ES2212822T3 - Metodo para la inyeccion de liquido. - Google Patents
Metodo para la inyeccion de liquido.Info
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Abstract
UN PROCEDIMIENTO DE EYECCION DE UN LIQUIDO QUE CONSISTE EN UN PASO DE PREPARACION DE UNA CABEZA DE EYECCION DEL LIQUIDO QUE INCLUYA UN ELEMENTO TRANSDUCTOR ELECTROTERMICO (1) PARA GENERAR UNA ENERGIA TERMICA QUE CONTRIBUYA A LA EYECCION DEL LIQUIDO, UN ORIFICIO DE SALIDA DE EYECCION (21) PARA EYECTAR EL LIQUIDO, ESTANDO EL ORIFICIO DE SALIDA DE EYECCION DISPUESTO EN UNA POSICION OPUESTA AL ELEMENTO TRANSDUCTOR ELECTROTERMICO, UN CONDUCTO DE CIRCULACION PARA EL LIQUIDO (5) EN COMUNICACION FLUIDICA CON EL ORIFICIO DE SALIDA DE EYECCION PARA EL SUMINISTRO DEL LIQUIDO AL ORIFICIO DE SALIDA DE EYECCION Y QUE TIENE EL ELEMENTO TRANSDUCTOR ELECTROTERMICO SOBRE SU LADO INFERIOR; UN PASO EN EL QUE SE APLICA ENERGIA TERMICA AL LIQUIDO PARA PROVOCAR UN CAMBIO DE ESTADO DEL LIQUIDO Y CREAR ASI UNA BURBUJA (301), TRAS LO CUAL EL LIQUIDO (303) SE EYECTA A TRAVES DEL ORIFICIO DE SALIDA DE EYECCION COMO CONSECUENCIA DE LA PRESION DE LA BURBUJA; PONIENDOSE PRIMERO LA BURBUJA EN COMUNICACION CON EL AMBIENTEEN UN PROCEDIMIENTO DE REDUCCION DEL VOLUMEN DE LA BURBUJA UNA VEZ QUE LA BURBUJA ALCANZA UN VOLUMEN MAXIMO.
Description
Método para la inyección de líquido.
La presente invención se refiere a un método para
la inyección de gotitas de líquidos sobre diferentes soportes, tales
como hojas de papel, para imprimir imágenes sobre los soportes. En
particular, se refiere a un método para la inyección de gotitas de
líquido extremadamente finas.
Existen diferentes métodos de impresión que se
han puesto en utilización práctica en diferentes impresoras o
aparatos similares. Entre ellos, los métodos de impresión que
utilizan los sistemas de inyección de tinta, que se dan a conocer
en las descripciones de las patentes USA. Nº 4.723.129 y Nº
4.740.796, son muy eficaces. De acuerdo con estas patentes, se
utiliza energía térmica para provocar la llamada "ebullición
laminar", y las burbujas generadas por la "ebullición
laminar" se utilizan para inyectar líquido en forma de
gotitas.
Entre los métodos de impresión basados en chorros
de tinta, se ha dado a conocer el de la descripción de la patente
USA. Nº 4.410.899, en el que un método de impresión basado en un
sistema de chorros de tinta no bloquea la trayectoria de líquido
mientras se forma la burbuja.
Las invenciones que se dan a conocer en los
documentos citados son aplicables a diferentes aparatos de
impresión. No obstante, no se conoce que se haya desarrollado un
sistema de impresión que permita que una burbuja, que se forma en
una trayectoria de tinta destinada a la inyección de líquido, quede
conectada al aire atmosférico (se designará a continuación como
"sistema de burbuja con conexión al aire atmosférico" o
simplemente "sistema de burbuja con conexión al aire") en
grado suficiente para su utilización práctica.
Los "sistemas de integración de
burbuja/aire" convencionales se basan en la explosión de una
burbuja, pero no son estables en términos de inyección de líquido.
Por lo tanto, no se pueden poner en utilización práctica. No
obstante, existe un sistema prometedor, que es el que se da a
conocer en la solicitud de patente japonesa a inspección pública Nº
161935/1979. El principio de inyección de este sistema es poco
claro. De acuerdo con este sistema, un calentador cilíndrico es
dispuesto en una tobera cilíndrica, y el líquido de la tobera es
separado en dos partes por la burbuja formada en la tobera. No
obstante, este sistema tiene también el problema de que se generan
al mismo tiempo un gran número de gotitas de líquido
ultramicroscópicas al generar la gotita de líquido principal.
La descripción de la patente U.S.A. Nº 4.638.337
presenta también una estructura del sistema de integración de
burbuja/aire, en su sección correspondiente a la técnica anterior.
No obstante, dicha patente presenta esta estructura, en la que una
burbuja generada en un líquido por la energía térmica facilitada por
un elemento generador de calor se conecta con el aire atmosférico,
como ejemplo poco deseable de la estructura de cabezal de inyección
de líquido en el que la tinta falla en su inyección o la tinta es
inyectada en una dirección que se desvía de la dirección
predeterminada.
Este fenómeno tiene lugar en condiciones
anormales determinadas. Por ejemplo, si una burbuja que se ha
desarrollado por la activación de un elemento generador de calor
inyecta líquido en un momento determinado cuando el menisco, que es
deseable que quede localizado adyacente al orificio de inyección de
la trayectoria de tinta (tobera) en el momento de la inyección de la
tinta, sea retirado hacia el elemento generador de calor, el
líquido, o la tinta, es inyectado de manera poco deseable.
Esto es evidente porque este fenómeno es
claramente descrito, como ejemplo no deseable, en la descripción de
la patente U.S.A. Nº 4.638.337.
Por otra parte, se dan a conocer ejemplos de
aplicación práctica del sistema de conexión de burbujas/aire en las
solicitudes de patente japonesas a inspección pública Nº 10940/1992,
10941/1992, 10942/1992 y 12859/1992. Estas invenciones, que se dan a
conocer en los boletines o publicaciones oficiales japonesas,
resultan de la investigación de las causas de la generación de las
salpicaduras de líquidos antes mencionadas o salpicaduras de tinta
por explosión de la burbuja, y la formación de la burbuja poco
fiable. Son métodos de impresión que comprenden un procedimiento,
en el que se facilita energía térmica al líquido en una trayectoria
de líquido en una cantidad suficientemente grande para provocar que
la temperatura del líquido aumente de manera brusca al punto en el
que tiene lugar lo que se llama "ebullición laminar" del
líquido y se genera una burbuja en el líquido de la trayectoria de
líquido, y un proceso, en el que la burbuja generada en el proceso
de impresión se conecta al aire atmosférico.
De acuerdo con estos métodos de impresión que
provocan que la burbuja se conecte con el aire atmosférico, en
posición adyacente al orificio de inyección de la trayectoria de
líquido, el líquido se puede inyectar de forma deseable como
respuesta a una señal de impresión, sin provocar salpicaduras de
líquido, o formación de niebla de líquido, lo cual se produce
probablemente en el caso de una impresora convencional o similar,
en posición adyacente a los orificios de inyección.
Desde el punto de vista de la uniformidad con la
que se desarrolla la burbuja y resulta conectada al aire
atmosférico, en otras palabras, desde el punto de vista de la
fiabilidad de la precisión en la inyección de líquido, es deseable
utilizar el método de inyección de líquido antes mencionado de
conexión de la burbuja con el aire con un cabezal de inyección de
líquido del tipo llamado de inyección lateral, en el que se
disponen unos orificios de inyección dirigidos directamente a
transductores electrotérmicos correspondientes.
No obstante, lo siguiente resulta evidente. Es
decir, dado que la gotita de líquido inyectada desde el cabezal de
inyección de líquido del tipo antes mencionado de inyección lateral
se reduce en volumen para formar una imagen de calidad más elevada,
la forma en la que la burbuja se conecta con el aire atmosférico
afecta a la dirección en la que se inyecta la gotita de líquido. En
particular, si el volumen de una gotita de líquido se reduce a no
más de 20 x 10^{-15} m^{2}, la parte posterior (parte que
conecta la zona de la futura gota principal a la trayectoria de
líquido) y las gotitas de líquido auxiliares o satélites generadas
por la parte posterior afectan la calidad de la imagen. Además,
cuanto menor es el volumen de líquido de la gotita, mayor es la
probabilidad con la que la niebla ultramicroscópica de líquido flota
en el aire, y por lo tanto, peor es la calidad de la imagen debido a
la adherencia de la niebla de líquido a la superficie de impresión
de una hoja de un soporte de impresión.
La patente
EP-A-0641654 describe un método de
impresión por chorros de líquido y correspondiente aparato, en el
que la inyección de líquido es efectuada por utilización de energía
térmica para generar una burbuja que comunica con el medio
ambiente.
La patente
JP-A-05116299 describe un método
para la impresión por chorros de líquido, en el que se inyecta
líquido utilizando energía calorífica para generar una burbuja que
comunica con el medio ambiente.
La patente
EP-A-0654353 describe un método para
la impresión por chorros de líquido, en el que un material de
impresión sólido en condiciones normales es fundido por acción del
calor y recibe energía térmica para provocar la inyección de una
gotita del material de impresión desde una salida de inyección bajo
la acción de la burbuja mientras las burbuja comunica con el medio
ambiente.
La patente DE-A(19505405
describe una impresora térmica, en la que una burbuja que se utiliza
para inyectar tinta comunica con el medio ambiente.
En uno de sus aspectos, la presente invención da
a conocer un método para la inyección de líquido, que comprende:
la etapa de proporcionar un cabezal de inyección
de líquido que tiene una trayectoria de flujo de líquido, que
comprende un elemento transductor electrotérmico para generar
energía térmica que contribuye a la inyección de líquido, una
salida de inyección para la inyección de líquido, estando dispuesta
la salida de inyección en una posición opuesta al elemento
transductor electrotérmico, encontrándose la trayectoria de flujo
de líquido en comunicación de fluido con la salida de inyección
para suministrar el líquido a la salida de inyección; y
una etapa de inyección de líquido por generación
de una burbuja en el líquido en la trayectoria de flujo de líquido,
de manera que la burbuja comunica con el medio ambiente, y el medio
ambiente es introducido en la trayectoria de flujo de líquido, y
una parte del líquido se separa en una gotita de líquido y el
líquido se encuentra presente en el elemento transductor
electrotérmico después de que la burbuja comunica con el medio
ambiente.
En otro aspecto de la invención, ésta da a
conocer un aparato para la inyección de líquido, que comprende:
un cabezal para inyección de líquido que tiene
una trayectoria de flujo de líquido, que comprende un elemento
transductor electrotérmico para generar energía térmica que puede
contribuir a la inyección del líquido, una salida de inyección para
inyectar líquido, estando dispuesta la salida de inyección en una
posición opuesta al elemento transductor electrotérmico,
encontrándose la trayectoria de flujo de líquido en comunicación de
fluido con la salida de inyección para suministrar el líquido a la
salida de inyección; y
circuitos para aplicar energía al elemento
transductor electrotérmico para formar una burbuja en el líquido que
establece contacto con el elemento transductor electrotérmico en la
trayectoria de flujo de líquido para desplazar el líquido
alejándolo del elemento transductor electrotérmico, estando
dispuestos los circuitos para provocar que la burbuja comunique con
el medio ambiente para introducir el medio ambiente en la
trayectoria de flujo de líquido, volviendo a continuación el
líquido al elemento transductor electrotérmico, y una parte del
líquido se separa en una gotita de líquido después de que la
burbuja comunica con el medio ambiente.
En una realización, la etapa de inyección de
líquido comprende:
formar una burbuja en el líquido que está en
contacto con el transductor electrotérmico en la trayectoria de
flujo de líquido para desplazar el líquido alejándolo del elemento
transductor electrotérmico; y
comunicar la burbuja con el medio ambiente para
introducir el medio ambiente en la trayectoria de flujo de líquido,
de manera tal que, después de dicha comunicación, una primera parte
del líquido vuelve al elemento transductor electrotérmico, y una
segunda parte de líquido se separa proporcionando la gotita de
líquido.
En una realización, el líquido se separa en la
gotita de líquido cubriendo el elemento transductor
electrotérmico.
En una realización, la burbuja es llevada a
establecer comunicación con el medio ambiente cuando la burbuja
disminuye de volumen.
Una realización de la presente invención prevé un
método para la inyección de líquido que utiliza un cabezal para
inyección de líquido capaz de inyectar gotitas de líquido
extremadamente reducidas, y en el que una burbuja puede llegar a
conectarse con el aire atmosférico, de manera que se asegura que
las gotitas de líquido son inyectadas sin ser desviadas de la
dirección de inyección predeterminada, y para conseguir una elevada
calidad de la impresión.
Una realización de la presente invención prevé un
método de inyección de líquido que no permite la generación de
niebla de líquido, incluso cuando las gotitas son extremadamente
reducidas de volumen, para incrementar la calidad de la imagen.
La presente invención fue realizada al tener en
cuenta el hecho de que la formación de una burbuja por la acción del
calor es un proceso extremadamente estable, pero si el volumen de
una gotita de líquido se reduce suficientemente para conseguir esta
elevada calidad, incluso cambios extremadamente reducidos que
tienen lugar en la burbuja resultan sensibles en sí mismos, y
asimismo, una pequeña magnitud de "humedecimiento" provocado
por gotitas de tinta adyacentes a los orificios de inyección no es
despreciable en términos de la dirección en la que se inyectan las
gotitas de líquido. Antes de las investigaciones y desarrollos
llevados a cabo por los inventores de la presente invención, se
había tenido en cuenta solamente el proceso en el que la burbuja
queda conectada con el aire atmosférico, mientras que la presente
invención tiene en cuenta un proceso que se produce después de
conexión de la burbuja con el aire atmosférico, así como el proceso
de conexión.
En una realización, se permite que la burbuja se
conecte al aire atmosférico solamente después de que la burbuja
empieza a reducirse de volumen. Por lo tanto, en el proceso en el
que se forma una gotita de líquido primario, la parte de líquido
que se encuentra inmediatamente adyacente a la parte de la burbuja,
y que se extiende de forma descendente (hacia el transductor
electrotérmico) desde la parte principal de la gota, y que si se
inyecta, formará gotitas de líquido secundarias o satélite, es
decir, fuente de las salpicaduras que tienen lugar durante la
inyección de líquido, se puede separar con respecto a la parte de
gota principal. Por lo tanto, la cantidad de niebla se reduce
sustancialmente, lo que reduce a su vez notablemente la cantidad de
ensuciamiento que tiene lugar en la superficie de impresión de una
hoja del soporte de impresión debido a la formación de niebla.
Además, la parte de líquido, que formará gotitas de líquido
secundarias o satélites, en caso de ser inyectado, es proyectada o
adherida al transductor electrotérmico. Después de la caída o
adherencia sobre el transductor electrotérmico, esta parte de
líquido posee un vector de velocidad paralelo a la superficie del
transductor electrotérmico, y por lo tanto, esta parte, es decir,
la parte que se convertiría en gotita de líquido, se separa
fácilmente de la parte de gotita principal del líquido. Por lo
tanto, tal como se ha descrito anteriormente, la magnitud de la
niebla se reduce sustancialmente, lo que a su vez reduce
notablemente la magnitud de ensuciamiento que tiene lugar en la
superficie de impresión de una hoja de soporte de impresión debido a
dicha niebla. Además, de acuerdo con la estructura antes descrita,
el punto en el que se separa la parte de gota principal del líquido
con respecto al resto del líquido se alinea con el eje central del
orificio de inyección, y por lo tanto, la dirección en la que el
líquido es inyectado se estabiliza, en otras palabras, el líquido es
inyectado siempre en dirección sustancialmente perpendicular a la
superficie del transductor electrotérmico, es decir, la superficie
de inyección de líquido del cabezal. Como resultado de ello, es
posible la impresión de una imagen de alta calidad, es decir, una
imagen que no está afectada por los problemas atribuibles a la
desviación en términos de dirección de inyección de líquido.
El hecho de que una burbuja resulte conectada al
aire atmosférico durante su crecimiento o durante su contracción
depende de factores geométricos de la trayectoria de líquido y del
orificio de inyección, de las dimensiones del transductor
electrotérmico, y asimismo de las características del líquido de
impresión.
De manera más específica, si la resistencia al
flujo de la trayectoria de líquido (entre el transductor
electrotérmico y la trayectoria de suministro de líquido) es
reducida, es más fácil que la burbuja se desarrolle hacia la
trayectoria de suministro de líquido, lo que reduce la velocidad de
crecimiento de la burbuja hacia un orificio de inyección. Por lo
tanto, la conexión entre la burbuja y el aire atmosférico es más
probable que tenga lugar durante la contracción de la burbuja. Si
el lugar (se designará a continuación "placa de orificios") a
través del cual se forman los orificios de inyección se incrementa
en grosor, la resistencia por viscosidad del líquido de impresión
en el crecimiento de la burbuja aumenta y, por lo tanto, la
conexión entre una burbuja y el aire atmosférico es más probable
que tenga lugar durante la contracción de la burbuja. Además, cuanto
más gruesa es la placa de orificios, más estable es el cabezal de
inyección de líquido, en términos de dirección de inyección de
líquido, y por lo tanto, menor es la desviación en la dirección de
inyección del líquido. Esto hace también deseable una placa de
orificios más gruesa. Si el transductor electrotérmico es
excesivamente grande, la conexión entre la burbuja y el aire
atmosférico es más probable que tenga lugar mediante el crecimiento
de la burbuja. Por lo tanto, se debe tener en cuenta el tamaño del
transductor electrotérmico. Además, si la viscosidad del líquido de
impresión es excesivamente elevada, la conexión entre la burbuja y
el aire atmosférico es más probable que tenga lugar durante la
contracción de la burbuja.
Además, la forma en la que la burbuja queda
conectada al aire atmosférico cambia dependiendo de la sección
transversal del orificio de inyección en la placa de orificios,
perpendicularmente al eje del orificio. De manera más específica,
suponiendo que el diámetro del orificio de inyección siga siendo el
mismo, cuanto mayor es el ángulo de conicidad de la pared del
orificio de inyección en sección transversal (menor el diámetro del
orificio con respecto al diámetro de la abertura de fondo del
orificio de inyección), resulta más probable que exista la conexión
entre una burbuja y el aire atmosférico durante la contracción de
la burbuja.
Estos y otros objetivos, características y
ventajas de la presente invención quedarán más evidentes después de
la consideración de la descripción siguiente de realizaciones
preferentes de la invención conjuntamente con los dibujos
adjuntos.
La figura 1 muestra la estructura general de un
cabezal de inyección de líquido al que es aplicable el método de
inyección de tinta de acuerdo con la presente invención, siendo la
figura 1(a) una vista en perspectiva externa del cabezal, y
(b) una sección el cabezal por la línea A-A de la
figura 1(a).
La figura 2 muestra la parte esencial del cabezal
de inyección de líquido que se ha mostrado en las figuras 1 (a) y
(b), siendo la figura 2(a) una sección vertical de la
trayectoria de líquido en paralelo a la dirección en la que
discurre la trayectoria de líquido, y la figura 2(b) es una
vista en planta de la trayectoria de líquido apreciada desde el
lado correspondiente al orificio de inyección.
La figura 3 es una vista en sección que muestra
la secuencia de inyección de líquido en el método de inyección de
líquido de acuerdo con la presente invención, y en la que (a)-(h)
representan etapas esenciales de la inyección de líquido.
La figura 4 es una vista en sección que muestra
la secuencia de inyección de líquido en un método de inyección de
líquido convencional, y en la que (a)-(h) representan etapas
esenciales de la inyección de líquido.
La figura 5 es una vista en sección que muestra
la secuencia de fabricación para un cabezal de inyección de líquido
deseable que es compatible con el método de inyección de líquido de
acuerdo con la presente invención, y en la que (a)-(f) representan
las etapas esenciales de fabricación.
La figura 6 es una vista en perspectiva de un
aparato de inyección de líquido en el que se puede montar el cabezal
de inyección de líquido deseable, compatible con el método de
inyección de líquido, de acuerdo con la presente invención.
La figura 7 es una vista en planta de la parte
esencial de otro cabezal de inyección de líquido deseable,
compartible con el método de inyección de líquido, de acuerdo con
la presente invención, siendo tanto (a) como (b) vistas en
planta.
Realización
1
La figura 1 muestra la estructura general de un
cabezal de inyección de líquido al que es aplicable el método de
inyección de tinta de acuerdo con la presente invención, en la que
(a) es una vista en perspectiva exterior del cabezal, y (b) es una
sección del cabezal por la línea de corte A-A de la
figura (a).
En la figura 1, el numeral de referencia (2)
indica una pieza de sustrato de Si, sobre la cual se han formado
calentadores (1) y orificios de inyección (4) con utilización de
tecnología de películas delgadas. El calentador (1) está
constituido por el transductor electrotérmico, que se describirá más
adelante. El orificio (4) está situado de manera tal que se opone
directamente al calentador (1). Haciendo referencia a la figura
1(a), el elemento de sustrato (2) está dotado de una serie
de orificios de inyección (4), que están dispuestos en dos líneas
rectas con los orificios (4) de una línea desplazados, en términos
de dirección de la línea, con respecto a los orificios (4) de la
otra línea. El elemento de sustrato (2) está fijado por encolado a
una parte de un elemento de soporte (102) conformado en forma de
letra L. También a este elemento de soporte (102) se ha fijado, en
la cara superior, un sustrato de cableado (104). Las partes de
cableado del sustrato de cableado (104) y el elemento de sustrato
(2) están eléctricamente conectados por unión de cables. El elemento
de soporte (102) está formado a base de aluminio o un material
similar en consideración de los costes, facilidad de fabricación y
similares. El carácter de referencia (103) indica un elemento
moldeado dotado de una trayectoria de suministro de líquido interna
(107) y una cámara de almacenamiento de líquido (no mostrada). El
líquido (tinta, por ejemplo) almacenado en la cámara de
almacenamiento de líquido es suministrado a los orificios de
inyección antes mencionados del elemento de sustrato (2) a través
de la trayectoria de suministro de líquido (107). Asimismo, el
elemento moldeado (103) soporta el elemento de soporte (102), dado
que una parte del elemento de soporte (102) está insertada en una
parte del elemento moldeado (103). Además, el elemento moldeado
(103) funciona como miembro que desempeña un papel en la fijación
desmontable y precisa de la totalidad del cabezal de inyección de
líquido en esta realización, en la posición correcta, con respecto
al aparato de inyección de líquido, que se describirá más
adelante.
El elemento de sustrato (2) está dotado de
trayectorias (105), que discurren por el elemento de sustrato (2) en
paralelo a dicho elemento de sustrato (2), y por las que el líquido
suministrado por la trayectoria de suministro de líquido (107) del
elemento moldeado (103) es suministrado adicionalmente a los
orificios de inyección (4). Estas trayectorias (105) están
conectadas a cada una de las trayectorias de líquido, que conducen a
sus propios orificios de inyección. No solamente funcionan como
trayectoria de líquido, sino que funcionan asimismo como cámara de
líquido común.
La figura 2 es un dibujo que muestra la parte
esencial del cabezal de inyección de líquido mostrado en las figuras
1(a) y (b). La figura 2(a) es una sección vertical de
la trayectoria de líquido, en paralelo a la dirección en la que
discurre la trayectoria de líquido, y la figura 2(b) es una
vista en planta de la trayectoria de líquido vista desde el lado
correspondiente al orificio de inyección.
Haciendo referencia a la figura 2, el elemento de
sustrato (2) está dotado de una serie de calentadores rectangulares
(1), o transductores electrotérmicos, que están situados en lugares
predeterminados. Existe una placa de orificios (3) por encima de
los calentadores (1). La placa de orificios (3) está dotada de una
serie de aberturas rectangulares, o de orificios de inyección (4),
que están dirigidos directamente a los calentadores antes
mencionados (1), uno a uno. Si bien la forma del orificio de
inyección (4) de esta realización es rectangular, la forma del
orificio de inyección (4) no es necesario que quede limitada a la
forma rectangular. Por ejemplo, puede ser circular. Además, en esta
realización, las dimensiones del orificio externo, o del orificio
de inyección (4), del orificio de inyección se hacen iguales que
las dimensiones del orificio interno del orificio de inyección. No
obstante, el orificio externo, es decir, el orificio de inyección
(4), del orificio de inyección se puede hacer menor que el orificio
interno; en otras palabras, el orificio de inyección puede ser
cónico, dado que la conicidad del orificio de inyección mejora la
estabilidad en la inyección de líquido.
Haciendo referencia a la figura 2(a), el
intersticio entre el calentador (1) y la placa de orificios (3) es
igual a la altura Tn de la trayectoria de líquido (5), que es
regulada por la altura de la pared lateral (6) de la trayectoria de
líquido. Si la trayectoria de líquido (5) se prolonga en la
dirección indicada por la flecha (X) de la figura 2(b), la
serie de orificios de inyección (4), que se encuentran en conexión
con las correspondientes trayectorias de líquido (5), están
alineados en la dirección indicada por la marca de flecha (Y), que
es perpendicular a la dirección (X). La serie de trayectorias de
líquido (5) están en conexión con la trayectoria (105) mostrada en
la figura 1(b), que funciona también como cámara común de
líquido. La distancia desde la superficie superior del calentador
(1) al orificio de inyección (4) es T_{0} + Tn, siendo T_{0} y
Tn el grosor de la placa de orificios (3), que es igual a la
distancia desde el orificio de inyección (4) a la trayectoria de
líquido (5) y la pared (6) de la trayectoria de líquido. En esta
realización, los valores T_{0} y Tn son 12 \mum y 13 \mum,
respectivamente.
El voltaje de activación tiene forma de simple
impulso, con una duración de 2,9 \museg, y un valor de 9,84 V, es
decir, 1,2 veces el voltaje umbral de inyección. Las
características de la tinta o del líquido utilizado en esta
realización son las siguientes, por ejemplo:
Viscosidad: 2,2 x 10^{-2} N/seg
Tensión superficial: 38 x 10^{-3} N/m
Densidad: 1,04 gr/cm^{3}
A continuación, se describirá un ejemplo del
método de inyección de líquido de acuerdo con la presente invención,
que es llevado a cabo utilizando el cabezal de inyección de líquido
con la estructura antes descrita.
La figura 3 es una vista en sección que muestra
la secuencia operativa del cabezal de inyección de líquido que se
utiliza para llevar a cabo el método de inyección de líquido de
acuerdo con la presente invención. La dirección del plano de
sección de este dibujo es la misma que en la figura 2(a). La
figura 3(a) muestra una etapa inicial en el crecimiento de
la burbuja sobre el calentador (1), en el que la burbuja ha
empezado a desarrollarse sobre el calentador (1); la figura
3(b) muestra la etapa aproximadamente 1 \museg después de
la etapa de la figura 3(a); la figura 3(c) es una
etapa aproximadamente 2,5 \museg después de la etapa de la figura
3(a); la figura 3(d) es una etapa aproximadamente 3
\museg después de la etapa de la figura 3(a); la figura
3(e) es una etapa aproximadamente 4 \museg después de la
etapa de la figura 3(a); la figura 3(f) es una etapa
aproximadamente 4,5 \museg después de la etapa de la figura
3(a); la figura 3(g) es una etapa aproximadamente 6
\museg después de la etapa de la figura 3(a); y la figura
3(h) muestra una etapa aproximadamente 9 \museg después de
la etapa de la figura 3(a). En la figura 3, las zonas
rayadas horizontalmente representan la placa de orificios o pared
de la trayectoria de líquido, y las partes cubiertas con pequeños
puntos representan el líquido. La densidad del punto representa la
velocidad del líquido. En otras palabras, si una parte está cubierta
por puntos con elevada densidad, dicha parte tiene elevada
velocidad, y si una parte está cubierta con puntos con baja
densidad, dicha parte tiene baja velocidad.
Haciendo referencia a la figura 3(a), dado
que está conectada la potencia eléctrica al calentador (1) como
respuesta a las señales de impresión o similares, se empieza a
generar una burbuja (301) en el calentador (1) en la trayectoria (5)
de líquido. A continuación, la burbuja (301) crece con rapidez en
volumen durante un tiempo aproximado de 2,5 \museg, tal como se ha
mostrado en la figura 3(b) y (c). En el momento en el que la
burbuja (301) alcanza su volumen máximo, el punto más elevado de la
burbuja (301) llega más allá de la superficie superior de la placa
de orificios, y la presión de la burbuja se hace más baja que la
presión atmosférica, reduciendo aproximadamente a
1/14-1/15 a 1/4-1/5 de la presión
atmosférica. Entonces, aproximadamente 2,5 \museg después de la
generación de la burbuja (301), dicha burbuja (301) empieza a
perder volumen desde el volumen máximo antes descrito, y
aproximadamente al mismo tiempo, se empieza a formar el menisco
(302). Haciendo referencia a la figura 3(d), el menisco
(302) se retira hacia el calentador (1), en otras palabras,
desciende por el orificio de inyección.
La expresión que se ha utilizado,
"desciende" no significa que el menisco caiga en la dirección
de la gravedad. Significa simplemente que el menisco se desplaza
hacia el transductor electrotérmico, teniendo poca relación con la
dirección en la que está acoplado el cabezal. Esto es también
aplicable a la siguiente descripción de la presente invención.
Dado que la velocidad a la que el menisco (302)
efectúa su caída es superior a la velocidad a la que se contrae la
burbuja (301), dicha burbuja (301) resulta conectada con el aire
atmosférico cerca del orificio de fondo del orificio de inyección,
aproximadamente 4 \museg después del inicio del crecimiento de la
burbuja, tal como se ha mostrado en la figura 3(e). Desde
este momento, el líquido (tinta) adyacente al eje central del
orificio de inyección empieza a caer hacia el calentador (1). Esto
es debido a la inercia del líquido; la parte de líquido que es
atraída hacia el calentador (1) por la presión negativa de la
burbuja (301) continúa desplazándose hacia dicho calentador (1)
incluso después de que la burbuja (301) ha quedado conectada con el
aire atmosférico. La parte de líquido (tinta) continúa
desplazándose hacia el calentador (1), y alcanza la superficie
superior de dicho calentador (1) aproximadamente 4,5 \museg
después del inicio del crecimiento de la burbuja, tal como se ha
mostrado en la figura 3(f), y empieza a extenderse,
cubriendo la superficie superior del calentador (1) tal como se ha
mostrado en la figura 3(g). La parte líquida que se extiende
de manera que cubre la superficie superior del calentador (1) posee
un cierto vector en paralelo a la superficie superior del
calentador (1), pero ha perdido el vector que corta con la
superficie superior del calentador (1), por ejemplo, el vector
perpendicular a la superficie superior de dicho calentador (1). Por
lo tanto, la parte baja del líquido se adhiere a la superficie del
calentador, desplazando hacia abajo la parte de arriba, que posee
todavía un cierto vector dirigido hacia el orificio de inyección
(4). A continuación, la parte (303) de la columna de líquido entre
la parte inferior del líquido, que se está extendiendo de manera
que cubre el calentador (1), y la parte superior (gotita primaria)
del líquido, se estrecha gradualmente y, eventualmente, se separa en
partes superior e inferior por encima del centro aproximado del
calentador (1), aproximadamente 9 \museg después del inicio del
crecimiento de la burbuja. La parte superior de la parte (303) de la
columna de líquido está integrada en la parte superior (gotita
primaria) del líquido, que todavía posee un vector en la dirección
del orificio de inyección (4), y la parte inferior de la zona (303)
de la columna de líquido queda integrada en la parte inferior del
líquido, que se extiende de manera que cubre la superficie del
calentador. El punto de la parte (303) de la columna de líquido, en
el que se separa la parte (303) de la columna, es deseable que se
encuentre más próximo al transductor electrotérmico que al orificio
de inyección (4). La gotita primaria de líquido es inyectada desde
el orificio de inyección (4), virtualmente de forma simétrica, sin
desviación desde la dirección de inyección predeterminada, y queda
dispuesta sobre la superficie de impresión de una parte del soporte
de impresión, en una localización predeterminada. En el caso de un
cabezal de inyección de líquido y de un método de inyección de
líquido anterior a la presente invención, la parte de líquido que se
adhiere a la superficie superior del calentador (1) escapa en forma
de gotitas satélite, siguiendo la gotita primaria, pero en el caso
del cabezal de inyección y método de inyección de líquido de la
presente realización, la parte de líquido que se adhiere a la
superficie superior del calentador (1) no puede escapar en forma de
gotitas satélite, permaneciendo adherida a la superficie del
calentador. En otras palabras, el cabezal de inyección de líquido y
el método de inyección de líquido de esta realización pueden impedir
de manera fiable que el líquido sea inyectado como gotita satélite
que puede resultar en lo que se llama "salpicaduras"; puede
evitar de manera fiable que la superficie de impresión del soporte
de impresión se ensucie por la niebla proyectada de la tinta.
Cuando el cabezal de inyección de líquido de la
presente realización es activado a una frecuencia de 10 kHz para
imprimir una imagen real, el error de inyección en términos de la
dirección es solamente de 0,4º como máximo, y resulta imposible
detectar "niebla" incluso alrededor de una letra de color
negro; se pueden imprimir imágenes deseables.
Ejemplo
comparativo
A efectos de comparación, se preparó un cabezal
de inyección de líquido que tenía una estructura similar al mostrado
en las figuras 2(a) y (b), excepto en las medidas de algunas
de las partes. En el cabezal de inyección de líquido de
comparación, el grosor T_{0} de la placa de orificios (3), que es
igual a la distancia desde el orificio de inyección (4) a la
trayectoria de líquido (5) era de 9 \mum (T_{0} = 9 \mum), y
la altura Tn de la trayectoria de líquido (5) era de 12 \mum (Tn
= 12 \mum). El impulso utilizado para activar este cabezal
comparativo tenía forma de impulso único con una amplitud de 2,9
\museg y un valor de activación de 9,72 V, es decir, 1,2 veces el
voltaje umbral de inyección de 2. La tinta utilizada para la prueba
del cabezal de comparación era la misma en sus características en la
tinta utilizada como líquido que se ha descrito en la realización
anterior.
A continuación, se describirá el método de
inyección de líquido convencional con referencia a un cabezal de
inyección de líquido dispuesto tal como se ha indicado
anteriormente.
La figura 4 es una vista en sección que muestra
la secuencia de inyección de líquido en un método de inyección de
líquido convencional, y en la que (a)-(b) representan etapas
esenciales de la inyección de líquido. La dirección del plano de
sección de este dibujo es la misma que en la figura 2(a). La
figura 4(a) muestra la etapa inicial del crecimiento de una
burbuja sobre el calentador (1), en la que la burbuja ha empezado a
desarrollarse sobre el calentador (1); la figura 4(b)
muestra una etapa aproximadamente 0,5 \museg después de la etapa
4(a); la figura 4(c) muestra una etapa aproximadamente
1,5 \museg después de la etapa 4(a); la figura 4(d)
muestra una etapa aproximadamente 2 \museg después de la etapa
4(a); la figura 4(e) tiene lugar aproximadamente 3
\museg después de la etapa 4(a); la figura 4(f) es
una etapa aproximadamente 5 \museg después de la etapa
4(a); y la figura 4(g) muestra una etapa
aproximadamente 7 \museg después de la etapa 4(a). En la
figura 4, las partes rayadas horizontalmente representan la placa de
orificios o pared de la trayectoria de líquido, y las partes
cubiertas con pequeños puntos representan líquido igual que en la
figura 3. La densidad de puntos representa la velocidad de líquido,
igual que en la figura 3. En otras palabras, si una parte está
cubierta de puntos con elevada densidad, dicha parte tiene alta
velocidad, y si una parte está cubierta con puntos de baja densidad,
tiene una velocidad reducida.
Inmediatamente después de la generación, la
burbuja (301) crece rápidamente en volumen tal como se ha mostrado
en las figuras 4(a) y (b). A continuación, la burbuja (301)
queda conectada con el aire atmosférico tal como se muestra en la
figura 4(c), mientras se expansiona o crece. El punto de
conexión entre la burbuja (301) y el aire atmosférico se encuentra
ligeramente por encima del orificio de inyección (4), es decir,
ligeramente por encima de la superficie superior de la placa de
orificios. Inmediatamente después de la conexión, la parte de
columna (303) de líquido, que se extiende desde la parte de líquido
que pasará a ser la gota de líquido principal, está todavía
enganchada a la pared del orificio de inyección, tal como se muestra
en las figuras 4(d)-(g). A continuación, la parte de gota
principal del líquido queda separada de la parte de la columna (303)
del mismo, en un punto situado ligeramente por encima del orificio
de inyección (4). En este momento, la parte de columna (303) del
líquido se encuentra todavía parcialmente en contacto con la pared
del orificio de inyección, en otras palabras, la pared del orificio
de inyección está humedecida con el líquido. Por lo tanto, el punto
en el que la parte principal de la gota de líquido se separa de la
parte de columna (303) del líquido está ligeramente desplazado del
eje de simetría del orificio de inyección. Esto es probable que
provoque que la trayectoria de la parte de la gota primaria del
líquido se desvíe de la dirección normal, y que genere asimismo la
niebla de líquido. En el caso de este ejemplo comparativo, la
desviación en términos de dirección de inyección era de 1,5 grados
como máximo, y se pudo detectar niebla de líquido a ojo desnudo si
bien en pequeña proporción.
Como cuestión inicial, la trayectoria de líquido
del cabezal de inyección de líquido, estructurado tal como se ha
mostrado en las figuras 2(a) y (b), no es simétrica con
respecto a la línea imaginaria trazada por el eje del calentador (1)
paralelamente al eje (Y), y por lo tanto no es simétrica en térmicos
de dinámica de flujo de líquido. Como consecuencia, el punto en el
que la burbuja (301) se conecta al aire atmosférico se encuentra
ligeramente desplazado con respecto al eje central del orificio de
inyección, o al centro del orificio de inyección (4). Además,
aunque la placa de orificios (3) recibe de manera uniforme un
tratamiento repelente a los líquidos, en la superficie superior (a
continuación "superficie de orificios de inyección") en la que
se encuentran presentes los orificios de inyección (4), ocurre en
algunos casos que, dado que el cabezal es activado repetidamente
para la formación de imagen o similar, la superficie de orificios
de inyección es humedecida de forma irregular, adyacente a los
orificios de inyección (4). Esta humedad de forma irregular es
probable que provoque la desviación en la dirección de inyección de
líquido.
Por lo tanto, la inyección de líquido comparativa
no puede eliminar por completo los efectos de la estructura del
cabezal que se ha descrito anteriormente y el tratamiento repelente
a los líquidos, y por lo tanto no puede impedir de manera completa
la desviación en la dirección de inyección.
Por el contrario, en el caso de la presente
invención, incluso cuando el cabezal que tiene probabilidades de
sufrir los efectos de desviación direccional en la inyección de
líquidos provocados por la asimetría en el flujo de líquido
atribuible a la estructura del cabezal de inyección de líquido y/o
la asimetría accidental, tal como la asimetría en el dibujo del
modelo de "humectación" en la superficie superior de la placa
de orificios, adyacente a los orificios de inyección (4), se impide
la manifestación de dichos efectos. En otras palabras, la dirección
en la que se inyecta la gota de líquido está estabilizada; la
desviación en la dirección de inyección de líquido puede ser
impedida por completo.
Como una de las condiciones que mejoran el método
de inyección de líquido de acuerdo con la presente invención, es
posible indicar el incremento de los valores de Tn y/o T_{0} tal
como se ha descrito anteriormente. Además, es importante como
condición de activación que la proporción del voltaje de activación
con respecto al voltaje umbral de inyección no supere 1,35. Si esta
relación supera 1,35 (si el voltaje de activación se incrementa en
exceso), el punto de fusión entre la burbuja y el aire atmosférico
se desplaza hacia arriba, lo que probablemente provocará el
problema o desviación en la dirección de inyección de líquido.
En esta realización, se lleva a cabo la impresión
utilizando un cabezal de inyección de líquido sustancialmente igual
en estructura que el cabezal de inyección de líquido de la
realización anterior, excepto que era distinto en la altura de la
trayectoria de líquido Tn (= 10 \mum) y en el grosor de la placa
de orificios T_{0} (= 15 \mum). La tinta era la misma que en la
realización preferente. Las condiciones de activación son también
sustancialmente las mismas que en la realización precedente; impulso
único con una amplitud de 2,8 \museg y un valor de voltaje de
9,96 V o 1,2 veces el valor de voltaje umbral de inyección.
En esta realización, se consiguieron un volumen
de la gota de líquido aproximadamente de 9 x 10^{15} m^{3} y una
velocidad de inyección de 15 m/seg. El cabezal de inyección de
líquido fue activado con una frecuencia de inyección de 10 kHz,
produciendo impresiones satisfactorias, es decir, impresiones que
están afectadas solamente de forma ligera por la desviación de
líquido en la inyección y el efecto de niebla.
La presente invención es aplicable no solamente a
un cabezal de inyección de líquido que tiene una trayectoria de
líquido, cuya anchura es uniforme, tal como se ha mostrado en la
figura 2(b), sino también un cabezal de inyección de líquido
que tiene una trayectoria de líquido con una anchura que se estrecha
hacia el transductor electrotérmico, tal como se ha mostrado en la
figura 7(a), y un cabezal de inyección de líquido dotado de
una barrera de líquido, que está situada en la trayectoria de
líquido, adyacente al transductor electrotérmico tal como se ha
mostrado en la figura 7 (b). Además, la presente invención es
aplicable no solamente a un cabezal de inyección de líquido, cuyo
orificio es cuadrado, sino a un cabezal de inyección de líquido
cuyo orificio es circular o elíptico.
A continuación, haciendo referencia a las figuras
5 (a)-(f), se describirá uno de los métodos para la fabricación del
cabezal para inyección de líquidos mostrados en las figuras
2(a) y (b).
La figura (5) es una sección que muestra la
secuencia de fabricación del cabezal de inyección de líquido antes
mencionado, y en la que (a)-(f) representan las etapas de
fabricación esenciales.
En primer lugar, se prepara un trozo de sustrato
(11) mostrado en la figura 5(a), compuesto de cristal,
cerámica, plástico o metal.
La elección del material o la forma del sustrato
(11) no están sometidas a limitación. Cualquier material o cualquier
forma pueden ser utilizados siempre que permitan que el sustrato
(11) funcione como parte de las trayectorias de líquido, y asimismo
como elemento de soporte de una capa de material en la que se
forman las trayectorias de tinta y los orificios de inyección de la
misma. Sobre el sustrato (11), se disponen una serie predeterminada
de elementos (12) de generación de energía para la inyección de
tinta, tales como un transductor electrotérmico o un elemento
piezoeléctrico. La impresión se realiza al facilitar la energía de
inyección para la inyección de una gota microscópica de líquido de
impresión a la tinta mediante dichos elementos (12) generadores de
energía de inyección. Por ejemplo, cuando se utiliza un transductor
electrotérmico como elemento (12) generador de energía de inyección,
la energía de inyección se genera al cambiar este elemento de
estado de líquido de impresión adyacente al elemento por
calentamiento del líquido de impresión. Por otra parte, cuando se
utiliza un elemento piezoeléctrico, la energía de inyección se
genera por vibraciones mecánicas de este elemento.
A estos elementos (12), se conectan electrodos
(no mostrados) para la introducción de la señal de control para el
funcionamiento de dichos elementos (12). En general, a efectos de
mejorar la duración de estos elementos (12) de generación de
energía de inyección, el cabezal de inyección de líquido es dotado
con varias capas funcionales tales como una capa de protección.
Evidentemente, no existirán problemas en el hecho de que el cabezal
de inyección de líquido de acuerdo con la presente invención está
dotado con estas capas funcionales.
La figura 5(a) muestra una estructura de
cabezal en la que el sustrato (13) está dotado de antemano con un
orificio de suministro de tinta (13) (paso), a través del cual se
suministra tinta desde la capa posterior de un sustrato (13). En
cuanto a los medios para formar el paso (13) de suministro de tinta,
se puede utilizar cualquier medio siempre que pueda formar un
orificio a través del sustrato (11). Por ejemplo, el orificio de
suministro de tinta puede quedar constituido por utilización de
medios mecánicos tales como una broca, o puede estar constituido por
la utilización de medios ópticos tales como un haz de rayos láser.
Además, se puede formar por utilización de medios químicos, por
ejemplo, el ataque químico de un orificio con utilización de un
modelo de fotoprotección.
Evidentemente, el paso (13) de suministro de
tinta no es necesario que sea constituido en el sustrato (11). Por
ejemplo, puede quedar constituido en el modelo o dibujo de resina,
estando dispuesto en el mismo lado que el orificio de inyección de
tinta (21) con respecto al sustrato (11).
A continuación, el dibujo (14) de la trayectoria
de tinta es formado sobre el sustrato (11), con la utilización de
una resina soluble, que cubre los elementos generadores de energía
de inyección de tinta (12) tal como se ha mostrado en la figura
5(a). En cuanto a uno de los medios más comúnmente utilizados
para formación del dibujo de trayectorias de tinta (14), se puede
indicar un medio que utiliza un material fotosensible, pero el
modelo (14) para la trayectoria de tinta se puede formar por medios
tales como serigrafía o similar. Cuando se utiliza un material
fotosensible, el dibujo de trayectoria de tinta es soluble y, por
lo tanto, es posible utilizar protecciones fotorresistentes de tipo
positivo o de tipo negativo, cuyo carácter soluble puede ser
cambiado.
En cuanto a un método para la formación de la
capa fotorresistente, cuando se dispone un paso de tinta (13) sobre
el lado (11) del sustrato, el dibujo (14) de la trayectoria de
tinta es deseable que sea formado por laminación de una hoja de una
película seca de material fotosensible. En cuanto al método para la
formación de la película seca, se disuelve material fotosensible en
un disolvente apropiado, y la solución formada es aplicada como
recubrimiento sobre una hoja de material laminar formada por
polietiléntereftalato o similar, y sometida a secado. En cuanto al
material para la película seca, se puede utilizar con resultados
satisfactorios un hipolímero fotodesintegrable tal como polimetil
isopropilcetona o polivinil cetona, que corresponden al grupo de
las vinilcetonas. La razón de ello es que estos compuestos químicos
mantienen características de hipolímeros, es decir, se forman
fácilmente con estructura de película delgada, que puede ser
laminada fácilmente incluso sobre el paso de suministro de tinta
(13), antes de su exposición a la luz.
Además, la capa fotorresistente para el dibujo de
tinta (14) se puede formar por un método ordinario tal como
recubrimiento por centrifugación o recubrimiento por rodillo
después de llenar el paso (13) de suministro de la tinta con una
carga que se puede retirar en una etapa de fabricación
posterior.
A continuación, se forma una capa de resina (15)
sobre el sustrato (11) de manera que cubra la capa de resina soluble
formada en el dibujo de la trayectoria de tinta (14), por el método
de recubrimiento ordinario tal como recubrimiento por
centrifugación o recubrimiento por rodillo, tal como se ha mostrado
en la figura 5(b). Una de las características para del
material para la capa de resina (15) debe ser que no cambie el
dibujo de la trayectoria de tinta formado sobre la resina soluble.
En otras palabras, el disolvente que no disuelve en material de
resina para el dibujo de trayectorias de tinta se debe escoger como
disolvente para material para la capa de resina (15), de manera que
el dibujo de trayectoria de tinta soluble no se disuelve por el
disolvente para el material para la capa de resina (15) mientras se
forma la capa (15) de material de resina por recubrimiento del
disolvente preparado al disolver el material para la capa de resina
(15) en el disolvente, sobre el dibujo de trayectoria de tinta
soluble.
A continuación, se describirá la capa de resina
(15). La capa de resina (15) es deseable que quede constituida a
base de una material fotosensible, de manera que el orificio de
inyección de tinta, que se describirá más adelante, se puede formar
de manera fácil y precisa por utilización de fotolitografía. El
material fotosensible para la capa de resina (15) es necesario que
posea un elevado grado de resistencia mecánica necesario para un
material estructural, capacidad de adherirse herméticamente al
sustrato (11) y resistencia a la tinta, así como fotosensibilidad
suficientemente elevada para permitir que la imagen de alta
resolución de un dibujo microscópico para formar el orificio de
inyección de tinta sea conseguido de manera precisa por ataque
químico sobre la capa de resina (15). En cuanto al material, es
deseable una resina epoxi endurecible catiónicamente, puesto que
tiene una resistencia mecánica superior que es necesaria para un
material estructural, capacidad de adherencia hermética al sustrato
(11) y resistencia a la tinta, y que muestre asimismo diferentes
características de modelado a temperatura normal en la que se
encuentra en estado sólido.
Una resina epoxi endurecida catiónicamente tiene
una densidad de reticulación más elevada en comparación con una
resina epoxi endurecida con utilización de un anhídrido de ácido
ordinario o una amina, mostrando por lo tanto superiores
características como material estructural. La utilización de dicha
resina epoxi que se encuentra en estado sólido a una temperatura
normal impide que las cimientes de iniciador de polimerización, que
salen del iniciador de polimerización debido a la exposición a la
luz, se dispersen en la resina epoxi. Por lo tanto, se puede
conseguir un elevado grado de exactitud en el dibujo, dado que los
dibujos se pueden formar de manera precisa.
La capa de resina (15), que está constituida
sobre otra capa de resina que es soluble, es formada mediante un
procedimiento en el que el material para la capa de resina (15) se
disuelve en el disolvente, y la solución preparada es aplicada en
recubrimiento por centrifugación sobre el área objetivo.
La capa de resina (15) puede ser formada de
manera uniforme y precisa utilizando una tecnología de recubrimiento
por centrifugación, es decir, una tecnología de formación de
película delgada. De este modo, la distancia (distancia
0-II) entre el elemento (12) de generación de
presión de inyección de tinta y el orificio correspondiente se
puede reducir fácilmente, lo que a su vez hace más fácil la
fabricación del cabezal de inyección de líquido capaz de inyectar
gotitas de líquido de pequeñas dimensiones tal como es deseable, y
que resulta difícil para un método de fabricación convencional.
De modo general, cuando se utiliza un material
fotosensible del tipo llamado negativo como material para la capa de
resina (15), la luz de exposición es reflejada por la superficie
del sustrato, y/o se generan residuos (residuos de revelado). En el
caso de la presente invención, no obstante, el dibujo o modelo de
orificio de inyección (modelo de orificio de inyección) se forma
sobre el dibujo de trayectoria de tinta de la resina soluble. Por
lo tanto, los efectos de la reflexión de la luz de exposición para
el sustrato pueden ser ignorados. Además, los residuos que se
generan durante el revelado son separados durante el proceso en el
que la resina soluble en la formación de la trayectoria de tinta es
retirada por lavado. Por lo tanto, dichos residuos no producen
ningún efecto adverso.
En cuanto a la resina epoxi en estado sólido a
utilizar en la presente invención, se puede indicar lo siguiente: la
resina epoxi que es producida haciendo que el bisfenol A reaccione
con epiclorhidrina, y cuyo peso molecular es de 900 o superior,
resina epoxi que es producida por reacción de bromofenol A con
epiclorhidrina, la resina epoxi que es producida por reacción de
fenol-novolac u
o-cresol-novolac con epiclorhidrina,
las resinas epoxi multifuncionales que se dan a conocer en las
solicitudes de patente japonesas a inspección pública Nº
161973/1985, 221121/1988, 9216/1989 y 140219/1990, que tiene
oxiciclohexeno en su esqueleto, y resinas epoxi similares. Es
evidente que las resinas epoxi compatibles con la presente
invención no quedan limitadas por la lista de resinas antes
indicada.
En cuanto al iniciador de polimerización
fotocatiónico para endurecer las resinas epoxi indicadas, se pueden
citar el yodato aromático, sulfonato aromático (J. POLYMER SCI:
Simposio Nº 56 383(395/1976), SP(150 y SP(170
comercializados por Asahi Electro-Chemical Industry
Co, Ltd., y similares.
El iniciador de polimerización fotocatiónico
antes indicado favorece adicionalmente la polimerización catiónica
cuando se utiliza conjuntamente con un agente reductor, y se aplica
calor (mejora la densidad de reticulación en comparación con la
situación en la que se utiliza solamente iniciador de
polimerización fotocatiónico sin aplicación de calor). No obstante,
cuando se utiliza el iniciador de polimerización fotocatiónico
junto con agente reductor, la selección del agente reductor se debe
realizar de manera que la reacción no tiene lugar a temperatura
normal, sino que tiene lugar solamente cuando la temperatura alcanza
una cierta temperatura (de forma deseable, 60ºC o superior), en
otras palabras, se crea el sistema llamado redox. En cuando al
agente reductor, el más apropiado es un compuesto de cobre, en
particular, sulfonato de trifluorometano cúprico (II). Asimismo, es
útil un agente reductor tal como ácido ascórbico. Además, si es
necesario incrementar la densidad de reticulación de forma que el
número de toberas se puede incrementar (elevada velocidad de
impresión), o se puede utilizar una tinta no neutra (mejora la
resistencia al agua del agente de coloración), la densidad de
reticulación se puede incrementar utilizando el agente reductor
antes indicado de la manera siguiente. Es decir, el agente reductor
es disuelto en disolvente, y la capa de resina (15) se sumerge en
la solución del agente reductor con aplicación de calor, después
del proceso de revelado para la capa de resina (15).
Además, se pueden introducir aditivos a la lista
de materiales antes indicada para la capa de resina (15), según sea
necesario. Por ejemplo, se puede añadir un agente para incrementar
la flexibilidad de la resina epoxi a efectos de reducir el módulo
elástico de la resina epoxi, o se puede añadir un acoplador de
silano a la resina epoxi para mejorar adicionalmente el estado de
adherencia hermética entre la capa de resina (15) y el
sustrato.
A continuación, la capa de resina (15) formada
del compuesto antes descrito es expuesta a través de la máscara (16)
tal como se muestra en la figura 5(c). Dado que la capa de
resina se forma mediante un material fotosensible de tipo negativo,
se protegerá con la máscara sobre las partes que corresponden a los
orificios de inyección de tinta (evidentemente, las partes en las
que se realizan las conexiones eléctricas están también protegidas,
si bien no se han mostrado).
La luz a utilizar para la exposición puede ser
seleccionada entre radiaciones ultravioletas, radiaciones
ultravioletas profundas, haces de electrones, rayos X y similares,
de acuerdo con la gama fotosensible del iniciador de polimerización
catiónica utilizado.
Toda la alineación posicional en la totalidad de
procesos de fabricación de cabezales de inyección de líquido
descritos anteriormente se pueden llevar a cabo satisfactoriamente
con la utilización de tecnologías fotolitográficas convencionales,
y por lo tanto la exactitud se puede mejorar notablemente en
comparación con un método en el que se fabrican separadamente la
placa de orificios y el ssustrato, y a continuación so unidos por
encolado. A continuación, la capa de resina fotosensible (15)
expuesta a un cierto dibujo o modelo puede ser calentada para
acelerar la reacción. Tal como se ha descrito anteriormente, la
capa de resina fotosensible (15) es formada de una resina epoxi tal
que permanece en estado sólido a temperatura normal. Por lo tanto,
la dispersión del iniciador de polimerización catiónica, que se
dispara por la exposición al dibujo o modelo, queda regulada. Como
resultado, se consigue una excelente exactitud en el modelado,
conformándose de manera precisa la capa de resina (15).
A continuación, la capa de resina fotosensible
(15) que ha sido expuesta a dibujo o modelo es revelada con la
utilización del disolvente apropiado y, como resultado, se forman
orificios de inyección de tinta (21) tal como se ha mostrado en la
figura 5(d). Es posible revelar el dibujo o modelo (14) de
resina soluble para la trayectoria de tinta (22), al mismo tiempo
que se revela la parte no expuesta de la capa de resina (15). No
obstante, de modo general, una serie de cabezales de inyección de
tinta idénticos o distintos se forman sobre una parte grande única
de sustrato, y continuación son separados por un proceso de corte
para su utilización como cabezales de inyección de líquido
individuales. Por lo tanto, solamente la capa de resina
fotosensible (15) puede ser revelada de manera selectiva tal como se
muestra en la figura 5(d), dejando el dibujo o modelo de
resina (14) para formar la trayectoria de líquido (22) sin revelar,
como medida para tener en cuenta el polvo de corte (ocupando el
dibujo de resina (14) el espacio para la trayectoria de líquido
(22), el polvo producido por el corte no puede entrar en dicho
espacio), y el dibujo o modelo (14) para la resina se puede revelar
después del corte (figura 5(e)). Los residuos (residuos de
revelado) que se generan al revelar la capa de resina fotosensible
(15) se eliminan por disolución junto con la capa de resina soluble
(14), y por lo tanto no permanecen en las toberas.
Tal como se ha descrito anteriormente, si es
necesario incrementar la densidad de reticulación, la capa de resina
fotosensible (15) es endurecida al sumergirla dentro del disolvente
que contiene agente reductor, y/o calentándola después de formación
de la trayectoria de tinta (22), y se completa el orificio de
inyección de tinta (21) en la capa (15) de resina fotosensible. Con
este tratamiento, se incrementa de forma adicional la densidad de
reticulación de la capa de resina fotosensible (15), y asimismo la
adherencia hermética entre la capa de resina fotosensible (15) y el
sustrato, mejorándose la resistencia a la tinta del cabezal de modo
notable. Es evidente que este procedimiento, en el que la capa
fotosensible (15) es sumergida en la solución, que contiene iones
cobre, aplicándose calor, puede ser llevado a cabo sin problemas
inmediatamente después de que la capa de resina fotosensible (15)
ha sido expuesta al dibujo o modelo, y el orificio de inyección de
tinta (21) se ha formado por revelado de la capa (15) de resina
fotosensible sometida a exposición. A continuación, el modelo o
dibujo de resina soluble (14) se puede eliminar por disolución
después del proceso de inmersión y calentamiento. Además, el
calentamiento se puede llevar a cabo durante la inmersión o después
de la misma.
Con respecto a la selección del agente reductor,
se puede utilizar cualquier sustancia siempre que tenga capacidad
reductora. No obstante, un compuesto cúprico tal como
trifluorometano sulfonato cúprico (II), acetato cúprico, benzoato
cúprico, o similares son más eficaces. En particular, es
notablemente eficaz el trifluorometano sulfonato cúprico (II).
Además, el ácido ascórbico que se ha mencionado es también
efectivo.
Después de la formación de las trayectorias de
tinta y de los orificios de inyección de tinta en el sustrato, se
acoplan al sustrato para completar un cabezal de inyección de
líquido del tipo de chorros de tinta (figura 5(f)) un
elemento (17) para el suministro de tinta y contactos eléctricos (no
mostrados) a través de los cuales se activan los elementos (12) de
generación de la presión de inyección.
En el caso del método de fabricación de esta
realización, los orificios de inyección de tinta (21) son formados
por fotolitografía. No obstante, en la presente invención, el método
para la formación de los orificios de inyección de tinta (21) de
acuerdo con la misma no debe quedar necesariamente limitado a
fotolitografía. Por ejemplo, se pueden formar por un método de
ataque en seco (ataque por plasma de oxígeno) o láser éxcimer, con
utilización de diferentes tipos de máscaras. Cuando se forma un
orificio de inyección (21) con utilización de láser éxcimer o un
método de ataque en seco, el sustrato es protegido por el modelo o
dibujo de resina, impidiendo que se produzcan daños por el láser o
plasma. En otras palabras, la utilización de un láser éxcimer o de
un método de ataque en seco hace posible producir un cabezal de
inyección de líquido con alta exactitud y fiabilidad. Asimismo,
cuando el orificio (21) de inyección de tinta es conformado por un
método de ataque en seco o láser éxcimer, se pueden utilizar
materiales distintos de los materiales fotosensibles como material
para la capa de resina (15); por ejemplo, se puede utilizar
material termocurable.
Además del cabezal de inyección de líquido antes
indicado, la presente invención es aplicable a un cabezal de
inyección de líquido del tipo de líneas completas, que es capaz de
imprimir simultáneamente toda la anchura de una hoja de un soporte
de impresión. Asimismo, la presente invención es aplicable a un
cabezal de inyección de líquido de color, que puede quedar
constituido por un cabezal único, o una serie de cabezales
monocromáticos.
Un cabezal de inyección de líquido a utilizar con
el método de inyección de líquido de acuerdo con la presente
invención puede ser tal como un sistema de inyección de líquido que
utiliza tinta sólida que se licua solamente cuando es calentada a
una cierta temperatura o superior a la misma.
A continuación, se describirá un ejemplo de un
aparato de inyección de líquido compatible con el cabezal de
inyección de líquido anteriormente descrito.
Haciendo referencia a la figura 6, el carácter de
referencia (200) indica un carro sobre el que está montado de forma
desacoplable el cabezal de inyección de líquido que se ha descrito.
En el caso de este aparato de inyección de líquido, están montados
en el carro (200) cuatro cabezales de inyección de líquido, cada
uno de los cuales está asignado a un color específico distinto del
resto. Están montados en el carro (200) junto con los
correspondientes contenedores de tinta: un contenedor de tinta de
color amarilla (201Y), un contenedor de tinta de color magenta
(201M), un contenedor de tinta de color ciánico (201C) y un
contenedor de tinta de color negro (201B).
El carro (200) está soportado por un eje de guía
(202), y se desplaza alternativamente sobre el eje de guía (202) en
la dirección indicada por la flecha (A) mediante una cinta sin fin
(204) impulsada en vaivén por el motor (203). La cinta sin fin está
colocada alrededor de las poleas (205) y (206).
Una hoja de papel de impresión (P) en funciones
de soporte de impresión es transportada de forma intermitente en la
dirección indicada por la flecha (B) perpendicularmente a la
dirección (A). El papel de impresión (P) es soportado, por pinzado,
por el par de rodillos (207) y (208), en el lado de más arriba en
términos de dirección en la que es transportado de manera
intermitente el papel (P), y otro par de rodillos (209) y (210), en
el lado descendente, y es transportado recibiendo una cierta tensión
de manera que permanece plano sobre el área dirigida hacia el
cabezal. Cada uno de los dos pares de rodillos es impulsado por una
sección de impulsión (211), si bien el aparato puede ser diseñado de
manera que son impulsados por el motor de impulsión antes
mencionado.
Al inicio de la operación de impresión, el carro
(200) se encuentra en posición de reposo. Incluso durante la
operación de impresión, vuelve a la posición de origen o de reposo
y permanece en ella si es necesario. En la posición de reposo, se
disponen elementos de caperuza (212), que cierran los orificios de
inyección correspondientes. El elemento de cierre (22) está
conectado a medios de succión (no mostrados) para el
restablecimiento del funcionamiento, que succionan líquido por el
orificio de inyección a efectos de impedir que dicho orificio de
inyección quede taponado.
Claims (24)
1. Método de inyección de líquido, que
comprende:
una etapa para proporcionar un cabezal de
inyección de líquido que tiene una trayectoria de flujo de líquido,
comprendiendo un elemento transductor electrotérmico (1) para
generar energía térmica a efectos de la inyección de líquido, una
salida de inyección (4) para inyectar líquido, cuya salida de
inyección (4) está dispuesta en una posición opuesta al elemento
transductor electrotérmico (1), encontrándose la trayectoria de
flujo de líquido en comunicación de fluido con la salida de
inyección (4) para suministrar el líquido a la salida de inyección;
y
una etapa de inyección de líquido por generación
de una burbuja (301) en el líquido de la trayectoria de flujo de
líquido, de manera que la burbuja (301) comunica con el medio
ambiente, y el medio ambiente es introducido en la trayectoria de
flujo de líquido, y una parte del líquido se separa formando una
gotita de líquido y el líquido se encuentra presente en el elemento
transductor electrotérmico después de que la burbuja comunica con
el medio ambiente.
2. Método, según la reivindicación 1, en el que
la etapa de inyección de líquido comprende:
formar una burbuja (301) en líquido que establece
contacto con el transductor electrotérmico (1) en la trayectoria de
flujo de líquido (107) para desplazar el líquido en alejamiento
desde el elemento transductor electrotérmico (1); y
comunicar la burbuja con el medio ambiente para
introducir medio ambiente en la trayectoria de flujo de líquido, de
manera tal que después de dicha comunicación una primera parte del
líquido vuelve al elemento transductor electromagnético (1) y una
segunda parte de líquido se separa para proporcionar la gota de
líquido.
3. Método, según la reivindicación 1 ó 2, en el
que el líquido se separa en la gota de líquido cubriendo
simultáneamente el elemento transductor electrotérmico (1).
4. Método, según la reivindicación 1, 2 ó 3, en
el que la burbuja (301) es llevada a establecer comunicación con el
medio ambiente cuando la burbuja disminuye de volumen.
5. Método, según la reivindicación 1, 2, 3 ó 4,
en el que la salida de inyección (4) está formada en una placa (3)
de salida de inyección.
6. Método, según la reivindicación 5, en el que
dicha salida de inyección (4) tiene forma cónica, de manera tal que
el área de una abertura en la placa (3) de la salida de inyección
en su lado superior es menor que el área abierta de la placa (3) de
salida de inyección en su lado o parte inferior.
7. Método, según la reivindicación 1, 2, 3, 4, 5
ó 6, en el que la salida de inyección (4) tiene forma circular.
8. Método, según la reivindicación 1, 2, 3, 4, 5
ó 6, en el que la salida de inyección (4) tiene forma
rectangular.
9. Método, según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 8, en el que la burbuja (301) comunica con el
medio ambiente en una posición más próxima al elemento transductor
electrotérmico (1) que la salida de inyección (4).
10. Método, según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 9, en el que el líquido es separado en una
posición adyacente al centro del elemento transductor
electrotérmico (1).
11. Método, según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 9, en el que el líquido es separado en una
posición más próxima al elemento transductor electrotérmico (1) que
la salida de inyección (4).
12. Método, según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 11, en el que el elemento transductor
electrotérmico (1) provoca un aumento brusco de temperatura más allá
de un punto de ebullición nucleado para generar una burbuja que
puede contribuir a la burbuja (301) en la trayectoria de flujo de
líquido utilizada para inyectar líquido.
13. Aparato para la inyección de líquido, que
comprende:
un cabezal para la inyección de líquido que tiene
una trayectoria de flujo de líquido que comprende un elemento
transductor electrotérmico (1) para generar energía térmica
aplicable a la inyección de líquido, una salida de inyección (4)
para inyectar líquido, estando dispuesta la salida de inyección (4)
en una posición opuesta al elemento transductor electrotérmico (1),
encontrándose la trayectoria de flujo de líquido (107) en
comunicación de fluido con la salida de inyección (4) para
suministrar el líquido a la salida de inyección; y
circuitos (104) para aplicar energía al elemento
transductor electrotérmico para formar una burbuja (301) en el
líquido que establece contacto con el elemento transductor
electrotérmico (1) en la trayectoria de flujo de líquido para
desplazar el líquido, alejándolo del transductor electrotérmico,
estando dispuestos los circuitos (104) para provocar que la burbuja
(301) comunique con el medio ambiente para introducir el medio
ambiente en la trayectoria de flujo de líquido, volviendo a
continuación el líquido al elemento transductor electrotérmico (1),
y una parte del líquido para su separación en una gota de líquido
después de que la burbuja comunica con el medio ambiente.
14. Aparato, según la reivindicación 13, en el
que los circuitos (104) están dispuestos para provocar que el
líquido se separe en la gota de líquido cubriendo simultáneamente el
elemento transductor electrotérmico (1).
15. Aparato, según la reivindicación 13 ó 14, en
el que los circuitos (104) están dispuestos para provocar que la
burbuja sea llevada a comunicación con el medio ambiente cuando
dicha burbuja (301) disminuye de volumen.
16. Aparato, según cualquiera de las
reivindicaciones 13 a 15, en el que la salida de inyección (4) está
formada en la placa (3) de las salidas de inyección.
17. Aparato, según la reivindicación 16, en el
que la salida de inyección (4) es cónica de manera tal que el área
de la abertura en la placa de las salidas de inyección (3) en el
lado superior de la misma es menor que el área abierta en la placa
de salidas de inyección en su lado inferior.
18. Aparato, según cualquiera de las
reivindicaciones 13 a 17, en el que la salida de inyección (4) tiene
forma circular.
19. Aparato, según cualquiera de las
reivindicaciones 13 a 17, en el que la salida de inyección (4) tiene
forma rectangular.
20. Aparato, según cualquiera de las
reivindicaciones 13 a 19, en el que los circuitos (104) están
dispuestos para provocar que la burbuja (301) comunique con el
medio ambiente en una posición más próxima al elemento transductor
electrotérmico (1) que a la salida de inyección (4).
21. Aparato, según cualquiera de las
reivindicaciones 13 a 20, en el que los circuitos (104) están
dispuestos para provocar que el líquido se separe en una posición
adyacente al centro del elemento transductor electrotérmico (1).
22. Aparato, según cualquiera de las
reivindicaciones 13 a 20, en el que los circuitos (104) están
dispuestos para provocar que el líquido se separe en una posición
más próxima al elemento transductor (1) que a la salida de
inyección (4).
23. Aparato, según cualquiera de las
reivindicaciones 13 a 22, en el que el elemento transductor
electrotérmico (1) está dispuesto para provocar un aumento brusco de
la temperatura más allá del punto de ebullición nucleado para
generar una burbuja aplicable a la burbuja (301) en la trayectoria
de flujo de líquido utilizada para inyectar el líquido.
24. Aparato, según cualquiera de las
reivindicaciones 13 a 23, en el que los circuitos (104) están
dispuestos para aplicar al elemento transductor electrotérmico (1)
un voltaje inferior a 1,35 veces el voltaje umbral de inyección
para suministrar la energía térmica para crear la burbuja (301).
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