ES2241093T3 - Cabezal de impresion termica por chorros de tinta con un elemento de resitencia al fluido en un canal. - Google Patents
Cabezal de impresion termica por chorros de tinta con un elemento de resitencia al fluido en un canal.Info
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Abstract
SE DESCRIBE UN CABEZAL DE IMPRESION POR CHORRO DE TINTA QUE TIENE VARIOS ELEMENTOS DE CONVERSION ELECTROTERMICOS PARA GENERAR LA ENERGIA UTILIZADA A FIN DE DESCARGAR UNA GOTITA DE TINTA, VARIOS ORIFICIOS PARA DESCARGA DE TINTA DISPUESTOS POR ENCIMA DE LOS ELEMENTOS DE CONVERSION ELECTROTERMICA Y QUE DESCARGAN LA GOTITA DE TINTA, VARIOS RECORRIDOS DE FLUJO DE TINTA QUE ESTAN RESPECTIVAMENTE EN COMUNICACION CON LOS DIVERSOS ORIFICIOS DE DESCARGA DE TINTA E INCLUYEN INTERIORMENTE LOS ELEMENTOS DE CONVERSION ELECTROTERMICA, UN SUBSTRATO PARA DISPONER LOS DIVERSOS ELEMENTOS DE CONVERSION ELECTROTERMICA EN FORMA DE COLUMNA Y QUE TIENEN UN ORIFICIO DE SUMINISTRO DE TINTA CONSTRUIDO POR UN ORIFICIO PASANTE CONECTADO A LOS RECORRIDOS DE FLUJO DE TINTA Y QUE SE EXTIENDE A LO LARGO DE UNA DIRECCION ADECUADA DE LOS ELEMENTOS DE CONVERSION ELECTROTERMICA, Y UNA PLACA DE ORIFICIOS DE DESCARGA QUE TIENE LOS ORIFICIOS DE DESCARGA DE TINTA. LOS RECORRIDOS DE FLUJO DE TINTA SE FORMAN ENTRE EL SUBSTRATO Y LAPLACA DE ORIFICIO DE DESCARGA POR UNION DE LA PLACA DE ORIFICIOS DE DESCARGA SOBRE EL SUBSTRATO. EL CABEZAL DE IMPRESION POR CHORRO DE TINTA TIENE ADEMAS UN DISPOSITIVO DE RESISTENCIA A LOS FLUIDOS DE LOS RECORRIDOS DE FLUJO DE TINTA EN DONDE UN LADO DEL ORIFICIO DE ALIMENTACION DE TINTA SE ABRE CERCA DE UNA PARTE DE COMUNICACION DE LOS RECORRIDOS DE FLUJO DE TINTA EN UNA ZONA DE PROYECCION DE LOS ORIFICIOS DE ALIMENTACION DE TINTA DE LA CHAPA DE ORIFICIOS DE DESCARGA.
Description
Cabezal de impresión térmica por chorros de tinta
con un elemento de resistencia al fluido en un canal.
La presente invención se refiere a un cabezal de
impresión por chorros de tinta de acuerdo con el preámbulo de la
reivindicación 1, utilizado en un sistema para la impresión por
chorros de tinta para la realización de una operación de impresión
sobre un soporte de impresión mediante la proyección de una pequeña
gotita de tinta, y un dispositivo para la impresión por chorros de
tinta que utiliza este cabezal.
Existe un método que utiliza un elemento de
conversión electrotérmica (calentador) como elemento generador de
energía de descarga utilizado para descargar una gotita de tinta y
un método que utiliza un elemento piezoeléctrico como este elemento
generador de energía de descarga en un método de descarga de tinta
de un sistema para la impresión por chorros de tinta amplia y
generalmente utilizado en la actualidad. En cada uno de estos
métodos, la descarga de la gotita de tinta puede ser controlada
mediante una señal eléctrica. Por ejemplo, en el fundamento del
método de descarga de una gotita de tinta que utiliza el elemento de
conversión electrotérmica, la tinta en las proximidades del elemento
de conversión electrotérmica es llevada a ebullición de manera
instantánea mediante el suministro de la señal eléctrica al elemento
de conversión electrotérmica, y la gotita de tinta es descargada a
alta velocidad mediante el crecimiento una burbuja repentina
producida por un cambio de fase de la tinta en ese momento. A
diferencia de esto, en el fundamento del método de descarga de la
gotita de tinta que utiliza el elemento piezoeléctrico, el elemento
piezoeléctrico es desplazado mediante el suministro de la señal
eléctrica al elemento piezoeléctrico, y la gotita de tinta es
descargada mediante una presión en el instante de este
desplazamiento. En este caso, con respecto a los méritos del método
anterior, no es necesario disponer un espacio grande para el
elemento generador de energía de descarga, y la estructura de un
cabezal de impresión por chorros de tinta es simple y las
trayectorias del flujo de tinta son integrables fácilmente, etc. Sin
embargo, en este método, el aire disuelto dentro de la tinta es
eluído mediante el calor generado desde el elemento de conversión
electrotérmica y se produce una burbuja residual dentro del cabezal
de impresión por chorros de tinta. Cuando esta burbuja residual se
deja tal cual, la burbuja residual tiene unas influencias negativas
sobre las características de descarga de la gotita de tinta y de una
imagen.
Las influencias de la burbuja residual dentro del
cabezal de impresión por chorros de tinta, producidas por el aire
disuelto dentro de esta tinta, sobre las características de descarga
de la gotita de tinta y sobre la imagen serán explicadas con detalle
a continuación. El aire es disuelto normalmente dentro de la tinta
mientras el cabezal de impresión por chorros de tinta está en estado
de saturación. Cuando se hace funcionar el elemento de conversión
electrotérmica en este estado, existe un caso en el que el aire
disuelto dentro de la tinta aparece repentinamente dentro de la
tinta como una burbuja disuelta que posee un diámetro igual o
inferior a 1 \mum aproximadamente, en unas repeticiones de una
contracción adiabática de formación de espuma, y en una burbuja
repentina mediante un cambio de fase de la tinta. Asimismo se sabe
que una burbuja de este tipo se disuelve de nuevo dentro de la tinta
durante un tiempo determinado a partir de un diámetro de la burbuja,
una tensión superficial de la tinta, una presión de vapor saturado
del aire, etc. Por ejemplo, si el diámetro de la burbuja es igual o
inferior a 1 \mum, el tiempo requerido para la disolución es de un
orden igual o inferior a 1 \mus. Sin embargo, cuando se hacen
funcionar varios elementos de conversión electrotérmica de manera
continua a alta frecuencia, una serie de burbujas de este tipo
aparecen dentro de la tinta y son recogidas y crecidas mutuamente
antes de que estas burbujas se disuelvan de nuevo. Se sabe que un
tiempo requerido para la redisolución aumenta en gran medida cuando
aumenta el diámetro de la burbuja. Como resultado, varias burbujas
residuales desde varias decenas de \mum a varios cientos de \mum
de diámetro quedan almacenadas dentro del cabezal de impresión por
chorros de tinta. En un caso de este tipo, ninguna de las burbujas
residuales de este tipo apenas son disueltas de nuevo dentro de la
tinta, de manera que estas burbujas residuales tienen unas
influencias negativas sobre las características de descarga de la
gotita de tinta. Especialmente, si una trayectoria del flujo de
tinta está bloqueada por las burbujas residuales, ninguna
trayectoria del flujo de tinta queda rellena con la tinta suficiente
de manera que se produce un fallo de la descarga. Adicionalmente,
cuando se produce una burbuja residual grande (aproximadamente
varios cientos de \mum en diámetro) dentro del cabezal de
impresión por chorros de tinta, y es comunicada accidentalmente con
el aire exterior, el aire exterior entra en la trayectoria del flujo
de tinta, de manera que se rompe un menisco. Por lo tanto, la tinta
dentro del cabezal de impresión por chorros de tinta es absorbida
hacia un depósito de tinta mediante una presión negativa, para
absorber la tinta del depósito de tinta de manera que no se
descargue nada de tinta desde la trayectoria del flujo de tinta en
un caso concreto. Como medios más efectivos para conseguir evitar
este tipo de influencia negativa de las burbujas residuales, existe
un método para la descarga externa de las burbujas residuales
conjuntamente con la tinta desde una abertura de descarga de tinta
por succión, presurización, etc., antes de que las burbujas
residuales crezcan hasta un tamaño en que las burbujas residuales
tienen la influencia negativa. Este método es un método para la
realización del así denominado proceso de recuperación por
aspiración (presurización). Sin embargo, en este caso, una cantidad
de consumo de tinta aumenta en gran medida y el rendimiento se
reduce de manera natural si este método es ejecutado durante una
operación de impresión. Existe otro método en el cual el aire
disuelto dentro de la tinta es descargado de la tinta (desaireación)
mediante un cierto método, y una tinta de este tipo es utilizada en
el cabezal de impresión por chorros de tinta. El tiempo de
funcionamiento de mayor efectividad de este método de resolución es
de varias decenas de minutos aproximadamente, a partir de la
desaireación de la tinta, y un dispositivo para la desaireación de
la tinta tiene un tamaño relativamente grande, de manera que la
utilización de esta técnica se limita a un sistema de impresión,
etc. a gran escala.
Por lo tanto, en consideración al problema de las
burbujas residuales de este tipo, en un cabezal de impresión por
chorros de tinta descrito en el documento
JP-A-10-146976, como
se muestra en las figuras 7A y 7B, varias proyecciones (7) están
dispuestas según un cierto intervalo, justo por encima de una
abertura (8) de suministro de tinta en la superficie interior de una
placa (5) de aberturas de descarga, de manera que el crecimiento de
una burbuja adherida a la superficie interior de la placa (5) de
aberturas de descarga queda restringido. Adicionalmente, una parte
común de la trayectoria del flujo de tinta, común a los elementos
(1) de conversión electrotérmica como unos elementos (1) generadores
de energía de descarga adyacentes, está dispuesta para suministrar
tinta de manera estable de manera que se restringe la interrupción
del suministro de la tinta producida por la circulación de una
burbuja (11) adherida a una punta final de una proyección (7), y el
crecimiento hasta \phi 150 \mum aproximadamente en diámetro,
dentro de la trayectoria del flujo de tinta queda restringido.
Sin embargo, en los ejemplos convencionales
anteriores, la burbuja en sí misma existe cerca de la abertura de
suministro de tinta tal cual. Por lo tanto, cuando la tinta es
impresa en un soporte de impresión alargado como en la impresión de
una pancarta, una impresión textil, etc. existe un caso en el cual
el proceso de recuperación debe ser realizado de manera intercalada.
Sin embargo, cuando se realiza una operación de recuperación durante
la impresión de una hoja, se cambia un tono de color en esta parte
de recuperación, y este cambio posee una influencia negativa sobre
la calidad de impresión. Por lo tanto, no es deseable realizar la
operación de recuperación durante la impresión. Una situación de
este tipo puede ser evitada mediante la realización de la operación
de recuperación en cualquier momento cada vez que el soporte de
impresión es cambiado. Sin embargo, cuando la operación de
recuperación es realizada frecuentemente, el rendimiento del
material impreso se reduce. Adicionalmente, existe un problema en
que aumenta una cantidad de tinta inservible.
Un cabezal de impresión por chorros de tinta
genérico mostrado en el documento
EP-A-0 627 318, comprende varios
elementos de conversión electrotérmica para la generación de una
energía utilizada para la descarga de una gotita de tinta, varias
aberturas de descarga de tinta dispuestas por encima de los
elementos de conversión electrotérmica y que descargan dicha gotita
de tinta, varias trayectorias del flujo de tinta comunicadas
respectivamente con las varias aberturas de descarga de tinta y que
incluyen internamente los elementos de conversión electrotérmica, un
substrato para la disposición de los varios elementos de conversión
electrotérmica en forma de columna y que dispone de una abertura
común de suministro de tinta construida mediante una abertura de
paso que está comunicada con las trayectorias del flujo de tinta y
que se extiende a lo largo de una dirección de disposición de los
elementos de conversión electrotérmica, una placa de aberturas de
descarga que posee las aberturas de descarga de tinta, y unos medios
de resistencia al fluido para ejercer resistencia sobre un flujo de
tinta en las trayectorias del flujo de tinta. El cabezal de
impresión por chorros de tinta está construido de manera que las
trayectorias del flujo de tinta están formadas entre el substrato y
la placa de aberturas de descarga mediante la unión de la placa de
aberturas de descarga sobre el substrato.
Es un objetivo de la presente invención el
desarrollo adicional de un cabezal de impresión por chorros de
tinta, de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1, de manera
que una gotita de tinta estable puede ser descargada con una alta
fiabilidad.
De acuerdo con la invención, este objetivo es
conseguido mediante un cabezal de impresión por chorros de tinta que
posee las características de la nueva reivindicación 1.
Desarrollos ventajosos adicionales son expuestos
en las reivindicaciones dependientes. Un dispositivo para la
impresión por chorros de tinta que dispone de un cabezal de
impresión por chorros de tinta de este tipo es definido en la
reivindicación 10.
De acuerdo con la presente invención, un cabezal
de impresión por chorros de tinta reduce la influencia negativa de
una burbuja que se queda dentro del cabezal de impresión por chorros
de tinta en la descarga de líquido de tinta, y descarga una gotita
de tinta estable con alta fiabilidad.
El dispositivo para la impresión por chorros de
tinta posee un rendimiento excelente y reduce la cantidad de consumo
de tinta mediante el control de una burbuja residual, y reduce
adicionalmente el número de recuperaciones.
Un flujo de tinta es producido cerca de una
abertura de paso de un substrato de un cabezal de impresión por
chorros de tinta, mediante una acción hidrodinámica de tinta, de
manera que una burbuja adherida a una cara de una pared de una
cámara de líquido común es separada fácilmente de la misma, o bien
la burbuja no queda fácilmente adherida a esta cara de la pared.
De acuerdo con el cabezal de impresión por
chorros de tinta que posee la construcción anterior de la presente
invención, se le puede dar una componente de velocidad, en una
dirección de la cámara de líquido común, al flujo de tinta paralelo
a la placa de aberturas de descarga cercana a la abertura de
suministro de tinta en el momento de la descarga de la tinta. Por lo
tanto, se reduce la influencia negativa de una burbuja que se queda
dentro del cabezal de impresión por chorros de tinta en la descarga
de líquido de tinta. De acuerdo con lo anterior, es posible dar a
conocer un cabezal de impresión por chorros de tinta en el cual una
gotita de tinta es descargada de manera estable con alta fiabilidad.
Es asimismo posible dar a conocer un dispositivo para la impresión
por chorros de tinta en el cual el rendimiento es excelente y en el
que se reduce la cantidad de consumo de tinta mediante la reducción
adicional del número de recuperaciones.
La figura 1A es una vista en planta en
perspectiva de un cabezal de impresión por chorros de tinta de
acuerdo con una primera realización de la presente invención.
La figura 1B es una vista en sección transversal
tomada a lo largo de la línea 1B-1B de la figura
1A.
La figura 2A es una vista en planta en
perspectiva de un cabezal de impresión por chorros de tinta de
acuerdo con una segunda realización de la presente invención.
La figura 2B es una vista en sección transversal
tomada a lo largo de la línea 2B-2B de la figura
2A.
La figura 3A es una vista en planta en
perspectiva de un cabezal de impresión por chorros de tinta de
acuerdo con una tercera realización de la presente invención.
La figura 3B es una vista en sección transversal
tomada a lo largo de la línea 3B-3B de la figura
3A.
La figura 4A es una vista en planta en
perspectiva de un cabezal de impresión por chorros de tinta de
acuerdo con una cuarta realización de la presente invención.
La figura 4B es una vista en sección transversal
tomada a lo largo de la línea 4B-4B de la figura
4A.
La figura 5 es una vista en perspectiva del
aspecto que muestra un ejemplo de un dispositivo para la impresión
por chorros de tinta sobre el cual está montado el cabezal de
impresión por chorros de tinta que aplica la presente invención como
un cartucho por chorros de tinta.
Las figuras 6A, 6B, 6C, 6D, 6E, 6F y 6G son una
secuencia de vistas explicativas que muestran un ejemplo de método
de fabricación del cabezal de impresión por chorros de tinta de la
presente invención.
La figura 7A es una vista en planta en
perspectiva que muestra la construcción de un cabezal de impresión
por chorros de tinta convencional.
La figura 7B es una vista en sección transversal
tomada a lo largo de la línea 7B-7B de la figura
7A.
La figura 8A es una vista en planta en
perspectiva de un cabezal de impresión por chorros de tinta de
acuerdo con una quinta realización de la presente invención.
La figura 8B es una vista en sección transversal
tomada a lo largo de la línea 8B-8B de la figura
8A.
Las realizaciones de la presente invención serán
explicadas a continuación en referencia a los dibujos.
Primera
realización
El contenido de la presente invención será
explicado con detalle a continuación en relación a los dibujos.
La figura 1A es una vista típica de un cabezal de
impresión por chorros de tinta de acuerdo con una primera
realización de la presente invención. Una abertura de descarga está
dirigida hacia abajo en la figura 1B.
En las figuras 1A y 1B, un substrato (4) dispone
de un extremo (3) de la abertura de suministro de tinta, construida
mediante una abertura de paso formada en forma de un canal alargado.
Unos elementos (1) de conversión electrotérmica como elementos
generadores de energía de descarga están dispuestos en forma de
zigzag, cada una de las columnas a ambos lados del extremo (3) de la
abertura de suministro de tinta, en su dirección longitudinal. Una
capa (6) de recubrimiento de resina como una pared de la trayectoria
del flujo de tinta, para la formación de una trayectoria del flujo
de tinta está dispuesta sobre este substrato (4). Una placa (5) de
aberturas de descarga que dispone de una abertura de descarga (2)
está dispuesta sobre esta capa (6) de recubrimiento de resina.
Adicionalmente, una proyección larga (7) en una dirección de
disposición de los elementos de conversión electrotérmica está
dispuesta justo por encima del extremo (3) de la abertura de
suministro de tinta, sobre una superficie interior de la placa (5)
de aberturas de descarga. En este caso, un borde del extremo (3) de
la abertura de suministro de tinta es mostrado mediante una línea
recta en las figuras 1A y 1B, pero existe asimismo un caso en el
cual este borde está en realidad más o menos curvado (en varios
\mum aproximadamente) debido al problema del método de
fabricación. Debido a que la proyección (7) tiene una forma cónica,
ninguna pared de la proyección (7) es estrictamente perpendicular a
la placa (5) de aberturas de descarga, y la proyección (7) posee la
misma altura (h) que la capa (6) de recubrimiento de resina. Es
preferible que la proyección (7) sea más larga. Sin embargo, la
longitud de la proyección (7) puede ser establecida asimismo para
ser corta. Adicionalmente, la capa (6) de recubrimiento de resina y
la proyección (7) son mostradas como elementos separados, pero
pueden estar formadas de manera simultánea como el mismo elemento
mediante la formación de esta capa (6) de recubrimiento de resina
sobre el substrato (4) mediante una técnica tal como un
recubrimiento realizado mediante rotación, etc. El substrato (4)
está fijado mediante un elemento de soporte (9) y una abertura (8)
de suministro de tinta está dispuesta entre el extremo (3) de la
abertura de suministro de tinta del substrato (4) y el elemento de
soporte (9). Una trayectoria del flujo no ilustrada en forma de
agujero redondo para suministrar tinta a la abertura (8) de
suministro de tinta está constituida en el elemento de soporte
(9).
El movimiento de una burbuja residual en cada uno
de los cabezales de impresión por chorros de tinta de la presente
invención y de un cabezal de impresión por chorros de tinta
convencional serán explicados a continuación.
En primer lugar, en la construcción convencional
(figuras 7A y 7B), cuando un elemento (1) de conversión
electrotérmica es calentado mediante la aplicación de una señal
eléctrica a este elemento, y se genera una burbuja, una gotita de
tinta (10) es descargada desde la abertura de descarga (2) y un
flujo de tinta de alta velocidad es generado de manera simultánea
desde la trayectoria del flujo de tinta hacia el extremo (3) de la
abertura de suministro de tinta. Una burbuja residual pequeña es
incluida en este flujo de tinta, y es conducida hacia la abertura de
suministro de tinta. Cuando este flujo de tinta alcanza una parte
del extremo (3) de la abertura de suministro de tinta, se produce un
remolino en una parte de rincón de la abertura de suministro de
tinta y esta parte de remolino tiende a estar estancada. Cuando la
burbuja permanece estancada en esta parte, esta burbuja está
adherida a una cara (12) de una pared de la abertura de suministro
de tinta, de manera que esta burbuja no se puede retirar fácilmente
de la cara (12) de una pared de la abertura de suministro de tinta.
A continuación, esta burbuja crece cada vez que la burbuja residual
pequeña se adhiere a esta burbuja. Finalmente, se forma una burbuja
que posee varios cientos de \mum de diámetro. Cuando una serie de
burbujas de este tipo, que poseen varios cientos de \mum de
diámetro existen dentro de la abertura (8) de suministro de tinta,
las burbujas bloquean la trayectoria del suministro de tinta en una
amplia gama, de manera que el efecto de una parte común de la
trayectoria del flujo de tinta se reduce en gran medida y el
suministro de tinta se hace insuficiente.
En contraste a esto, en la construcción de la
presente invención, un flujo de tinta de alta velocidad dirigido
desde la trayectoria del flujo de tinta hacia el extremo (3) de la
abertura de suministro de tinta colisiona contra una cara de la
pared de la proyección (7), de manera que la dirección del flujo de
tinta de alta velocidad es cambiada hacia una dirección descendente
en las figuras 1A y 1B (una marca de flecha en estas figuras). De
esta manera, se da al flujo de tinta una componente de velocidad en
una dirección de la cámara de líquido común. Este flujo de tinta
incluye unas burbujas pequeñas, tales como una burbuja residual
generada mediante la cavitación producida por el flujo de tinta de
alta velocidad y una burbuja, etc., descargada desde la abertura de
descarga en el momento de la descarga de la tinta. Estas burbujas
pequeñas son recogidas y crecen dentro de la abertura (8) de
suministro de tinta, de manera que se forma una burbuja (11). Una
fuerza ascendente en las figuras 1A y 1B es aplicada a la burbuja
cercana a la abertura de suministro mediante el flujo de tinta de
alta velocidad cerca de la abertura de suministro de tinta. Como
resultado, la burbuja (11) empujada y arrastrada por la corriente,
mediante el flujo de tinta de alta velocidad, se adhiere a la parte
de pared separada de la abertura de suministro y crece. De acuerdo
con lo anterior, la influencia de las burbujas en el suministro de
tinta es pequeña incluso cuando existen muchas burbujas grandes. Por
lo tanto, no se produce ningún fallo de suministro de tinta incluso
cuando el tamaño de una burbuja aumenta en comparación con el caso
convencional. Cuando la distancia (L) entre una pared longitudinal
de la proyección (7) y el borde del extremo (3) de la abertura de
suministro de tinta aumenta excesivamente, se reduce la velocidad
del flujo de tinta y se reduce una fuerza hidrodinámica aplicada
sobre la burbuja de manera que el efecto anterior queda debilitado.
Cuando la distancia (L) es extremadamente inferior a la altura (H),
esta pequeña parte se convierte en una resistencia de manera que
esta resistencia ejerce una influencia negativa sobre las
características del relleno. De acuerdo con lo anterior, se prefiere
que la distancia (L) no sea extremadamente más pequeña que la altura
(H).
En las figuras 1A y 1B y las figuras posteriores,
no se ilustra un cableado eléctrico para hacer funcionar el elemento
(1) de conversión electrotérmica, etc. En esta realización, se
utiliza un substrato de silicio (oblea) como un material del
substrato (4), pero la presente invención no se limita especialmente
a este caso. Vidrio, cerámica, plástico, o un metal, etc. pueden ser
asimismo utilizados como substrato si el elemento (1) de conversión
electrotérmica como elemento generador de la descarga de la tinta
está construido mediante este substrato, y este substrato constituye
un cuerpo de soporte de la placa (5) de aberturas de descarga, como
una capa de material que forma la abertura (2) de descarga de tinta,
y este substrato puede funcionar como una parte de un elemento
constructivo para el conducto del flujo de tinta.
Las figuras 6A a 6G (vistas en sección
transversal tomadas a lo largo de la línea 6A-6A de
la figura 1A) muestra un método de fabricación del cabezal de
impresión por chorros de tinta en la presente invención. En esta
realización, un número deseable de elementos (1) de conversión
electrotérmica están dispuestos en primer lugar sobre el substrato
(4) mostrado en las figuras 1A y 1B. A continuación, como se muestra
en la figura 6B, se forma una capa (13) de resina soluble sobre el
substrato (4), incluyendo los elementos (1) de conversión
electrotérmica. Como se muestra en la figura 6C, se forma un patrón
de la trayectoria del flujo de tinta en esta capa (13) de resina. En
ese momento, se forma un patrón para disponer una estructura nervada
sobre una cara superior de la capa (13) de resina que se corresponde
con la parte constituyente de la abertura (8) de suministro de tinta
(véase la figura 6E). Adicionalmente, se forma una capa (6) de
recubrimiento de resina sobre la capa (13) de resina soluble
anterior, como se muestra en la figura 6D. Una abertura (2) de
descarga de tinta es formada en la capa (6) de recubrimiento de
resina (véase la figura 6E). Es suficiente formar la abertura (2) de
descarga de tinta mediante una técnica convencional. Por ejemplo, la
abertura (2) de descarga de tinta puede estar formada mediante
cualquier técnica del tipo de ataque químico que utiliza plasma de
0_{2}, perforación mediante láser excimer, exposición utilizando
una radiación ultravioleta, radiación UV profunda, etc.
La abertura (8) de suministro de tinta se forma a
continuación en el substrato (4). La abertura (8) de suministro de
tinta se forma mediante ataque químico sobre el substrato. Más
concretamente, un substrato de silicio (Si) es utilizado como el
substrato (4), y la abertura (8) de suministro de tinta se forma
mediante un ataque químico anisotrópico que utiliza una disolución
alcalina concentrada tal como KOH, NaOH, TMAH, etc. (véase figura
6G). En ese momento, la abertura de suministro de tinta puede ser
asimismo formada antes de que un patrón de la trayectoria del flujo
de tinta y un patrón para proporcionar la estructura nervada sean
formados como se muestra en las figuras 6B y 6C, y la abertura de
descarga de tinta es formada como se muestra en las figuras 6D y 6E.
Sin embargo, la estructura nervada, como se muestra en la presente
invención, puede ser conseguida mediante la formación de una capa de
resina soluble sobre una cara plana y la formación de un patrón, y
la formación adicional de una capa de recubrimiento de resina sobre
este patrón, como se muestra anteriormente. Después del patrón de la
trayectoria del flujo de tinta, se forma el patrón que proporciona
la estructura nervada y la abertura de descarga de tinta, se
considera la utilización de unos medios mecánicos tales como un
taladro, etc. y energía lumínica tal como un láser, etc. como unos
medios para la formación de la abertura de suministro de tinta. Sin
embargo, existe la posibilidad de dañar el patrón de la trayectoria
del flujo de tinta formado previamente, etc. mediante estas
técnicas. De acuerdo con lo anterior, es difícil adoptar estas
técnicas. Por lo tanto, es óptimo formar la abertura de suministro
de tinta mediante ataque químico, especialmente, ataque químico
anisotrópico del substrato de silicio. Posteriormente, como se
muestra en la figura 6G, la trayectoria del flujo de tinta puede ser
formada mediante la elución de la capa (13) de resina soluble. En
ese momento, se forma la estructura nervada sobre el extremo (3) de
la abertura de suministro de tinta. Finalmente, se completa el
cabezal de impresión por chorros de tinta mediante la realización de
una junta eléctrica no ilustrada para hacer funcionar cada uno de
los elementos (1) de conversión electrotérmica.
La presente invención tiene efectos excelentes en
el cabezal de impresión de un sistema por chorros de burbujas entre
el cabezal de impresión por chorros de tinta. La presente invención
es especialmente óptima para un cabezal de impresión fabricado
mediante un método descrito en cada una de las solicitudes de
Patente Japonesa a Inspección Pública de números
4-10940, 4-10941 y
4-10942. En cada una de estas publicaciones, una
señal de accionamiento que corresponde a una información de
impresión es aplicada a un elemento de conversión electrotérmica, y
una energía térmica que proporciona un aumento repentino en la
temperatura que supera la ebullición nuclear de la tinta, es
generada desde el elemento de conversión electrotérmica. De esta
manera, se forma una burbuja dentro de la tinta y es comunicada con
el aire exterior y se descarga una gotita de líquido de tinta. En el
método anterior, una gotita pequeña de líquido de tinta (igual o más
pequeña de 50 pl) puede ser descargada, y el líquido de tinta
delante de un calentador es descargado. Por lo tanto, la gotita de
líquido de tinta es estabilizada en volumen y velocidad sin ninguna
influencia de la temperatura, de manera que se puede obtener una
imagen que posee alta calidad. La presente invención es asimismo
efectiva como cabezal de impresión del tipo de línea completa, capaz
de imprimir de manera simultánea una imagen sobre la anchura
completa de una hoja de papel de impresión. Adicionalmente, la
presente invención es efectiva en un cabezal de impresión a color en
el cual el cabezal de impresión está formado de manera integral o
varios cabezales de impresión están combinados entre sí.
A continuación, un cabezal de impresión por
chorros de tinta que posee la siguiente construcción es fabricado
como el cabezal de impresión por chorros de tinta que corresponde a
la primera realización anterior. Especialmente, el cabezal de
impresión por chorros de tinta dispone de una abertura (8) de
suministro de tinta construida mediante una abertura de paso formada
según una forma de un canal alargado que tiene un tamaño de 155
\mum x 11 mm. Un substrato (4) dispone de 128 elementos (1) de
conversión electrotérmica como elementos generadores de energía de
descarga en ambos lados de la abertura (8) de suministro de tinta en
su dirección longitudinal. Estos elementos (1) de conversión
electrotérmica están dispuestos en forma de zigzag con una
separación de 300 DPI por cada columna. Una capa (6) de
recubrimiento de resina que posee una altura H = 12 \mum y una
placa (5) de aberturas de descarga que tiene un grosor de 9 \mum
están formadas sobre el substrato (4). De esta manera se realiza el
cabezal de impresión por chorros de tinta en esta realización. La
distancia (L) entre el extremo (3) de la abertura de suministro de
tinta y una pared de la proyección (7) anterior, en su dirección
longitudinal, es cambiada a 12, 16,5 y 27,5 \mum, de manera que se
realizan tres tipos de cabezales de impresión por chorros de
tinta.
En primer lugar, una operación de impresión de un
cuerpo sólido negro es realizada mediante la utilización de estos
tres tipos de cabezales de impresión por chorros de tinta. A
continuación, se observa una situación de recolección de burbujas
desde una cara frontal de la placa de aberturas de descarga después
de la operación de impresión completa en negro. En un ejemplo
convencional, las burbujas sólo existen cerca de la abertura de
suministro de tinta. Sin embargo, en cada uno de los tres tipos de
cabezales de impresión por chorros de tinta en la primera
realización, las burbujas existen en una parte profunda de una
cámara de líquido común, de manera que se pueden confirmar unos
efectos de separación de burbujas obtenidos mediante la
proyección.
Un tiempo de prolongación del cuerpo sólido negro
es medido a una frecuencia de descarga de 10 kHz, y el cabezal de
impresión por chorros de tinta en esta realización y el cabezal de
impresión por chorros de tinta convencional son comparados entre sí
y son evaluados. La tabla 1 muestra los resultados medidos y
evaluados.
| L | 12 \mu | 16,5 \mu | 25,5 \mu |
| \begin{minipage}[t]{100mm} Relación entre el tiempo de prolongación de un cuerpo sólido negro en la invención con respecto al del caso convencional\end{minipage} | 3,0 veces | 2,3 veces | 2,2 veces |
El tiempo de prolongación en el cabezal de
impresión por chorros de tinta en esta realización es del doble o
mayor en cualquier caso, en comparación con el caso convencional.
Adicionalmente, es preferible establecer la distancia (L) para ser
más corta.
Segunda
realización
La figura 2A es una vista típica de un cabezal de
impresión por chorros de tinta de acuerdo con una segunda
realización de la presente invención. Una abertura de descarga está
dirigida hacia abajo en la figura 2B.
El cabezal de impresión por chorros de tinta en
esta realización difiere del de la primera realización sólo en la
forma de la proyección (7) en las figuras 2A y 2B. La proyección (7)
posee una longitud de 70 \mum en una dirección longitudinal (B) y
un grosor (T) de 15 \mum. Una proyección (7) está dispuesta con
respecto a cada trayectoria del flujo de tinta. La distancia (L)
entre un extremo (3) de la abertura de suministro de tinta y una
pared que entra en contacto con el flujo de tinta en un momento de
descarga es establecida a 27,5 \mum. Una longitud longitudinal de
la trayectoria del flujo de tinta es establecida para ser igual o
mayor que la anchura de la trayectoria del flujo de tinta, de manera
que una dirección del flujo de tinta generado en el momento de
descarga puede ser cambiada de manera efectiva.
De esta manera, se pueden obtener efectos
similares a aquellos de la primera realización, incluso cuando la
forma de la proyección (7) es diferente a la de la primera
realización.
Tercera
realización
La figura 3A es una vista típica de un cabezal de
impresión por chorros de tinta de acuerdo con una tercera
realización de la presente invención. En la figura 3B una abertura
de descarga está dirigida hacia abajo.
El cabezal de impresión por chorros de tinta en
esta realización difiere del de la primera realización sólo en la
forma de la proyección (7) en las figuras 3A y 3B. La proyección (7)
es completamente paralela a una línea del reborde de un extremo (3)
de la abertura de suministro de tinta, pero no es paralela a la
línea del reborde en cada unidad de trayectoria del flujo de tinta.
Por ejemplo, un desplazamiento paralelo con respecto a la línea del
reborde es de 20 \mum en una parte cercana y de 35 \mum en una
parte lejana. De esta manera, se puede asegurar un intersticio
requerido para suministrar tinta, incluso cuando la línea del
reborde del extremo (3) de la abertura de suministro de tinta no es
una línea recta sino que es localmente oscilante. En este caso, es
preferible que el área (S) de una parte mostrada mediante una línea
inclinada sea mayor que la sección transversal de una trayectoria
del flujo de tinta.
De esta manera, se pueden obtener efectos
similares a aquellos de la primera realización, incluso cuando la
forma de la proyección (7) es diferente al de la primera
realización.
Cuarta
realización
La figura 4A es una vista típica de un cabezal de
impresión por chorros de tinta de acuerdo con una cuarta realización
de la presente invención. En la figura 4B una abertura de descarga
está dirigida hacia abajo.
En el cabezal de impresión por chorros de tinta
en esta realización, la forma de la trayectoria del flujo de tinta
difiere de la de la primera realización en que se disponen dos
trayectorias del flujo de tinta con respecto a una abertura de
descarga. Un orificio de salida de cada trayectoria del flujo de
tinta sobre un lado de la abertura de suministro de tinta tiene un
ángulo con respecto a la abertura de suministro de tinta.
Adicionalmente, la forma de la proyección (7) difiere de la de la
primera realización en las figuras 4A y 4B. Como se muestra en las
figuras 4A y 4B, la proyección (7) es perpendicular a un eje central
de la trayectoria del flujo de tinta. Debido a que la proyección (7)
es perpendicular al eje central de la trayectoria del flujo de
tinta, un flujo de tinta generado desde un elemento de conversión
electrotérmica hacia el lado de la abertura de suministro de tinta
en el momento de descarga es recibido desde una cara frontal, de
manera que el flujo de tinta puede ser dirigido de manera eficiente
y guiado hacia un lado de una cara de la pared de la abertura de
suministro de tinta.
De esta manera, se pueden obtener efectos
similares a aquellos de la primera realización, incluso cuando la
forma de la proyección (7) es diferente al de la primera
realización.
Quinta
realización
En esta realización, se establece la superficie
de una parte de la proyección para que tenga una propiedad de la
tinta liófila para prevenir preferiblemente de manera adicional la
adherencia de una burbuja en un estado en el cual la superficie de
la parte de la proyección incluye la superficie de una placa de
aberturas de descarga (una zona de proyección de la abertura de
suministro de tinta de la placa de aberturas de descarga) en un lado
de la trayectoria del flujo de tinta justo por encima de la abertura
de suministro de tinta. Debido a que esta parte está establecida
para poseer la propiedad de la tinta liófila, se reduce en gran
medida la adherencia de la burbuja a la placa de aberturas de
descarga y a la punta final de la proyección. Si la burbuja está
adherida, la burbuja es separada de la parte de punta final de la
proyección y permanece en la abertura de suministro de tinta del
cabezal de impresión por chorros de tinta, o se disuelve de nuevo en
la tinta en un proceso intercalado de calentamiento de la burbuja en
el cual ninguna burbuja tiene una influencia sobre la descarga de la
gotita de tinta. Especialmente, en la construcción de esta
realización, ninguna burbuja residual se adhiere fácilmente a la
placa de aberturas de descarga y a la parte de la proyección en
comparación con el caso convencional. Adicionalmente, incluso si la
burbuja residual crece, la burbuja residual es succionada hacia
dentro de una trayectoria del flujo de tinta de manera que dentro de
la trayectoria del flujo de tinta ninguna tinta es dividida en
partes. De acuerdo con lo anterior, esta construcción no produce
fácilmente un fenómeno en el cual el suministro de la tinta hacia la
trayectoria del flujo de tinta se hace insuficiente, y la tinta
dentro del cabezal de impresión por chorros de tinta se vacía
mediante la comunicación con la atmósfera.
En el cabezal de impresión por chorros de tinta
en esta realización, por ejemplo, una superficie interior de la
placa (5) de aberturas de descarga y la parte de la proyección (7)
puede ser formada para el proceso de tinta liófila a través de la
abertura de suministro (3) desde una cara trasera del substrato (4)
en la primera realización. Concretamente, como se muestra en las
figuras 8A y 8B, un recubrimiento (20) de tinta liófila puede
formarse sobre la superficie interior de la placa (5) de aberturas
de descarga que incluye la proyección (7), mediante la utilización
de unos medios adecuados tales como un proceso de oxidación de la
superficie interior de la placa (5) de aberturas de descarga que
incluye la proyección (7) utilizando un gas de ozono, o el bombardeo
iónico de un óxido inorgánico (SiO_{2}, Al_{2}O_{3}, etc.) que
posea la propiedad de la tinta liófila, etc.
Debido a que el recubrimiento (20) de tinta
liófila está formado de esta manera sobre la superficie interior de
la placa (5) de aberturas de descarga que incluye la proyección (7),
es posible obtener efectos adicionales excelentes respecto a evitar
la adherencia de la burbuja, en comparación con la primera
realización. En esta realización, el recubrimiento de tinta liófila
es aplicado a la construcción de la primera realización a modo de
ejemplo. Sin embargo, esta realización no está limitada a este caso.
Esta realización incluye asimismo la aplicación del recubrimiento de
tinta liófila a un cabezal de impresión por chorros de tinta que
dispone de otra forma de la proyección.
Otras
realizaciones
La figura 5 es una vista esquemática en
perspectiva de un dispositivo para la impresión por chorros de tinta
al que se le puede montar el cabezal de impresión por chorros de
tinta de la presente invención.
En la figura 5, un tornillo conductor (52) que
posee un canal helicoidal (53) es pivotado de manera giratoria en un
armazón del cuerpo (51). El tornillo conductor (52) es desplazado de
manera asociada con las rotaciones normal e inversa de un motor de
accionamiento (59), y gira mediante unos engranajes (60), (61) de
transmisión de la fuerza de accionamiento. Adicionalmente, un raíl
de guía (54), para el guiado deslizante de un carro (55) está fijado
al armazón del cuerpo (51). Un pasador no ilustrado que establece
contacto con el canal helicoidal (53) está dispuesto en el carro
(55). El carro (55) puede ser desplazado alternadamente en las
direcciones de las flechas (a) y (b) en la figura 5 mediante la
rotación del tornillo conductor (52) a través de la rotación del
motor de accionamiento (59). Una placa (72) para presionar el papel,
presiona un soporte de impresión (90) contra un rodillo (73) de
soporte del papel en una dirección de desplazamiento del carro
(55).
Un cartucho (80) del cabezal de impresión por
chorros de tinta está montado al carro (55). El cartucho (80) del
cabezal de impresión por chorros de tinta está construido mediante
la integración de uno de los cabezales de impresión por chorros de
tinta descritos en las anteriores realizaciones primera a quinta con
un depósito de tinta. Este cartucho (80) del cabezal de impresión
por chorros de tinta está soportado de manera fija por el carro (55)
a través de unos medios de posicionamiento y unos contactos
eléctricos dispuestos en el carro (55), y está acoplado de manera
desmontable al carro (55).
Los fotoacopladores (57), (58) constituyen unos
medios de detección de la posición de reposo para la confirmación de
la existencia de una palanca (56) del carro (55) en esta zona y para
rotar el motor de accionamiento (59) en sentido inverso, etc. Un
elemento (67) de cierre por caperuza para tapar una cara frontal
(una cara abierta de una abertura de descarga) del cabezal de
impresión por chorros de tinta está soportado por un elemento de
soporte (62). Adicionalmente, unos medios de aspiración (66) están
dispuestos para realizar una operación de recuperación por
aspiración del cabezal de impresión por chorros de tinta a través de
un orificio (68) dentro del cierre por caperuza. Una placa de
soporte (65) está acoplada a una placa (64) de soporte del cuerpo.
Una cuchilla de limpieza (63), soportada de manera deslizante por
esta placa de soporte (65), es desplazada en las direcciones de
avance y retroceso mediante unos medios de accionamiento no
ilustrados. La forma de la cuchilla de limpieza (63) no está
limitada a la ilustrada, pero se puede aplicar una forma de tipo
conocido. Una palanca (70) está dispuesta para iniciar la operación
de recuperación por aspiración del cabezal de impresión por chorros
de tinta. La palanca (70) es desplazada de acuerdo con el movimiento
de una leva (71) que entra en contacto con el carro (55), y la
fuerza de accionamiento desde el motor de accionamiento (59) es
controlada mediante unos medios de transmisión de tipo conocido
tales como un engranaje, un retenedor de acoplamiento, etc.
Estos procesos de recuperación del cierre por
caperuza, limpieza y aspiración son realizados en sus
correspondientes posiciones respectivas mediante la operación del
tornillo conductor (52), cuando el carro (55) es desplazado a una
zona lateral de la posición de reposo. Si se realizan operaciones
deseables en momentos de tipo conocido, cada una de estas
operaciones pueden ser aplicadas a esta realización.
El dispositivo para la impresión por chorros de
tinta explicado anteriormente dispone de unos medios de suministro
de una señal de impresión para hacer funcionar un cuerpo de
conversión electrotérmica del cabezal de impresión por chorros de
tinta montado, hacia el cabezal de impresión por chorros de tinta.
El dispositivo para la impresión por chorros de tinta dispone
asimismo de una sección de control para controlar el funcionamiento
de este dispositivo para la impresión por chorros de tinta.
Debido a que uno de los cabezales de impresión
por chorros de tinta, descritos en las anteriores primera a quinta
realizaciones, está montado en el dispositivo para la impresión por
chorros de tinta en esta realización, se estabiliza la dirección de
descarga de la tinta. Como resultado, se reduce una desviación en la
posición de acoplamiento de una gotita de tinta a un soporte de
impresión, de manera que se puede imprimir una imagen de alta
calidad, etc. En esta realización, el cartucho (80) del cabezal de
impresión por chorros de tinta está montado de manera desmontable al
carro (55) a modo de ejemplo. Sin embargo, esta realización no está
limitada a este caso. Por ejemplo, sólo un depósito de tinta puede
ser montado de manera desmontable mediante la integración del
cabezal de impresión por chorros de tinta con el carro (55).
Tal como se ha explicado anteriormente, de
acuerdo con la presente invención, se reduce la influencia negativa
de una burbuja que se queda dentro del cabezal de impresión por
chorros de tinta en la descarga de una gotita de tinta. De acuerdo
con lo anterior, es posible dar a conocer un cabezal de impresión
por chorros de tinta en el cual la gotita de tinta se descarga de
manera estable con alta fiabilidad. Adicionalmente, debido a que no
es necesario realizar a menudo procesos de recuperación, se mejora
el rendimiento y se reduce la cantidad del consumo de tinta.
Claims (10)
1. Cabezal de impresión por chorros de tinta que
comprende:
varios elementos (1) de conversión electrotérmica
para la generación de energía utilizada para descargar una gotita de
tinta;
varias aberturas (2) de descarga de tinta
dispuestas por encima de los elementos (1) de conversión
electrotérmica y que descargan dicha gotita de tinta;
varias trayectorias del flujo de tinta
comunicadas de manera correspondiente con las varias aberturas (2)
de descarga de tinta y que incluyen internamente a dichos elementos
(1) de conversión electrotérmica;
un substrato (4) para disponer dichos varios
elementos (1) de conversión electrotérmica en forma de columna y que
dispone de una abertura común (8) de suministro de tinta construida
mediante una abertura de paso que está comunicada con dichas
trayectorias del flujo de tinta y que se extiende a lo largo de una
dirección de disposición de dichos elementos (1) de conversión
electrotérmica;
una placa (5) de aberturas de descarga que
dispone de dichas aberturas (2) de descarga de tinta; y
unos medios (7) de resistencia al fluido, para
ejercer resistencia al fluido de tinta en dichas trayectorias del
flujo de tinta;
estando construido el cabezal de impresión por
chorros de tinta de manera que dichas trayectorias del flujo de
tinta están formadas entre dicho substrato (4) y dicha placa (5) de
aberturas de descarga mediante la unión de dicha placa (5) de
aberturas de descarga sobre dicho substrato (4);
caracterizado porque:
dichos medios (7) de resistencia al fluido están
ubicados delante de dichas trayectorias del flujo de tinta dentro de
dicha abertura común (8) de suministro de tinta sobre dicha placa
(5) de aberturas de descarga y dicha abertura de paso (8) dispone de
una sección transversal que se extiende desde una superficie de
formación de un elemento de conversión electrotérmica hacia una
superficie trasera de dicho substrato (4).
2. Cabezal de impresión por chorros de tinta,
según la reivindicación 1, en el que dichos medios (7) de
resistencia al fluido están construidos mediante una o varias
proyecciones con forma de nervio, que dispone de una cara de la
pared enfrentada a dichas trayectorias del flujo de tinta y que se
extienden en la dirección de disposición de dichos elementos (1) de
conversión electrotérmica.
3. Cabezal de impresión por chorros de tinta,
según la reivindicación 2, en el que una longitud de dicha
proyección (7) en la dirección de disposición de dichos elementos
(1) de conversión electrotérmica es aproximadamente igual o mayor
que la anchura de cada una de dichas trayectorias del flujo de
tinta.
4. Cabezal de impresión por chorros de tinta,
según las reivindicaciones 1 ó 2, en el que dicho substrato (4) está
construido de silicio y dicha abertura (8) de suministro de tinta
está formada mediante un ataque químico anisotrópico de silicio.
5. Cabezal de impresión por chorros de tinta,
según cualquiera de las reivindicaciones 2 a 4, en el que la
distancia entre dicha proyección (7) y un borde de dicha abertura
(8) de paso es aproximadamente igual o mayor que la altura de cada
una de dichas trayectorias del flujo de tinta.
6. Cabezal de impresión por chorros de tinta,
según cualquiera de las reivindicaciones 2 a 4, en el que el área de
una cara plana que incluye dicho borde de la abertura de paso y que
es perpendicular a la cara de la pared de dicha abertura (8) de
suministro de tinta y recomendada con la anchura de dicha
trayectoria del flujo de tinta correspondiente, es igual o mayor que
una sección transversal de dicha trayectoria del flujo de tinta.
7. Cabezal de impresión por chorros de tinta,
según la reivindicación 1, en el que la zona de la proyección de la
abertura de suministro de tinta de dicha placa (5) de aberturas de
descarga y dichos medios (7) de resistencia al fluido están
recubiertos con un recubrimiento de tinta liófila.
8. Cabezal de impresión por chorros de tinta,
según la reivindicación 7, en el que una cara de la pared de dicha
abertura (8) de suministro de tinta está asimismo recubierta con un
recubrimiento de tinta liófila.
9. Cabezal de impresión por chorros de tinta,
según la reivindicación 2, en el que dicha cara de la pared es
aproximadamente perpendicular al eje central de dichas trayectorias
del flujo de tinta.
10. Dispositivo para la impresión por chorros de
tinta que comprende un cabezal de impresión por chorros de tinta
según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9 y unos medios de
suministro de una señal de impresión para suministrar una señal de
impresión, para el funcionamiento de unos elementos de conversión
electrotérmica del cabezal de impresión por chorros de tinta, al
cabezal de impresión por chorros de tinta.
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