseguido con la utilización de aditivos. Cuando se utiliza dicha tinta mejorada, en particular, tinta que contiene ingredientes tales como Ca y Mg, capaz de formar sales metálicas bivalentes o complejos de quelato, la capa de protección tiende a la corrosión por una reacción termoquímica que tiene lugar entre la capa de protección y la tinta. El aumento del grosor de la capa de protección es también eficaz para aumentar la vida útil de un cabezal por chorros de tinta utilizado con dicha tinta.

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No obstante, al aumentar el grosor de la capa de protección se produce la reducción del rendimiento o eficacia con la que la energía térmica generada en la capa de resistencia exotérmica conduce a la superficie térmicamente interactiva.

De este modo, la capa de protección se reduce en espesor en el área correspondiente a la parte térmicamente interactiva, tal como se ha mostrado en la figura 2(b), de manera que la energía térmica de la capa resistente exotérmica (2004) se puede conducir de manera más efectiva a la tinta a través de la segunda subcapa de protección (2006') y la capa de protección superior (2007) para mejorar el rendimiento térmico.

No obstante, si la capa de protección se reduce en su espesor, las averías provocadas en la parte térmicamente interactiva por el choque de cavitación y/o el efecto corrosivo de la tinta alcanzan la capa resistente exotérmica más rápidamente que cuando la capa de protección no se reduce en grosor, si bien esto depende del tipo del material de la capa de protección. En otros términos, la reducción del grosor de la capa de protección es perjudicial para la prolongación de la vida útil del cabezal. En particular, cuando se utiliza tal como se ha indicado anteriormente una tinta que contiene ingredientes tales como Ca o Mg, capaces de formar sales bivalentes o complejos de quelato, el fenómeno antes descrito se hace más intenso. Así pues, cuando se utiliza dicha tinta, el material para la capa de protección debe ser seleccionado de manera mucho más estricta.

A efectos de incrementar adicionalmente la velocidad de impresión por chorros de tinta, es necesario utilizar un impulso de activación mucho más corto que un impulso de activación convencional; es decir, es necesario incrementar la frecuencia de activación. Cuando se utiliza un impulso de activación con una amplitud de tiempo más corta, se repite por la parte térmicamente interactiva del cabezal un ciclo de calentamiento \rightarrow desarrollo de la burbuja \rightarrow colapso de la burbuja \rightarrow enfriamiento, según una frecuencia más elevada en comparación con la utilización de un impulso convencional. En otras palabras, cuando se utiliza un impulso de activación con una amplitud corta, la parte térmicamente interactiva del cabezal queda sometida a esfuerzos térmicos a mayor frecuencia. Además, la activación del cabezal con un impulso con una amplitud más corta provoca que la capa de protección quede sometida a mayor concentración de choques de cavitación generados por la generación y colapso de burbujas en la tinta en un tiempo más reducido. Por lo tanto, cuando se utiliza un impulso de activación con una amplitud más corta, la capa de protección debe ser muy superior en términos de resistencia a choques mecánicos.

Si bien una estructura de cabezal como la que se ha mostrado en la figura 2(b) que utiliza una capa de protección más delgada es adecuada para activar un cabezal con un impulso de una amplitud más corta, la capa de protección más delgada no es distinta de la más gruesa por el hecho de que se requiere que sea resistente a los choques de cavitación, resistente a la tinta tal como la que se ha descrito anteriormente, que ha sido mejorada para conseguir una mejor calidad de imagen y también suficiente resistencia a los esfuerzos térmicos peculiares a la utilización de un impulso de activación con una amplitud más corta.

No obstante, en la actualidad, no se conoce una estructura de capa de protección que haga posible la utilización satisfactoria de una variedad de tintas, que sea capaz de impresión a una velocidad mucho más elevada que las convencionales y que sea capaz de contribuir a la prolongación de la vida útil de un cabezal de servicio. Cuando se diseña la estructura de una capa de protección, es necesario seleccionar el material y estructura para la capa de protección teniendo en cuenta las diferentes características requeridas de un cabezal de impresión tal como las que se han descrito anteriormente. En términos de tecnologías convencionales, los problemas referentes a la naturaleza corrosiva de la tinta se han tratado con aumento del grosor de la capa de protección y este método queda limitado en el caso en que se requieren mejoras adicionales de rendimiento térmico y aumentos adicionales de la velocidad de impresión (cuando se trata de mejorar adicionalmente el rendimiento térmico y de aumentar además la velocidad de impresión).

Características de la invención

La presente invención ha sido realizada en consideración de los diferentes problemas antes descritos con respecto a la capa de protección para las partes térmicamente interactivas de un cabezal de impresión. Por lo tanto, el objeto principal de la presente invención consiste en conseguir un cabezal de impresión por chorros de tinta que tenga una capa de protección resistente a los choques, calor y tinta, que sea resistente a los ácidos y que tenga una elevada duración, resolviendo los diferentes problemas anteriormente descritos con respecto a la capa de protección de un cabezal de chorros de tinta convencional, en particular, la parte que establece contacto con la tinta.

Otro objetivo de la presente invención consiste en dar a conocer un panel base por chorros de tinta dotado de una capa de protección tal que sea compatible con la reducción de tamaño de puntos para la mejora de la imagen en términos de precisión y de activación a alta velocidad para impresión de alta velocidad, y que tenga una duración prolongada con independencia de la selección de la tinta, y que proporcione un cabezal por chorros de tinta dotado de dicha capa de protección y un aparato por chorros de tinta dotado de dicho cabezal por chorros de tinta.

Un panel base para cabezal de chorros de tinta de acuerdo con la presente invención comprende: un elemento o pieza de sustrato; una serie de elementos generadores de calor situados sobre un sustrato, cada uno de los cuales está dispuesto entre un par de electrodos; y una capa de protección de la parte superior situado sobre una capa aislante dispuesta sobre la serie de elementos generadores de calor.

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En este panel de base para cabezal de chorros de tinta, la capa de protección de la parte superior es específica por el hecho de que está formada por una aleación amorfa, cuya composición se puede expresar por la siguiente fórmula (I):

...(I)Ta\alpha Fe\beta Ni\gamma Cr\delta

\dotable{\tabskip\tabcolsep#\hfil\tabskip0ptplus1fil\dddarstrut\cr}{
 (10%  \leq   \alpha   \leq  30%;  \alpha  +  \beta  < 80%;\cr 
 \alpha  <  \beta ;  \delta  >  \gamma ;  y  \alpha  +  \beta 
+  \gamma  +  \delta =
100%)\cr}

y asimismo por el hecho de que contiene los óxidos de sus componentes de composición, como mínimo en la parte próxima a su superficie que establece contacto con la tinta.

Asimismo, un cabezal por chorros de tinta de acuerdo con la presente invención, comprende: una serie de orificios a través de los cuales se inyecta líquido; una serie de trayectorias de líquido que están conectadas a la serie de orificios uno a uno y tienen una parte por la que la energía térmica para inyección de líquido actúa sobre el líquido; una serie de elementos generadores de calor destinados a generar energía térmica; y la capa de protección de la parte superior que cubre la serie de elementos generadores de calor, con interposición de una capa aislante.

En este cabezal por chorros de tinta, la capa de protección de la parte superior es específica en el hecho de que está formada por una aleación amorfa, cuya composición se puede expresar con la siguiente fórmula (I):

...(I)Ta\alpha Fe\beta Ni\gamma Cr\delta

\dotable{\tabskip\tabcolsep#\hfil\tabskip0ptplus1fil\dddarstrut\cr}{
 (10%  \leq   \alpha   \leq  30%;  \alpha  +  \beta  < 80%;\cr 
 \alpha  <  \beta ;  \delta  >  \gamma ;  y  \alpha  +  \beta 
+  \gamma  +  \delta =
100%)\cr}

y asimismo, por el hecho de que la superficie de la capa de protección de la parte superior, que establece contacto con la tinta, contiene los óxidos de sus componentes de composición.

Además, la unidad de impresión por chorros de tinta, de acuerdo con la presente invención, es específica por el hecho de que tiene una estructura de cabezal por chorros de tinta tal como se ha descrito anteriormente, y una parte de almacenamiento de la tinta, en la que se almacena la tinta a suministrar a dicho cabezal de chorros de tinta.

Además, un aparato por chorros de tinta, de acuerdo con la presente invención, es específico por el hecho de que tiene un cabezal por chorros de tinta o una unidad de impresión por chorros de tinta que está estructurada tal como se ha indicado anteriormente, y un carro para desplazar dicho cabezal por chorros de tinta o una unidad de impresión por chorros de tinta, de acuerdo con la información de impresión.

Además, uno de los métodos para la fabricación de un panel de base para cabezal por chorros de tinta, de acuerdo con la presente invención, se caracteriza porque la capa de protección de la parte superior del panel de base para cabezal de chorros de tinta, constituido tal como se ha descrito anteriormente, queda formado por la utilización de un método de bombardeo iónico que utiliza un objetivo o diana formado por una aleación metálica que contiene Ta, Fe, Cr y Ni, de manera que satisface la fórmula de composición antes indicada o fórmula (I).

Otro método para la fabricación de un panel de base para cabezal por chorros de tinta, de acuerdo con la presente invención, se caracteriza por el hecho de que la capa de protección de la parte superior de un panel de base para cabezal de chorros de tinta, constituido tal como se ha descrito anteriormente, se constituye por utilización de un método de bombardeo iónico de elemento doble que utiliza tanto un objetivo formado por una aleación metálica que contiene Ta, Fe, Cr y Ni, de manera que satisface la fórmula de composición (I) anteriormente indicada, como un objetivo formado por Ta.

De acuerdo con uno de los múltiples aspectos de la presente invención, incluso cuando se utilizan varias tintas distintas en sus características, la capa de protección de la parte superior que establece contacto con la tinta no se corroe y, por lo tanto, es posible conseguir un cabezal por chorros de tinta que tiene una capa superior de protección con características de resistencia al choque, resistencia térmica, resistencia a la tinta y resistencia a la oxidación. La presente invención es aplicable a un panel de base de un cabezal por chorros de tinta dotado de una capa de protección que tiene una larga duración, a pesar de la reducción de tamaño de los puntos para la mejora de imagen en términos de precisión y de la activación a alta velocidad para impresión de alta velocidad. Además, la presente invención es asimismo aplicable a un cabezal por chorros de tinta para un aparato de impresión por chorros de tinta, que comprende una parte de almacenamiento de tinta destinada a almacenar la tinta a suministrar al cabezal de impresión por chorros de tinta superior antes descrito, así como un aparato por chorros de tinta en el que dicho cabezal por chorros de tinta ha quedado montado.

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Estos y otros objetivos, características y ventajas de la presente invención quedarán más aparentes por consideración de la descripción siguiente de realizaciones preferentes de la presente invención en relación con los dibujos adjuntos.

Breve descripción de los dibujos

La figura 1 es una vista en planta esquemática de un panel de base para cabezal por chorros de tinta, de acuerdo con la presente invención.

La figura 2 es una vista en sección de una parte de un panel de base para cabezal por chorros de tinta mostrado en la figura 1; siendo (a) una vista en sección por el plano indicado por la línea de puntos X-X', perpendicular al panel de base, y siendo (b) una vista en sección de una versión modificada del panel de base para el cabezal de chorros de tinta de la figura 1, según un plano que corresponde al plano indicado en la figura 1.

La figura 3 es un gráfico que muestra el cambio de temperatura en la capa de protección de la parte superior y el cambio de volumen de una burbuja, que tiene lugar después de la aplicación del voltaje.

La figura 4 es una vista esquemática de un aparato formador de una película para la formación de cada una de las capas del cabezal de impresión por chorros de tinta, de acuerdo con la presente invención.

La figura 5 es un gráfico que muestra los valores de composición de la película de la capa de protección de la parte superior, de acuerdo con la presente invención.

La figura 6 es una sección vertical de un ejemplo de un cabezal de impresión por chorros de tinta, de acuerdo con la presente invención.

La figura 7 es una vista esquemática en sección de la parte térmicamente interactiva de un cabezal para impresión por chorros de tinta antes, durante y después de la prueba de duración;

(a) - (d) representan diferentes etapas de la corrosión sobre la parte térmicamente interactiva.

La figura 8 es una vista esquemática en perspectiva de un ejemplo de un aparato de impresión por chorros de tinta, dotado de un cabezal de impresión, de acuerdo con la presente invención.

Descripción de las realizaciones preferentes

La figura 1 es una sección horizontal de una parte, que corresponde al lado del panel de base, de un cabezal por chorros de tinta, al que es aplicable la presente invención, en un plano perpendicular a las paredes de las trayectorias de líquido (tinta). Muestra el posicionado de la serie de transductores electrotérmicos para hacer que la tinta genere burbujas. Las figuras 2(a) y 2(b) son vistas en sección del panel de base del cabezal por chorros de tinta mostrado en la figura 1, según un plano indicado por una línea de trazos X-X' de la figura 1, y otro panel de base de un cabezal por chorros de tinta, según un plano que corresponde a la línea de trazos única X-X', respectivamente.

El cabezal por chorros de tinta mostrado en la figura 1 tiene una serie de orificios de inyección (1001), una serie de rutas de tinta (1003) conectadas a la serie de orificios de inyección (1001) una a una y una serie de transductores electrotérmicos (1002) dispuestos sobre un tramo de sustrato (1004), correspondiendo uno a uno a la serie de trayectorias de tinta (1003). Cada uno de los transductores electrotérmicos (1002) comprende esencialmente: un elemento de resistencia exotérmica (1005); un cableado de electrodo (1006) para suministrar potencia eléctrica al elemento de resistencia exotérmica; y una película aislante (1007) para proteger los dos componentes precedentes. En cuando al elemento de resistencia exotérmica, la parte de la capa resistente exotérmica (2004), que se encuentra entre los dos electrodos opuestos de la capa de electrodos (2005), que constituye el cableado del electrodo, y que no están cubiertos por la capa de electrodos, constituye el elemento de resistencia exotérmica.

Cada una de las trayectorias de tinta (1003) está realizada en forma de placa superior (no mostrada), que comprende de forma integral una serie de paredes para las trayectorias de flujo, está unida al panel de base, estando la placa superior y el panel de base alineados con respecto a la relación de posición entre la serie de paredes de trayectorias de flujo y la serie de transductores electrotérmicos sobre el sustrato (1004) por medios tales como medios de proceso de imágenes. Cada una de las trayectorias de tinta (1003) está conectada a una cámara común de líquido (1009) (mostrada parcialmente), por el extremo opuesto al lado del orificio de inyección. En la cámara común de líquido (1009), se almacena una tinta suministrada desde un contenedor de tinta (no mostrado). Después de haber sido suministrada a la cámara de líquido común (1009), la tinta es conducida a cada una de las trayectorias de tinta (1003), y queda retenida en las mismas, formando un menisco adyacente a la cara externa del orificio de inyección (1001). En esta situación, los transductores electrotérmicos (1002) son activados selectivamente y la energía térmica generada por los transductores electrotérmicos seleccionados es utilizada para calentar la tinta sobre la parte térmicamente interactiva para hacer que esta parte de la tinta entre en ebullición repentinamente, de manera que la tinta es inyectada por el impacto de la ebullición repentina de la misma.

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En la figura 2(a), el numeral de referencia (2001) indica un tramo de sustrato formado a base de silicio; el numeral (2002) es una capa de almacenamiento térmico, es decir, una capa de una película oxidada térmicamente; (2003) es una capa de una película interlaminar, formada por SiO, SiN, o similares, que funciona también como capa de almacenamiento térmico; (2004) es una capa resistente exotérmica; (2005) es una capa de electrodo, es decir, una capa de cableado formada a base de un material metálico tal como Al, Al-Si, Al-Cu, o similar; (2006) es una capa de una película de protección formada por SiO, SiN, o similar, que funciona también como capa aislante; (2007) es una capa de protección de la parte superior destinada a proteger el transductor electrotérmico contra choques químicos y físicos resultantes de la generación de calor por la capa resistente exotérmica; y el numeral de referencia (2008) indica la parte interactiva térmicamente sobre la que el calor generado por el elemento resistente exotérmico, o una parte de la capa resistente exotérmica, actúa sobre la tinta.

Normalmente, el grosor de la capa de protección (2006) estructurada, tal como se ha mostrado en la figura 2(a), está comprendido en una gama de 500 nm - 1000 nm.

La parte térmicamente interactiva en un cabezal por chorros de tinta está sometida no solamente a la alta temperatura, resultado de la generación de calor por un elemento resistente exotérmico, sino también a los choques de cavitación, resultado del desarrollo y colapso de burbujas en la tinta, así como la reacción química provocada por la tinta. Por lo tanto, la parte interactiva térmicamente es cubierta con la capa de protección de la parte superior para proteger el transductor electrotérmico con respecto a choques de cavitación, reacciones químicas provocadas por la tinta y similares. Esta capa de protección de la parte superior que establece contacto con la tinta debe ser superior en resistencia al calor, resistencia mecánica, estabilidad química, resistencia a la oxidación, resistencia a los álcalis y otras características similares. De acuerdo con la presente invención, la capa de protección de la parte superior está constituida mediante una aleación amorfa, cuya composición química está representada por la fórmula (I) que se ha indicado anteriormente.

El símbolo \alpha de la fórmula (I) es deseable que satisfaga la siguiente desigualdad: 10% \leq \alpha \leq 20%. Además, es deseable que se satisfagan las siguientes desigualdades: \gamma > 7% y \delta > 15%, preferentemente \gamma \geq 8% y \delta \geq 17%. Por otra parte, el espesor de la capa de protección de la parte superior es deseable que se encuentre dentro de una gama de 10 - 500 nm, preferentemente 50 - 200 nm.

En esta película de aleación de tipo amorfo, la cantidad de Ta se ajusta dentro de una gama de 10% - 20%, que es inferior a la de la aleación convencional de Ta. Utilizando una composición en la que la proporción de Ta se encuentra en una gama tan baja, se pasiva la aleación amorfa, reduciendo de manera significativa el número de límites de cristales, es decir, los puntos desde los que se inicia la corrosión y, por lo tanto, se mantiene la resistencia a la cavitación a un nivel deseable, aumentando simultáneamente el nivel de resistencia a la tinta. Además, en la parte que se encuentra inmediatamente dentro de la superficie de la película de aleación amorfa, se encuentran presentes óxidos de los componentes de la película de aleación amorfa, o preferentemente, en la superficie de la película de aleación amorfa está cubierta por una película de los óxidos de los componentes de la película de aleación amorfa. En otras palabras, es deseable que la superficie de la capa de protección de la parte superior de esta aleación amorfa quede recubierta con la película de los óxidos de los componentes de la capa de aleación amorfa, como mínimo, en la superficie que forma contacto con la tinta. El grosor de esta capa de óxido es deseable que no sea inferior a 5 nm y no superior a 30 nm.

La formación de la película de óxido (capa de óxido (2009) de la figura 2(a)), cuyo componente principal es Cr sobre la superficie de la capa de protección de la parte superior hace posible impedir que las diferentes zonas situadas por debajo de la película de óxido reciban corrosión de la tinta, con independencia del tipo de tinta, es decir, aunque la tinta contenga ingredientes tales como Ca o Mg capaces de formar sales metálicas bivalentes o complejos de quelato, porque la oxidación de la aleación amorfa antes descrita pasiva la aleación.

En cuanto al método para la formación de la película de óxido antes mencionada, cuyo componente principal es Cr, existe un método que procesa térmicamente la capa de protección de la parte superior en aire atmosférico o en ambiente de oxígeno. Por ejemplo, la capa de protección en la parte superior puede ser tratada térmicamente a una temperatura de 50ºC-200ºC en una estufa, o después de formar la capa de protección de la parte superior, utilizando un aparato de bombardeo iónico, se puede introducir gas oxígeno en el aparato de bombardeo iónico y se puede calentar para formar la película de óxido. Además, la película de óxido puede ser formada por activación del cabezal por chorros de tinta con la aplicación de impulsos después de la formación del cabezal por chorros de tinta.

La capa de protección de la parte superior soporta esfuerzos, en particular, esfuerzos de compresión, y la magnitud de estos esfuerzos es deseable que no supere 1,0x10^{10}dinas/cm^{2}.

La figura 2(b) muestra una sección vertical de una versión mejorada del cabezal por chorros de tinta mostrado en la figura 2(a). En esta versión, la capa de protección ha sido dividida en dos subcapas y el grosor (distancia desde la parte térmicamente interactiva a la capa resistente exotérmica) de la capa de protección se ha reducido en la zona situada por debajo de la parte térmicamente interactiva, de manera que la energía térmica de la capa resistente exotérmica actúa de manera más efectiva sobre la tinta en la parte térmicamente reactiva. En otras palabras, en primer lugar, se forma una primera subcapa de protección (2006) de SiO, SiN o similares, impidiendo simultáneamente que la primera subcapa de protección (2006) se forme sobre la parte térmicamente interactiva por moldeo o similar, y a continuación se forma una segunda capa de protección (2006) de SiO, SiN o similar, de manera que el grosor de la capa de protección sobre la parte térmicamente interactiva sea más delgada en comparación con el área circundante. Finalmente, queda constituida la capa (2007) de protección de la parte superior. La reducción del grosor de la capa de protección sobre la parte térmicamente interactiva, tal como se ha descrito anteriormente, hace posible que la energía térmica procedente de la capa resistente exotérmica (2004) sea conducida a la tinta a través de la segunda subcapa de protección (2006) y la capa de protección (2007) de la parte superior y, por lo tanto, la energía térmica puede ser utilizada de manera más eficaz.

Las diferentes partes de la estructura antes descrita pueden quedar constituidas utilizando cualquiera de los métodos bien conocidos. La capa (2007) protectora de la parte superior puede ser formada utilizando cualquiera de los diferentes métodos de formación de elementos laminares. No obstante, de manera normal, se forma utilizando bombardeo iónico por magnetrón que utiliza una fuente de potencia de alta frecuencia (RF) o una fuente de potencia de corriente continua (CC).

La figura 4 muestra la configuración esencial de un aparato de bombardeo iónico para formar la capa de protección de la parte superior. En la figura 4, el numeral de referencia (4001) indica un objetivo formado por una aleación de Ta-Fe-Cr-Ni, compuesta de forma que una capa de aleación amorfa que cumple con una proporción de composición predeterminada, en otras palabras, satisface la fórmula de composición, es decir, la fórmula (I) indicada anteriormente, puede ser constituida; (4002) indica un imán plano; (4011) un obturador para controlar la formación de película sobre el sustrato (4003), un soporte del sustrato; y el numeral de referencia (4006) indica una fuente de potencia eléctrica conectada al objetivo (4001) y el soporte (4003) del sustrato. Asimismo, la figura 4, el numeral de referencia (4008) indica un calentador externo dispuesto a lo largo de la superficie externa de una cámara (4009) de formación de película. El calentador externo (4008) es utilizado para controlar la temperatura ambiente del espacio interno de la cámara (4009) de formación de la película. En el lado posterior del soporte (4003) del sustrato, se coloca un calentador interno para controlar la temperatura del sustrato. Es preferible que la temperatura del sustrato (4004) esté controlada por una combinación del calentador interno (4005) y el calentador externo (4008).

La formación de la película, que utiliza el aparato mostrado en la figura 4, es llevada a cabo del modo siguiente. En primer lugar, la cámara (4009) de formación de la película es sometida a vacío en una gama de 1x10^{-5} - 1x10^{-6} Pa por medio de la bomba de vacío (4007). A continuación, se introduce gas argón en la cámara (4009) de formación de lámina a través de un controlador de flujo máximo (no mostrado) y de una abertura de introducción de gas (4010). Durante esta introducción de gas argón, los calentadores interno y externo (4005) y (4008) son ajustados de manera que la temperatura del sustrato y la temperatura ambiente interna de la cámara (4009) de formación de película alcanzan un nivel predeterminado. A continuación, se aplica potencia al objetivo (4001) desde la fuente de potencia (4006) para disparar la descarga eléctrica (descarga de bombardeo iónico), ajustando simultáneamente un obturador (4011), de manera que se forma una película delgada sobre el sustrato (4004).

El método para la formación de la capa de protección de la parte superior no tiene que ser limitado al bombardeo iónico que utiliza el objetivo antes mencionado, formado por la aleación de Ta-Fe-Cr-Ni. En vez de ello, se utiliza un objetivo o diana dual simultánea de bombardeo iónico, es decir, se utiliza un método de bombardeo iónico con dos objetivos o dianas separados, uno constituido por Ta y el otro por una aleación de Fe-Cr-Ni, y se aplica potencia desde dos fuentes de potencia separadas conectadas a ellos, uno a uno. En este método, la potencia aplicada a cada objetivo puede ser controlada individualmente.

Asimismo, tal como se ha descrito anteriormente, manteniendo el sustrato caliente a una temperatura comprendida entre 100 y 300ºC en la formación de la capa de protección de la parte superior, se obtiene como resultado un nivel más elevado de fuerza de adherencia de la película entre la capa de protección de la parte superior y la capa situada por debajo. Además, utilizando un método de formación de la película de bombardeo iónico, que forma partículas con una energía cinética relativamente grande, tal como se ha descrito anteriormente, hace también posible generar un nivel más elevado de fuerza de adherencia de la película.

En cuanto a los esfuerzos en la película, proporcionando a la capa de protección de la parte superior, como mínimo, una pequeña magnitud de esfuerzo de compresión, es decir, un esfuerzo de compresión no superior a 1,0x10^{10} dinas/cm^{2}, se genera también un elevado nivel de fuerza de adherencia de la película. La magnitud de esfuerzo de la película se puede ajustar al ajustar apropiadamente la magnitud de flujo de gas argón introducido en el aparato de formación de la película, la magnitud de potencia aplicada al objetivo y nivel de temperatura al que se ha calentado el sustrato.

Tanto si la capa de protección sobre la que se ha formado la capa de protección de la parte superior es gruesa o delgada, la capa laminar de protección de la parte superior formada a base de una aleación amorfa, de acuerdo con la presente invención, es compatible con la capa de protección sobre la que se ha formado.

La figura 6 es una sección vertical esquemática de un ejemplo del cabezal por chorros de tinta que tiene una capa de protección de la parte superior, de acuerdo con la presente invención, y muestra la estructura general del cabezal. Haciendo referencia a la figura 6, después de ser suministrada desde el contenedor de tinta (no mostrado), la tinta es calentada y hierve en la parte térmicamente interactiva y, como resultado, se inyecta la tinta. Durante este proceso, se aplican impulso con especificaciones controladas a la capa exotérmica resistente por un medio de accionadores.

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La figura 8 es una vista externa de un ejemplo de un aparato por chorros de tinta al que es aplicable la presente invención. En este aparato, el cabezal por chorros de tinta de acuerdo con la presente invención está montado sobre el carro (2120), una parte del cual establece contacto con una ranura espiral (2121) de husillo de impulsión (2101), que gira hacia delante o hacia atrás, con intermedio de los engranajes de transmisión de fuerza (2102) y (2103). El cabezal por chorros de tinta es desplazado alternativamente en las direcciones indicadas por un par de marcas en forma de flecha a y b, junto con el carro (2120), por la fuerza de impulsión del motor de activación (2101). Se ha indicado con el numeral de referencia (2105) una placa de prensado del papel que mantiene prensado sobre el soporte (2106) en todo el alcance de la placa (2106) en términos de dirección en la que se desplaza alternativamente el carro, un papel de impresión (P) que es transportado sobre el soporte (2106) por un aparato de transporte del soporte de impresión que no se ha mostrado.

Indicados con los numerales de referencia (2107) y (2108), se observarán dos partes esenciales de un fotoacoplador, que constituye un medio de detección de la posición de reposo o posición original, junto con una palanca (3109) del carro (2120), por ejemplo, al ser detectada la presencia de esta palanca (2109) por el fotoacoplador, siendo conmutada la dirección de rotación del motor de impulsión (2101). El numeral de referencia (2110) indica un elemento de soporte de un elemento de cubrición o caperuza (2111) para el recubrimiento del cabezal de impresión (2200) en la totalidad de su superficie de inyección de tinta; el numeral (2112) indica un dispositivo de succión para succionar el interior del elemento de cubrición (2111), de manera que el interior del cabezal de impresión (2200) es succionado a través de un orificio que discurre a través del elemento de caperuza (2111), para restablecer el funcionamiento del cabezal de impresión (2200); el numeral (2114) indica una cuchilla de limpieza; y el numeral de referencia (2115) indica un elemento de desplazamiento de la cuchilla que hace posible que la cuchilla de limpieza (2114) se desplace hacia delante o hacia atrás. Los elementos indicados en este párrafo están todos ellos soportados por una placa de soporte (2116) en el lado de montaje principal del aparato. La configuración de la cuchilla de limpieza no es necesario que quede limitada a la de la cuchilla de limpieza (2114); una cuchilla de limpieza de cualquier configuración conocida puede ser montada sobre el elemento de soporte en el lado del conjunto principal, lo cual es evidente.

Un numeral de referencia (2117) designa una palanca para iniciar la operación de succión para restablecer el funcionamiento del cabezal de impresión, que es desplazado por el movimiento de una leva (2118) en la que establece contacto el husillo conductor (2104), y cuyo movimiento es controlado por un dispositivo de transmisión de potencia conocido, tal como un embrague, que controla la fuerza de accionamiento desde el motor de impulsión (2101). Una sección de control de impresión (no ilustrada) que envía señales a la parte generadora de calor del cabezal de impresión (2200) y que controla también el accionamiento de cada uno de los mecanismos antes descritos, queda dispuesta en el lado de montaje principal del aparato de impresión.

En el aparato de impresión por chorros de tinta (2100) que tiene la estructura antes mencionada, el cabezal de impresión (2200) registra imágenes sobre la hoja de impresión -P- transportada sobre el soporte (2106) por el aparato de transporte del soporte de impresión antes mencionado, mientras efectúa el desplazamiento alternativo sobre la totalidad de la anchura del papel de impresión -P-. Dado que el cabezal de impresión utilizado en este aparato de impresión (2100) es uno de los fabricados utilizando el método anteriormente descrito, es capaz por lo tanto de imprimir de manera precisa y a elevada velocidad.

Realizaciones

A continuación, la presente invención se describirá de manera más detallada con referencia a ejemplos de formación de la película de aleación amorfa, poseyendo el cabezal por chorros de tinta una capa de protección de la parte superior formada a base de la aleación amorfa antes mencionada y similares. La presente invención no deberá ser limitada por las siguientes realizaciones.

Ejemplo de formación de película 1

En las pruebas siguientes, una capa de película de aleación amorfa equivalente a la capa de protección de la parte superior fue constituida sobre un trozo de oblea de silicio utilizando el aparato mostrado en la figura 4, junto con el método de formación de la película que se ha descrito anteriormente. A continuación, se evaluaron las características de la película de aleación amorfa formada. La descripción de la operación de formación de la película y los resultados de la evaluación de la película de aleación amorfa formada se indicarán a continuación.

Operación de formación de la película

En primer lugar, se oxida térmicamente la superficie de una oblea de silicio de cristal único y esta oblea de silicio (sustrato (4004)) es situada sobre el soporte (4003) del sustrato en la cámara (4009) de formación de la película del aparato mostrado en la figura 4. A continuación, el interior de la cámara (4009) de formación de la película fue sometido a vacío hasta un nivel de 8x10^{-6} Pa mediante una bomba de vacío (4007). Después de ello, se introdujo gas argón en la cámara (4009) de formación de la película por la abertura de introducción de gas (4010) y las condiciones ambiente dentro de la cámara (4009) de formación de la película se ajustaron a las siguientes.

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Condiciones de formación de la película

: Temperatura del sustrato: 200ºC

: Temperatura ambiente (gas) en la cámara de formación de la película: 200ºC

: Presión de la mezcla de gas en la cámara de formación de la película: 0,3 Pa.

A continuación, cuatro tramos (muestras de película 1-4) con grosores de 200 nm, cuyas composiciones se pueden expresar por la fórmula Ta\alphaFe\betaNi\gammaCr\delta, se formaron sobre la película térmicamente oxidada de la oblea de silicio, utilizando el método antes descrito de bombardeo iónico con objetivo dual, en el que un objetivo o diana formado por Ta y un objetivo formado por una aleación de Fe-Ni-Cr-Ni (Fe_{74}Ni_{8}Cr_{18}) fueron utilizados, y la potencia aplicada al objetivo de Ta era fija, mientras que la potencia aplicada a la aleación de Fe-Ni-Cr se hizo variable.

Evaluación de las características de la película

Las muestras de película 1-4 obtenidas de este modo fueron analizadas utilizando RBS (Rutherford Rearward Scattering) para obtener los valores de \alpha, \beta, \gamma y \delta en la fórmula de Ta\alphaFe\betaNi\gammaCr\delta. Los resultados se muestran en la tabla 1 y en la figura 5. La figura 5 muestra las proporciones de composición (densidades) de cuatro metales con respecto a la potencia aplicaba al objetivo formado por la aleación de Fe-Ni-Cr (la potencia aplicada al objetivo de Ta era fija). Las curvas (A), (B), (C) y (D) representan las densidades correspondientes de Ta, Fe, Ni y Cr. Quedó evidente de la figura 5 que cuanto mayor era la potencia aplicada al objetivo de aleación de Fe-Ni-Cr, mayores eran las densidades de Fe, Cr y Ni en la película obtenida.

A continuación, la difracción en rayos X de la película de protección de la parte superior, o película de Ta\alphaFe\betaNi\gamma Cr\delta, formada sobre el sustrato (404) que se ha descrito anteriormente, fue medida con el objetivo de análisis estructural. Los resultados del análisis estructural mostraron que cuanto menor era la cantidad de Ta, más amplio era el pico de difracción, con el significado que mayor era el carácter amorfo.

Esfuerzos en la película

A continuación, se midieron los esfuerzos de la película para cada muestra de ellas, como la magnitud de deformación que tenía lugar entre el inicio y el final de la formación de la película. Los resultados mostraron la tendencia de que cuanto mayor es la proporción de composición de la aleación de Fe-Cr-Ni, mayor es la magnitud de los esfuerzos resultantes en comparación con la magnitud del esfuerzo de compresión, con el significado de que menor era la fuerza de adherencia de la película resultante. Por ejemplo, en el caso de la muestra de película 1, mostró un signo de presencia de un mínimo de esfuerzo de compresión, y cuando el esfuerzo de compresión se hizo no superior a 10x10^{10} dina/cm^{2}, se obtuvo una intensa fuerza de adherencia de la película.

TABLA 1

Muestras	Potencia [W]	Composición de la película
	Ta	Fe_{74}Ni_{8}Cr_{18}
1	300	520	Ta_{10}Fe_{61}Ni_{12}Cr_{17}
2	300	400	Ta_{19}Fe_{56}Ni_{9}Cr_{16}
3	300	300	Ta_{28}Fe_{50}Ni_{7}Cr_{15}
4	300	250	Ta_{40}Fe_{40}Ni_{6}Cr_{14}

Realización 1 Evaluación de adecuación de muestras de película como capa de protección de la parte superior de chorros de tinta

El sustrato de las muestras evaluado para determinar las características de los chorros de tinta en esta realización era una pieza de sustrato de Si plano, o una pieza de sustrato de Si sobre el que ya se había incorporado un IC controlador. En el caso del sustrato del plano de Si, la capa de almacenamiento de calor (2002) (figura 2(b)), es decir, una capa de SiO_{2} con un grosor de 1,8 \mum, fue formada por un método tal como oxidación térmica, bombardeo iónico, CVD o similares. En el caso del sustrato de Si con IC, la capa de almacenamiento térmico, o capa de SiO_{2}, fue constituida de manera similar al caso del sustrato plano de Si durante su proceso de fabricación .

A continuación, se formó una película aislante entre capas (2003), es decir, una película de SiO_{2} con un grosor de 1,2 \mum por bombardeo iónico, CVD o métodos similares. A continuación, la capa resistente exotérmica (2004), es decir, una capa de 500 nm de aleación de Ta_{35}Si_{22}N_{43} fue formada por un método de bombardeo iónico reactivo utilizando un objetivo formado por una aleación de Ta-Si. Durante la formación de esta capa resistente exotérmica, la temperatura del sustrato se mantuvo en 200ºC. A continuación, se formó por bombardeo iónico una película de Al con un grosor de 550 nm como capa de cableado de electrodos (2005).

A continuación, se formó un dibujo por fotolitografía y se formó la zona interactiva térmicamente (2008) con unas dimensiones de 20 \mum x 30 \mum, de la cual se eliminó la película de Al. A continuación se formó una capa aislante, es decir, una película con un grosor de 800 nm de SiO, como primera subcapa de protección (2006) por CVD de plasma, impidiendo simultáneamente que la capa aislante pudiera ser formada sobre la parte térmicamente interactiva por modelado. A continuación, se formó otra capa aislante, es decir, una capa con un grosor de 200 nm de una película de SiN como segunda subcapa de protección (2006') por CVD de plasma. Finalmente, se formó una película con un grosor de 150 nm de una aleación de Ta\alphaFe\betaNi\gammaCr\delta, cuya proporción de composición se ha mostrado en la tabla 2, como capa protectora (2007) de la parte superior por bombardeo iónico. En otras palabras, el panel de base del cabezal por chorros de tinta con la estructura mostrada en la figura 2 (b) fue formado por fotolitografía.

El panel de base del cabezal de chorros de tinta fabricado de este modo fue utilizado para producir un cabezal por chorros de tinta. La figura 6 es una vista en sección vertical esquemática de un ejemplo de un cabezal por chorros de tinta que tiene una capa de protección de la parte superior de acuerdo con la presente invención, y que muestra una estructura general del cabezal. En la figura 6, después del suministro desde un contenedor de tinta (no mostrado), la tinta es calentada y entra en ebullición en la zona interactiva térmicamente, y como resultado, se inyecta tinta. Durante este proceso, se aplican impulsos con especificaciones controladas a la capa resistente exotérmica por un medio de activación.

Estos cabezales por chorros de tinta fueron comprobados en cuanto a duración. En estas pruebas, los cabezales por chorros de tinta fueron activados continuamente con impulsos con una frecuencia de 10 kHz y una amplitud de 2 \museg hasta que llegaron a ser incapaces de continuar la inyección, para comprobar la duración de sus vidas útiles de servicio. El voltaje de activación Vop fue ajustado en 1,3 x Vth, siendo Vth el voltaje umbral en el que la tinta entra intensamente en ebullición de modo suficiente para la inyección. En cuanto a la tinta, se utilizó tinta que contenía una sal metálica bivalente, incluyendo radicales nitrato (Ca(NO_{3})_{2}.4H_{2}O) aproximadamente en 4%.

Tal como es evidente de la tabla 2, incluso después de la aplicación continua de 2,0x10^{9} impulsos, el cabezal fue capaz de inyección continuada.

Después de las pruebas de duración, estos cabezales por chorros de tinta fueron desmontados y examinados. El examen mostró que las capas de protección de la parte superior no habían sufrido corrosión en absoluto, demostrando que la capa de protección de la parte superior formada a base de aleación de Ta\alphaFe\betaNi\gammaCr\delta tenía una duración excelente. Es razonable pensar que este resultado se conseguía por el hecho de que se había creado sobre la superficie de la capa de protección de la parte superior una película de óxido con un grosor de unos 20 nm que consistía principalmente en Cr, lo cual se reveló por análisis de la sección transversal de la capa de protección de la parte superior, y que esta película de óxido, que se encontraba en estado pasivo, era eficaz para impedir la corrosión.

Ejemplo Comparativo 1

Se produjeron cabezales por chorros de tinta idénticos a los de la primera realización, excepto que las capas de protección de la parte superior se formaron a base de Ta y que estos cabezales por chorros de tinta fueron comprobados también en cuanto a duración igual que los de la primera realización. Los resultados se indican en la tabla 2. Tal como es evidente de la tabla 2, en el caso del Ejemplo Comparativo 1, el cabezal resultó utilizable después de aproximadamente 3,0x10^{7} impulsos. Por lo tanto, se sometió a una serie de cabezales por chorros de tinta idénticos a los que habían fallado después de 30x10^{7} impulsos a una aplicación continua de 5,0x10^{6}, 1,0x10^{7} ó 3,0x10^{7} impulsos, y se desmontaron para su examen.

Las figuras 7(a) - 7(d) son vistas esquemáticas en sección de las partes interactivas térmicamente, cada una de las cuales representa un cabezal por chorros de tinta distinto de otro en el número de impulsos de activación al que se sometían, y muestra los cambios que tuvieron lugar en la parte de interacción térmica respecto al número de impulsos aplicados. Tal como es evidente las figuras 7(a) - 7(d), cuanto mayor es el número de impulsos, más avanzado es el estado de corrosión en las capas de protección de la parte superior. En el caso del cabezal por chorros de tinta del cual se inyectó tinta de manera continuada hasta alcanzar un número de impulsos de 3,0x10^{7}, la corrosión había alcanzado la capa resistente exotérmica, creando roturas en la capa.

Realizaciones 2-5

Se produjeron cabezales por chorros de tinta idénticos a los de la primera realización excepto que las capas (2007) de protección de la parte superior recibieron las composiciones y grosores mostrados en la Tabla 2, y se sometieron a prueba para examinar la duración igual que los de la primera realización. Los resultados se indican en la Tabla 2.

Ejemplos Comparativos 2-5

Se produjeron cabezales de tinta idénticos a los de la primera realización excepto que las capas de protección (2007) de la parte superior recibieron las composiciones y grosores mostrados en la Tabla 2.

Estos cabezales por chorros de tinta fueron comprobados en cuanto duración igual que en las de la primera realización. Los resultados se indican en la Tabla 2. Tal como es evidente del caso del Ejemplo Comparativo 2 de la Tabla 2, al aumentar el grosor de la capa de protección de la parte superior constituida por Ta no resultó en una mejora significativa. En el caso de los Ejemplos Comparativos 3 - 5, resultó imposible que los cabezales por chorros de tinta mantuvieran su comportamiento normal de inyección al final de la aplicación continua de 2,0x10^{8} impulsos.

Después de la prueba de duración, esos cabezales por chorros de tinta fueron desmontados para examen. El examen demostró que las capas de protección de la parte superior se habían corroído, y que en algunos de los cabezales, la corrosión había alcanzado la capa resistente exotérmica, rompiendo dicha capa resistente exotérmica.

Realizaciones 6-9

Se utilizaron cabezales por chorros de tinta idénticos a los de la primera realización, excepto que las capas de protección de la parte superior fueron realizadas utilizando un método de bombardeo iónico, en el que un objetivo formado por una aleación de Ta-Fe-Cr-Ni con una composición predeterminada (proporción de composición atómica), fueron utilizados junto con gas argón. Las capas de protección de la parte superior de esos cabezales de inyección de chorros de tinta recibieron las composiciones y grosores de la Tabla 2. Esos cabezales de inyección por chorros de tinta fueron comprobados en cuanto a duración igual que los de la primera realización. Los resultados se indican a la Tabla 2.

Lo siguiente quedó evidente de las pruebas. Es decir, resultó evidente de los resultados de la Tabla 2, que la duración de vida de impresión de un cabezal dependía de las proporciones de composición entre Ta, Fe, Ni y Cr dentro de la capa de protección de la parte superior, en particular, que cuanto mayor es la proporción de Fe-Cr-Ni, mayor era la longitud de la vida útil de impresión de un cabezal de impresión por chorros de tinta; en otras palabras, en la composición Ta\alphaFe\betaNi\gammaCr\delta de la capa de protección de la parte superior, se cumplieron las siguientes exigencias:

: 10% atómico \leq \alpha \leq 30% atómico;

: \alpha + \beta < 80% atómico;

: \alpha < \beta;

: \delta > \gamma; y

: a + \beta + \gamma + \delta = 100% atómico.

El grosor de la capa de protección de la parte superior era deseable que no fuera inferior a 10 nm y no superior a 500 nm, porque cuando no era superior a 10 nm, la función de protección de la capa de protección de la parte superior, no era, en algunos casos, suficientemente resistente contra la tinta, y cuando no era inferior a 500 nm, la energía de la capa resistente exotérmica no podía ser eficientemente conducida a la tinta.

En algunas de las realizaciones anteriormente descritas se pudo conseguir una duración excelente incluso en el caso en que el grosor de la capa de protección de la parte superior no es mayor de 150 nm. En cuanto a los esfuerzos de la película, se pudo compensar una proporción importante de la fuerza de adherencia de la película cuando se encontraba un esfuerzo de compresión mínimo, siendo su magnitud no superior a 1,0x10^{10} dinas/cm^{2}.

TABLA 2

	Composición de	Ta+Fe	Grosor de la	Duración de	Capa de protección
	la película (%)		película (nm)	impulsos	superior LYR
Realización 1	Ta_{18}Fe_{57}Ni_{8}Cr_{17}	75	150	\geq2,0x10^{9}	Sin rayaduras
Realización 2	Ta_{15}Fe_{58}Ni_{9}Cr_{18}	73	150	\geq2,0x10^{9}	Sin rayaduras
Realización 3	Ta_{12}Fe_{59}Ni_{9}Cr_{20}	71	50	\geq2,0x10^{9}	Sin rayaduras
Realización 4	Ta_{14}Fe_{55}Ni_{12}Cr_{19}	69	100	\geq2,0x10^{9}	Sin rayaduras
Realización 5	Ta_{28}Fe_{50}Ni_{7}Cr_{15}	78	150	\leq8,0x10^{8}	Rayaduras ligeras
Realización 6	Ta_{19}Fe_{57}Ni_{9}Cr_{15}	76	150	\geq2,0x10^{9}	Sin rayaduras
Realización 7	Ta_{11}Fe_{60}Ni_{8}Cr_{21}	71	200	\geq2,0x10^{9}	Sin rayaduras
Realización 8	Ta_{16}Fe_{55}Ni_{9}Cr_{20}	71	250	\geq2,0x10^{9}	Sin rayaduras
Realización 9	Ta_{22}Fe_{54}Ni_{7}Cr_{17}	76	150	\leq1,0x10^{9}	Rayaduras ligeras

TABLA 2 (continuación)

	Composición de	Ta+Fe	Grosor de la	Duración de	Capa de protección
	la película (%)		película (nm)	impulsos	superior LYR
Ej. Comp. 1	Ta	100	150	\leq3,0x10^{7}	Rayaduras
Ej. Comp. 2	Ta	100	230	\leq4,5x10^{7}	Rayaduras
Ej. Comp. 3	Ta_{35}Fe_{45}Ni_{7}Cr_{13}	80	150	\leq2,0x10^{8}	Rayaduras
Ej. Comp. 4	Ta_{40}Fe_{41}Ni_{5}Cr_{14}	81	150	\leq2,0x10^{8}	Rayaduras
Ej. Comp. 5	Ta_{31}Fe_{45}Ni_{14}Cr_{10}	76	150	\leq2,0x10^{8}	Rayaduras

Si bien la invención se ha descrito con referencia a las estructuras que se han descrito, no queda limitada a los detallesindicados, y esta solicitud de patentes está destinada a cubrir dichas modificaciones o cambios siempre se encuentran dentro del ámbito de las siguientes reivindicaciones.

La invención da a conocer un elemento base para un cabezal por chorros de tinta, cuyo elemento base comprende un substrato, una resistencia generadora de calor dispuesta entre electrodos que constituyen un par sobre el substrato, una capa de protección superior dispuesta sobre una capa de aislamiento, que a su vez queda dispuesta sobre la resistencia generadora de calor, poseyendo la capa de protección superior una superficie de contacto que puede establecer contacto con la cinta, residiendo la mejora en que

la capa de protección superior es realizada a base de una aleación amorfa que tiene la siguiente composición:

Ta\alpha Fe\beta Ni\gamma Cr\delta

en la que 10% atómico \leq\alpha\leq 30% atómico, \alpha + \beta<80% atómico \alpha<\beta, \delta>\gamma y, \alpha+\beta+\gamma+\delta=100% atómico y, como mínimo, la superficie de contacto de la capa de protección superior contiene un óxido de un componente de constitución.

Claims

1. Elemento base para un cabezal por chorros de tinta, que comprende

un substrato,

una resistencia generadora de calor dispuesta entre electrodos que constituyen un par sobre dicho substrato,

una capa superior de protección dispuesta sobre una capa aislante, que a su vez está dispuesta sobre la resistencia generadora de calor, poseyendo dicha capa de protección superior una superficie de contacto que puede establecer contacto con la tinta,

consistiendo la mejora en que dicha capa de protección superior está realizada a base de una aleación amorfa que tiene la siguiente fórmula de composición:

....(1)Ta\alphaFe\betaNi\gammaCr\delta

en la que 10% atómico \leq \alpha \leq 30% atómico, \alpha + \beta < 80% atómico, \alpha < \beta , \delta > \gamma y \alpha + \beta + \gamma + \delta = 100% atómico, y como mínimo, la superficie de contacto de dicha capa de protección superior contiene un óxido de un componente.

2. Elemento, según la reivindicación 1, en el que se satisface la relación 10% atómico \leq \alpha \leq 20% atómico.

3. Elemento, según la reivindicación 2, en el que \gamma \geq 7% atómico, y \delta \geq 15% atómico.

4. Elemento, según la reivindicación 2, en el que se cumplen \gamma \geq 8% atómico, y \delta \geq 17% atómico.

5. Elemento, según la reivindicación 1, en el que como mínimo, la superficie de contacto de dicha capa superior de protección comprende un recubrimiento con una película de óxido de un componente de dicha capa de protección superior.

6. Elemento, según la reivindicación 5, en el que la película de óxido es una película de óxido que comprende Cr como componente principal.

7. Elemento, según la reivindicación 5, en el que dicha película de óxido tiene un grosor de la película no inferior a 5 nm y no superior a 30 nm.

8. Elemento, según la reivindicación 1, en el que dicha capa superior de protección tiene un grosor de la película no inferior a 10 nm y no superior a 500 nm.

9. Elemento, según la reivindicación 8, en el que dicha capa de protección superior tiene un grosor de la película no inferior a 50 nm y no superior a 200 nm.

10. Elemento, según la reivindicación 1, en el que el esfuerzo de la capa de protección laminar superior comprende, como mínimo, esfuerzo de compresión no superior a 1,0 x 10^{10} dinas/cm^{2}.

11. Cabezal por chorros de tinta que comprende una salida de inyección para la inyección de líquido, una trayectoria de flujo de líquido que tiene una zona para aplicar energía térmica al líquido para la inyección del mismos, una resistencia generadora de calor para generar energía térmica y una capa superior de protección que cubre la resistencia generadora de calor con una capa de aislamiento intermedio, consistiendo la mejora en que

dicha capa de protección superior está realizada a base de una aleación amorfa que tiene la siguiente fórmula de composición

...(I)Ta\alphaFe\betaNi\gammaCr\delta

en la que 10% atómico \leq \alpha \leq 30% atómico, \alpha + \beta < 80% atómico \alpha < \beta , \delta > \gamma y, \alpha + \beta + \gamma + \delta =100% atómico, y dicha superficie de la capa de protección superior que puede establecer contacto con la tinta contiene un óxido de un componente de dicha capa de protección superior.

12. Cabezal por chorros de tinta, según la reivindicación 11, que comprende además tinta dotada de un componente que forma complejo de quelato o una sal metálica bivalente.

13. Cabezal por chorros de tinta, según la reivindicación 11, en el que se satisface 10% atómico \leq \alpha \leq 20% atómico.

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14. Cabezal por chorros de tinta, según la reivindicación 13, en el que se satisface \gamma \geq 7% atómico y \delta \geq 15% atómico.

15. Cabezal por chorros de tinta, según la reivindicación 13, en el que se satisface \gamma \geq 8% atómico y \delta \geq 17% atómico.

16. Cabezal por chorros de tinta, según la reivindicación 11, en el que, como mínimo, la superficie contactable con la tinta de dicha capa de protección superior está recubierta con una película de óxido de un componente de dicha capa de protección superior.

17. Cabezal por chorros de tinta, según la reivindicación 16, en el que la película de óxido es una película de óxido que comprende Cr como componente principal.

18. Cabezal por chorros de tinta, según la reivindicación 16, en el que dicha película de óxido tiene un grosor de película no inferior a 5 nm y no superior a 30 nm.

19. Cabezal por chorros de tinta, según la reivindicación 11, en el que dicha capa de protección superior tiene un grosor de película no inferior a 10 nm y no superior a 500 nm.

20. Cabezal por chorros de tinta, según la reivindicación 11, en el que dicha capa de protección superior tiene un grosor de la película no inferior a 50 nm y no superior a 200 nm.

21. Cabezal por chorros de tinta, según la reivindicación 11, en el que los esfuerzos laminares en dicha capa de protección superior comprenden, como mínimo, un esfuerzo de compresión no superior a 1,0 x 10^{10} dinas/cm^{2}.

22. Unidad de impresión por chorros de tinta que comprende un cabezal por chorros de tinta, según cualquiera de las reivindicaciones 11-21, y una parte para contener la tinta que contiene la tinta a suministrar a dicho cabezal por chorros de tinta.

23. Unidad de impresión por chorros de tinta, según la reivindicación 22, en el que dicha unidad adopta la forma de un cartucho que tiene dicho cabezal por chorros de tinta y parte para contener la tinta integradas entre sí.

24. Unidad de impresión por chorros de tinta, según la reivindicación 22, en el que dicho cabezal de chorros de tinta y dicha parte para contener la tinta están montadas de forma desacoplable entre sí.

25. Aparato por chorros de tinta, que comprende un cabezal por chorros de tinta, según cualquiera de las reivindicaciones 11-21, y un carro para el desplazamiento de dicho cabezal por chorros de tinta de acuerdo con las informaciones a imprimir.

26. Aparato por chorros de tinta que comprende un cabezal por chorros de tinta, según cualquiera de las reivindicaciones 22-24, y un carro para desplazar la unidad de impresión de acuerdo con la información a imprimir.

27. Método para la fabricación de un elemento de base para un cabezal por chorros de tinta, según cualquiera de las reivindicaciones 1-10, consistiendo la mejora en que dicha capa de protección superior es realizada por un método de bombardeo iónico utilizando un objetivo de aleación que comprende Ta, Fe, Cr y Ni para conseguir dicho compuesto.

28. Método para la fabricación de un elemento de base para un cabezal por chorros de tinta, según cualquiera de las reivindicaciones 1-10, consistiendo la mejora en que dicha capa de protección superior es producida por un método de bombardeo iónico binario utilizando un objetivo de aleación que comprende Fe, Ni y Cr para proporcionar dicho compuesto y un objetivo de Ta.

29. Método, según la reivindicación 27 ó 28, que comprende además una etapa de oxidación de una superficie de la película de aleación amorfa producida por un método de bombardeo iónico para el recubrimiento de la superficie con la película de óxido.

30. Método, según la reivindicación 29, en el que dicha película de óxido es producida por oxidación térmica.

31. Método, según cualquiera de las reivindicaciones 27-30, en el que los esfuerzos laminares de la película de aleación amorfa durante la formación de la película incluye un esfuerzo de compresión no superior a 1,0 x 10^{10} dinas/cm.