ES2249337T3 - Chip semiconductor para cabezal de impresion. - Google Patents

Chip semiconductor para cabezal de impresion.

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ES2249337T3 ES01104719T ES01104719T ES2249337T3 ES 2249337 T3 ES2249337 T3 ES 2249337T3 ES 01104719 T ES01104719 T ES 01104719T ES 01104719 T ES01104719 T ES 01104719T ES 2249337 T3 ES2249337 T3 ES 2249337T3
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Masahiko Ogawa
Masami Ikeda
Asao Saito
Hideo Saikawa
Akihiro Yamanaka
Kimiyuki Hayasaki
Teruo Ozaki
Shuichi Murakami
Hiroto Matsuda
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Abstract

Chip semiconductor (1) para un cabezal de impresión, que comprende: una serie de elementos de impresión (2, 2C, 2M, 2Y) dispuestos para diferentes colores con los que se lleva a cabo la impresión; y circuitos de activación integrados para recibir datos de imagen, cuyos elementos de impresión y dichos circuitos de activación están integrados en dicho chip, caracterizado porque: los circuitos de activación integrados (10 a 13; 10 a 13, 48; 11 a 13, 22, 23, 25, 27) reciben datos de imagen serie (17) que tienen dispuestos datos de imagen en serie que corresponden a los diferentes colores mencionados y suministran señales en paralelo (1034C, 1034M, 1034Y) hacia dichos elementos de impresión para diferentes colores.

Description

Chip semiconductor para cabezal de impresión.
Sector técnico de la invención y técnicas relacionadas
La presente invención se refiere a un aparato de impresión, a un cabezal de impresión utilizable con el mismo y a un chip semiconductor para el cabezal de impresión. El aparato de impresión es utilizado como aparato de salida para una máquina copiadora, máquina facsímil, procesador de textos, ordenador principal y similares. Más particularmente, se refiere a aparatos en los que se utiliza una serie de elementos de impresión, que son accionados selectivamente por circuitos integrados para su activación.
Se conocen en la actualidad diferentes tipos de máquinas de impresión. Entre ellas, una máquina de impresión por inyección de líquido, en el que se inyecta tinta a través de unas salidas de inyección dispuestas para los respectivos elementos de impresión, que son deseables por las ventajas de funcionamiento con un nivel de ruido reducido por la impresión sin impacto, capacidad de impresión de elevada densidad y capacidad de impresión de alta velocidad. Las recientes exigencias en cuanto a dichos aparatos incluyen el carácter compacto y su bajo coste.
Entre los aparatos de impresión por chorros de líquido se conoce un tipo que utiliza convertidores electromecánicos (por ejemplo, elementos piezoeléctricos), un tipo que utiliza transductores electrotérmicos y un tipo que utiliza pares de electrodos que reciben un cierto voltaje para inyectar gotitas de líquido. Además, entre ellos, se ha comercializado un aparato de impresión por chorros de tinta del tipo en el que el líquido de impresión es inyectado utilizando energía térmica, a causa de las ventajas que presenta el que las salidas de inyección de líquido (orificios) se puedan disponer con una elevada densidad, con el resultado de conseguir elevadas capacidad de impresión y de resolución y que la disposición de toberas múltiples (orificios) es relativamente fácil, con el resultado de conseguir capacidad de impresión a elevada velocidad.
En un cabezal de impresión de tipo conocido, utilizado con el aparato de impresión de este tipo, se dispone una serie de elementos de impresión en línea, y dichos elementos de impresión se dividen en varios bloques cada uno de los cuales tiene varias decenas de elementos de impresión, y varios circuitos de activación o varias decenas de los mismos para los respectivos bloques, quedan constituidos sobre un substrato en forma de circuitos integrados. Los elementos de impresión son activados selectivamente de acuerdo con datos de imagen por los circuitos de activación, de manera que la impresión es efectuada sobre el material de impresión tal como papel.
Estos cabezales de impresión son particularmente conocidos por su elevada resolución y elevada velocidad de impresión. No obstante, son deseables todavía una reducción adicional de los costes y de las dimensiones y la mejora de rendimiento, función de impresión en color u otras. Haciendo referencia a la figura 29, se ha mostrado un substrato convencional (panel de calentamiento) que tiene elementos de impresión sobre el mismo y una vista en sección esquemática del cabezal de impresión por chorros de tinta que utiliza dicho substrato.
En la figura 29, (d), el numeral de referencia (1) indica un panel de calentamiento que tiene medios generadores de energía térmica en forma de transductores electrotérmicos (2), con una placa superior (17) dotada de ranuras que constituyen una parte de los pasos para tinta (3). La tinta (3) es suministrada a través del paso formado por el panel calentador (1) y la placa superior (17), tal como se ha indicado por la flecha (A). La tinta es calentada a continuación por los transductores electrotérmicos (2) situados sobre el panel de calentamiento (1), de manera que la tinta es expulsada a través de las salidas de inyección (5) en la dirección indicada por la flecha (B). En la figura 29, (a) - (c), muestran disposiciones de varios elementos del panel calentador (1). Comprende conductores eléctricos para conectar eléctricamente varios elementos, conjuntos de diodos (7), y patillas (8) para conexión eléctrica externa. En la disposición de la figura 29, (a), los transductores electrotérmicos (2), los conductores eléctricos (6), los conjuntos de diodos (7) y las patillas (8), están dispuestos en el orden indicado desde el lado que corresponde a la salida de inyección (5).
En la figura 29, (b), la conexión eléctrica entre diferentes elementos son iguales que en la figura 29, (a), pero la parte de los conductores eléctricos (6) y el conjunto de diodos (7) están mezclados. En la figura 29, (c), los transductores electrotérmicos y las patillas (8) están dispuestos en relación uno a uno entre sí.
En la disposición de la figura 30, (a), (b) y (c), se forma una abertura de suministro (9) en el panel calentador (1) que tiene un transductor electrotérmico, en contraste con lo indicado en la figura 29. En este caso, la tinta es suministrada desde el lado posterior del substrato tal como se ha indicado por la flecha A, y la tinta es inyectada en una dirección substancialmente perpendicular a la superficie del substrato (1), tal como se ha indicado por la flecha (B).
En cuanto al cableado del panel calentador mostrado en las figuras 29 ó 30, se conocen dos tipos. En uno de ellos, tal como se ha mostrado en la figura 29, (c), y en las figuras 30, (a) - (c), así como en la figura 31 que designa el circuito equivalente, las señales eléctricas son suministradas desde las patillas (8) a los transductores electrotérmicos en relación uno a uno (tipo de accionamiento directo). En el otro tipo, que se ha mostrado en la figura 29, (a) y (b) y en la figura 32 que muestra el circuito equivalente, se utiliza una disposición de matriz con diodos en la que los transductores electrotérmicos son activados selectivamente por aplicación de voltaje de activación selectivo entre las patillas SEG y las patillas comunes (tipo de activación por matriz).
En el tipo directo mostrado en la figura 31, se requieren n patillas (8) para n calentadores de inyección (transductores electrotérmicos) (2). Además, se requiere una patilla VH y, por lo tanto, se requiere un total de (n+1) patillas. Dado que las patillas (8) están conectadas directamente a los calentadores de inyección (2), pasa por ellos una corriente importante, tal como aproximadamente 150 mA. Con una amplitud de impulsos de 7 \mus en un cabezal de impresión de 360 dpi para papel normal de acuerdo con un ejemplo de experimentación de los inventores. Además, la misma corriente multiplicada por n, pasa a través de las patillas VH. De este modo, todos los conductores eléctricos tienen que ser diseñados para corrientes grandes. Dado el número y dimensiones sensibles de las patillas, se requiere un área grande para el cableado, con el resultado de que el substrato y el cabezal de impresión son voluminosos y los costes de fabricación son elevados. Desde el punto de vista del conjunto principal del aparato de impresión, la parte de conexión y el cableado del mismo son complicados debido al gran número de patillas.
La figura 32 muestra otro tipo de sistema de matriz de activación. El número de conductores eléctricos y de patillas disminuye en comparación con el tipo directo antes descrito. No obstante, cuando se utilizan n calentadores de inyección (2), el número mínimo necesario de patillas es de 2\sqrt{n} (cuando 2\sqrt{n} no es un entero, se redondea, y se añade 1). La corriente eléctrica que pasa por la patilla de electrodo común (COM) es la corriente eléctrica por cada calentador de inyección multiplicada por el número de calentadores de inyección conectados a la matriz, según sea el caso, y, por lo tanto, los conductores eléctricos (12) tienen que ser diseñados para una corriente grande.
De modo general, en un cabezal de impresión por chorros de tinta, existe la posibilidad de que la onda de presión en el momento de formación de la burbuja se transmita hacia arriba en el sentido de la corriente (hacia una cámara común de líquido) en forma de una onda de retroceso, con el resultado del accionamiento extemporáneo (cross-talk) en las toberas. Por lo tanto, las activaciones simultáneas de toberas adyacentes puede tener como resultado una inyección inestable debido a la onda de retroceso. Teniendo en cuenta este efecto, es deseable que las activaciones simultáneas se lleven a cabo para toberas notablemente separadas, desde el punto de vista de conseguir una inyección estabilizada y elevada calidad de la imagen. No obstante, en el caso del circuito de activación de matriz anteriormente descrito, si el electrodo común activa simultáneamente un gran número de diferentes elementos de accionamiento (COM), una corriente importante pasa por los conductores de segmento delgado (SEG) con el resultado de diferencias potenciales dentro de los conductores. Si ocurre este efecto, los transductores electrotérmicos no reciben la energía eléctrica apropiada. Por esta razón, se presentan problemas de que un número considerable de elementos no son activados.
El problema del gran número de patillas y el cableado complicado del panel calentador es más significativo en el caso de impresión en color.
A efectos de conseguir la impresión en color, el aparato de impresión está dotado de una serie de cabezales de impresión para los respectivos colores.
La figura 33 es un diagrama de bloques de un circuito para un aparato convencional de impresión por chorros de líquido para impresión en color. Los elementos de impresión se han indicado con las referencias (2C), (2Y) y (2M) (transductores electrotérmicos) para los colores ciánico, amarillo y magenta. Se utilizan varias decenas de dichos elementos. Los elementos funcionales (10) están destinados al control de potencia a los elementos de impresión. Un circuito (11) de registro de desplazamiento alinea los datos de imagen, correspondientes a los elementos de impresión. Está directamente conectado a un circuito de retención (12) que almacena datos para los elementos de impresión. Utilizando la salida de una puerta AND recibiendo como entradas la salida del circuito de retención y una salida de otra puerta AND conectada en la entrada de las líneas de señal (14) y (15) para el control del período de suministro de potencia a los elementos de impresión, se pueden alimentar los elementos de impresión con la necesaria potencia durante el período de salida de la primera puerta mencionada AND. En la figura, la zona indicada por la línea de trazos está formada sobre el substrato, y por lo tanto, los transductores electrotérmicos (2), conjunto de elementos funcionales (conjunto de transistores (10) en esta realización) para activar selectivamente los transductores electrotérmicos (2), están formados sobre el substrato.
No obstante, con esta estructura, el número de contactos entre el carro del cabezal de impresión (conjunto principal) y los conductores eléctricos es grande, con el resultado de que el circuito de activación es complicado. Por lo tanto, el diseño y la fabricación siguen siendo difíciles.
La Patente U.S.A. Nº 5.030.971 da a conocer un chip semiconductor según el preámbulo de la reivindicación 1, en el que a efectos de reducir las dimensiones del aparato de impresión en color, se hacen integrales los substratos para los diferentes colores. En dicha Patente U.S.A., los elementos para los cuatro colores se han formado sobre el mismo substrato. El circuito de activación de esta Patente es del tipo de matriz de diodos y, por lo tanto, el número de conductores eléctricos es reducido en comparación con el caso de sistema de activación directa y, por lo tanto, se puede reducir las dimensiones del propio cabezal de impresión. Esto será satisfactorio si el número de transductores electrotérmicos es reducido. No obstante, si el número aumenta de acuerdo con la demanda de alta velocidad de impresión, por ejemplo, el número de conductores eléctricos y de patillas aumenta de modo correspondiente, con el resultado de que se presentan los problemas anteriormente descritos.
En lo que respecta a la fabricación del substrato, el rendimiento disminuye con el incremento del número de elementos de impresión (transductores electrotérmicos), puesto que el número de diodos y transistores aumenta también. Asimismo, el rendimiento en la formación de las salidas de inyección de tinta o similares por conexión con el substrato y, por lo tanto, ha sido difícil fabricar el substrato con un número grande de elementos de impresión.
En el caso del substrato con una abertura de suministro, tal como se ha mostrado en la figura 30, el factor de utilización de la oblea de silicio que constituye el substrato no se puede incrementar con el resultado de un aumento de costes.
El documento GB-A-2 059 655 da a conocer un circuito de activación de corriente para dispositivos de formación de imágenes de tipo térmico. En este caso, se describe que un dispositivo de impresión térmica separado quede dispuesto comprendiendo los elementos de impresión. No obstante, nada se dice sobre la integración del circuito de activación y, en particular, del registro de desplazamiento sobre un sustrato junto con elementos de impresión.
El documento EP-A1-0 444 763, que corresponde al artículo 54(3) EPC, da a conocer un dispositivo de control ST de medios de impresión de tipo térmico (en particular, medios de impresión de termotransferencia). Este medio de control ST introduce datos de impresión serie DATA 1 y DATA 2 a dos convertidores serie/paralelo SP1 y SP2, de manera que los dos convertidores serie/paralelo SP1 y SP2 están dispuestos sobre el cabezal de termoimpresión. De este modo, similar a los documentos GB-A-2 059 655, EP-A1-0 444 763 no muestra la integración del circuito de activación y, en particular, el registro de desplazamiento sobre un sustrato junto con los elementos de impresión.
De acuerdo con lo anterior, es un objetivo principal de la presente invención dar a conocer un chip semiconductor, un cabezal de impresión que utiliza el mismo, y un aparato de impresión que asimismo lo utiliza, en el que el número de contactos eléctricos externos se reduce a efectos de que el chip semiconductor pueda ser miniaturizado.
Otro objetivo de la presente invención consiste en dar a conocer un chip semiconductor, un cabezal de impresión que lo utiliza y un aparato de impresión que asimismo lo utiliza, en el que el cableado sobre el chip semiconductor está simplificado.
Otro objetivo de la presente invención consiste en dar a conocer un chip semiconductor, un cabezal de impresión que lo utiliza y un aparato de impresión que asimismo lo utiliza, en el que el número de patillas del chip semiconductor se reduce, de forma que se puede formar un gran número de elementos de impresión sobre el chip semiconductor.
Otro objetivo de la presente invención consiste en dar a conocer un chip semiconductor, un cabezal de impresión que lo utiliza, y un aparato de impresión que asimismo lo utiliza, en el que se utiliza una corriente incluso más grande, no estando concentrada la corriente localmente sobre conductores eléctricos delgados.
Otro objetivo de la presente invención consiste en dar a conocer un chip semiconductor, un cabezal de impresión que lo utiliza y un aparato de impresión que asimismo lo utiliza, en el que se incrementa el número de patillas de conexión eléctrica, de manera que el cableado puede ser simplificado y la fabricación es fácil, las dimensiones se reducen, así como los costes.
Para conseguir estos objetivos, se prevé un chip semiconductor, según la reivindicación 1. En una realización de la presente invención, se da a conocer un cabezal de impresión, según la reivindicación 3. En otra realización adicional de la presente invención, se da a conocer un aparato de impresión, según la reivindicación 7.
Otras realizaciones ventajosas son las que se indican en las reivindicaciones dependientes 2,4-6,8,9.
Estos y otros objetivos, características y ventajas de la presente invención quedarán más evidentes después de la consideración de la descripción siguiente de las realizaciones preferentes de la presente invención, en relación con los dibujos adjuntos.
Breve descripción de los dibujos
La figura 1 es una vista en planta ilustrativa de un ejemplo de disposición sobre un substrato, de acuerdo con una realización de la presente invención.
La figura 2 es un diagrama de circuito correspondiente a un circuito equivalente, de acuerdo con una realización de la presente invención.
La figura 3 es un diagrama de circuito de un circuito equivalente sobre el substrato, de acuerdo con una realización de la presente invención.
La figura 4 es un diagrama de sincronización de acuerdo con una realización de la presente invención.
La figura 5 es una vista en perspectiva de un substrato de acuerdo con una realización de la presente invención.
La figura 6 muestra el proceso de fabricación del substrato, según una realización de la presente invención.
La figura 7 muestra el proceso de fabricación del substrato de acuerdo con una realización de la presente invención.
La figura 8 muestra el proceso de fabricación del substrato de acuerdo con una realización de la presente invención.
La figura 9 muestra el proceso de fabricación del substrato de acuerdo con una realización de la presente invención.
La figura 10 es una vista en perspectiva con las piezas desmontadas de un cartucho de cabezal de impresión que utiliza el substrato de la figura 1.
La figura 11 es una vista en sección del substrato de la figura 10 alrededor de una tobera.
La figura 12 es una vista en sección del substrato de la figura 10 alrededor de una tobera.
La figura 13 es una vista en sección de un cabezal de impresión que utiliza el substrato de la figura 1.
La figura 14 es una vista en sección de un cabezal de impresión que utiliza el substrato de la figura 1.
La figura 15 es un diagrama de circuito de un aparato de impresión en color de tipo convencional.
La figura 16 es un diagrama de sincronización de la activación para el aparato de impresión en color al cual es aplicable la presente invención.
La figura 17 es una vista en perspectiva con las piezas desmontadas de un aparato de impresión por chorros de líquido de color al que es aplicable la presente invención.
La figura 18 es un diagrama de circuito de un circuito equivalente capaz de conexión en cascada, de acuerdo con una realización de la presente invención.
La figura 19 es una vista en planta de un substrato capaz de conexión en cascada de acuerdo con una realización de la presente invención.
La figura 20 es una vista en perspectiva de chips semiconductores para un aparato de impresión que ha sido conectado en cascada, de acuerdo con una realización de la presente invención.
La figura 21 es un diagrama de circuito ilustrativo de la conexión en cascada en un aparato de impresión en color al cual es aplicable la presente invención.
La figura 22 es un diagrama de temporización para el circuito de la figura 21.
La figura 23 es una vista en perspectiva de un chip semiconductor alargado de un aparato de impresión según una realización de la presente invención.
La figura 24 es una vista en perspectiva de un aparato de impresión de acuerdo con una realización de la presente invención, en el que los chips semiconductores están conectados en cascada con desplazamiento entre sí.
La figura 25 es una vista en perspectiva de un cabezal de impresión que utiliza el substrato de la figura 24.
La figura 26 es una vista en planta de substratos de acuerdo con otras realizaciones de la presente invención.
La figura 27 es una vista en perspectiva de un aparato de impresión al cual es aplicable la presente invención.
La figura 28 es una vista en perspectiva de un aparato de impresión al cual es aplicable la presente invención.
Las figuras 29 y 30 son vistas en planta de substratos convencionales.
Las figuras 31 y 32 son diagramas de circuito de circuitos equivalentes.
La figura 33 es un diagrama de circuito de un circuito equivalente en un aparato de impresión en color de tipo convencional.
Descripción de las realizaciones preferentes
Haciendo referencia a la figura 1, se ha mostrado un chip semiconductor (1), de acuerdo con una realización de la presente invención. Los elementos de impresión han sido dispuestos en dirección longitudinal del substrato (1) en una zona de los elementos de impresión (200). Cada uno de los elementos de impresión (2) están conectados a un electrodo común (21) en el lado de suministro de potencia, mediante un orificio pasante. Se ha designado con el numeral (821) una patilla de suministro de potencia (VH) para los elementos de impresión. Los conjuntos de elementos funcionales (22) y (23) controlan el suministro de potencia a los elementos de impresión y están dispuestos a efectos de permitir una elevada densidad de impresión. Se ha indicado con el numeral de referencia (24) un electrodo común conectado a tierra (GND) para la corriente de impresión para los elementos de impresión. Su área queda determinada dependiendo del nivel de corriente suministrado a los elementos de impresión. Se ha indicado con el numeral de referencia (824) una patilla de contacto a masa. Una de las características de la presente invención es en una zona (25) del circuito lógico en la que se dispone una zona de puerta lógica (26), un circuito de retención (12), registro de desplazamiento (11) y (27) en la superficie del chip semiconductor en forma de circuito integrado de activación. El circuito lógico (25) funciona efectuando el control de los conjuntos de elementos funcionales conectados a los elementos de impresión (elementos transductores térmicos).
La figura 2 muestra un ejemplo del circuito equivalente del substrato que tiene la estructura mostrada en la figura 1. El elemento de impresión (2) está conectado a un transistor (23) para seleccionar el elemento de impresión (2). Se han mostrado conductores (EI) para accionar el elemento de impresión en el momento deseado, un elemento de retención (12) para retener los datos de impresión correspondientes a los elementos de impresión, conductores de entrada (SI) para recibir datos en serie y un registro de desplazamiento (11) para desplazar los datos en serie con una temporización predeterminada.
La figura 3 es un circuito equivalente adicional del circuito equivalente de la figura 2. La estructura fundamental del circuito es igual que la mostrada en la figura 2, pero en este circuito, los dos conductores de señal están sustituidos por un solo conducto.
La figura 4 es un diagrama operativo de temporización del circuito de la figura 3. En las figuras 3 y 4, los elementos de impresión están indicados como n calentadores R1 - Rn, a título de ejemplo. El circuito comprende un transistor (22), puertas lógicas (13), un circuito de retención (12) y un registro de desplazamiento (11). Comprende además las patillas (821 - 829) incluyendo la patilla VH (821), patilla GND (824), patilla de selección (825), patilla (826) para circuito de retención, patilla de datos (827), patilla de reloj (828) y patilla (829) para la fuente de potencia VDD del circuito lógico.
Haciendo referencia a la figura 4, se describirá el funcionamiento de circuito de la figura 3.
Las señales de reloj (18) y las señales de datos serie (18) sincronizadas con las mismas son facilitadas al circuito (11) del registro de desplazamiento en la temporización mostrada en la figura 4. Cuando se ha determinado la totalidad de los n datos, se suministra una señal de retención (16) (lógica negativa) mostrada en la figura 4, es suministrada al circuito de retención (12) mediante el cual se almacenan los datos facilitados. Los datos se mantienen almacenados hasta que se facilita la siguiente señal de retención. Entonces, se suministran nuevos transistores (22) y (23), una salida AND de la señal de selección (14) y la salida de retención proporcionada por la puerta lógica (13), de manera que se producen las señales de activación para los calentadores R1 - Rn (señales de salida de los transistores). En esta realización, la forma de onda de la señal de activación es determinada por la onda de entrada de la señal de selección (13) (señal de habilitación (EI), en el caso del ejemplo de la figura 2).
En el circuito de la figura 3, la temporización de salida de las señales de activación para los calentadores R1 - Rn, son simultáneas en sincronismo con las señales de selección (14). En el caso del diagrama de termporización de la figura 4, es utilizable una temporización distinta, cuando se utiliza un circuito de retardo, tal como se ha mostrado en la figura 18, que se describirá a continuación.
Tal como se comprenderá de las figuras 1 - 4, el número mínimo requerido de patillas para el panel calentador es de siete, con independencia del número de elementos de impresión (2), en esta realización. Por lo tanto, la complicación del cableado eléctrico atribuible a la disposición de toberas con elevada densidad, se puede evitar.
La siguiente tabla 1 facilita los números de patillas mínimos requeridos en el panel calentador con respecto al número de calentadores de inyección, en diferentes sistemas de activación.
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TABLA 1
Nº de calentadores (m) Número mínimo requerido
Activación Directa Activación en matriz Presente Realización 1
8 9 6 7
16 17 8 7
64 65 16 7
4736 4737 138 7
Tal como se comprenderá de la Tabla 1, cuando el número de calentadores de inyección (2) es mayor de (16), el número de patillas es menor en esta realización que en el sistema de activación directa o en el sistema de activación por matriz. El efecto ventajoso es todavía más notable cuando aumenta el número de calentadores. Cuando se toma en consideración un cabezal de línea (que cubre el tamaño A4 con 400 dpi), el número de toberas llega a un valor elevado, tal como (4736), y por lo tanto, la diferencia en número entre el sistema anteriormente conocido y la realización actual es muy significativa.
Además, en la presente realización, cuatro patillas, es decir, la patilla de selección (825), la patilla (826) de circuito de retención, la patilla de datos (827) y la patilla (828) de señal de reloj entre las siete patillas, tratan con señales lógicas y no se encuentran en la línea de suministro de potencia, y por lo tanto, la corriente grande no pasa por las mismas. Por esta razón, las dimensiones de los conductores eléctricos pueden ser pequeñas. Los conductores eléctricos para ello pueden ser dispuestos en un espacio reducido. Esto permite la utilización de conductores eléctricos de mayor tamaño para un suministro de potencia para el calentador. De acuerdo con ello, incluso en el caso en que tenga lugar una concentración de corriente eléctrica, difícilmente ocurre una pérdida de potencia eléctrica.
Haciendo referencia a la figura 5, se ha mostrado una estructura del sustrato de la figura 1, de acuerdo con una realización de la presente invención. El material básico del sustrato es habitualmente silicio, pero puede ser otro material si se puede formar sobre aquél un semiconductor. El substrato (1) comprende una capa semiconductora básica (1029), y el elemento semiconductor ha sido formado mediante implantación de iones de tipo conocido o similar. Los elementos semiconductores se han designado por los numerales de referencia (1015), (1016), (1023), (1024), (1025) y (1026). En la capa semiconductora (1029), se ha formado la primera capa de aislamiento eléctrico (1028), y la capa conductora eléctrica está conformada sobre la capa aislante. La capa conductora establece un contacto apropiado con la capa semiconductora (102) para establecer la estructura de circuito de las figuras 2 y 3 con intermedio de orificios (no mostrados).
El primer conductor de la capa aislante (1028) comprende conductores VH (21) para suministrar la energía eléctrica requerida para la creación de burbujas del líquido, conductores GND (24) para la puesta a masa de los conductores (21), conductores de habilitación (1019) para el accionamiento de los transductores electrotérmicos (2) en un momento determinado, conductores de retención (1020) para la retención de los datos de impresión, conductores (1021) de datos serie para suministrar los datos serie y los conductores de señales de reloj (1022) para desplazar los datos serie con una temporización predeterminada. En el primer conductor, se ha dispuesto una segunda capa aislante (1027), y una segunda capa conductora queda dispuesta sobre aquélla, con un contacto apropiado con intermedio de orificios pasantes. Se suministra energía eléctrica al calentador de inyección (2) a través de un conductor - calentador VH (32) con intermedio de un contacto de orificio pasante. El otro extremo del calentador está conectado a un colector de un transistor (10) a través de un orificio pasante de la primera capa aislante y a través de un conductor (33) de calentador -
transistor. Los primeros transistores (10) y los segundos transistores (10) están dispuestos en dos líneas, pero están desplazados para mejorar el factor de área.
Cuando, por ejemplo, el paso de disposición del calentador es reducido, los transistores están dispuestos en varias líneas dado que el factor de área es mejor si la configuración del transistor se aproxima a un cuadrado. El otro extremo del transistor (10) (base) está conectado a la puerta lógica (1023) con intermedio de la línea (28) de la base del transistor. El conductor de base (28) del transistor está realizado a base de polisilicio o similar. En cuanto al material de la primera y segunda capas conductoras, se utiliza aluminio u otro material de baja resistencia. El otro extremo (emisor) del transistor (10) está conectado al conductor GND (48) a través de un orificio y a través de la línea transistor-GND.
La puerta lógica (1023) transmite selectivamente la señal ON al transistor a través de la línea de habilitación (1019).
Dada la naturaleza de activación de la línea de habilitación (1019), los elementos transductores electrotérmicos (2) pueden ser accionados independientemente. La corriente que pasa por la línea de habilitación (1019) es muy reducida y, por lo tanto, las pérdidas de potencia son muy pequeñas si el cableado es complicado y, por lo tanto, los calentadores de inyección (2) pueden ser accionados selectivamente.
Haciendo referencia a la figura 6, se describirá un ejemplo de proceso de fabricación del substrato (1) mostrado en la figura 5. Esta figura muestra las etapas de proceso después del circuito de retención (12), el circuito de registro de desplazamiento (11) y los transistores (10) y similares han sido fabricados por implantación de iones o por difusión. En la figura 6, se ha indicado en (a) una vista en planta, y (b) una vista parcial en sección.
En esta realización, la línea de señal para la activación o desactivación del transistor por aplicación de señales lógicas, desde el registro de desplazamiento (11) al transistor (10), son proporcionadas por la capa semiconductora. Esto es posible porque la corriente eléctrica entre el registro de desplazamiento (11) y el transistor (10) es muy reducida y, por lo tanto, no hay necesidad de prever líneas eléctricas para este objetivo.
Además, en la estructura del sustrato de esta realización, los transistores (10) están dispuestos de forma desplazada, tal como se ha mostrado en la figura 6(a) con distancias alternativamente distintas desde el registro de desplazamiento, incrementando por lo tanto, la integración del dibujo o disposición. En el caso del sustrato para el cabezal o aparato para la impresión por chorros de tinta, la corriente eléctrica que pasa por el elemento de impresión a través del transistor es grande, lo cual requiere transistores de área grande. No obstante, desde el punto de vista de impresión de elevada resolución, la distancia entre elementos de impresión adyacentes es deseable que sea reducida. La disposición con desplazamiento permite conseguir ambas exigencias. En esta realización, las distancias de un registro de desplazamiento o transistor se cambian en dos etapas, pero se puede utilizar un número mayor de etapas.
Las figuras 7, 8 y 9, muestran las etapas de fabricación que se producen en el orden de (a), (b) de la figura 7, figura 8, figura 9, (c) y (d) de la figura 7.
En la figura 7 (a), SiO_{2}, SiN o similares se forman entre las capas de la película aislante (29) sobre el sustrato mostrado en la figura 6, y se han formado orificios pasantes para la conexión eléctrica con la capa superior.
En la figura 7 (b), se han formado las primeras líneas con aluminio o similar para el electrodo común VH (21), la línea de masa (24), la línea lógica (31), para el contacto (30) o similar.
Tal como se ha mostrado en la figura 8 por (a), (b), se ha formado en la primera capa de cableado una segunda u otras capas de SiO_{2}, SiN (Si_{3}N_{4}) o similar entre capas de película aislante y se han formado orificios pasantes en ellas. En la segunda película aislante, se ha formado una segunda capa de aluminio, y se ha modelado, de manera que se han formado las conexiones eléctricas entre los transductores electrotérmicos (2) y el electrodo VH y los transistores y patillas (figura 9).
A continuación, a efectos de evitar cortocircuitos entre electrodos a través de la tinta, se forma una capa de protección (36), tal como se ha mostrado en la figura 7 (c). Sobre la capa de protección, se puede formar una capa anti-cavitación (37) realizada a base de Ta o similar, tal como se ha mostrado en la figura 7 (d). La capa anti-cavitación (37) funciona para proteger los electrodos y otras capas contra la cavitación que puede provocar creación de burbujas y su colapso en la tinta.
Haciendo referencia a la figura 10, se realizará la descripción de la estructura del cabezal de chorros de tinta utilizando el panel calentador (1) que se ha descrito anteriormente. Una placa superior (4) comprende n orificios (5) y ranuras en comunicación con aquélla, respectivamente, si bien no se han mostrado en la figura. Cuando la placa superior (4) está combinada con el panel calentador (1) n elementos de impresión (2) corresponden a las respectivas ranuras y, por lo tanto, los respectivos orificios y, además, se forma la cámara para la tinta. Las patillas eléctricas (8) quedan dispuestas en partes marginales de dos laterales del panel calentador (1). Están conectadas a las líneas externas para retención de energía eléctrica, y están conectadas con la misma a través de uniones de cableado, uniones múltiples o tándem ("gang bonding"), a tope ("bumping"), pinzado o similar.
El elemento constituido por la placa superior (4) y el panel calentador (1) está montado en la tapa (38) de un contenedor de tinta. La tapa del contenedor de tinta está combinada con una envolvente del contenedor de tinta para constituir un contenedor de tinta para recibir la tinta en su interior. En el contenedor de tinta, puede quedar dispuesto un material de absorción de tinta para retener la tinta en su interior, si bien no se ha mostrado. La tinta es suministrada en la tobera a través de un paso de suministro de tinta de la tapa (39) del contenedor de tinta a través de una parte inferior o del fondo del conjunto (2) de elementos de impresión del panel de calentamiento (1). Esto se aprecia mejor en la figura (11) que muestra una vista en sección. La tinta es suministrada a la cara posterior del panel calentador (1) adyacente a la posición en la que se han dispuesto los elementos de impresión (2), a través del paso de suministro formado en la tapa (39) del contenedor de tinta. A continuación, la tinta llega a la superficie de los elementos de impresión individuales a través de las toberas de la placa superior (4). En este caso, la tinta es calentada por el calentador de inyección (2) de manera que se crea una burbuja. Por la presión de la creación de la burbuja, la tinta es inyectada a través de los orificios (5) sobre el material de impresión formando puntos. Tal como se ha mostrado en la figura 12, la tinta es suministrada en la superficie del calentador de inyección (2), la gotita de tinta (42) es inyectada por la presión resultante de la creación de la burbuja (41).
El suministro de tinta alrededor de la parte posterior del sustrato en la posición que tienen los elementos de impresión, la distribución de temperatura no uniforme del sustrato disminuye, estabilizando la acción de impresión. Además, la distancia entre la posición del elemento de impresión, la cámara (43) de suministro de tinta se puede disminuir al mínimo y, por lo tanto, se puede incrementar la velocidad de relleno de tinta, consiguiendo de esta manera una respuesta de alta velocidad de la inyección de tinta.
A la onda de retorno descrita anteriormente, se puede difundir en primer lugar, dado que la distancia es reducida entre la posición de creación de la burbuja (posición del elemento de impresión) y la cámara común (43) y en segundo lugar porque se puede incrementar la tasa de difusión de la configuración del paso a la cámara de líquido (43). De este modo, se puede minimizar la inyección extemporánea ("cross-talk") atribuible a la producción de la onda de retorno. Para asegurar estos efectos ventajosos, los elementos de impresión están dispuestos preferentemente dentro de una distancia de 1000 micras desde un borde del sustrato, y de modo más preferente, se encuentran dentro de 300 micras. En este caso, la posición del elemento de impresión está determinada en base a la distancia desde un extremo de la cámara de líquido común al centro del elemento de impresión en la dirección según el paso del
líquido.
En la realizaciones anteriores que se han mostrado en las figuras 10 - 12, el cabezal de impresión por chorros de tinta que utiliza el sustrato es del tipo en el que la tinta es inyectada en una dirección sustancialmente perpendicular a la superficie del elemento de impresión.
Haciendo referencia a las figura 13 y 14, se ha mostrado un ejemplo del cabezal de impresión en el que la tinta es inyectada en una dirección paralela a la superficie del elemento de impresión. La figura 13 es una vista parcial en sección y la figura 14 es una vista en sección.
En la figura una placa superior (4) que tiene ranuras para constituir pasos de líquido (47), está unida al sustrato (1). La tinta es suministrada a los pasos de líquido (47) desde la cámara de líquido común (43), y la tinta es suministrada al orificio por fuerza capilar. Las señales eléctricas son aplicadas a los elementos de impresión de forma correspondiente a los pasos de líquido (47), y se genera calor por los elementos de impresión correspondientes. A continuación, la tinta es calentada y se forma una burbuja (41). Por la acción de la presión provocada por la creación de la burbuja, la tinta es inyectada a través de la salida de inyección (5). Al sustrato, de acuerdo con esta realización, que tiene el registro de desplazamiento, se suministran señales eléctricas de impresión a través de las patillas de unión de cableado (45) desde un panel de impresión (46).
La figura 15 es un diagrama de circuito del sustrato del elemento de cabezal de impresión capaz de impresión en color, según una realización de la presente invención. Los elementos de impresión (2C), (2Y) y (2M) están destinados a acciones de impresión de color ciánico, amarillo y magenta. Se utilizan varias decenas de elementos de impresión. Los elementos funcionales (10) son iguales a los descritos en lo anterior. Un circuito de registro de desplazamiento (11) funciona alineando los datos de imagen en relación con los elementos de impresión. Está directamente conectado a un circuito de retención (12) para retener los datos para los elementos de impresión para la señal de selección (14) siendo capaz de controlar el periodo activo para el elemento de impresión. Las señales (1034C), (1034Y) y (1034M) son capaces de activar independientemente los bloques de los elementos de funcionamiento de color respectivos. Se dispone una salida desde una puerta AND receptora de la señal de selección (14) y de las señales (1034C), (1034Y), (1034M). La salida de la puerta AND es suministrada a una puerta adicional AND, que recibe también una salida del circuito de retención. La salida de la puerta adicional AND permite el suministro eléctrico al elemento de impresión durante el periodo correspondiente al tiempo de salida. De acuerdo con esta realización, se puede conseguir un aparato de impresión de pequeñas dimensiones y coste reducido, formando varios elementos de impresión en color sobre el chip semiconductor (sustrato).
La figura 16 es un diagrama de temporización de activación de un aparato de impresión de acuerdo con la realización de la presente invención. Una de las características de esta realización es que los datos de imagen para varios colores se suministran en serie en el momento en que se suministra la señal de datos de imagen (SI). En otras palabras, los datos de imagen para varios colores no son suministrados separadamente, sino de forma secuencial y seriada a un único terminal (17) de entrada de señal de datos de imagen para los colores ciánico, amarillo, magenta ( se puede añadir negro). Los datos de imagen en serie para varios colores, son transferidos secuencialmente en el registro de desplazamiento (11) con ayuda del reloj de transferencia (SCK), de manera que los datos de imagen para los diferentes colores quedan alineados para una línea de los elementos de impresión para los respectivos cabezales de impresión. El registro de desplazamiento (11) mostrado en la figura 15 está conectado eléctricamente con el circuito de retención (12) para permitir el suministro de potencia eléctrica a los elementos de impresión en relación con los datos de imagen para un periodo de la señal de impulsos de retención (LAT) 16.
En realidad, los elementos de impresión son activados de manera dividida para los respectivos colores en la duración de tiempo periódica, capaz de activar los elementos de impresión. La operación de división es llevada a cabo como respuesta a las señales de habilitación (1034C), (1034Y) y (1034M). Mediante la utilización de esta señal y la señal de selección (14) para determinar el período de activación apropiado para los colores respectivos (adecuándose las amplitudes de impulso de accionamiento a los respectivos elementos de impresión), los bloques de elementos de impresión divididos por los colores múltiples, se pueden activar selectivamente con amplitudes de impulsos constantes durante el tiempo de duración periódica determinado por los impulsos de retención.
Dada la utilización de la temporización de activación que se ha descrito, aunque la operación de impresión se lleve a cabo en colores múltiples, no hay necesidad de proporcionar líneas de señal correspondientes para los colores, de manera que el número de conductores eléctricos y el número de patillas se pueden reducir. Por lo tanto, las dimensiones y costes del substrato del cabezal de impresión y el cabezal de impresión, se pueden reducir. En la anterior descripción, se ha considerado el caso de impresión en tres colores. No obstante, se puede utilizar un método de activación similar para un número mayor de colores, o para impresión en un solo color.
En el caso de impresión monocromática, se puede utilizar la misma estructura que en la impresión en color. Al proceder de este modo, tanto la operación de impresión en color como la operación de impresión monocromática se posibilitan solamente si se cambia el cabezal de impresión. En lo que respecta a la discriminación entre la impresión en color y la impresión monocromática, se puede disponer un código de discriminación en los datos serie, y los datos son realimentados desde el aparato de impresión a la impresora. Una alternativa posible consiste en que el cabezal de impresión puede ser dotado de una zona recortada que es detectada por la impresora.
La figura 17 muestra una realización en forma de un cartucho de cabezal de impresión en color, en el que se utilizan de forma óptima los efectos ventajosos de la presente invención. Se dispone una placa superior (4) con salidas de inyección (5M), (5Y) y (5C) para los colores magenta, amarillo y ciánico, respectivamente y con ranuras para constituir pasos que los conectan. Un chip semiconductor (substrato) (1) tiene una serie de elementos de impresión, elementos de función y circuitos integrados de activación de forma integral en su superficie. Su superficie está dotada de patillas eléctricas (8) para su conexión con respectivos elementos de impresión en color (2M), (2Y) y (2C) y para conexión con la fuente de potencia. La cámara común (39) para suministrar los materiales de tinta a las respectivas salidas de inyección, está dividida en este ejemplo en las cámaras comunes (39M), (39Y) y (39C), para los respectivos colores. Las cámaras comunes de suministro (39M), (39Y) y (39C) son contenedores de tinta (40M), (40Y) y (40C), respectivamente. En esta realización, las dimensiones y costes quedan reducidos. El mecanismo fundamental y el funcionamiento del cabezal de impresión de esta realización es igual que en la realización de la figura 10, y por lo tanto, se omite su descripción detallada a efectos de simplicidad.
En este caso, se considera un ejemplo de cabezal de impresión en el que la tinta es inyectada en una dirección substancialmente perpendicular a la superficie del elemento de impresión. No obstante, esta realización es aplicable a un cabezal de impresión del tipo mostrado en las figuras 13 y 14, en el que el sistema de suministro de tinta está dividido para los respectivos colores de tinta.
En la realización, los elementos para los respectivos colores quedan constituidos sobre un substrato único para el cabezal de impresión en color. No obstante, se pueden conectar en cascada varios substratos para adaptarse a la demanda de color de un largo cabezal de impresión.
La figura 18 muestra un circuito equivalente en el cableado del substrato que está conectado en cascada con otro substrato. La figura 19 muestra un substrato que tiene este tipo de circuito.
En contraste con el caso de la figura 3, se disponen los contactos de salida (831-833) para la conexión en cascada del circuito de retención (12) y del registro de desplazamiento (11), en contraste con la realización de la figura 3. El substrato está conectado con otro substrato con intermedio de los contactos de salida. Al proceder de este modo, los múltiples substratos pueden ser activados por una señal de entrada de datos requeridos para la activación del substrato de un elemento. En este caso, la operación de activación es substancialmente la misma que en la realización
anterior.
De modo convencional, en el caso del substrato o cabezal de impresión que tiene un gran número de elementos de impresión, los costes de fabricación aumentan notablemente con el objetivo de incrementar el rendimiento. No obstante, de acuerdo con la presente realización, el número de líneas de conexión se puede reducir incluso en el caso de que varios substratos estén conectados para incrementar el número de elementos de impresión en un cabezal de impresión alargado tal como en un cabezal de impresión de líneas completas, y los costes de fabricación y diseño así como la facilidad de fabricación, se pueden conservar.
La figura 19 muestra una realización, en la que el número de contactos de salida es superior al del circuito equivalente de la figura 18. No obstante, ésto es el resultado de haber hecho que las líneas de señal de selección o similares sean comunes con el otro substrato. En cuanto al número de líneas que se hacen comunes, se determina teniendo en cuenta el diseño en conjunto del cabezal de impresión por los técnicos en la materia.
La figura 20 muestra una realización en la que los chips semiconductores o substratos que se han descrito anteriormente están conectados en cascada con respecto a los colores, resultando todavía posible la impresión a elevada velocidad. Las patillas de conexión (8) de los chips semiconductores (1M), (1Y) y (1C) para los respectivos colores, están conectados en cascada con elementos de conexión (o unión por cableado o similares) (49). La figura 21 muestra un diagrama de circuito de esta estructura. Básicamente los contactos para el suministro de potencia se hacen comunes, y los contactos de la línea de señal están conectados en cascada. El circuito equivalente para los colores respectivos de esta realización es substancialmente el mismo que en la realización de la figura 15, y por lo tanto, se omitirá a efectos de simplicidad su descripción detallada. Cuando se realiza la conexión en cascada, los datos de imagen que corresponden al número total de elementos de impresión, se facilitan en serie para los respectivos colores en el caso de impresión en color, y en el caso de impresión monocromática, los datos monocromáticos que corresponden al número total de elementos de impresión son suministrados en serie. La figura 22 es un diagrama de temporización de activación para la activación del aparato de impresión objeto de esta realización.
Cuando los elementos de impresión del chip semiconductor están dispuestos con desplazamiento entre sí, se hace posible una mayor velocidad y una mayor densidad de impresión, tal como se ha mostrado en la figura 20. El elemento de relevador o substrato es montado sobre el substrato para soporte del chip semiconductor. Esta estructura es ventajosa por el hecho de cuando el elemento de impresión o el chip semiconductor queda dañado por una razón u otra, el chip semiconductor puede ser cambiado en forma de una unidad completa.
Con esta estructura, se hace posible una utilización libre de mantenimiento. Dado que los elementos de impresión que corresponden a una anchura de impresión de una línea y los elementos funcionales para la misma y también el circuito de integración de la activación, están formados estructuralmente sobre el mismo substrato, de manera que el aparato capaz de impresión de líneas completas es de elevada fiabilidad, se puede conseguir una elevada densidad y elevada velocidad de funcionamiento.
La figura 25 muestra el cabezal de impresión constituido por la conexión de los substratos mostrados en la figura 24.
La figura 23 muestra un cabezal de impresión de un tipo que no corresponde a líneas completas, en el que los elementos de impresión correspondientes a varias decenas de chips semiconductores, los elementos funcionales y los circuitos de integración de activación quedan constituidos sobre el mismo substrato, y los elementos de impresión están agrupados para los respectivos colores, y se forman las respectivas cámaras de líquido (43M), (43Y) y (43C). Al proceder de este modo, se puede conseguir un aparato de impresión por inyección de líquido de color de elevada fiabilidad, elevada densidad y elevada velocidad de impresión. Se han indicado por las referencias (51M), (51Y) y (51C) los tubos de suministro de tinta para los colores magenta, amarillo y ciánico. Tal como se ha descrito anteriormente, la cámara de líquido se puede separar para los respectivos colores en el caso en el que los varios substratos están conectados en cascada en un cabezal de impresión en color. Si bien no se ha mostrado, la cámara de líquido no está dividida y se puede conseguir un aparato de impresión por chorros de líquido de líneas completas monocromático.
Haciendo nuevamente referencia a la figura 18 que muestra un circuito equivalente capaz de conexión en cascada, éste resulta distinto del circuito de la figura 3 en el hecho de que la figura 18 comprende un circuito de retardo (48). El circuito de retardo de la figura 18 se describirá, haciendo referencia también al diagrama de temporización de la figura 4.
De manera similar a la realización anterior, las señales de reloj (18) y las señales (17) de datos serie sincronizadas con las mismas, son facilitadas al circuito (11) del registro de desplazamiento. Cuando los múltiples paneles de calentamiento (1) están conectados en cascada. El número de señales de reloj (18) y los datos (17) es el número de conexión en cascada m multiplicado por el número n de calentadores del panel de calentamiento. Cuando se han determinado todos los datos, se facilita la señal de retención (16) al circuito de retención (12), de manera que se retienen los
datos.
En esta situación, se facilita una señal de selección (14) al circuito de retardo (48). En el circuito de retardo (48), el tiempo de retardo se puede determinar para los respectivos calentadores en relación con la forma de onda de entrada de la señal de selección (14). Produce el producto lógico de la forma de onda de retardo y de la señal de datos de retención. El calentador de inyección recibe la señal de producto lógico de la salida de retardo y de la señal de habilitación (15). En el caso en el que los varios substratos (1) están conectados en cascada, la señal de habilitación es eficaz para seleccionar el substrato (1) a accionar por la señal, cuando se debe accionar solamente un substrato seleccio-
nado.
En esta realización, se puede seleccionar cualquier retardo para los respectivos calentadores por adición del circuito de retardo (48). Esto produce los siguientes efectos ventajosos:
(1) Dado que el flujo de corriente instantánea disminuye debido a la disminución del número de calentadores accionados simultáneamente, por lo tanto disminuye el voltaje por las líneas VH y GND haciéndose mínimo: y
(2) Es posible disponer un retardo que impida el accionamiento simultáneo de calentadores adyacentes, en consideración al problema de que cuando los calentadores adyacentes son activados simultáneamente en el cabezal de impresión por chorros de tinta, se puede presentar el problema de cruzamientos del fluido o aumento de temperatura.
En esta realización, el substrato (1) tiene un circuito de retardo incorporado para determinar el tiempo de activación, pero se pueden conseguir los mismos efectos ventajosos utilizando contactos de señal de selección múltiples.
Haciendo referencia a la figura 26, se describirá otra realización el circuito del substrato del elemento. En la figura 26, (a), las líneas VH (54) y las líneas GND están dispuestas inmediatamente por detrás del conjunto de elementos transductores electrotérmicos (2), y están conectadas con una distancia mínima entre las mismas y, por lo tanto, la pérdida eléctrica es mínima.
En la estructura mostrada en la figura 26 con la letra (b), una placa superior que tiene ranuras constitutivas de pasos está unida al substrato, tal como se ha descrito anteriormente, dado que el elemento de substrato de esta invención se utiliza principalmente para el cabezal de impresión por chorros de tinta. A efectos de aumentar el contacto entre la placa superior y el substrato, es preferible que la superficie del substrato tenga una elevada planicidad. En la figura 26, (b), la intersección entre la primera y segunda líneas, tiene lugar en una posición alejada de los elementos de impresión en los que se desea especialmente una elevada planicidad. En la disposición mostrada en la figura 26 con la letra (c), la línea VH (21) está dispuesta más próxima al borde del substrato que el conjunto de elementos de impresión, y por lo tanto, es posible el cableado del circuito sin necesidad de estructura de capas múltiples del cableado. Por lo tanto, el coste es reducido. Además, no hay cableado de retorno ("fold-back"), de manera que la disposición alrededor de los elementos de impresión resulta más libre, de forma que la anchura del calentador se puede incrementar. En la disposición mostrada en la figura 26, con la letra (d), la línea GND (5) está dispuesta adyacente al conjunto de elementos de impresión (2) con el resultado de menores pérdidas eléctricas.
La figura 27 es una vista en perspectiva de un aparato de impresión por chorros líquido IJRA al cual es aplicable la presente invención. Comprende un husillo de guía (5005) rotativo por la rotación hacia adelante y hacia atrás del motor de impulsión (5013) con intermedio de las ruedas de transmisión (5011) y (5009). El carro HC está acoplado al husillo (5004) del conjunto de husillo conductor (5005). El carro HC está dotado de un pasador que no se ha mostrado. el carro tiene movimiento alternativo en las direcciones a y b. Una placa (5002) limitadora de la hoja obliga a la hoja hacia un soporte (5000) sobre la zona de movimiento del carro. Un fotoacoplador constituido por los elementos (5007) y (5008) es eficaz para detectar la palanca (5006) del carro HC dentro de dicha zona de variación para conmutar la dirección de rotación del motor (5013). La posición detectada por el fotoacoplador es una posición de reposo o posición de origen. El elemento de soporte (5016) soporta un elemento de caperuza (5022) que cierra la cara frontal del cabezal de impresión. Un elemento de succión (5015) efectúa la succión del aire de la caperuza para succionar la tinta del cabezal de impresión a través de las salidas de inyección y a través de una abertura (5023) de la caperuza. La cuchilla de limpieza (5017) es desplazable hacia el cabezal de impresión y en separación del mismo. Estos elementos están soportados sobre una placa de soporte (5018). Son aplicables otras formas de elementos de limpieza. Una palanca (5012) se desplaza conjuntamente con el movimiento de una leva (5020) acoplada con el carro para iniciar la operación de recuperación de succión. La fuerza de impulsión del motor de accionamiento es transmitida mediante medios de transmisión conocidos tales como un embrague o similares.
En esta estructura, las operaciones de recubrimiento, limpieza y succionado quedan habilitadas cuando el carro llega a la zona de la posición de reposo con el funcionamiento del husillo conductor (5005). No obstante, estas operaciones pueden ser llevadas a cabo en un momento distinto.
En esta realización, el cartucho del cabezal de impresión es soportado sobre el carro (HC). El cabezal de impresión (5030) puede ser separado del contenedor de tinta (5031). Tal como se comprenderá de la descripción anterior, las dimensiones del cabezal de grabación se pueden reducir de acuerdo con la presente invención y, por lo tanto, el cabeza de impresión puede ser montado fácilmente sobre el carro o similar. Dado que la función de conversión de la señal de impresión desde señal en serie hasta señal en paralelo que ha sido atribuida al conjunto principal de la impresora, se ha asignado ahora al substrato del cabezal de impresión, el aparato de impresión puede tener una estructura simple. Dado que el número de contactos para el suministro de señal en el cabezal de impresión es reducido, el cableado es simplificado, y las etapas de fabricación se pueden simplificar. Además, se puede conseguir un aparato de impresión compacto y de bajo coste.
En el cabezal de impresión utilizado con este aparato de impresión por chorros de tinta, el cabezal de impresión puede ser cambiado por el usuario o puede no ser recambiable por el usuario. Con las realizaciones de la presente invención, el número de contactos eléctricos es reducido, y el área ocupada por los contactos es pequeña. Por estas razones, las realizaciones son particularmente ventajosas en el caso de que los cabezales de impresión son capaces de ser cambiados por los usuarios.
La figura 28 muestra un aparato de impresión de chorros de líquido de tipo de líneas completas. En esta realización, el número de elementos de impresión correspondientes a varias decenas de chips semiconductores, los elementos funcionales y los circuitos integrados de activación quedan constituidos sobre un substrato. Se utilizan cuatro de dichos dispositivos de impresión de líneas, correspondiendo a los colores ciánico, amarillo, magenta y negro. Es posible llevar a cabo impresiones a color completo y de alta calidad. Un par de rodillos (201A) y (201B) quedan dispuestos para alimentar el material de impresión R en la dirección de subescaneado Vs. Los medios de impresión de tipo de líneas completas (202BK), (202Y), (202M) y (202C) tienen toberas de inyección de tinta en una gama o rango que corresponde a toda la anchura del material de impresión R. Están dispuestas en el orden de color negro, amarillo, magenta y ciánico, desde el lado superior de alimentación del material de impresión. El dispositivo de recuperación de la inyección (200) queda dirigido al dispositivo de impresión en lugar del material de impresión (R) durante la operación de recuperación de la inyección, e incluye una caperuza, material de absorción de tinta, una cuchilla de limpieza y similares.
La estructura típica y principio operativo son preferentemente los que se dan a conocer en las Patente U.S.A. N^{os}4.723.129 y 4.740.796. El principio y estructura son aplicables a un sistema llamado bajo demanda y a un sistema de impresión de tipo continuo. No obstante, en particular, es adecuado para el tipo bajo demanda porque el principio es tal que, como mínimo se aplica una señal de activación a un transductor electrotérmico dispuesto sobre una hoja o lámina de líquido (tinta) o un paso de líquido, siendo la señal de activación suficiente para proporcionar dicha elevación rápida de temperatura más allá del punto de ebullición de nucleación, por lo cual la energía térmica es suministrada por el transductor electrotérmico para producir ebullición laminar sobre la parte de calentamiento del cabezal de impresión, de manera que se puede formar una burbuja en el líquido (tinta) correspondiente a cada una de las señales de activación. Mediante la producción, desarrollo y contracción de la burbuja, el líquido (tinta) es inyectado a través de una salida de inyección para producir como mínimo una gotita. La señal de activación adopta preferentemente la forma de un impulso, dado que el desarrollo y contracción de la burbuja se pueden llevar a cabo instantáneamente y, por lo tanto, el líquido (tinta) es inyectado con rapidez con una respuesta rápida. La señal de activación en forma de impulso es preferente tal como la que se da a conocer en las Patentes U.S.A. N^{os} 4.463.359 y 4.345.262. Además, es preferible la velocidad de incremento de temperatura de la superficie de calentamiento tal como se da a conocer en la Patente U.S.A. Nº 4.313.124.
La estructura del cabezal de impresión puede ser la mostrada en las Patentes U.S.A. N^{os} 4.558.333 y 4.459.600 en las que la parte de calentamiento está dispuesta en una zona curvada, así como la estructura de la combinación de la salida de inyección, paso de líquido y transductor electrotérmico que se da a conocer en las Patentes mencionadas. Además, la presente invención es aplicable a la estructura que se da a conocer en la solicitud de Patente Japonesa publicada nº 123670/1984 en la que se utiliza una ranura única como salida de inyección para varios transductores electrotérmicos, y asimismo a la estructura que se da a conocer en la solicitud de Patente Japonesa publicada Nº 138461/1984 en la que una abertura para absorción de la onda de presión de la energía térmica queda formada de manera correspondiente a la parte de inyección. Esta es la causa de que la presente invención sea eficaz para llevar a cabo la ope-
ración de impresión de manera cierta y con elevado rendimiento con independencia del tipo de cabezal de impresión.
La presente invención es aplicable de manera efectiva a un cabezal de impresión del tipo llamado de líneas completas, que tiene una longitud que corresponde a la máxima anchura de impresión. Este cabezal de impresión puede comprender un cabezal de impresión único y una serie de cabezales de impresión combinados para cubrir la anchura máxima.
Además, la presente invención es aplicable a un cabezal de impresión del tipo serie en el que el cabezal de impresión está fijado en el conjunto principal, a un cabezal de impresión del tipo de chip substituible que está conectado eléctricamente al aparato principal y que puede recibir el suministro de tinta cuando está montado en el conjunto principal, o a un cabezal de impresión del tipo cartucho que tiene un contenedor de tinta integral con el mismo.
Las disposiciones de los medios de recuperación y/o los medios auxiliares para el funcionamiento preliminar son preferentes, porque pueden estabilizar adicionalmente los efectos de la presente invención. En cuanto a dichos medios, existen medios de caperuza para el cabezal de impresión, medios de limpieza para el mismo, medios de presión y de succión, medios de calentamiento preliminar que pueden ser un transductor electrotérmico, un elemento de calentamiento adicional o una combinación de los mismos. Asimismo, los medios para llevar a cabo la inyección preliminar (no para la operación de impresión) pueden estabilizar la operación de impresión.
En lo que respecta a la variación del cabezal de impresión que se puede montar, éste puede ser un cabezal único correspondiente a un solo color de tinta, o puede ser de tipo múltiple con respecto a una serie de materiales de tinta que tienen diferente color o diferente densidad. La presente invención es aplicable de modo efectivo a un aparato que tiene como mínimo una modalidad monocromática, principalmente con color negro, modalidad de colores múltiples con materiales de tinta de colores distintos y/o una modalidad de color completo utilizando una mezcla de colores, que puede quedar constituida como unidad de impresión integral o como combinación de cabezales de impresión múltiples.
Además, en la realización antes mencionada, se ha considerado la tinta líquida. No obstante, puede ser un material de tinta solidificado por debajo de la temperatura ambiente, pero el líquido a temperatura ambiente. Dado que la tinta es controlada dentro de una temperatura no inferior a 30ºC y no superior a 70ºC para estabilizar la viscosidad de la tinta a efectos de proporcionar una inyección estabilizada en aparatos de impresión habituales de este tipo, la tinta puede ser tal que es líquida dentro de la gama de temperatura en la que es aplicable la señal de impresión en la presente invención a otros tipos de tinta. En uno de ellos, la elevación de temperatura debida a la energía térmica queda impedida de modo efectivo por su consumo para el cambio de estado de la tinta de estado sólido a estado líquido. Otro material de tinta se solidifica cuando se deja en reposo, a efectos de impedir la evaporación de la tinta. En cualquiera de dichos casos, la aplicación de la señal de impresión que produce energía térmica, produce la licuación de la tinta, y la tinta licuada puede ser proyectada por inyección. Otro material de tinta puede empezar a solidificarse en el momento en que alcanza el material de impresión. La presente invención es también aplicable a un material de tinta que se licúa por aplicación de energía térmica. Este material de tinta puede quedar retenido como líquido o sólido en orificios pasantes o rebajes formados en una hoja porosa tal como se da a conocer en la solicitud de Patente Japonesa publicada Nº 56847/1979 y la solicitud de Patente Japonesa publicada Nº 71260/1985. La hoja está dirigida a los transductores electrotérmicos. El sistema más eficaz para los materiales de tinta descritos anteriormente es el sistema de ebullición laminar.
El aparato de impresión por chorros de tinta puede ser utilizado como terminal de salida de un aparato de proceso de información tal como un ordenador o similar, como aparato de copiado combinado con un lector de imágenes o similar, o bien como aparato faximil que tiene funciones de envío y recepción de información.
Tal como se ha descrito en lo anterior, los calentadores de inyección, elementos funcionales y circuitos integrados para la activación selectiva de los elementos funcionales como respuesta a los datos de imagen serie, y contactos eléctricos para la conexión eléctrica externa, quedan constituidos en un solo substrato y por lo tanto, la disposición de conductor eléctrico no es complicada incluso con una estructura de toberas múltiples de alta densidad. Dado el reducido número de contactos, las dimensiones del cabezal son reducidas y se incrementa la fiabilidad. Asimismo, resulta más fácil montar el substrato sobre los medios de impresión del aparato y por lo tanto se reducen los costes.
En el cabezal de impresión del tipo que se puede cambiar por los mismos usuarios, las ventajas de las pequeñas dimensiones y la fiabilidad del montaje o desmontaje son significativas. De acuerdo con las realizaciones de la presente invención, se reducen las pérdidas de fluido, y se mejora el factor de utilización del área del chip. Además, se aumenta la fiabilidad de los contactos eléctricos en la estructura al utilizar chips múltiples. Además, se puede hacer más fácil el control de activación en series de tiempo con la finalidad de evitar cruzamientos de fluidos, es decir, inyecciones fuera de tiempo, que son peculiares en la impresión por chorros de tinta.
De acuerdo con la presente invención, un gran número de toberas, tales como desde 18 hasta varios millares se pueden activar con el mismo número de contactos eléctricos (8 como mínimo), y no hay límite para la activación con tiempo compartido. Mediante la conexión en cascada de varios chips dispuestos en dirección longitudinal de las toberas, se puede aumentar significativamente la densidad de los elementos de impresión. Dado que los contactos eléctricos no obstruyen la otra disposición, el chip puede quedar dispuesto en las proximidades del lado del elemento transductor electrotérmico o en su lado opuesto. Dado que los contactos eléctricos pueden quedar dispuestos en los lados opuestos de los elementos transductores electrotérmicos, la resistencia del cableado se puede hacer mínima.
Dado que el registro de desplazamiento o bien el transistor de activación o similares han quedado dispuestos de manera conveniente alejados del substrato, pueden quedar incorporados en el substrato, de modo que se hace mínima la resistencia de los conductores. De este modo, las pérdidas de energía se pueden reducir. Particularmente en el caso de los sistemas con chorros de tinta, la corriente de activación es grande, del orden de varios centenares de mA debido al principio de la inyección de burbujas que requiere la creación de burbujas, siendo ventajosa la presente invención. Cuando el aparato es activado mediante batería, las ventajas de la presente invención son también significativas.
Si bien la invención ha sido descrita con referencia a las estructuras que se dan a conocer en la misma, no queda limitada a los detalles indicados y esta solicitud está destinada a extenderse a las modificaciones o cambios que quedan incluidos dentro del ámbito de las siguientes reivindicaciones.

Claims (9)

1. Chip semiconductor (1) para un cabezal de impresión, que comprende:
una serie de elementos de impresión (2, 2C, 2M, 2Y) dispuestos para diferentes colores con los que se lleva a cabo la impresión; y circuitos de activación integrados para recibir datos de imagen, cuyos elementos de impresión y dichos circuitos de activación están integrados en dicho chip, caracterizado porque:
los circuitos de activación integrados (10 a 13; 10 a 13, 48; 11 a 13, 22, 23, 25, 27) reciben datos de imagen serie (17) que tienen dispuestos datos de imagen en serie que corresponden a los diferentes colores mencionados y suministran señales en paralelo (1034C, 1034M, 1034Y) hacia dichos elementos de impresión para diferentes colores.
2. Chip semiconductor, según la reivindicación 1, en el que dichos elementos de impresión son elementos transductores electrotérmicos.
3. Cabezal de impresión, que comprende dicho chip semiconductor, según la reivindicación 1, trayectorias de flujo para suministrar tintas de dichos colores distintos a los elementos de impresión mencionados correspondientes a los mencionados colores, de manera que dichas tintas son inyectadas desde salidas de inyección (5, 5C, 5M, 5Y) que se encuentran en comunicación de fluido con dichas trayectorias.
4. Chip semiconductor, según cualquiera de las reivindicaciones 1, 2, en el que dichos elementos de impresión que corresponden a dichos colores distintos están dispuestos separados entre sí, dependiendo de dichos colores.
5. Cabezal de impresión, según la reivindicación 3, en el que dichos elementos de impresión son elementos transductores electrotérmicos.
6. Cabezal de impresión, según la reivindicación 3, que comprende además un contenedor de tinta (40C, 40M, 40Y) para suministrar tinta a dicho cabezal de impresión.
7. Aparato de impresión, que comprende un cabezal de impresión, según cualquiera de las reivindicaciones 3, 5 ó 6, y medios para suministrar dichos datos de imagen serie que tienen datos de imagen dispuestos en serie que corresponden a diferentes colores.
8. Aparato de impresión, según la reivindicación 7, en el que dichos elementos de impresión están constituidos por bloques de elementos de impresión que incluyen dichos elementos de impresión para los mismos colores, respectivamente.
9. Aparato de impresión, según la reivindicación 7, en el que se lleva a cabo la activación divida de los respectivos bloques de dichos elementos de impresión.
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