ES2280177T3 - Sustrato de cabezal por chorros de tinta que incluye una resistencia generadora de calor, y cabezal por chorros de tinta y procedimiento de impresion que utiliza los mismos. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento de impresión por chorros de tinta, que comprende la aplicación de una señal de activación a una resistencia generadora de calor (18) dispuesta en un sustrato del cabezal por chorros de tinta, estando la resistencia generadora de calor (18) recubierta por una película protectora (16), generando así la energía térmica que se aplica a la tinta a través de la película protectora (16) para crear una burbuja mediante la ebullición de la película de la tinta, generando así la presión que produce la inyección de la tinta, caracterizado por controlar, durante la aplicación de la señal de activación a la resistencia generadora de calor (18) en un modo de impresión, la temperatura máxima en la superficie de la película protectora (16) que está en contacto con la tinta para que sea inferior a 560oC.
Description
Sustrato de cabezal por chorros de tinta que
incluye una resistencia generadora de calor, y cabezal por chorros
de tinta y procedimiento de impresión que utiliza los mismos.
La presente invención se refiere a una placa
base, para un cabezal por chorros de tinta que utiliza energía
térmica, para inyectar pequeñas gotas de tinta en respuesta a las
señales de impresión, para formar imágenes en el medio de
impresión. También se refiere a un cabezal por chorros de tinta, a
un aparato por chorros de tinta, y a un procedimiento de impresión
por chorros de tinta.
En la actualidad, se han propuesto diversos
procedimientos de impresión por chorros de tinta. Entre dichos
procedimientos de impresión por chorros de tinta, los procedimientos
predominantes son aquellos que imprimen las imágenes inyectando
pequeñas gotas de tinta mediante la aplicación del calor desde
resistencias exotérmicas a la tinta en el interior de la cámara del
cabezal de impresión, de acuerdo con las señales de impresión. Como
ejemplo de un procedimiento de impresión por chorros de tinta de
este tipo, se describe el procedimiento de impresión por chorros de
tinta en la patente japonesa abierta a inspección pública nº
59.936/1979, según el cual se utiliza para inyectar la tinta el
fenómeno en el que la aplicación de energía térmica a la tinta
genera burbujas en la tinta. Este tipo de procedimiento de impresión
por chorros de tinta se ha convertido en uno de los procedimientos
predominantes del presente campo de impresión por chorros de tinta,
debido a que, según este procedimiento, las aberturas (A
continuación, las aberturas se denominarán orificios) desde las que
se inyecta la tinta se pueden disponer fácilmente en alta
densidad.
densidad.
Se conoce que en un procedimiento de impresión
que imprime las imágenes inyectando la tinta desde los orificios
mediante la aplicación de energía térmica a la tinta, según las
señales de impresión, utilizando resistencias exotérmicas, el
tamaño de las gotas de tinta depende de las condiciones del aparato,
tales como la cantidad de energía térmica o la presión aplicada a
la tinta, y las propiedades físicas de la tinta, tales como el
calor específico, la conductividad térmica, la constante de
expansión térmica, o la viscosidad. Por lo tanto, para inyectar la
tinta de forma regular, se han realizado numerosas propuestas para
controlar estos factores. Por ejemplo, la patente japonesa abierta
a inspección pública nº 132.253/1980 presta atención a un
procedimiento para controlar la subida y la bajada de la tensión
aplicada a un elemento generador de calor, y también al hecho de
que la temperatura de la resistencia exotérmica cambia en respuesta
a los cambios de la amplitud del impulso y la amplitud del impulso,
y por lo tanto, el volumen de la burbuja también cambia en respuesta
a los cambios de la anchura y la amplitud del impulso. De este
modo, describe un procedimiento de impresión por chorros de tinta
que controla la anchura y la amplitud del impulso para inyectar la
tinta de forma regular. Las características de un cabezal por
chorros de tinta de la técnica actual cumplen totalmente este
estándar técnico. Sin embargo, si la tinta contiene sustancias
cuyas propiedades físicas cambian al calentarse, las sustancias
extrañas (A continuación, serán denominadas depósito quemado) en
algunas ocasiones se precipitan. Si dichas sustancias extrañas
continúan precipitándose en gran cantidad, se precipitan de forma
gradual en la superficie de la película protectora, lo cual en
algunas ocasiones produce la reducción de la eficiencia con la que
el calor se conduce a la tinta, y, por lo tanto, la irregularidad de
la generación de las burbujas. En consecuencia, las burbujas
necesarias para inyectar la tinta no se forman de manera
satisfactoria, y, por lo tanto, no se inyecta la cantidad necesaria
de tinta para producir una impresión normal, o incluso puede
ocurrir que la tinta no sea inyectada; en otras palabras, se produce
una disminución de la regularidad con la que se inyecta la tinta.
También en los últimos años, se ha reducido drásticamente el tamaño
del cabezal de impresión, y también se ha mejorado drásticamente en
términos de precisión de funcionamiento, y, con estas mejoras, se
ha disminuido la cantidad de tinta inyectada en un único ciclo de
inyección. En consecuencia, también ha disminuido la cantidad de
energía que la resistencia exotérmica debe aplicar a la tinta. En un
tipo de entorno en el que la cantidad de depósito quemado que se
adhiere a la película protectora es relativamente pequeño por el
motivo descrito anteriormente, los efectos del depósito quemado que
se adhiere a la película protectora, sobre la proporción de energía
térmica que no puede conducirse desde el elemento generador de
calor a la tinta, son bastante importantes, produciendo en algunas
ocasiones cambios en la cantidad de tinta que se inyecta, y, por lo
tanto, afectando negativamente a la impresión de imágenes de alta
precisión. Por lo tanto, es necesario controlar estrictamente la
generación del depósito quemado.
En el pasado, la precipitación descrita
anteriormente de los ingredientes quemados de la tinta se ha
solucionado modificando los ingredientes de la tinta.
Se conoce que el depósito quemado contiene tanto
componentes inorgánicos, como por ejemplo Fe, como componentes
orgánicos.
Respecto a los componentes inorgánicos, se
piensa que el problema relativo a los componentes inorgánicos se
puede solucionar añadiendo reactivo quelante a la tinta, debido a
que la adición de reactivo quelante estabiliza la tinta coordinando
los componentes inorgánicos. Con respecto a los componentes
orgánicos, se piensa que el problema relativo a los componentes
orgánicos también se puede solucionar añadiendo reactivo quelante a
la tinta, debido a que el reactivo quelante evita que los
componentes orgánicos se cristalicen en la capa resistente
exotérmica. En otras palabras, se piensa que la adición de reactivo
quelante a la tinta evita que el depósito carbonizado se acumule en
la capa resistente exotérmica. Además, las patentes japonesas
abiertas a inspección pública nº 160.070/1991 y 80.664/1996 también
describen soluciones al problema de los depósitos de materiales
quemados. Según la primera patente, se añade anión oxonio a la tinta
para controlar la precipitación de los ingredientes quemados de la
tinta, y, según la segunda patente, se añade ácido fítico o fitato a
la tinta para controlar la precipitación de los ingredientes
quemados de la tinta.
El documento EP 0934829 describe un cabezal por
chorros de tinta en el cual la temperatura de la película está
controlada para no superar el rango en el que la durabilidad de la
película cambia bruscamente, aproximadamente
700ºC-800ºC.
En el cabezal por chorros de tinta anteriormente
mencionado, la superficie de la película protectora, en el lado en
contacto con la tinta, está recubierta por una película
anticavitación, que está formada principalmente por tántalo (Ta).
Se conoce que el Ta no sólo es altamente resistente a los impactos
mecánicos, sino que también es relativamente resistente a la
corrosión.
Considerando el hecho de que cuanto más delgada
es la película anticavitación, más elevada es la eficiencia de
conducción del calor desde el elemento generador de calor a la
tinta, es deseable que la película anticavitación sea lo más
delgada posible. En los últimos años, se ha aumentado el número de
elementos generadores de calor del cabezal de impresión para
obtener impresiones de alta calidad. Por lo tanto, se tiende a
reducir el grosor de la película anticavitación a no más de 0,3
\mum desde el punto de vista de la conservación de la energía. La
disposición de dicha película anticavitación sobre la capa
resistente exotérmica, y la utilización de la tinta descrita
anteriormente, da lugar a una mejora en términos de la precipitación
de los ingredientes quemados. Sin embargo, también se ha hecho
evidente que estas medidas dieron lugar a nuevos problemas. Es
decir, la inspección de la película de Ta tras el funcionamiento
continuo del cabezal por chorros de tinta reveló que la película de
Ta presentaba corrosión. Se piensa que la corrosión de la película
anticavitación formada por Ta se produce a través de dos
mecanismos. Un mecanismo consiste en que se generan grietas en los
bordes de los granos cristalinos de la película anticavitación, y
el otro mecanismo consiste en que el propio Ta reacciona
químicamente con el reactivo quelante y similares que contiene la
tinta. En otras palabras, si se añade reactivo quelante (por
ejemplo, EDTA) a la tinta, es decir, si se aumenta la cantidad de
reactivo quelante, el reactivo quelante coordina el Ta, que se
utiliza como material para la parte de película anticavitación de la
película protectora, provocando corrosión en la película
protectora. Este efecto en algunas ocasiones reduce la durabilidad
de la capa resistente exotérmica. En particular, cuando un cabezal
de impresión está altamente refinado, la capa protectora también
está altamente refinada, o tiene un grosor muy reducido. Por lo
tanto, es posible que incluso si la superficie de la película
protectora en contacto con la tinta está sólo ligeramente corroída,
se produzcan grietas en la película protectora, y que las grietas
alcancen fácilmente la capa resistente exotérmica y dañen la misma.
Por este motivo, es necesario ajustar la cantidad de reactivo
quelante que se añade a la tinta. De este modo, incluso aunque la
adición de reactivo quelante parece que consigue un grado de mejora
en lo que respecta a la durabilidad del elemento generador de calor
y al problema del depósito quemado, no parece ser la solución
fundamental a los problemas descritos anteriormente.
Por lo tanto, los inventores de la presente
invención analizaron en detalle los factores que causaban los
problemas descritos anteriormente, es decir, la precipitación de los
ingredientes quemados de la tinta, la irregularidad de la inyección
de la tinta, y la reducción de la durabilidad del elemento generador
de calor, y similares. Como consecuencia, se descubrió que existía
un procedimiento para solucionar estos problemas.
Es decir, en el pasado, se había supuesto que
los problemas anteriormente descritos estaban directamente
relacionados con las propiedades físicas de la tinta, las
condiciones de activación, y similares, y, por lo tanto, no existían
soluciones sencillas a dichos problemas. Sin embargo, los estudios
realizados por los inventores de la presente invención sobre las
causas de la precipitación de ingredientes quemados de la tinta y la
destrucción del elemento generador de calor, prestando atención a
la superficie sobre la que se precipitan los ingredientes quemados
de la tinta, revelaron que la cantidad de depósito quemado generado
dependía de la temperatura máxima que alcanzaba la superficie de la
película protectora en contacto con la tinta. Además, los estudios
sobre el nivel al que se debe ajustar la temperatura máxima
revelaron lo siguiente. Cuando la temperatura máxima se ajustaba a
600ºC o 700ºC, es decir, las temperaturas ajustadas en los
procedimientos convencionales, se observaba que los ingredientes
quemados de la tinta se precipitaban, y/o que el cableado del
elemento generador de calor se rompía debido a la precipitación de
los ingredientes quemados de la tinta y/o a que la capa protectora
se fundía. Sin embargo, la disminución de la temperatura máxima
produjo mejores resultados; se descubrió que cuando se
proporcionaba una cantidad suficiente de energía térmica a la tinta,
manteniendo la temperatura de la superficie anteriormente
mencionada por debajo de 560ºC, la tinta se inyectaba de forma
regular, y la precipitación de los ingredientes quemados de la
tinta se controlaba de forma satisfactoria. En otras palabras, se
descubrió que, manteniendo la temperatura máxima de la superficie de
la capa protectora anteriormente mencionada por debajo de un nivel
predeterminado, no sólo se contribuía a controlar la precipitación
de los ingredientes quemados de la tinta, sino que también se
contribuía a evitar la corrosión de la película protectora, haciendo
posible conseguir una placa base del cabezal por chorros de tinta,
un cabezal por chorros de tinta, y un procedimiento de impresión
por chorros de tinta que eran mejores en términos globales.
Los estudios adicionales realizados por los
inventores de la presente invención revelaron que, para mantener la
temperatura de la superficie de la capa protectora anteriormente
mencionada por debajo de 560ºC, era necesario controlar los
grosores y las conductividades térmicas de las diferentes capas de
la película protectora, y la tensión y la amplitud de los impulsos
aplicados para activar la capa resistente exotérmica; en concreto,
cuando la película protectora era muy delgada y de conductividad
térmica excelente, el control de la amplitud y la tensión de los
impulsos de activación era una de las soluciones fundamentales a los
problemas descritos anteriormente. Por lo tanto, los inventores de
la presente invención crearon un modelo matemático basado en la
estructura de un cabezal generador de calor real, y simularon las
operaciones de impresión, en el que las temperaturas máximas que
alcanzaba la superficie anteriormente mencionada se obtenían de
forma precisa variando los impulsos de activación. En consecuencia,
se consiguió la presente invención, la cual proporciona una placa
base del cabezal por chorros de tinta, un cabezal por chorros de
tinta, y un procedimiento de impresión por chorros de tinta, que
garantizan que la temperatura máxima anteriormente mencionada se
mantiene por debajo de 560ºC.
Tal como se ha descrito anteriormente, el
objetivo principal de la presente invención consiste en conseguir
una placa base del cabezal por chorros de tinta, un cabezal por
chorros de tinta, y un procedimiento de impresión por chorros de
tinta, que solucionan globalmente los problemas anteriormente
mencionados: la precipitación de los ingredientes quemados de la
tinta, la irregularidad de la inyección, y la reducción de la
durabilidad del elemento generador de calor.
Según un aspecto de la presente invención, se
consigue un procedimiento de impresión por chorros de tinta que
comprende la aplicación de una señal de activación a la resistencia
generadora de calor dispuesta en el sustrato del cabezal por
chorros de tinta, estando la resistencia generadora de calor
cubierta por una película protectora, generando así energía térmica
que se aplica a la tinta a través de la película protectora para
crear una burbuja mediante la ebullición de la película de la tinta,
generando así la presión que produce la inyección de la tinta,
caracterizado por controlar, durante la aplicación de la señal de
activación a la resistencia generadora de calor en el modo de
impresión, que la temperatura máxima en la superficie de la
película protectora en contacto con la tinta sea inferior a
560ºC.
Según un aspecto adicional de la presente
invención, se consigue un aparato por chorros de tinta que incluye
un cabezal por chorros de tinta formado por un sustrato del cabezal
por chorros de tinta que incluye una resistencia generadora de
calor recubierta por una película protectora de tal manera que,
cuando se está utilizando, el calor generado por la mencionada
resistencia generadora de calor se aplica a la tinta a través de la
mencionada película protectora para crear una burbuja en la tinta,
generando así la presión para producir la inyección de la tinta,
caracterizado porque el aparato por chorros de tinta incluye medios
de control de la señal de activación para conseguir que la
temperatura máxima en la superficie de la mencionada película
protectora en contacto con la tinta sea inferior a 560ºC durante la
activación de la mencionada resistencia generadora de calor.
Según la presente invención, la temperatura
máxima que puede alcanzar la superficie de la película protectora
se ajusta a una temperatura inferior a 560ºC, evitando no sólo que
los ingredientes de la tinta se precipiten, como depósito quemado,
en la superficie (superficie transmisora de calor) de un elemento
generador de calor, sino que también evita que la película
protectora se corroa. Por lo tanto, incluso cuando se reduce al
máximo el grosor y el tamaño de la capa resistente exotérmica, y,
por lo tanto, disminuye la cantidad de energía térmica generada por
la capa resistente exotérmica, el problema de que la energía térmica
no se pueda transmitir de forma eficiente, debido a la acumulación
de los ingredientes quemados de la tinta, se puede controlar para
que sea posible formar imágenes altamente precisas de gran calidad,
así como para conseguir una placa base del cabezal por chorros de
tinta y un cabezal por chorros de tinta, los cuales son mejores en
lo que respecta a la regularidad de la inyección y la
durabilidad.
Con la aplicación de la presente invención,
incluso cuando se ha añadido reactivo quelante a la tinta, se puede
controlar la precipitación de los ingredientes quemados de la tinta
y se puede evitar la corrosión de la película protectora, siempre
que la temperatura máxima de la superficie de la película protectora
en contacto con la tinta se mantenga por debajo de 560ºC.
A este respecto, al añadir reactivo quelante a
la tinta, si la cantidad de reactivo quelante añadido a la tinta es
superior a un determinado valor, el reactivo quelante en algunas
ocasiones se precipita debido a su solubilidad, mientras que si es
inferior a un determinado valor, el reactivo quelante no muestra sus
efectos. Por lo tanto, es deseable que el peso del reactivo
quelante sea superior a 50 ppm en peso e inferior al 20% en peso,
preferiblemente, superior a 80 ppm en peso e inferior al 10% en
peso, respecto a la totalidad de la tinta.
El grado de protección que ofrece la presente
invención frente a la corrosión de la película anticavitación es
mucho mayor que el ofrecido por los procedimientos convencionales.
Sin embargo, para mejorar más aún la protección frente a la
corrosión de la película protectora, es decir, para proteger la
película protectora de una gran variedad de tintas, la capa
anteriormente mencionada de la película protectora que está en
contacto con la tinta, es decir, la película anticavitación, debe
estar formada por una aleación amorfa que contiene Ta. Además, la
aleación amorfa para la película anticavitación puede contener,
además del Ta, como mínimo un material entre Fe, Cr y Ni. A este
respecto, la aleación amorfa anteriormente mencionada se formó con
Ta, Fe, Cr y Ni, y cuando la cantidad de Ta respecto a la totalidad
de la aleación amorfa era inferior al 30% en peso, la aleación
amorfa era más eficaz.
En la película anticavitación formada por esta
aleación amorfa que contiene Ta no hay bordes de grano del cristal.
Por lo tanto, la película anticavitación no sufre las grietas que se
podrían producir de otro modo. Además, la superficie de la aleación
amorfa que contiene Ta se hace pasiva por su oxidación, y este
estado pasivo evita que la película anticavitación reaccione con
los ingredientes de la tinta. Por los motivos presentados
anteriormente, la película anticavitación formada por la aleación
amorfa que contiene Ta presenta mayor resistencia a la corrosión
producida por la tinta, en comparación con la película
anticavitación convencional. Según la presente invención, la
temperatura máxima de la superficie de la película protectora en
contacto con la tinta se mantiene por debajo de 560ºC, lo cual por
sí solo es eficaz para mantener bajo control la corrosión de la
película anticavitación. Sin embargo, según la presente invención,
se toma una medida adicional, es decir, la película anticavitación
está formada por aleación amorfa que contiene Ta, y, por lo tanto,
la corrosión de la película anticavitación se controla mejor debido
a los efectos sinérgicos de la temperatura menor y al uso de la
aleación amorfa que contiene Ta.
La aleación amorfa como material para la
película anticavitación se puede producir utilizando, además del
Ta, como mínimo un metal entre Fe, Cr, Re, Ge y Ni. Además,
utilizando cuatro tipos de materiales metálicos, es decir, Ta, Fe,
Cr y Ni, como los materiales para la película anticavitación, en una
proporción tal que el Ta ocupe menos del 30% en peso de la
totalidad de la aleación final, se mejora la aleación que contiene
Ta en términos de las características ventajosas descritas
anteriormente, haciendo posible controlar mejor la corrosión de la
película anticavitación, y también ampliar la vida de servicio del
elemento generador de calor.
En otras palabras, se hace posible ampliar la
duración de la vida de servicio del cabezal de impresión hasta un
grado que es prácticamente similar al del aparato de impresión por
chorros de tinta, eliminando la necesidad de sustituir el cabezal
de impresión.
Estos y otros objetivos, características, y
ventajas de la presente invención se harán más evidentes tras
considerar la siguiente descripción de las realizaciones preferentes
de la presente invención, tomada en serie con las figuras
adjuntas.
La figura 1 es una vista en planta de la
configuración del circuito de la placa base del cabezal de impresión
de acuerdo con la presente invención.
La figura 2 es una vista transversal de los
elementos del circuito del cabezal de impresión de acuerdo con la
presente invención.
La figura 3 es una vista en planta de los
elementos del circuito del cabezal de impresión de acuerdo con la
presente invención.
La figura 4 es una vista transversal del cabezal
generador de calor de acuerdo con la presente invención.
La figura 5 es una vista esquemática, en
perspectiva, del cabezal de impresión con múltiples cabezales
generadores de calor, y representa la estructura general del
mismo.
La figura 6 es una vista esquemática, en
perspectiva, de una realización de un aparato de impresión por
chorros de tinta de acuerdo con la presente invención.
La figura 7 es una vista de la sección vertical
de una realización del cartucho de tinta de acuerdo con la presente
invención.
La figura 8 es una vista esquemática, en
perspectiva, de una realización de una unidad de impresión de
acuerdo con la presente invención.
La figura 9 es una vista esquemática, en
perspectiva, de un cabezal de impresión con cuatro cartuchos de
tinta.
La figura 10 es una vista esquemática, en
perspectiva, de un cabezal generador de calor y cuatro cartuchos de
tinta dispuestos en el cabezal.
La figura 11 es una vista transversal de un
ejemplo de un cabezal generador de calor de acuerdo con la presente
invención.
La figura 12 es una vista esquemática, en
perspectiva, de un cabezal de impresión de acuerdo con la presente
invención.
La figura 13 es una vista esquemática de un
aparato de impresión por chorros de tinta de acuerdo con la presente
invención.
La figura 14 es un gráfico que muestra la
relación entre la proporción de la parte restante de la película
anticavitación y la temperatura máxima alcanzada por la superficie
de la película anticavitación.
La figura 15 es un gráfico que muestra el
impulso de activación del cabezal para modular la cantidad inyectada
en una de las realizaciones de la presente invención.
La figura 16 es un gráfico que muestra la
relación entre la amplitud del impulso de activación mostrado en la
figura 15, y la cantidad de tinta inyectada.
A continuación, se describirán con más detalle
las realizaciones preferentes de la presente invención. Las
realizaciones de la presente invención no están limitadas a aquellas
que se describirán a continuación. La aplicación de la presente
invención a un procedimiento de impresión por chorros de tinta de la
forma representada por las siguientes realizaciones de la presente
invención mejora las ya superiores características del procedimiento
de impresión por chorros de tinta.
En primer lugar, se describirá la temperatura
máxima alcanzada por la interfaz entre la película protectora y la
tinta durante la simulación de la operación de impresión realizada
para el desarrollo de la presente invención. La cantidad P de
energía térmica liberada por la capa resistente exotérmica por
unidad de tiempo satisface la siguiente fórmula matemática:
...(1)P = V2/(R
+r) x Pw x
N
V: tensión de activación [V]
R: valor de la resistencia de la capa resistente
exotérmica [\Omega]
r: resistencia del cableado conectado
eléctricamente a la capa resistente exotérmica [\Omega]
Pw: amplitud del impulso de activación
[\museg]
N: número total de subcapas de la capa
resistente exotérmica.
\vskip1.000000\baselineskip
El valor de la resistencia R de la capa
resistente exotérmica se puede calcular utilizando la siguiente
fórmula:
...(2)R =
\rho s x
LH/WH
\rho s: valor de la resistencia de la capa
resistente exotérmica [\Omega/\Box]
LH: longitud de la capa resistente exotérmica
[\mum]
WH: anchura de la capa resistente exotérmica
[\mum]
\vskip1.000000\baselineskip
El valor máximo W de la potencia eléctrica
consumida por la capa resistente exotérmica por unidad de área y por
unidad de tiempo se puede expresar en la forma de:
...(3)W =
P/LH/WH
La cantidad de energía térmica generada en la
capa resistente exotérmica se puede ajustar basándose en el tamaño
real de la capa resistente exotérmica, y la relación entre las
anteriores fórmulas (1)-(3).
\vskip1.000000\baselineskip
Además, la temperatura T en la interfaz entre la
superficie de la película protectora y la tinta mientras se genera
la energía térmica se puede obtener resolviendo la ecuación lineal
(4) utilizando el cálculo diferencial.
...(4)\rhoC(\deltaT/\deltat)
= k(x)(\delta2T/\delta2t) +
P
\rho: densidad media de la película protectora
[kg/m^{3}]
C: capacidad media de calor específico
[J/(kg\cdotC)]
K(x): conductividad térmica de la
película protectora en el punto x [W/(\mum\cdotC)]
t: tiempo (\museg)
x: distancia desde el punto de referencia (x =
0), o posición de la superficie inferior de la película protectora,
en la dirección en que se acumulan las subcapas de la película
protectora [\mum]
P: energía térmica [W]
El cambio de la temperatura T fue simulado
mediante la resolución matemática de la ecuación (4) bajo unas
condiciones iniciales predeterminadas. En consecuencia, se descubrió
que la temperatura T podía mantenerse por debajo de 560ºC, haciendo
más delgada la película protectora para acortar el tiempo de
conducción del calor, o estrechando la amplitud del impulso de
activación de la ecuación (1), por ejemplo.
Estos procedimientos se pueden llevar a cabo de
manera independiente, en serie, o combinados con parámetros
adicionales (por ejemplo, la tensión de activación).
Sin embargo, no es deseable reducir el grosor de
la película protectora por debajo de un determinado grosor, debido
a que se reduciría la durabilidad de la película protectora.
Considerando las cuestiones anteriores, es deseable que el grosor
de la película protectora sea superior a 0,1 \mum e inferior a 2,0
\mum, preferiblemente, superior a 0,3 \mum e inferior a 1,0
\mum, para que la temperatura T pueda mantenerse por debajo de
560ºC al tiempo que se proporciona una cantidad suficiente de
energía térmica.
Además, los inventores de la presente invención
descubrieron que bajo la situación de que la tensión de activación
se encontrase en el rango desde un nivel de tensión igual a la
tensión umbral de ebullición de la tinta, hasta una tensión de 1/4
superior a la tensión umbral, se podía proporcionar una cantidad
suficiente de energía térmica, manteniendo la temperatura T por
debajo de 560ºC, haciendo que la amplitud del impulso de activación
fuese inferior a 5 \museg, preferiblemente, inferior a 3
\museg.
El cabezal de impresión de esta realización
comprende: una serie de cabezales de generación de calor; una serie
de trayectorias de tinta conectadas una por una a los cabezales
generadores de calor, y una o varias cámaras de tinta para
suministrar la tinta a las trayectorias de tinta. Cada cabezal
generador de calor comprende: una capa resistente exotérmica
formada en un trozo de sustrato, un activador para activar las áreas
de la capa resistente exotérmica una por una, y la película
protectora. El cabezal de impresión también comprende una placa
base del cabezal de impresión, que comprende: una serie de orificios
a través de los que se inyecta la tinta; una parte de inyección de
la tinta con una serie de trayectorias de tinta que incluye los
cabezales generadores de calor, es decir, las áreas donde la
energía térmica actúa sobre la tinta; y una serie de áreas de la
capa resistente exotérmica como medio para generar la energía
térmica.
Con respecto al circuito del cabezal de
impresión, se han desarrollado varios circuitos. Algunos de los
circuitos del cabezal de impresión se forman en una única pieza de
sustrato, y comprenden integralmente: una serie de áreas de la capa
resistente exotérmica alineadas de una manera predeterminada; una
serie de activadores dispuestos uno por uno para la serie de áreas
de la capa resistente exotérmica para activar dichas áreas según los
datos de formación de la imagen; un registro de desplazamiento,
cuyo número de bits es igual al número de áreas de la capa
resistente exotérmica, y que envía en paralelo los datos de
formación de imagen introducidos en serie en la serie de
activadores; y un circuito de cierre para almacenar temporalmente
los datos enviados desde el registro de desplazamiento.
La figura 1 ilustra un circuito del cabezal de
impresión como el descrito anteriormente, en el sustrato del
cabezal de impresión. En la figura 1, el número de referencia (101)
designa cada una de las áreas de la capa resistente exotérmica
dispuestas en línea recta. El número de referencia (102) corresponde
a cada uno de los transistores de potencia, y el número de
referencia (103) corresponde al circuito de cierre. El número de
referencia (104) corresponde al registro de desplazamiento, y el
número de referencia (105) corresponde a un reloj para activar el
registro de desplazamiento (104). Los números de referencia (106) y
(107) designan la parte de entrada de los datos de formación de la
imagen, y la parte de entrada de la amplitud del impulso de
calentamiento para controlar externamente el tiempo de encendido del
transistor de potencia, respectivamente. Los números de referencia
(108) y (109) corresponden a la fuente de alimentación lógica y a
masa, respectivamente. Los números de referencia (110) y (111)
designan la fuente de alimentación de activación de la capa
resistente exotérmica (VH), y el transistor de potencia (Vce),
respectivamente.
En un aparato de impresión con un cabezal que
contiene el circuito del cabezal de impresión estructurado de la
forma descrita anteriormente, los datos de formación de la imagen se
introducen en serie en el registro de desplazamiento (104) desde la
parte de entrada de datos de formación de imagen (106). Los datos
introducidos se almacenan temporalmente en el circuito de cierre
(103), y, mientras están temporalmente almacenados, los impulsos se
introducen desde la parte de entrada de amplitud de los impulsos de
calentamiento (107). Al introducirse los impulsos, se encienden los
transistores de potencia (102), se activan las áreas de la capa
resistente exotérmica (101), la tinta del interior de las
trayectorias de líquido conectadas a las áreas de la capa resistente
exotérmica activadas (101) se calienta y se inyecta a través de los
orificios de inyección; en otras palabras, se lleva a cabo la
impresión.
La utilización de un circuito estructurado de la
manera descrita anteriormente hace posible reducir sustancialmente
la amplitud del impulso de activación, lo que a su vez hace posible
elevar la tensión de activación V al mismo tiempo que la
temperatura T se mantiene por debajo de 560ºC, de manera que la
energía térmica aplicada a la tinta se mantiene constante. En
consecuencia, la tinta se puede inyectar de forma regular. A
continuación, se describirá un ejemplo de un elemento en el que se
ha implementado el circuito descrito anteriormente, haciendo
referencia a las figuras 2 y 3.
La figura 2 es una vista en sección de un
ejemplo de un elemento en el que se ha realizado el circuito
ilustrado en la figura 1. El número de referencia (201) designa un
sustrato de silicio tipo P; el (202), un colector tipo N embebido;
el (203), una región aislante del elemento tipo P embebido; el
(204), una región epitaxial tipo N; el (205), una región de la base
tipo P; el (206), una región del elemento tipo P embebido; el (207),
una región del colector tipo N embebido; el (208), una región de la
base tipo P de alta densidad; el (209), una región de aislamiento
del elemento tipo P de alta densidad; el (210), una región del
emisor tipo N; el (211), una región del colector tipo N; el (212),
el electrodo del colector; el (213), el electrodo de la base; y el
número de referencia (214) designa el electrodo del emisor.
La figura 3 es una vista en planta de un ejemplo
de un elemento en el que se ha implementado el circuito ilustrado
en la figura 1. El número de referencia (301) corresponde a un trozo
de sustrato de aislamiento eléctrico. Uno de los bordes del
sustrato (301) dispone de una serie de áreas de la capa resistente
exotérmica (302), las cuales están alineadas en paralelo a lo largo
del borde. Cada área (302) de resistencia exotérmica está colocada
en una trayectoria de líquido, adyacente al extremo, o a la salida,
de la trayectoria de líquido. Colocados aproximadamente en la parte
central del sustrato (301) se encuentran los transistores (303), que
activan las áreas de la capa resistente exotérmica (302) una por
una, los cuales están dispuestos de tal manera que sus bordes más
largos son paralelos entre sí, y sus bordes más cortos se alinean en
la dirección perpendicular a los bordes más largos de las áreas de
la capa resistente exotérmica (302). En esta realización, los
transistores de potencia (303) son transistores bipolares, y se
caracterizan porque están alineados en una única capa y en línea
recta, de tal manera que sus bordes más largos son paralelos entre
sí, y sus bordes más cortos están alineados en la dirección
perpendicular a los bordes más largos de las áreas de la capa
resistente exotérmica (302). Para activar las áreas de la capa
resistente exotérmica, es necesario que haya el mismo número de
transistores de potencia que de áreas de la capa resistente
exotérmica (302); cada área de la capa resistente exotérmica
necesita un transistor de potencia. En otro borde del sustrato
(301), es decir, el borde del lado opuesto al lado dónde se
disponen las áreas de la capa resistente exotérmica (302), se coloca
un circuito S/R 309 formado por un registro de desplazamiento y una
parte de retención ("latch"), junto con una serie de patillas
para la señal de entrada para los circuitos S/R (309), en las
proximidades de la agrupación de los transistores de potencia (303)
anteriormente mencionados, encontrándose las patillas de señal en el
borde. El número de referencia (311) corresponde a un cableado
común +VII para aplicar una tensión predeterminada a las áreas de
la capa resistente exotérmica (302), y el número de referencia (312)
corresponde a masa. En ambos extremos longitudinales de la
agrupación de transistores de potencia (303), en términos de la
dirección en la que los transistores de potencia (303) están
alineados en paralelo, se dispone de un calentador (313) para el
ajuste de la temperatura, y en las proximidades de uno de los
calentadores (313), se dispone de un calentador secundario (314).
Además, se dispone de un par de diodos sensores de temperatura (315)
en las partes de esquina del sustrato (301), correspondientes a
ambos extremos longitudinales de la agrupación anteriormente
mencionada de áreas de la capa resistente exotérmica (302), uno
para cada uno.
En esta realización, estos sensores de
temperatura leen la temperatura del sustrato, y los datos obtenidos
por los sensores de temperatura se envían a una RAM (no ilustrada)
situada en el interior del aparato de impresión por chorros de
tinta. Tras ser enviados a la RAM (no ilustrada) del aparato de
impresión por chorros de tinta, los datos son referenciados a una
tabla de temperaturas almacenada en la ROM, y se selecciona un valor
óptimo de la entrada del impulso. El valor seleccionado se
transmite al cabezal por chorros de tinta como (señal de) datos
térmicos. Se debe hacer notar que incluso si la amplitud del impulso
se mantiene en el mismo valor, es imposible mantener la temperatura
máxima de la superficie del calentador por debajo de 560ºC si la
temperatura del sustrato varía. Normalmente, la temperatura del
sustrato varía en un rango de 15ºC-80ºC, y, por lo
tanto, la diferencia de temperatura \DeltaT es como máximo de
65ºC.
Tal como se ha descrito anteriormente, en la RAM
se almacena una tabla para calcular la temperatura máxima (Temp),
que alcanza la superficie del calentador, respecto a la entrada de
impulso del calentador (suponiendo que la tensión es constante), y
basada en el valor (Base) leído por los sensores.
La temperatura máxima alcanzada (Treal) a que se
refiere la presente invención se obtiene con la siguiente
ecuación:
...(5)Treal =
Base +
Temp.
en la que Temp se obtiene como T en
la ecuación (4) indicada
anteriormente.
Si Treal supera 560ºC, se emite una señal de
parada (Emerg) desde la RAM, y, en consecuencia, se interrumpe la
transmisión de las señales desde el aparato de impresión al cabezal
por chorros de tinta (calor, bloqueo, Idata, etc.).
Cuando el número de datos de temperatura del
sustrato (Base) enviados desde los diodos sensores de temperatura
una vez para cada intervalo de tiempo predeterminado disminuye hasta
un nivel en el que Treal es inferior a 560ºC, se reinicia la
transmisión de los datos. A este respecto, en el caso de una
impresora, como por ejemplo una impresora en serie, que forme la
imagen línea a línea, incluso si se emite Emerg, la transmisión de
datos no se detiene hasta que finaliza la línea que se está
imprimiendo.
En dicho caso, la temperatura de la superficie
del calentador en algunas ocasiones supera los 560ºC, pero se sabe
que dichos incidentes no tienen efectos significativos sobre la vida
de servicio global.
El sustrato (301) dispone de cuatro orificios de
paso (316) y dos orificios de paso (317). Los cuatro orificios de
paso (316) están situados uno en cada una de las cuatro esquinas de
la agrupación de los segundos transistores de potencia (303), y los
dos orificios de paso (317) están situados junto a los diodos (315)
anteriormente mencionados, uno para cada uno. Estos orificios de
paso (316) y (317) se facilitan para hacer contacto con las dos
capas de cableado colocadas debajo. Colocadas una en cada uno de los
extremos longitudinales de la agrupación de los segundos
transistores de potencia (303) en términos de la dirección de
alineamiento de los transistores de potencia (303) se encuentra un
par de marcas (318) utilizadas para detectar la posición durante el
montaje.
La figura 4 muestra una vista transversal
esquemática de un ejemplo del cabezal de impresión equipado con
cabezales generadores de calor de acuerdo con la presente invención,
en el plano vertical que divide uno de los orificios en mitades
longitudinales idénticas. También ofrece una vista transversal del
mismo, en el plano (A-B) de la primera vista
transversal esquemática. El cabezal de impresión (13) se forma
uniendo una placa de cristal, cerámica o plástico que tiene una
serie de ranuras (14) para formar las trayectorias de tinta, con el
cabezal generador de calor (15). El cabezal generador de calor (15)
está compuesto por una serie de capas de películas: una capa
(16-1) de película anticavitación formada por
aleación amorfa que contiene Ta; una capa (16-2) de
película protectora formada por óxido de silicio o nitruro de
silicio; una capa de electrodo de aluminio que contiene los
electrodos (17-1) y (17-2); una capa
de película generadora de calor (18) formada por TaN o similares;
una capa de película de almacenamiento térmico (19), y una capa de
soporte (20) formada por alúmina o similares de alta calidad en
términos de radiación térmica, las cuales se listan en orden desde
el lado en contacto con la tinta. La capa de la película protectora
comprende dos subcapas: la capa de película anticavitación
(16-1) y la capa protectora (16-2).
Para garantizar que se proporcionaba la cantidad suficiente de
energía térmica a la tinta mientras se mantiene la temperatura de la
superficie de la película anticavitación (16-1) y
la tinta por debajo de 560ºC, y también para garantizar la
durabilidad, se hizo que el grosor global de la película protectora
fuese de, por ejemplo, 0,7 \mum. Además, para hacer que la
película anticavitación fuese suficientemente resistente a la
corrosión, la película anticavitación se formó de aleación amorfa
que contiene Ta, por ejemplo Ta18Fe57Ni8Cr17.
La tinta (21) llega hasta los orificios de
inyección (22), formando un menisco (23) con una presión
predeterminada. Al aplicar la señal eléctrica al electrodo de
aluminio (17), una región n del cabezal generador de calor (15)
genera calor repentinamente, y la parte de la tinta (21) en contacto
con una región n entra en ebullición, es decir, genera una burbuja.
En consecuencia, se provoca que el menisco (23) sobresalga hacia
afuera debido a la presión de la burbuja. Finalmente, una
determinada cantidad de tinta (21) es inyectada en forma de una
pequeña gota de tinta (24) debido a la presión de la burbuja, desde
el orificio hasta una parte del medio de impresión (25), por
ejemplo, una hoja de papel. La pequeña gota de tinta (24) inyectada
vuela hacia el medio de impresión (25) y se adhiere al área de
formación de imagen del medio de impresión (25), para formar una
sección microscópica de una imagen.
La figura 5 es una vista externa, en
perspectiva, de un ejemplo de una unidad de cabezal térmico
múltiple, o un cabezal térmico en el cual varias unidades térmicas
están dispuestas en paralelo, de acuerdo con la presente invención.
Esta unidad de cabezal térmico múltiple se forma uniendo
herméticamente una placa de cristal (27) con múltiples ranuras
(26), al sustrato del cabezal térmico.
En la presente invención, no hay restricciones
con respecto al tamaño de los orificios y similares, y, por lo
tanto, se pueden determinar de forma óptima para la calidad de
imagen deseada. Sin embargo, con el aumento de la demanda de mayor
calidad de imagen en los últimos años, se ha estudiado la idea de
reducir adicionalmente el tamaño del orificio. En concreto, los
estudios han conducido a reducir el tamaño del orificio de manera
que la cantidad de tinta inyectada desde un único orificio en cada
inyección sea de 0,1-40 picolitros, preferiblemente,
0,1-30 picolitros, más preferiblemente,
0,1-25,0 picolitros. Con dicha tendencia, el control
de la generación de depósito quemado, manteniendo la temperatura en
la interfaz entre la superficie de la película anticavitación y la
tinta por debajo des 560ºC, es extremadamente importante para que la
tinta se inyecte de forma regular.
La figura 15 es un gráfico que representa un
impulso de conmutación para activar un cabezal de impresión. En
este dibujo, VOP representa el nivel de tensión de activación; P1,
la amplitud del impulso de la primera parte (A continuación,
"impulso de pre-calentamiento") del impulso de
calentamiento dividido en dos partes; P2, el intervalo de tiempo; y
P3 representa la amplitud del impulso de la segunda parte del
impulso (A continuación, "impulso de calentamiento
principal"). T1, T2, y T3 representan puntos de tiempo que
corresponden a las amplitudes P1, P2, y P3. El nivel de la tensión
de activación VOP es uno de los factores que determinan la cantidad
de energía eléctrica que necesita el transductor electrotérmico, al
que se aplica la tensión, para generar la energía térmica aplicada
a la tinta en el interior de cada trayectoria de tinta formada por
la placa del calentador y la placa superior del cabezal de
impresión. Su valor se determina con el tamaño del área, el valor de
la resistencia y la estructura de la película del transductor
electrotérmico, y la estructura de la trayectoria de líquido del
cabezal de impresión. El procedimiento de activación por modulación
de la amplitud del impulso dividido aplica secuencialmente la parte
del impulso de calentamiento previo con la amplitud de P1, la parte
del intervalo con la amplitud de P2, y la parte del impulso
principal con la amplitud de P3, en este orden. La parte del
impulso de calentamiento previo es una parte para controlar
principalmente la temperatura de la tinta en el interior de la
trayectoria de tinta, y controla la cantidad de tinta a inyectar. El
valor de la amplitud de esta parte del impulso de calentamiento
previo se ajusta de tal manera que la energía térmica generada por
la aplicación de la parte del impulso de calentamiento previo al
transductor electrotérmico no genere burbujas en la tinta.
\newpage
El intervalo de tiempo se utiliza para evitar
que el impulso de calentamiento previo y el impulso de calentamiento
principal interfieran entre sí, y también para hacer uniforme la
distribución de la temperatura en toda la tinta del interior de la
trayectoria de tinta. El impulso de calentamiento principal se usa
para generar burbujas para que la tinta sea inyectada desde el
orificio de inyección, y su amplitud P3 se ajusta de acuerdo con el
tamaño del área, el valor de la resistencia, y la estructura de la
película del transductor electrotérmico, y la estructura de la
trayectoria de tinta del cabezal de impresión.
En el cabezal de impresión de esta realización,
si la amplitud del impulso de calentamiento previo P1 se varía
dentro de un rango determinado bajo la situación de que la tensión
de activación VOP sea X (V) (VOP = X), y la amplitud del impulso de
calentamiento principal P3 sea Y (\museg) (P3 = Y), existe una
relación como se muestra en la figura 16 entre la cantidad Vd de
tinta que se inyecta, y la amplitud del impulso de calentamiento
previo P.
La figura 16 es un gráfico que muestra que la
cantidad de tinta que se inyecta depende del impulso de
pre-calentamiento. En el gráfico, V0 representa la
cantidad de tinta inyectada cuando P1 = 0 (\museg). Como se indica
con una línea curva "a" en la figura 16, la cantidad Vd de
tinta que se inyecta aumenta linealmente en un rango de amplitud
del impulso P1 desde cero hasta P1LMT. Sin embargo, cuando la
amplitud del impulso P1 se aumenta por encima de P1LMT, la cantidad
Vd de tinta que se inyecta alcanza su máximo cuando la amplitud del
impulso P1 es P1MAX.
Como se deduce de la descripción anterior, el
rango de la amplitud del impulso P en el cual la variación de la
cantidad Vd de tinta que se inyecta, con respecto a la variación de
la amplitud del impulso P1 muestra linealidad, es eficaz como un
rango en el que la cantidad de tinta que se inyecta se puede
controlar fácilmente variando la amplitud del impulso P1.
En el rango P1 de amplitud del impulso en el
cual P1 es mayor que P1MAX, la cantidad Vd de tinta que se inyecta
es menor que VMAX. Esto se debe al siguiente motivo. Es decir, al
aplicar un impulso de pre-calentamiento con una
amplitud de impulso dentro del rango descrito anteriormente, se
genera una burbuja microscópica en el transductor electrotérmico
(estado inmediatamente anterior al comienzo de la ebullición), y no
desaparece antes de aplicar el impulso de calentamiento principal.
En consecuencia, el proceso en el cual el impulso de calentamiento
principal genera una burbuja es perturbado por esta burbuja
microscópica, reduciéndose en la cantidad de tinta que se inyecta.
Este rango P1 de amplitud de impulso se denomina rango previo de
generación de burbuja, en el cual es difícil controlar la cantidad
de tinta que se inyecta, por medio del impulso de
pre-calentamiento.
Definiendo la inclinación de la línea recta que
representa la relación entre la cantidad inyectada y la amplitud
del impulso dentro del rango de amplitud de impulso en el cual P1 =
0 \approx P1LMT (\museg) como el coeficiente de dependencia del
impulso de pre-calentamiento, existe la siguiente
relación: coeficiente de dependencia del impulso de
pre-calentamiento (KP) = (\DeltaVdP)/(\DeltaP1)
[ng/ \museg\cdotpunto]. Este coeficiente KP no depende de la
temperatura, y en cambio depende de la estructura del cabezal, la
situación de activación, las propiedades de la tinta, y similares.
Las líneas curvas "b" y "c" de la figura 16 representan
otros cabezales de impresión, mostrando que cada uno de los
cabezales de impresión es diferente en lo que respecta a las
propiedades de inyección.
En esta realización, la situación en la cual un
cabezal de impresión de acuerdo con la presente invención es
activado en el modo de impresión normal es que la amplitud del
impulso de pre-calentamiento sea P1 = Pa
(\museg), con lo cual la cantidad inyectada Vd pasa a ser Va
cuando la tensión de activación VOP = X (V), y la amplitud del
impulso de calentamiento principal P3 = Y (\museg). Bajo esta
situación de activación, la temperatura máxima del cabezal de
impresión no alcanza 560ºC mientras se inyecta la tinta.
En el caso descrito anteriormente, se ha
utilizado el control de la activación por modulación de la amplitud
del impulso usando un impulso doble dividido. Sin embargo, se puede
utilizar un impulso dividido múltiple tal como un impulso dividido
triple o un impulso con un número mayor de divisiones. Además, se
puede utilizar un procedimiento de activación por modulación de la
amplitud del impulso en el cual se usa un impulso sin dividir y se
modula la amplitud del impulso principal. En otras palabras, se
puede utilizar cualquier procedimiento de activación de la
modulación de la amplitud del impulso siempre que la temperatura
máxima que alcanza el cabezal de impresión se pueda mantener por
debajo de 560ºC.
En el caso de modos especiales de impresión, por
ejemplo, cuando es necesario que los puntos de impresión sean
grandes, el tamaño del punto se puede aumentar aumentando la
amplitud del impulso de pre-calentamiento P1 por
encima de Pa (\museg) para que la cantidad inyectada de la figura
16 sea mayor que Va. Durante este tipo de modos especiales, la
temperatura máxima que alcanza el cabezal de impresión en algunas
ocasiones supera 560ºC. Sin embargo, lo que es fundamental en este
caso es que la temperatura máxima del cabezal de impresión debe
permanecer por debajo de 560ºC durante el modo normal de impresión.
A este respecto, el modo normal de impresión corresponde a un modo
diferente de los diversos modos especiales que se utilizan en
contadas ocasiones, y se usan solamente cuando están seleccionados
para objetivos específicos, por ejemplo, un modo en el cual el
cabezal de impresión se activa de una manera especial debido a la
diferencia en el medio de impresión, o un modo de resolución
extremadamente alta.
En algunos cabezales por chorros de tinta, el
tono se controla variando el volumen de tinta que se inyecta desde
cada orificio. En estos cabezales por chorros de tinta, hay dos o
más calentadores colocados en el interior de cada tobera, y cada
calentador está conectado a su propio electrodo (cable) de manera
que se puede aplicar a cada calentador un impulso específico con
una tensión de activación específica. Cuando se realiza dicho
control, la temperatura máxima en la superficie de cada calentador
es diferente de la del resto de calentadores. Además, en algunas
ocasiones, se aumenta el valor del impulso introducido para imprimir
con puntos grandes para controlar de forma más precisa el tono para
conseguir un efecto especial. En estas ocasiones, la temperatura
máxima a veces supera 560ºC. Sin embargo, esto no tiene importancia
siempre que la temperatura máxima que alcanza la superficie de cada
calentador durante el modo normal no supere 560ºC.
Suponiendo que si la película anticavitación que
constituye la capa superior de cada calentador no se corroe a
través de la reacción termoquímica entre la película anticavitación
y el reactivo quelante o similar contenido en la tinta, la duración
de la vida de servicio de un cabezal por chorros de tinta basado en
el calentador se determina solamente por la cavitación que se
produce cuando una burbuja generada por un calentador colisiona y
desaparece, un cabezal por chorros de tinta basado en el calentador
puede generar una burbuja 5x10^{8}-3x10^{9}
veces antes de que finalice su vida de servicio. La presente
invención hace posible que una capa resistente exotérmica genere
una burbuja tantas veces como el número de veces indicado
anteriormente, incluso si la tinta contiene un agente quelante o
similar, garantizando que la fiabilidad de un cabezal por chorros
de tinta basado en el calentador se mantiene durante un largo
período de tiempo.
La tinta utilizada en la presente invención
puede contener material colorante, disolvente orgánico soluble en
agua, agua y/o similares, según se desee. El material colorante
puede ser soluble en agua o no. El material colorante soluble en
agua puede ser colorante aniónico soluble en agua, colorante
directo, colorante ácido, colorante reactivo u otro colorante
soluble en agua. En concreto, el colorante aurífero con TaN o
cobalto se ha utilizado de forma limitada en los cabezales de
impresión que usan energía térmica, debido al problema del depósito
quemado, pero según la presente invención, se puede utilizar con
estabilidad. El material colorante insoluble en agua puede ser
pigmento, colorante disperso o similares. En el caso del material
colorante insoluble en agua, si se dispersa puede contener una
imagen del material de dispersión.
La tinta utilizada en la presente invención
puede contener disolvente orgánico soluble en agua, según se desee.
Utilizando el siguiente disolvente orgánico soluble en agua, se
puede mejorar la disolubilidad de los componentes que componen la
tinta, y la viscosidad se puede ajustar fácilmente. Dichos
disolventes orgánicos solubles en agua incluyen alcoholes
monovalentes tales como metanol, etanol o alcohol isopropilo; cetona
o alcoholes de cetona como por ejemplo acetona o alcohol diacetona;
éteres como por ejemplo tetrahidrofurano, diosane; polímeros de
adición de oxietileno u oxipropileno como por ejemplo
dietilenglicol, trietilenglicol, tetraetilenglicol,
dipropilenglicol, tripropilenglicol, polietilenglicol o
polipropilenglicol; alquilenglicoles con grupo de alquileno con
2-6 átomos de carbono como por ejemplo etilenglicol,
propilenglicol, trimetilenglicol, butilenglicol o hexilenglicol;
trioles como por ejemplo 1,2,6-hexanotriol;
tiodiglicol; glicerina; éteres de alcohol poliatómico de alquilo
inferior como por ejemplo etilenglicol monometil (o etil) éter,
dietilenglicol monometil (o etil) éter o trietilenglicol monometil
(o etil) éter; éteres de alcohol poliatómico de dialquilo inferior
como por ejemplo trietilenglicol dimetil (o etil) éter,
tetraetilenglicol dimetil (o etil) éter; sulfolano,
N-metil-2-pirrolidona,
2-pirrolidona,
1,3-dimetil-2-imidazolidinona.
El contenido del disolvente orgánico soluble en
agua preferiblemente es superior al 1% en peso e inferior al 30% en
peso respecto al peso total de la tinta, e incluso preferiblemente,
superior al 1% en peso e inferior al 25% en peso. De esta manera,
se mejoran las diversas propiedades de la tinta.
Para que la presente invención proporcione
efectos notables, el agua añadida a la tinta es preferiblemente
agua de intercambio iónico. Cuando se utiliza agua de intercambio
iónico, la coloración del material colorante no está influenciada
por los iones, de manera que se estabiliza el tono del color de la
tinta. El porcentaje de agua en el peso total de la tinta es
preferiblemente superior al 20% en peso e inferior al 95% en peso,
incluso preferiblemente superior al 40% en peso e inferior al 95% en
peso, e incluso lo más deseable es que sea superior al 60% en peso
e inferior al 95% en peso.
Se puede añadir agente quelante a la tinta
utilizada en esta invención, según se desee. El agente quelante
puede ser cualquiera, siempre que tenga capacidad de coordinación, y
preferiblemente sea de tipo fosfato, de tipo ácido carboxílico o de
tipo ácido aminocarboxílico. El agente quelante de tipo fosfato
incluye ácido tripolifosfórico,
1-hidroxietilideno-1,
1-difosfonato (HEDP), aminotrimetilenfosfónico
(ATMP), o similares, y la sal de los mismos. El agente quelante de
tipo ácido carboxílico incluye ácido cítrico o similares y la sal
de los mismos. El agente quelante de tipo ácido aminocarboxílico
incluye etilendiamino tetraacético (EDTA), hidroxietilendiamino
triacético (HEDTA), glicoéterdiamino tetraacético(GEDTA),
nitrilo triacético (NTA), hidroximino diacético (HIDA),
hidroxietilglicina (DHEG), dietilentriamina pentaacético (DTPA),
trietilentriamina hexaacético (TTHA) o similares y la sal de los
mismos. Desde el punto de vista de la capacidad de coordinación, el
tipo fosfato y el tipo ácido aminocarboxílico se prefieren al tipo
ácido carboxílico.
La figura 6 muestra un ejemplo de un aparato de
impresión por chorros de tinta, dotado de un cabezal de impresión
de acuerdo con la presente invención. En el dibujo, el número de
referencia (61) corresponde a una hoja que se usa como elemento de
limpieza, que está apoyada en un elemento de soporte de la hoja en
forma de voladizo; se acopla al elemento de soporte por una de sus
aristas. La hoja (61) está colocada en una posición próxima al
rango de impresión del cabezal de impresión. En esta realización,
está colocada de tal manera que sobresale hacia la trayectoria
móvil del cabezal de impresión. El número de referencia (62)
corresponde a una tapa, colocada al lado de la posición inicial que
es adyacente a la posición de la hoja (61). La tapa (62) está
estructurada de tal manera que se mueve en la dirección
perpendicular a la dirección de movimiento del cabezal de impresión
para estar en contacto con la superficie con orificios de inyección
del cabezal de impresión. El número de referencia (63) corresponde
a un elemento absorbente situado cerca de la hoja (61). Al igual
que la hoja (61), está colocado de tal manera que sobresale hacia la
trayectoria móvil del cabezal de impresión. La hoja (61)
anteriormente descrita, la tapa (62), y el elemento absorbente (63)
componen una parte de recuperación de la inyección (64), que
elimina la humedad, el polvo y similares de la superficie con
orificios de inyección mediante la hoja (61) y el elemento
absorbente (63). El número de referencia (65) corresponde a un
cabezal de impresión que tiene medios para generar energía térmica
necesaria para la inyección de la tinta, manteniendo la temperatura
de la superficie del elemento generador de calor por debajo de
560ºC, e imprime las imágenes en una hoja del medio de impresión
orientada hacia la superficie del cabezal de impresión con orificios
de inyección, inyectando la tinta en la hoja del medio de
impresión. El número de referencia (66) corresponde a un carro en
el que se monta el cabezal de impresión (65) para moverlo. El carro
(66) se acopla de forma deslizante con un eje guía (67), y una
parte del carro (66) se conecta (no se muestra en la ilustración)
con una correa (69) que se activa mediante un motor (68). Con esta
estructura, el carro (66) se puede mover a lo largo del eje guía
(67); en otras palabras, se puede mover a través del rango de
impresión del cabezal de impresión (65), y en las proximidades del
mismo. El número de referencia (51) corresponde a una parte de
alimentación de hojas para introducir una o varias hojas de papel de
impresión, y el número de referencia (52) corresponde a un rodillo
de conducción de las hojas que se activa con un motor no ilustrado.
Con la anterior disposición estructural, una hoja de papel de
impresión se conduce hasta una posición en la que la hoja de papel
de impresión se orienta hacia la superficie con orificios de
inyección del cabezal de impresión. Con el avance de la impresión,
la hoja de papel de impresión continúa conduciéndose, y finalmente
se descarga en una sección de entrega equipada con un rodillo de
descarga de hojas (53).
Mientras el cabezal de impresión (65) vuelve a
la posición inicial tras finalizar una operación de impresión
determinada, la hoja (61) sobresale hacia la trayectoria móvil del
cabezal de impresión, aunque la tapa (62) se mantiene fuera de la
trayectoria móvil del cabezal de impresión (65). Por lo tanto, se
limpia la superficie con orificios de inyección del cabezal de
impresión. Para tapar el cabezal de impresión (65), es decir, para
entrar en contacto con la superficie con orificios de inyección del
cabezal de impresión, la tapa (62) se mueve de tal manera que
sobresale hacia la trayectoria móvil del cabezal de impresión.
Cuando el cabezal de impresión (65) se mueve
hacia la posición de comienzo de la impresión desde la posición
inicial, la tapa (62) y la hoja (61) están en las mismas posiciones
que durante la limpieza del cabezal de impresión. Por lo tanto, la
superficie con orificios de impresión del cabezal de impresión (65)
también se limpia durante este movimiento. El retorno descrito
anteriormente del cabezal de impresión a su posición inicial se
produce no sólo inmediatamente después de la finalización de una
operación de impresión determinada, o para la operación de
recuperación de la inyección, sino que también se produce con
intervalos predeterminados durante los cuales el cabezal de
impresión se mueve hacia el siguiente punto de impresión a través de
su rango de impresión, y durante este movimiento del cabezal de
impresión hacia la posición inicial adyacente al rango de impresión
del cabezal de impresión, también se produce la anteriormente
mencionada limpieza del cabezal de impresión.
La figura 7 muestra un cartucho de tinta que
contiene la tinta que se suministra a un cabezal de impresión a
través de un elemento de suministro de tinta, por ejemplo, un tubo.
En la figura 7, el número de referencia (40) corresponde a una
sección de almacenamiento de tinta, por ejemplo, una bolsa de tinta,
que contiene la tinta que se suministra al cabezal de impresión. El
extremo de la bolsa de tinta (40) dispone de un tapón de goma (42).
La tinta del interior de la bolsa de tinta (40) se suministra al
cabezal de impresión insertando una aguja (no se muestra en la
ilustración) en la bolsa de tinta (40) a través de este tapón (42).
El número de referencia (44) corresponde a un elemento absorbente
que recoge y absorbe la tinta residual. Respecto a la sección de
almacenamiento de la tinta, para la presente invención se prefiere
una bolsa, en la cual la superficie en contacto con la tinta esté
formada de poliolefina, en concreto, polietileno. No es necesario
que la selección de los cabezales de impresión y los cartuchos de
tinta que se vayan a utilizar con los aparatos de impresión por
chorros de tinta, de acuerdo con la presente invención, se limiten a
los descritos anteriormente, que son independientes entre sí. En
otras palabras, los cabezales de impresión integrados con un
cartucho de tinta también se pueden utilizar con los aparatos de
impresión por chorros de tinta de acuerdo con la presente
invención, con resultados adecuados.
Haciendo referencia a la figura 8, el número de
referencia (70) corresponde a una unidad de impresión, que está
estructurada de tal manera que la sección de almacenamiento de la
tinta, por ejemplo, un elemento absorbente de tinta, está
almacenada en su interior, y la tinta del interior del elemento
absorbente de tinta se inyecta en forma de una pequeña gota de
tinta desde la sección del cabezal (71) equipada con la serie de
orificios. Respecto al material del elemento absorbente de tinta,
en la presente invención se prefiere el poliuretano. El número de
referencia (72) corresponde a un orificio de ventilación para que el
espacio interior de la unidad de impresión (70) se pueda conectar a
la atmósfera. Esta unidad de impresión (70) se puede utilizar en
lugar del cabezal de impresión ilustrado en la figura 4, y se monta
de forma desmontable en el carro (66).
\newpage
La presente invención es compatible con tintas
de cualquier color, por ejemplo, tinta amarilla, magenta, cian,
roja, verde, azul o negra. Estas tintas se pueden utilizar de forma
individual para la formación de la imagen, o se puede utilizar una
combinación de dos o más tintas de diferente color para la formación
de una imagen en color. Además, se pueden combinar dos o más tintas
del mismo color pero de distinto material colorante, para formar
una imagen con mejor gradación. Cuando se forma una imagen usando
dos o más tintas de color diferente o tintas de distinto material
colorante, se debe utilizar un aparato de impresión como el
ilustrado en la figura 9, en el cual cuatro cabezales de impresión
están alineados en el carro. En la figura 9, los números de
referencia (86), (87), (88) y (89) corresponden a los cabezales de
impresión para inyectar las tintas amarilla, magenta, cian, y
negra, respectivamente. Cada uno de estos cabezales de impresión
dispuestos en el interior del aparato de impresión inyecta la tinta
en respuesta a las señales de impresión. Aunque la figura 9 muestra
una carcasa en la cual se usan cuatro cabezales de impresión, la
aplicación de la presente invención no se limita necesariamente a
esta configuración. Por ejemplo, la presente invención también se
aplica a la configuración de los cabezales de impresión ilustrada
en la figura 10, en la cual los cuatro cartuchos de tinta de
diferente color de tinta anteriormente mencionados se combinan con
un único cabezal en el cual se agrupan las trayectorias de tinta
para formar una imagen en color.
A continuación, la presente invención se
describirá con más detalle haciendo referencia a una realización
del procedimiento de impresión por chorros de tinta de acuerdo con
la presente invención. Se debe hacer notar que la aplicación de la
presente invención no está limitada a la siguiente realización.
La figura 11 es una vista transversal de la
placa base del cabezal por chorros de tinta en esta realización. El
cabezal de impresión en esta realización fue realizado uniendo una
pieza de placa de cristal con ranuras para formar las trayectorias
de tinta con la placa base por chorros de tinta. La placa base por
chorros de tinta comprendía varias capas de película: una capa
anticavitación (10) de 0,2 \mum de grosor formada por Ta; una
capa protectora (11) de 0,2 \mum de grosor formada por nitruro de
silicio; una capa aislante (8); una capa de electrodo de aluminio
que contiene los electrodos (3) y (4); una capa resistente
exotérmica (7) formada por TaN o similares; una capa de
almacenamiento térmico (6), y una capa de soporte (20) formada por
alúmina o similar de gran calidad en términos de radiación de calor,
que se han listado en orden partiendo del lado en contacto con la
tinta. Respecto a la temperatura en la interfaz entre la película
anticavitación (10) y la tinta, se midió la superficie de la
película anticavitación, en contacto con la tinta, utilizando el
Thermo Viewer (un producto de Nippon Avionix Co., Ltd.) mientras un
elemento generador de calor se activaba sin tinta en su superficie.
Esto se debe al hecho de que el estado en el cual la temperatura de
la superficie de la película protectora se encuentra en su nivel
máximo es también el estado en el cual la burbuja se está formando
en la superficie de la película protectora, y, por lo tanto, la
temperatura de la superficie de la película protectora en este
estado se puede obtener aproximadamente midiendo la temperatura de
la superficie de la película protectora sin tinta en su
superficie.
Cuando la tensión de activación de 25 V, que era
un 50% en peso superior a la tensión umbral necesaria para llevar
la tinta a ebullición, y tenía una amplitud de impulso de 2,0
\museg y una frecuencia de 6 kHz, fue aplicada al cabezal
generador de calor mostrado en la figura 11, la tinta entró en
ebullición correctamente, y la temperatura máxima alcanzada por la
superficie de la película protectora fue de 545ºC.
Por otra parte, el valor de la resistencia R (T)
de la película anticavitación (10) depende de la temperatura T, y
se puede aumentar con respecto a la temperatura T. Por lo tanto,
ignorando los términos de exponente mayor que tres, se puede
obtener para la temperatura T una ecuación cuadrática en la que R
(T) es el término constante. Así, se midió en la práctica el valor
de la resistencia R (T) de la película anticavitación cuando la
temperatura T se encontraba en un determinado nivel, y se resolvió
la ecuación (4) anteriormente mencionada, es decir, la ecuación
cuadrática, sustituyendo el valor de la resistencia medida en la
ecuación (4) para calcular la temperatura T. La temperatura máxima
teórica así obtenida alcanzada por la superficie de la película
protectora resultó ser de 540ºC, que era esencialmente igual a la
temperatura máxima alcanzada por la superficie de la película
protectora medida en la práctica.
A este respecto, al resolver la ecuación (4),
hasta que comienza la ebullición de la película, se introducen los
valores de las propiedades físicas del agua, y tras comenzar la
ebullición de la película, se introducen los valores de las
propiedades físicas del aire (gas). Por lo tanto, el efecto de
aislamiento térmico en la superficie del calentador es menor que en
la situación real, dando lugar a un valor ligeramente inferior.
Experimento
1
La tinta 1 fue formulada con el siguiente
procedimiento. Después de mezclar los siguientes ingredientes (los
ingredientes listados a continuación), y de agitarlos durante más de
dos horas, la mezcla fue ajustada a un pH 6 utilizando una solución
al 10% en peso de agua de hidróxido de sodio. A continuación, la
mezcla fue filtrada con una película membranosa con un diámetro de
poro de 0,2 \mum, obteniendo la tinta 1.
- C.I. Azul directo
- 3% en peso
- Dietilenglicol
- 10% en peso
- Tiodiglicol
- 10% en peso
- Ácido cítrico
- 0,35% en peso
- Agua
- 76,65% en peso
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La tinta 1 así obtenida fue inyectada 6x10^{8}
veces desde el cabezal de impresión anteriormente mencionado,
estructurado de tal manera que la cantidad de tinta inyectada desde
cada orificio por inyección era de 50 picolitros, en cada una de
las pruebas cuyas condiciones de activación eran diferentes en
términos de temperatura máxima alcanzada mediante la simulación
anteriormente mencionada. Durante estas pruebas, se examinaron la
precipitación de los ingredientes quemados de la tinta, la
regularidad en la cantidad inyectada, y la corrosión de la película
anticavitación. En la tabla 1 se muestran los resultados.
Respecto al estado del depósito quemado, cada
cabezal de impresión fue desmontado después de inyectar tinta
6x10^{8} veces, y se examinó visualmente mediante un microscopio
óptico la superficie de la película anticavitación en contacto con
la tinta.
Respecto a la regularidad de la cantidad
inyectada, se obtuvo una cantidad media de tinta inyectada por
tobera después de inyectar tinta 6x10^{8} veces, y este valor fue
comparado con los valores iniciales de funcionamiento de cada
cabezal para evaluar el funcionamiento del cabezal en los tres
grados siguientes.
G: superior al 90% en peso comparado con la
cantidad inicial
F: superior al 80% en peso e inferior al 90%
comparado con la cantidad inicial
N: inferior al 80% en peso comparado con la
cantidad inicial
Respecto al grado de corrosión de la película
anticavitación, se obtuvo un valor numérico como la proporción de
película anticavitación restante tras inyectar tinta el número de
veces anteriormente mencionado. En concreto, antes y después de
inyectar la tinta el número de veces anteriormente mencionado, la
composición elemental de la parte central de la película
anticavitación fue analizada con un Electron Probe Micro Analyzer
(un producto de Shimazu Corp.), haciendo circular una corriente de
40 nA, para calcular la proporción de película anticavitación
restante, basada en la proporción de la intensidad de la señal
trazable a Ta en el interior de la película anticavitación antes de
inyectar la tinta el número de veces anteriormente mencionado,
respecto a la de después de inyectar la tinta el número de veces
anteriormente mencionado. Con la circulación de la corriente de 40
nA, se detectó no sólo la composición elemental de la película
anticavitación, sino también la presencia de Si en la capa
protectora bajo la capa anticavitación. Así, la proporción de
película anticavitación restante (tasa de supervivencia) se podía
medir comparando la intensidad de las señales de los elementos
constituyentes en cada capa antes de inyectar la tinta el número de
veces anteriormente mencionado, con la posterior.
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\vskip1.000000\baselineskip
(Tabla pasa a página
siguiente)
Además, la relación entre la proporción de
película anticavitación restante y la temperatura máxima alcanzada
se muestra en la figura 14.
Entre estos resultados de las pruebas, las
realizaciones primera a tercera de la presente invención
corresponden respectivamente a los resultados de las pruebas
primera a tercera.
Como se deduce de la tabla 1 y de la figura 14,
cuando la temperatura máxima alcanzada era inferior a 560ºC (en
otras palabras, en los casos de las realizaciones primera a
tercera), la película anticavitación no se corroía en absoluto. Tal
como se ha descrito anteriormente, el tamaño de los cabezales de
impresión utilizados en este experimento era sumamente reducido, y,
por lo tanto, sus películas anticavitación eran muy finas. Así, la
corrosión de las películas protectoras fue observada en las pruebas
4-7. En las pruebas 6 y 7, en las cuales las
temperaturas máximas alcanzadas fueron de 607ºC y 623ºC,
respectivamente, se observó la ruptura del cableado, que parecía
ser trazable a la corrosión de la película anticavitación.
Respecto al depósito quemado, no se observó
ninguno en estas pruebas. Se dedujo que el reactivo quelante añadido
a la tinta era el responsable de ello.
Tal como se ha descrito anteriormente, mediante
estas pruebas, se hizo evidente que si la temperatura en la
interfaz entre la superficie de la película anticavitación y la
tinta se mantenía por debajo de 560ºC, se podía controlar la
precipitación de los ingredientes quemados de la tinta y la
corrosión de la película anticavitación, de manera que la tinta se
pudiese inyectar de forma regular.
Pruebas
4-10
Las tintas 2-8 fueron formuladas
de la siguiente manera. Después de mezclar los siguientes
ingredientes (los ingredientes listados a continuación), y de
agitarlos durante más de dos horas, las mezclas se ajustaron a
niveles de pH predeterminados, utilizando una solución al 10% en
peso en agua de hidróxido de sodio. A continuación, las mezclas se
filtraron con una película membranosa con un diámetro de poros de
0,2 \mum, obteniendo las tintas 2-8.
Cada una de las tintas así obtenidas fue
inyectada 6x10^{8} veces desde el cabezal de impresión
anteriormente mencionado, el cual disponía de una película
anticavitación de 0,2 \mum de grosor formada por Ta y una película
protectora de 0,5 \mum de grosor formada por nitruro de silicio,
y que estaba estructurado de manera que la cantidad de tinta
inyectada desde cada orificio por inyección era de 50 picolitros,
mientras la temperatura en la interfaz entre la superficie de la
película anticavitación y la tinta se mantenía por debajo de 541ºC.
Posteriormente, los cabezales de impresión fueron medidos con
respecto a la precipitación de los ingredientes quemados de la
tinta, la regularidad en la cantidad inyectada, y la corrosión de la
película anticavitación como en la primera prueba. En la tabla 3 se
muestran los resultados.
Como resulta evidente de la tabla 3,
independientemente de la tinta utilizada, no se observó
precipitación de los ingredientes quemados de la tinta ni corrosión
de la película protectora. Además, incluso cuando se utilizaron las
tintas formadas eliminando el reactivo quelante de los ingredientes
de las tintas 2, 3 y 8, tampoco se observó precipitación de los
ingredientes quemados de la tinta ni corrosión de la película
protectora.
Por otra parte, cuando las tintas
2-8 anteriormente mencionadas fueron inyectadas
6x10^{8} veces mientras la temperatura de la interfaz
anteriormente mencionada se mantenía por debajo de 607ºC, la
reducción del grosor de la película anticavitación había progresado
lo suficiente para sugerir la posible ruptura del cabezal generador
de calor, en el caso de todas las tintas.
Cuando se utilizaron las tintas formadas
eliminando el reactivo quelante de los ingredientes de las tintas
2, 3 y 8, no se observó corrosión de la película protectora, pero en
el caso de algunas tintas, se observó precipitación de los
ingredientes quemados de la tinta en la superficie de la película
protectora en el elemento generador de calor.
A partir de la observación anterior, se deduce
que cuando la tinta contiene reactivo quelante, la precipitación de
los ingredientes quemados, y la corrosión de la película
anticavitación se pueden controlar mejor para inyectar la tinta de
forma regular, manteniendo la temperatura de la interfaz entre la
superficie de la película anticavitación y la tinta por debajo de
560ºC.
Además, es evidente que, incluso cuando la tinta
no contiene reactivo quelante, la precipitación de los ingredientes
quemados y la corrosión de la película anticavitación se pueden
controlar para inyectar la tinta de forma regular, manteniendo la
temperatura de la interfaz entre la superficie de la película
anticavitación y la tinta por debajo de 560ºC.
Más aún, cuando se inyectaba la tinta desde los
cabezales generadores de calor con una película anticavitación
formada por aleación amorfa que contiene Ta, en concreto,
Ta18Fe57Ni8Cr17, de la misma manera que en las pruebas
4-9, la proporción de película anticavitación
restante no descendía en absoluto incluso cuando se permitía que la
temperatura en la interfaz, entre la superficie de la película
anticavitación y la tinta, alcanzase 560ºC. En otras palabras,
resultó evidente que la precipitación de los ingredientes quemados y
la corrosión de la película anticavitación se controlaban mejor
para inyectar la tinta de forma regular.
\newpage
Pruebas
11-14
Las pruebas 11-14 se realizaron
bajo las siguientes condiciones.
El nivel de temperatura máxima que alcanzó la
interfaz anteriormente mencionada fue ajustado variando la amplitud
del impulso aplicado en un rango de 1,0-8,0
(\museg).
En otras palabras, el nivel máximo de
temperatura que alcanza la superficie del calentador se puede
obtener resolviendo la ecuación (4) indicada anteriormente,
utilizando los valores de las condiciones anteriores como
entradas.
Bajo varias combinaciones de las condiciones
indicadas anteriormente, se midió la durabilidad del calentador. En
la siguiente tabla se muestran los resultados.
A este respecto, la capa de almacenamiento
térmico (SiO2) tenía un grosor de 1,7 \mum, y el sustrato de
silicio era de 625 \mum.
\vskip1.000000\baselineskip
Estas pruebas demostraron que la presente
invención era eficaz incluso cuando no había material quelante en
la tinta. Además, de los resultados anteriores se deduce que la
presente invención es eficaz independientemente no sólo del tipo de
tinta, sino también de los tipos de película protectora y del
material de la resistencia exotérmica.
Las operaciones de impresión se realizaron en la
práctica utilizando un aparato de impresión por chorros de tinta
equipado con un cabezal de impresión, el cual se describirá a
continuación, bajo la situación descrita en la presente invención.
Los resultados fueron excelentes.
La figura 12 es un diseño esquemático de un
cabezal de impresión y muestra la estructura general del cabezal.
El cabezal de impresión comprende: una serie de cabezales
generadores de calor (1103), el cableado (1104), las paredes de las
trayectorias de tinta (1105), las cuales se forman en capas en un
sustrato (1102), en forma de una película, a través de procesos de
fabricación de semiconductores tales como el depósito de ataque
químico y la pulverización iónica; y una placa superior (1106). La
tinta (1112) se suministra a una cámara de tinta común (1108) del
cabezal de impresión (1101), a través de un tubo de suministro de
tinta (1107) desde una cámara de almacenamiento de tinta que no se
muestra en la ilustración. El número de referencia (1109)
corresponde al conector del tubo de suministro de tinta. Tras ser
suministrada a la cámara de tinta común (1108), la tinta (1112) se
introduce en las trayectorias de tinta (1110) debido a la fuerza
capilar, y se retiene de forma estable al formar la tinta en cada
trayectoria de tinta (1110) un menisco en la abertura, es decir, un
orificio, del lado exterior de la trayectoria de tinta (1110). En
este estado, la energía se suministra de forma selectiva a los
cabezales generadores de calor. Al suministrar energía, la tinta se
calienta repentinamente, y, en consecuencia, se genera una burbuja
en la trayectoria de tinta. Con la expansión y la contracción de la
burbuja, la tinta se inyecta desde la abertura de inyección (1111),
en forma de una pequeña gota de tinta. Respecto a la energía
suministrada a los cabezales generadores de calor, la energía se
controla para que la temperatura alcanzada en la interfaz entre la
superficie del elemento térmico y la tinta sea inferior a 560ºC.
La figura 13 es una vista externa de un aparato
de impresión por chorros de tinta, en el cual es aplicable la
presente invención. Este aparato de impresión por chorros de tinta
comprende un carro HC, cuyo pasador (no se muestra en la
ilustración) se coloca en la ranura espiral (5005) del husillo madre
(5004) girado a través de los engranajes de transmisión de la
fuerza de impulsión (5011) y (5009), los cuales giran hacia
adelante o hacia atrás con el giro hacia adelante o hacia atrás del
motor impulsor (5013). De esta manera, con el giro hacia adelante o
hacia atrás del motor (5013), el carro HC se desplaza en la
dirección de la marca en forma de flecha. El número de referencia
(5002) corresponde a una placa para prensar el papel, que mantiene
el papel presionado sobre una platina (5000) a través de todo del
rango de desplazamiento del carro HC. Los números de referencia
(5007) y (5008) corresponden a dos secciones de un fotoacoplador que
constituye un medio de detección de la posición inicial para
invertir la dirección de rotación del motor impulsor (5013); se
detecta la presencia de la palanca (5006) del carro HC en el
espacio del fotoacoplador. El número de referencia (5016)
corresponde a un elemento para soportar un elemento de cierre (5022)
para recubrir la superficie delantera del cabezal de impresión, y
el número de referencia (5015) corresponde a un medio de succión
para succionar la sustancia del interior del tapón para restaurar
el rendimiento del cabezal de impresión succionando la sustancia
del interior del cabezal de impresión a través de la abertura (5023)
de la tapa. El número de referencia (5017) corresponde a una hoja
de limpieza, y el número de referencia (5019) corresponde a un
elemento que habilita el movimiento hacia adelante o hacia atrás de
esta hoja (5019). La hoja de limpieza (5017) y este elemento para
mover la hoja (5017) están soportados por la placa de soporte (5018)
de la serie principal del aparato. Respecto a la configuración de
la hoja, no es necesario que sea la de esta realización; se puede
utilizar cualquier hoja de limpieza conocida, lo cual es obvio. El
número de referencia (5012) corresponde a una palanca que dispara
la operación de succión para restaurar el funcionamiento del cabezal
de impresión, y se mueve a medida que lo hace la leva (5020)
acoplada al carro HC; su movimiento se controla con el control de
la fuerza de impulsión del motor de impulsión a través de los medios
de transmisión de la fuerza de impulsión que comprenden un embrague
y similares.
Este aparato de impresión por chorros de tinta
está formado de tal manera que los medios de cierre, de limpieza y
de succión están estructurados para ser movidos por el husillo madre
(5004) que es activado en sus posiciones asignadas. Sin embargo, no
existen restricciones respecto a las configuraciones de estos
medios; siempre que se puedan activar para realizar las operaciones
predeterminadas con temporizaciones conocidas, son compatibles con
la presente invención. Cada una de las estructuras descritas
anteriormente constituye una excelente invención, ya sea
individualmente o en combinación con las otras. Este aparato dispone
de un medio de suministro de la señal de activación para activar
los elementos de generación de la presión de inyección de la
tinta.
Si bien la invención se ha descrito haciendo
referencia a las estructuras descritas en la misma, no está limitada
a los detalles establecidos en adelante, y esta aplicación pretende
cubrir las modificaciones o cambios que queden comprendidos dentro
del ámbito de las siguientes reivindicaciones.
Claims (18)
1. Procedimiento de impresión por chorros de
tinta, que comprende la aplicación de una señal de activación a una
resistencia generadora de calor (18) dispuesta en un sustrato del
cabezal por chorros de tinta, estando la resistencia generadora de
calor (18) recubierta por una película protectora (16), generando
así la energía térmica que se aplica a la tinta a través de la
película protectora (16) para crear una burbuja mediante la
ebullición de la película de la tinta, generando así la presión que
produce la inyección de la tinta,
caracterizado por controlar, durante la
aplicación de la señal de activación a la resistencia generadora de
calor (18) en un modo de impresión, la temperatura máxima en la
superficie de la película protectora (16) que está en contacto con
la tinta para que sea inferior a 560ºC.
2. Procedimiento, según la reivindicación 1, en
el que la temperatura máxima se controla controlando la amplitud del
impulso de una señal de activación aplicada a la resistencia
generadora de calor (18).
3. Procedimiento, según la reivindicación 1, en
el que la etapa de control mencionada comprende:
medir la temperatura del sustrato; e
interrumpir la aplicación de la señal de
activación a la resistencia generadora de calor (18) cuando se
decide que no es posible realizar el control para hacer que la
temperatura máxima sea inferior a 560ºC, en base a la temperatura y
una señal de activación.
4. Procedimiento, según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que la tinta contiene
agente
quelante.
quelante.
5. Procedimiento, según la reivindicación 4, en
el que el contenido del agente quelante es superior a 50 ppm en peso
e inferior al 20% en peso.
6. Procedimiento, según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que la mencionada película
protectora (16) comprende una serie de capas, y la capa en contacto
con la tinta es una película anticavitación (16-1)
hecha de aleación amorfa que contiene Ta.
7. Procedimiento, según la reivindicación 6, en
el que la aleación amorfa comprende uno o más materiales metálicos
seleccionados de un grupo de Fe, Cr, Re, Ge y Ni.
8. Procedimiento, según la reivindicación 7, en
el que la aleación amorfa comprende Ta, Fe, Cr y Ni, y el contenido
de Ta es inferior al 30% en peso en base al peso total de la
aleación amorfa.
9. Aparato por chorros de tinta que incluye un
cabezal por chorros de tinta (15) que comprende un sustrato del
cabezal por chorros de tinta que incluye una resistencia generadora
de calor (18) recubierta por una película protectora (16) tal que,
durante su utilización, el calor generado por la mencionada
resistencia generadora de calor (18) se aplica a la tinta a través
de la mencionada película protectora para crear una burbuja en la
tinta, generando así la presión para producir la inyección de la
tinta,
caracterizado porque el aparato por
chorros de tinta comprende medios de control de la señal de
activación para hacer que la temperatura máxima en la superficie de
la mencionada película protectora (16) en contacto con la tinta sea
inferior a 560ºC durante la aplicación de una señal de activación a
la mencionada resistencia generadora de calor (18).
10. Aparato, según la reivindicación 9, en el
que los medios de control de la señal de activación controlan la
amplitud del impulso de la señal de activación aplicada a la
mencionada resistencia generadora de calor para controlar la
temperatura máxima mencionada.
11. Aparato, según la reivindicación 9, en el
que el mencionado sustrato del cabezal por chorros de tinta incluye
un elemento de detección de la temperatura (315) para medir la
temperatura del mencionado sustrato, y en el que los mencionados
medios de control de la señal de activación se pueden operar para
detener la aplicación de la señal de activación a la resistencia
generadora de calor (18) cuando se decide que no es posible realizar
el control para hacer que la temperatura máxima sea inferior a
560ºC, en base a la temperatura y una señal de impulsión.
12. Aparato, según cualquiera de las
reivindicaciones 9 a 11, que comprende adicionalmente el suministro
de tinta con un agente quelante.
13. Aparato, según la reivindicación 12, en el
que el contenido de agente quelante es superior a 50 ppm en peso e
inferior al 20% en peso.
\newpage
14. Aparato, según cualquiera de las
reivindicaciones 9 a 13, en el que la mencionada película protectora
(16) comprende diversas capas, y la capa en contacto con la tinta es
una película anticavitación (16-1) hecha de aleación
amorfa que contiene Ta.
15. Aparato, según la reivindicación 14, en el
que la aleación amorfa comprende uno o más materiales metálicos
seleccionados de un grupo de Fe, Cr, Re, Ge y Ni.
16. Aparato, según la reivindicación 15, en el
que la aleación amorfa comprende Ta, Fe, Cr y Ni, y el contenido de
Ta es inferior al 30% en peso en base al peso total de la aleación
amorfa.
17. Aparato, según la reivindicación 9, en el
que la resistencia generadora de calor (18) está hecha de TaSiN.
18. Aparato, según la reivindicación 9, que
comprende adicionalmente un suministro de tinta que contiene
pigmento.
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