ES2295216T3 - Dispositivo de chorro de tinta con tobera movil con estrechamiento en la entrada. - Google Patents

Dispositivo de chorro de tinta con tobera movil con estrechamiento en la entrada. Download PDF

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ES2295216T3 ES01977993T ES01977993T ES2295216T3 ES 2295216 T3 ES2295216 T3 ES 2295216T3 ES 01977993 T ES01977993 T ES 01977993T ES 01977993 T ES01977993 T ES 01977993T ES 2295216 T3 ES2295216 T3 ES 2295216T3
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Abstract

Cabezal de impresión por chorros de tinta que comprende: una serie de toberas adaptada cada una de ellas para inyectar gotas de tinta hacia una superficie a imprimir, caracterizándose porque, cada una de las toberas tiene un dispositivo de accionamiento en flexión térmico externo (10), una zona de cubierta (6) dotada de aberturas y una formación de deflector de tinta (24); definiendo la parte de cubierta (6) una superficie interna para establecer contacto con la tinta y una superficie externa en oposición a una superficie interna, estando la superficie externa operativamente conectada al accionador en flexión térmico externo (10), de manera que dicho accionador (10) desplaza la parte de cubierta (6) en alejamiento de la superficie a imprimir para inyectar la tinta utilizando contrapresión proporcionada por lo menos parcialmente por la formación deflectora (24).

Description

Dispositivo de chorro de tinta con tobera móvil con estrechamiento en la entrada.
Sector de la invención
La presente invención se refiere a un cabezal de impresión por chorros de tinta. Más particularmente, la invención se refiere a un dispositivo de impresión por chorros de tinta con tobera móvil con estrechamiento en la entrada.
Antecedentes de la invención
La mayor parte de cabezales de impresión por chorros de tinta del tipo fabricado utilizando tecnología de sistemas microelectromecánicos (MEMS) han sido propuestos con una construcción que utiliza cámaras de tobera formadas en capas MEMS encima de un sustrato con cámaras de tobera formadas en las capas. Cada una de las cámaras está dotada de una paleta móvil accionada por algún tipo de accionador para obligar a la tinta a formar una gota a través de la tobera asociada con la cámara al recibir el dispositivo de accionamiento una señal eléctrica. Esta construcción se puede mostrar de forma típica por lo que da a conocer la solicitud de Patente Internacional WO-A-0023279.
Además, en otro ejemplo, el documento US 5.828.394 da a conocer un dispositivo para la expulsión de gotas de líquido que comprende una pared dotada de una membrana elástica y delgada que tiene un orificio que define una tobera y elementos sensibles a señales eléctricas para flexionar la membrana a efectos de expulsar gotitas de líquido de la tobera.
Características de la invención
De acuerdo con la invención se da a conocer un cabezal para la impresión por chorros de tinta que comprende:
una serie de toberas, adaptada cada una de ellas para expulsar gotas de tinta hacia la superficie a imprimir; de manera que cada una de las toberas tiene un dispositivo de accionamiento térmico externo de flexión, una parte de cubierta dotada de aberturas y un elemento deflector de la tinta; definiendo la parte de la cubierta una superficie interna para el contacto con la tinta y una superficie externa opuesta a dicha superficie interna, estando la superficie externa operativamente conectada al dispositivo de accionamiento térmico externo de flexión de manera tal que el dispositivo de accionamiento desplaza la parte de la cubierta alejándola de la superficie a imprimir para expulsar la tinta utilizando contrapresión, proporcionada por lo menos parcialmente por el elemento deflector.
Preferentemente, cada una de las toberas tiene una cámara de tobera asociada adaptada para recibir tinta con intermedio, como mínimo, de un conducto de un sustrato dispuesto por debajo, estando definida la cámara de la tobera por una parte de suelo o base que tiene una pared lateral periférica y una parte de cubierta que tiene una pared lateral periférica que se prolonga de ella, estando dispuestas las paredes laterales del suelo y de la cubierta para solaparse de forma telescópica, de manera que la formación de deflector es una abertura en la parte del suelo, a través de la cual el conducto del sustrato inferior comunica con la cámara de la tobera, siendo dicha abertura suficientemente reducida en su superficie para que durante la utilización proporcione contrapresión a la tinta situada dentro de la cámara cuando la parte de la cubierta es desplazada hacia abajo, hacia la parte de suelo o base.
Preferentemente, el sustrato adyacente de dicha abertura es utilizado para recibir componentes auxiliares.
Preferentemente, los componentes auxiliares comprenden elementos de corriente.
Preferentemente, los componentes auxiliares comprenden elementos de señales.
Breve descripción de los dibujos
A pesar de cualesquiera otras formas que puedan quedar incluidas dentro de su ámbito, una forma preferente de la invención se describe a continuación solamente a título de ejemplo haciendo referencia a los dibujos adjuntos, en los cuales:
la figura 1 es una vista en perspectiva con sección parcial de un conjunto de dispositivo para chorros de tinta con tobera móvil,
la figura 2 es una vista similar a la figura 1 que muestra un accionador de flexión de la tobera móvil en situación de flexión para provocar la salida de una gota de tinta de la tobera.
La figura 3 es una vista similar a la figura 1 mostrando la tobera que ha vuelto a la posición original y una gota de tinta ha sido inyectada desde la tobera.
La figura 4 es una vista en sección por el plano medio del aparato tal como se ha mostrado en la figura 2.
La figura 5 es una vista similar a la figura 1 mostrando la utilización de un empujador opcional de la tobera.
La figura 6 es una vista similar a la figura 5 mostrando un accionador de flexión flexionado y una gota de tinta saliendo de la tobera.
La figura 7 es una vista similar a la figura 5 mostrando un dispositivo accionador de flexión enderezado y la gota de tinta expulsada de la tobera.
La figura 8 es una vista similar a la figura 1 sin partes seccionadas.
La figura 9 es una vista similar a la figura 8 con la tobera y el dispositivo accionador de flexión desmontados mostrando un estrechamiento opcional en la cámara de la tobera.
La figura 10 es una vista similar a la figura 9 con las capas superiores desmontadas, y
la figura 11 es una vista similar a la figura 1 mostrando el dispositivo de accionamiento de flexión en sección, y el anclaje del dispositivo de accionamiento desmontado para mayor claridad.
Se observará que un gran número de toberas similares son fabricadas simultáneamente utilizando tecnología MEMS y CMOS.
Con el objetivo de mayor claridad, solamente se describirá a continuación la construcción de una tobera individual para dispositivos de chorros de tinta.
Si bien en una construcción para chorros de tinta convencional la tinta es inyectada desde una cámara de la tobera por el movimiento de una paleta situada dentro de la cámara, de acuerdo con la presente invención la paleta se ha suprimido y la tinta es inyectada a través de una abertura (tobera) de la superficie superior de la cámara que es desplazada hacia abajo por un dispositivo accionador de flexión, disminuyendo el volumen de la cámara y provocando la inyección de la tinta a través de la tobera.
A lo largo de la presente descripción, el término "tobera" se tiene que comprender como elemento que define una abertura y no la abertura propiamente dicha. Además, los términos correspondientes "superior" e "inferior" y otros términos similares se utilizan con referencia a los dibujos adjuntos y se debe comprender que no son en modo alguno restrictivos en cuanto a la orientación de la tobera para chorros de tinta en su utilización.
Haciendo referencia a continuación a las figuras 1 a 3 de los dibujos adjuntos, la tobera está construida sobre un sustrato (1) mediante tecnología MEMS que define una abertura (2) para el suministro de la tinta que se abre a través de una abertura hexagonal (3) (que podría tener cualquier otra configuración adecuada) hacia adentro de la cámara (4) que define la parte de suelo (5), parte de cubierta o techo (6) y paredes laterales periféricas (7) y (8) que se solapan de forma telescópica. Las paredes laterales (7), que se prolongan hacia abajo desde la parte del techo (6), están dimensionadas para tener capacidad de desplazamiento hacia arriba y hacia abajo dentro de las paredes laterales (8) que se prolongan hacia arriba desde la parte de suelo o base (5).
La tobera de inyección está formada por un reborde (9) situado en la parte de cubierta (6) a efectos de definir una abertura para la inyección de tinta desde la cámara de la tobera tal como se describirá más adelante.
La parte de cubierta (6) y las paredes laterales (7) que se prolongan hacia abajo están soportadas por un accionador de flexión (10) realizado de manera típica a base de capas que forman un voladizo calentado por efecto Joule que está limitado a tope por un voladizo sin calentamiento, de manera que el voladizo con calentamiento por efecto Joule provoca una expansión diferenciada entre el voladizo calentado por efecto Joule y el voladizo no calentado, provocando la flexión del dispositivo accionador de flexión (10).
El extremo próximo (11) del dispositivo accionador de flexión está fijado al sustrato (1), y no se puede desplazar hacia atrás por acción del elemento de anclaje (12) que se describirá más adelante, y el extremo distal (13) está fijado a la parte de cubierta (6) y paredes laterales (7) de la tobera para chorros de tinta, soportando a los mismos.
En su utilización, se suministra tinta a la cámara de la tobera a través del paso (2) y de la abertura (3) de manera adecuada, pero típicamente tal como se ha descrito en la solicitud de Patente pendiente con la actual que se ha indicado anteriormente. Cuando se desea inyectar una gota de tinta desde la cámara de la tobera, se suministra una corriente eléctrica al accionador de flexión (10) provocando que el accionador produzca la flexión ocupando la posición mostrada en la figura 2 y desplazando la parte de cubierta (6) hacia abajo, hacia la parte de suelo o base (5). Este movimiento rotativo disminuye el volumen de la cámara de la tobera, provocando que la tinta se vea forzada en sentido ascendente a través del reborde (9) de la tobera, tal como se ha mostrado por el numeral (14) (figura 2), en la que está conformada en gotita completa por la tensión superficial de la tinta.
Al retirar la corriente eléctrica del dispositivo (10) accionador de la flexión, el dispositivo accionador vuelve a la configuración recta mostrada en la figura 3 desplazando la parte de cubierta o techo (6) de la cámara de la tobera hacia arriba hacia la situación original. El impulso de la gotita de tinta parcialmente formada (14) provoca que la gotita continúe desplazándose hacia arriba formando una gota de tinta (15), tal como se ha mostrado en la figura 3, que es proyectada sobre la superficie de papel adyacente u otro artículo que se desee imprimir.
En una forma de la invención, la abertura (3) en la parte (5) del suelo o base es relativamente grande en comparación con la sección transversal de la cámara de la tobera y la gotita de tinta es inyectada a través del reborde (9) de la tobera en el movimiento hacia abajo de la parte de cubierta o techo (6) por arrastre viscoso en las paredes laterales de la abertura (2), y en los conductos de suministro que conducen desde el depósito de tinta (no mostrado) a la abertura (2). Esta es una distinción con respecto a muchas formas anteriores de toberas para chorros de tinta en las que la "contrapresión" en la cámara de la tobera que provoca la inyección de la tinta a través del reborde de la tobera en el momento de la actuación, es provocada por uno o varios deflectores localizados de forma inmediata de la cámara de la tobera. Este tipo de construcción puede ser utilizado con un dispositivo de chorro de tinta de tobera móvil del tipo que se ha descrito en lo anterior, y se describirá además a continuación con referencia específica a las figuras 9 y 10, pero en la forma de invención mostrada en las figuras 1 a 3, la contrapresión es constituida básicamente por arrastre viscoso e inerte de la tinta en el conducto de suministro.
A efectos de impedir las fugas de tinta desde la cámara de la tobera durante el accionamiento, es decir, durante la flexión del dispositivo de accionamiento de flexión (10) se forma una estanqueidad a los líquidos entre las paredes laterales 7 y 8 tal como se describirá a continuación con referencia específica a las figuras 3 y 4.
La tinta es retenida en la cámara de la tobera durante el movimiento relativo de la parte de la cubierta (6) y la parte del suelo (5) por las características geométricas de las paredes laterales (7) y (8) que aseguran que la tinta está retenida dentro de la cámara de la tobera por tensión superficial. Con este objetivo, se dispone un juego o intersticio muy fino entre la pared lateral (7) que se prolonga hacia abajo y la superficie encarada (16) de la pared (8) que se prolonga hacia arriba. Tal como se puede apreciar claramente en la figura 4, la tinta (mostrada como área sombreada en color oscuro) queda limitada dentro de la pequeña abertura entre la pared lateral (7) que se prolonga hacia abajo y las caras dirigidas hacia adentro (16) de la pared lateral que se prolonga hacia arriba por la proximidad de las dos paredes laterales que asegura que la tinta efectúa un "autosellado" a través de la abertura libre (17) por tensión superficial, debido a la íntima proximidad de las paredes laterales.
A efectos de prevenir cualquier tinta que pueda escapar de la limitación impuesta por la tensión superficial debido a impurezas u otros factores que pueden interrumpir la tensión superficial, la pared lateral (8) dirigida hacia arriba está dispuesta en forma de un canal dirigido hacia arriba que tiene no solamente la superficie interna (16), sino también una superficie externa paralela y separada (18) formando un canal en U (19) entre las dos superficies. Cualesquiera gotas de tinta que escapen a la tensión superficial entre la superficie (7) y (16), rebosarán hacia adentro del canal en forma de U donde quedará retenida en vez de atravesar por "capilaridad" la superficie de las capas que forma la tobera. De esta manera, se forma un cierre líquido de pared doble que es eficaz en la retención de la tinta dentro del mecanismo móvil de la tobera.
Es deseable en algunos casos disponer un "impulsor" de la tobera para limpiar cualesquiera impurezas que se puedan acumular dentro de la abertura de la tobera asegurando una inyección limpia y clara de una gotita desde la tobera que funciona. Se ha mostrado una configuración de la presente invención utilizando un impulsor de este tipo en combinación con un dispositivo de chorros de tinta con tobera móvil en las figuras adjuntas (5), (6) y (7).
La figura 5 es similar a la figura 1 con la adición de un puente (20) sobre la abertura (3) en el suelo o base de la cámara de la tobera sobre el que está montado un impulsor (21) que se prolonga hacia arriba y que está dimensionado para sobresalir hacia adentro del plano de la tobera durante el accionamiento o para atravesar el mismo.
Tal como se puede apreciar en la figura 6, cuando la parte de la cubierta o techo (6) es desplazada hacia abajo por flexión del accionador de flexión (10), el impulsor (21) atraviesa la abertura del recinto de tobera (9) pasando parcialmente a la gota de tinta (14) que se está formando.
Al volver la parte del techo o cubierta (6) a su posición original cuando se endereza el accionador de flexión (10), tal como se ha mostrado en la figura (7), la gotita de tinta es formada y expulsada, tal como se ha descrito anteriormente, y el impulsor (21) tiene eficacia para disgregar o romper residuos de tinta seca que se pueden formar sobre el reborde de la tobera y que de otro modo pueden bloquear la misma.
Se observará que el dispositivo (10) accionador de la flexión es flexionado provocando que la parte de la cubierta se desplace hacia abajo a la posición mostrada en la figura (2), basculando la parte de la cubierta con respecto al suelo (5) provocando que la tobera se desplace en una orientación que no es paralela a la superficie a imprimir en el punto de formación de la gotita de tinta. Esta orientación, si no se corrige, provocaría que la gotita de tinta (15) fuera proyectada desde la tobera en una dirección que no es completamente perpendicular al plano de la parte (5) del suelo y a la capa de las toberas en general. Esto resultaría en inexactitudes de la impresión, especialmente por el hecho de que algunas toberas pueden estar orientadas en una dirección y otras en una dirección distinta, de manera típica, en dirección opuesta.
La corrección de este movimiento no perpendicular se puede conseguir disponiendo el reborde (9) de la tobera de forma asimétrica, tal como se puede apreciar claramente en la figura (8). La tobera de manera típica es más ancha y más plana en el extremo (22), que se encuentra más próximo al dispositivo accionador de flexión (10), y es más estrecha y más apuntada en el extremo (23) que está más alejado del dispositivo de accionamiento de flexión. Este estrechamiento del reborde de la tobera en el extremo (23) incrementa la fuerza de la tensión superficial en la parte estrecha de la tobera, con el resultado de un vector neto descendente indicado por la flecha (24A) en dirección hacia el dispositivo accionador de la flexión al expulsar la gotita de la tobera. Esta fuerza neta impulsa la gotita de tinta en una dirección que no es perpendicular a la parte (6) de la cubierta y por lo tanto se puede adecuar para compensar la orientación inclinada de la parte de la cubierta en el punto de la inyección de la gota de tinta.
Al adecuar cuidadosamente la forma y características del reborde (9) de la tobera, es posible compensar de forma completa la inclinación de la parte (6) de la cubierta durante el accionamiento y propulsar la gotita de tinta desde la tobera en una dirección perpendicular a la parte (5) de la base o suelo.
Si bien, tal como se ha descrito en lo anterior, la contrapresión sobre la tinta retenida dentro de la cámara de la tobera se puede proporcionar por rozamiento viscoso en los conductos de suministro, también es posible proporcionar un chorro de tinta con tobera móvil con contrapresión mediante un estrechamiento significativo próximo a la tobera. Este estrechamiento está dispuesto de manera típica en las capas del sustrato, tal como se puede apreciar claramente en las figuras 9 y 10. La figura 9 muestra la pared lateral (8) de la que se prolonga hacia adentro uno o más deflectores (24) resultando ello en una abertura (25) de sección transversal restringida inmediatamente por debajo de la cámara de la tobera. La formación de esta abertura puede ser apreciada en la figura 10 que muestra las capas superiores eliminadas para mayor claridad (mostrado en la figura 9). Esta forma de la invención puede permitir la localización adyacente de componentes auxiliares, tales como elementos de corriente y de señal que son deseables en algunas configuraciones, y la utilización prevista del dispositivo de chorros de tinta mediante tobera móvil. Si bien la utilización de un deflector de desplazamiento restringido de este modo tiene las ventajas indicadas, ello también resulta en un tiempo de relleno más largo para la cámara de la tobera, lo que puede restringir indebidamente la velocidad de funcionamiento de la impresora en algunos tipos de utilización.
El dispositivo de accionamiento de flexión que está formado por el elemento en voladizo (28) calentado por efecto Joule dispuesto por encima del elemento en voladizo no calentado (29) en el extremo distal (13) necesita estar anclado de manera firme para impedir un movimiento relativo entre el elemento en voladizo (28) calentado por efecto Joule y el elemento en voladizo no calentado (29) en el extremo próximo (11), previniendo además el suministro eléctrico al elemento en voladizo (28) calentado por efecto Joule. La figura 11 muestra el anclaje (12) que está dispuesto con una configuración en U con una parte de base (30) y partes laterales (31), cada una de las cuales tiene sus extremos inferiores constituidos en el sustrato (26) o incorporados en el mismo. La formación del dispositivo de accionamiento en flexión en forma de U proporciona una gran rigidez a la pared extrema (30) impidiendo la flexión o deformación de la pared extrema (30) con respecto al sustrato (26) al tener lugar el movimiento del dispositivo de accionamiento en flexión.
El elemento en voladizo no calentado (29) está dotado de aletas dirigidas hacia afuera (32) que están situadas dentro de los rebajes (33) de la pared lateral (31), proporcionando una rigidez extrema e impidiendo el movimiento relativo entre el elemento en voladizo no calentado (29) y el elemento en voladizo (28) calentado por efecto Joule en las proximidades del anclaje (27).
De este modo, el extremo próximo del dispositivo de accionamiento en flexión está anclado de manera segura y firme y se puede impedir cualquier movimiento relativo entre el elemento en voladizo calentado por efecto Joule y el elemento en voladizo no calentado en las proximidades del anclaje. Esto tiene como resultado una mayor eficacia del movimiento de la parte de la cubierta (6) del dispositivo de chorros de tinta por tobera móvil.

Claims (5)

1. Cabezal de impresión por chorros de tinta que comprende:
una serie de toberas adaptada cada una de ellas para inyectar gotas de tinta hacia una superficie a imprimir, caracterizándose porque,
cada una de las toberas tiene un dispositivo de accionamiento en flexión térmico externo (10), una zona de cubierta (6) dotada de aberturas y una formación de deflector de tinta (24); definiendo la parte de cubierta (6) una superficie interna para establecer contacto con la tinta y una superficie externa en oposición a una superficie interna, estando la superficie externa operativamente conectada al accionador en flexión térmico externo (10), de manera que dicho accionador (10) desplaza la parte de cubierta (6) en alejamiento de la superficie a imprimir para inyectar la tinta utilizando contrapresión proporcionada por lo menos parcialmente por la formación deflectora (24).
2. Cabezal de impresión por chorros de tinta, según la reivindicación 1, en el que cada una de las toberas tiene una cámara de tobera asociada (4) adaptada para recibir tinta con intermedio como mínimo de un conducto en un sustrato situado por debajo, quedando definida la cámara de la tobera por una parte de base o suelo (5), que tiene una pared lateral periférica y una parte de cubierta (6) que tiene una pared lateral periférica en prolongación, estando dispuestas las paredes laterales del elemento de suelo (5) y la parte de cubierta (6) de manera que se solapan de manera telescópica, de manera que la formación deflectora (24) es una abertura (3) de la parte de cubierta (5), a través de la que el conducto del sustrato situado por debajo comunica con la cámara de la tobera, siendo dicha abertura suficientemente pequeña en su superficie para proporcionar contrapresión en la utilización de la tinta situada dentro de la cámara cuando la parte de cubierta (6) es desplazada hacia abajo hacia la parte del suelo (5).
3. Cabezal de impresión por chorros de tinta según la reivindicación 2, en el que el sustrato adyacente a dicha abertura (3) recibe componentes auxiliares.
4. Cabezal de impresión por chorros de tinta según la reivindicación 3, en el que los componentes auxiliares comprenden elementos de entrada de corriente.
5. Cabezal de impresión por chorros de tinta según la reivindicación 3, en el que los componentes auxiliares comprenden elementos de señales.
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