ES2310200T3 - Cabezal de impresion e impresora de electrodos de deflexion mejorados. - Google Patents

Abstract

Cabezal de impresión de una impresora de chorro continuo de tinta equipada con medios (116) para generar un chorro de tinta según un eje del chorro de tinta, a partir de por lo menos una boquilla de eyección del chorro, y para fraccionar el chorro en un flujo de gotas, con medios (120, 121) para cargar eléctricamente de forma selectiva las diferentes gotas del flujo de gotas, y con electrodos (2, 3) de desviación de las gotas cargadas, que desvían las gotas en función del valor de la carga recibida, bien hacia un canalón (6) de retorno de gotas, o bien hacia un sustrato (27) de impresión sustentado localmente por un soporte (13) del sustrato (27) de impresión, teniendo cada uno de los electrodos (2, 3) de desviación, en relación con la boquilla de eyección del chorro, una parte aguas arriba (15) y una parte aguas abajo (16), siendo una superficie activa (11, 10) de cada electrodo (2, 3) de desviación una superficie de dicho electrodo (2, 3) que está enfrentada al flujo de gotas, cabezal de impresión caracterizado porque los electrodos (2, 3) de desviación de las gotas del chorro comprenden dos electrodos (2, 3) primero (2) y segundo (3), presentando la superficie activa (11) del primer electrodo (2) una primera curvatura longitudinal cóncava cuyo radio local de curvatura longitudinal está situado en un plano formado por el eje del chorro de tinta y una dirección de desviación de las gotas, porque la superficie activa (10) del segundo electrodo (3) presenta una primera curvatura longitudinal convexa y porque el primer electrodo presenta, en su parte aguas abajo (16), un rebaje (12) que tiene un contorno (38).

Description

Cabezal de impresión e impresora de electrodos de deflexión mejorados.

Campo técnico

La presente invención se sitúa en el campo de los cabezales de impresión de impresora. Más particularmente, se refiere a una mejora de electrodos de deflexión electrostática de gotas de tinta cargadas eléctricamente. También se refiere a una impresora de chorro de tinta equipada con este cabezal mejorado.

Antecedentes tecnológicos

Las impresoras de chorro de tinta se clasifican en dos grandes familias tecnológicas; una primera, constituida por las impresoras de "gota por demanda" y una segunda, constituida por las impresoras de chorro continuo:

Las impresoras de "gota por demanda" son esencialmente impresoras de oficina, previstas para imprimir texto o motivos gráficos, en negro o en color.

Las impresoras de "gota por demanda" generan directamente y únicamente las gotas de tinta efectivamente necesarias para la impresión de los motivos deseados. El cabezal de impresión de estas impresoras incorpora una pluralidad de boquillas de eyección de la tinta, alineadas por lo común siguiendo un eje de alineación de las boquillas y direccionando cada una un punto único del soporte de impresión. Cuando el número de las boquillas de eyección es suficiente, la impresión se obtiene por el simple desplazamiento del soporte de impresión bajo el cabezal, perpendicularmente al eje de alineación de las boquillas. En caso contrario, es indispensable un barrido suplementario del soporte en relación con el cabezal de impresión.

Las impresoras de chorro continuo de tinta se usan generalmente para aplicaciones industriales de marcado y de codificación.

El funcionamiento típico de una impresora de chorro continuo puede describirse del siguiente modo. De una boquilla calibrada se escapa tinta eléctricamente conductora mantenida a presión, formando así un chorro de tinta. Bajo la acción de un dispositivo de estimulación periódica, el chorro de tinta así formado se rompe a intervalos temporales regulares en un único punto del espacio. Esta fragmentación forzada del chorro de tinta se induce por lo común en un punto llamado de rotura del chorro, por las vibraciones periódicas de un cristal piezoeléctrico ubicado en la tinta aguas arriba de la boquilla. A partir del punto de rotura, el chorro continuo se transforma en un flujo de gotas de tinta idénticas y distanciadas regularmente. En la proximidad del punto de rotura está ubicado un primer grupo de electrodos denominado "electrodos de carga", cuya función es la de transferir, de manera selectiva y a cada gota del flujo de gotas, una cantidad de carga eléctrica predeterminada. El conjunto de las gotas del chorro atraviesa a continuación una segunda disposición de electrodos denominada "electrodos de deflexión", que forman un campo eléctrico que va a modificar la trayectoria de las gotas cargadas.

En una primera variante, de impresoras llamadas de chorro continuo desviado, la cantidad de carga transferida a las gotas del chorro es variable y cada gota registra una deflexión proporcional a la carga eléctrica que se le ha asignado anteriormente. El punto del soporte de impresión alcanzado por una gota es función de esta carga eléctrica. Las gotas no deflectadas son recuperadas por un canalón y recicladas hacia un circuito de tinta.

Para el experto en la técnica, también es sabido que se requiere un dispositivo específico para asegurar una sincronización constante entre los instantes de rotura del chorro y la aplicación de las señales de carga de las gotas. Hay que advertir que esta tecnología, gracias a sus múltiples niveles de deflexión, permite que una única boquilla imprima, por segmentos sucesivos, es decir, por líneas de puntos de una anchura dada, la integridad de un motivo. El paso de un segmento al otro se efectúa mediante un desplazamiento relativo continuo del sustrato en relación con el cabezal de impresión, perpendicularmente a dichos segmentos. Para las aplicaciones que necesitan una anchura de impresión ligeramente más grande que la anchura de un segmento aislado, se agrupan en el seno de una misma caja varios cabezales de impresión de una boquilla, típicamente de 2 a 8.

Una segunda variante de impresora de chorro continuo desviado, llamada de chorro continuo binario, se distingue de la anterior por el hecho de que se crea un solo nivel de deflexión de las gotas. La impresión de caracteres o de motivos necesita por tanto el uso de cabezales de impresión de múltiples boquillas. La distancia entre ejes de las boquillas coincide con la de los impactos sobre el soporte de impresión. Hay que advertir que, en general, las gotas destinadas a la impresión son las gotas no deflectadas. Las impresoras de chorro continuo binario se destinan para aplicaciones de impresión de alta velocidad, tales como la impresión de direcciones o la personalización de documentos.

Conviene resaltar que la técnica del chorro continuo necesita una presurización de la tinta, permitiendo así una distancia de impresión, es decir, la distancia entre la cara inferior del cabezal de impresión y el soporte de impresión, que puede llegar a 20 mm, o sea diez a veinte veces superior a las distancias de impresión de las impresoras de gota por demanda.

El experto en la técnica se ha esforzado por optimizar las prestaciones de la disposición de los electrodos de deflexión según dos técnicas.

Estas técnicas están ilustradas de forma esquemática en las figuras 1 a 4 que se adjuntan.

La primera técnica de deflexión, llamada equipotencial, es la más antigua. Consiste en usar dos electrodos metálicos que tienen superficies enfrentadas entre sí -llamadas superficies activas-. El flujo de gotas atraviesa el espacio comprendido entre las superficies activas. Cada una de las superficies activas, enfrentadas al chorro, se lleva a un potencial eléctrico constante y uniforme. Dos formas de realización son de uso particularmente corriente.

La primera forma está ilustrada en la figura 1.

Una impresora incorpora un depósito 111 que contiene tinta eléctricamente conductora 110 que se distribuye por un canal 113 de distribución hacia un generador 116 de gotas. El generador 116 de gotas forma un chorro de tinta, partiendo de la tinta a presión contenida en el canal 113 de distribución, y fracciona este chorro en un flujo de gotas. Estas gotas se cargan eléctricamente de forma selectiva por medio de un electrodo 120 de carga alimentado por un generador 121 de tensión. Las gotas cargadas pasan a través de un espacio comprendido entre dos electrodos 2, 3 de desviación. Según su carga, se desvían en mayor o menor medida. Las gotas que menos o nada se desvían son dirigidas hacia un recuperador o un canalón 6 de tinta, mientras que las demás gotas desviadas son dirigidas hacia un sustrato 27 llevado localmente por un soporte 13. Así, las gotas sucesivas de una ráfaga que alcanza el sustrato 27 pueden desviarse hacia una posición sumamente baja, una posición sumamente alta y posiciones intermedias sucesivas. El conjunto de las gotas de la ráfaga forma un trazo de anchura \DeltaX perpendicular a una dirección Y de avance relativo del cabezal de impresión y del sustrato. El cabezal de impresión está formado por los medios 116 de generación y de fraccionamiento en gotas del chorro de tinta, el electrodo 120 de carga, los electrodos 2, 3 de desviación y el canalón 6. Este cabezal está encerrado generalmente en un recinto, no mostrado. El tiempo transcurrido entre la primera y la última gota de una ráfaga es muy corto. A consecuencia de ello, pese a un movimiento continuo entre el cabezal de impresión y el sustrato, se puede considerar que el sustrato no se ha movido en relación con el cabezal de impresión durante el tiempo de una ráfaga. Las ráfagas se extraen a intervalos espaciales regulares. La combinación del movimiento relativo del cabezal y del sustrato y de la selección de las gotas de cada ráfaga que se dirigen hacia el sustrato permite imprimir cualquier motivo, tal como el mostrado en 28 en la figura 1. La continuación de la explicación sólo se ocupará de los electrodos de desviación de las gotas del flujo 1 de gotas formado a partir del chorro de tinta que sale de la boquilla.

Para la desviación de dichas gotas, se trata de formar, mediante aplicación de una tensión Vd, un campo eléctrico Ed muy intenso, constante entre los dos electrodos 2, 3 formados por dos placas 2, 3 paralelas entre sí. Se dice que el valor del campo eléctrico Ed creado entre las superficies activas de los electrodos 2, 3 es óptimo cuando este valor es ligeramente inferior, por la sustracción de un margen de seguridad, al del campo de ruptura dieléctrica correspondiente al espaciamiento e entre las superficies activas.

Un diseño de este tipo se caracteriza por su sencillez pero, asimismo, por numerosos inconvenientes:

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es indispensable un gran valor de e, típicamente 5 mm, para la impresión de segmentos de grandes anchuras con las distancias de impresión habituales. Tal espaciamiento implica el uso de un valor de Vd muy alto, aproximadamente 8 kV, que, por falta de espacio, no puede generarse en el seno del cabezal de impresión; necesita una elaborada tecnología de conexionado y generalmente conduce a llevar cada uno de los electrodos hasta potenciales de signos opuestos con relación al potencial de referencia de la tinta;

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semejante valor de diferencia de potencial obliga asimismo a respetar separaciones mínimas con otros elementos metálicos del cabezal de impresión, por ejemplo: electrodos de carga, canalón de retorno o recinto, con el fin de evitar cualquier ruptura dieléctrica. El volumen que como resultado queda ocupado lleva a alargar inútilmente el trayecto de las gotas y, por ende, el tiempo durante el que actúan las perturbaciones de carácter aerodinámico o electrostático, perjudicando así la precisión de los impactos sobre el soporte de impresión;

\sqbullet

para el experto en la técnica, es sabido que el valor del campo de ruptura dieléctrica entre dos electrodos sumergidos en un medio gaseoso, tal como el aire, es función decreciente del espaciamiento e entre los dos electrodos. El importante valor de e que caracteriza a esta primera forma de realización y las restricciones relativas a la evitación de ruptura dieléctrica limitan el valor del campo de deflexión Ed a un valor inferior al valor óptimo. La impresión de los segmentos de grandes anchuras requiere por tanto placas de deflexión de altura considerable, típicamente 25 mm, de tal forma que se obtenga la deflexión máxima perseguida por una acción más larga del campo eléctrico. Esta característica también contribuye al alargamiento del trayecto de las gotas hacia el soporte de impresión.

La segunda técnica de deflexión, esquematizada en la figura 2, se diferencia de la anterior por el hecho de que por lo menos una parte de por lo menos una de las dos superficies activas forma un ángulo no nulo con el eje del chorro de tinta 1. La geometría se halla entre las más usuales y conserva una gran sencillez. En una parte 15 aguas arriba de una disposición 20 de dos electrodos 2, 3 formados por placas 2, 3, las placas están paralelas y espaciadas a una distancia generalmente inferior a la adoptada en la primera forma de realización. El campo eléctrico reinante en esta parte 15 aguas arriba entre las dos placas 2, 3 alcanza entonces un valor por lo menos igual al de la primera forma, pero para una diferencia de potencial menos elevada. Para permitir la impresión de segmentos de grandes anchuras, se hace entonces necesario evitar que las gotas más cargadas, y por tanto las más desviadas, colisionen con el electrodo 3 hacia el que son desviadas. La solución conservada consiste en inclinar, con relación al eje del chorro, una parte aguas abajo 16 de este electrodo 3. Está claro que en la región aguas abajo, el valor del campo eléctrico experimenta una caída muy importante y deja de ser óptimo, lo que conlleva una intensa degradación de la eficacia de deflexión. Consiguientemente, la principal ventaja de la segunda variante respecto a la primera es la de proporcionar prestaciones sensiblemente equivalentes para una diferencia de potencial menos elevada.

Se pueden consultar las solicitudes de patente WO89/03768 y WO98/28148 para obtener puntualizaciones complementarias acerca de la incorporación de tales dispositivos de deflexión en el seno de impresoras de chorro continuo desviado o binario. En esta última tecnología, se señalará que a menudo se suprime uno de los dos electrodos de deflexión.

La solicitud de patente FR7733131 propone una variante, ilustrada en la figura 3, en la que la superficie activa, hacia la que se orienta la deflexión de las gotas, posee una doble curvatura longitudinal y transversal. La convexidad resultante de la adopción de estas curvaturas permite eliminar cualquier arista metálica viva y, así, reducir al mínimo los riesgos de ruptura dieléctrica. La curvatura longitudinal de la cara activa 17 del electrodo 3 ofrece asimismo una transición mejorada entre la región aguas arriba 15 de campo eléctrico intenso y la región aguas abajo 16 de campo eléctrico débil.

Con el fin de mantener una óptima eficacia de deflexión a lo largo de todo el trayecto de las gotas, se ha imaginado una segunda vía técnica llamada "no equipotencial", en la que se lleva por lo menos una de las dos superficies activas 2, 3 a un potencial eléctrico constante pero no uniforme. La solicitud de patente GB2249995A presenta, en este sentido, dos diseños diferentes. El primero, esquematizado en la figura 4, pone en práctica dos electrodos metálicos planos 2, 3 entre los que se crea una diferencia de potencial Vd. Sobre uno 3 de estos electrodos 2, 3 se inserta una pieza 18 fabricada en un material dieléctrico cuya forma se asemeja a la de una porción de cilindro elíptico. Una cara 19 curva de esta pieza queda ubicada enfrentada al chorro 1 y constituye la superficie activa del dispositivo de deflexión sobre la que el potencial eléctrico no es uniforme. Ya que se conoce la permitividad del material dieléctrico -y es superior a la del aire- en el documento se propone regular la curvatura de la pieza 18 a fin de amoldarse a la trayectoria de las gotas más cargadas y obtener simultáneamente un valor óptimo de Ed en cualquier punto comprendido entre las dos superficies activas del dispositivo.

La puesta en práctica de este dispositivo plantea problemas:

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de coste: se hace necesaria la pieza suplementaria 18, de forma compleja y dotada de un aspecto de superficie muy bueno;

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de fabricación: además del respeto de las tolerancias dimensionales, el acarreo de la pieza dieléctrica 18 requiere un encolado resistente a las aspersiones de tinta.

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de funcionamiento: la superficie activa 19 de la pieza dieléctrica 18 no permite la evacuación de cargas eléctricas parásitas procedentes del medio ambiente gaseoso o de gotitas de tinta proyectadas accidentalmente sobre la pared. La acumulación de estas cargas eléctricas conduce rápidamente a una acusada degradación del valor del campo Ed.

Una variante, propuesta en la patente US4845512A, consiste en sustituir el material dieléctrico por un electreto con el fin de eximirse del generador de tensión que crea la diferencia de potencial Vd. Este diseño sigue sujeto a las mismas críticas que los anteriormente expuestos.

El segundo diseño presentado en la patente GB2249995-A preconiza el empleo de un material resistivo para formar la cara activa de uno de los dos electrodos del dispositivo de deflexión. Se propone obtener, mediante la alimentación juiciosa de este electrodo en sus dos extremos, una variación del potencial eléctrico a lo largo de su superficie activa. Esta no uniformidad tiene que generar entonces un campo de deflexión Ed tal que su valor sea aproximadamente óptimo en cada uno de los puntos comprendidos entre las dos superficies activas del dispositivo. Esta solución es criticada en dicha patente GB2249995A, que resalta el gran consumo de corriente -y por tanto el desprendimiento de calor- que induciría su puesta en práctica.

El documento US4338613A muestra un dispositivo equipotencial en el que un cabezal de impresión de una impresora de chorro continuo de tinta está equipado con medios para generar un chorro de tinta.

La patente FR9706799 contiene un análisis y una crítica detallados de las anteriores propuestas. Este documento se dedica esencialmente a describir un dispositivo no equipotencial exento de las dificultades de funcionamiento anteriormente descritas. A tal efecto, por lo menos una de las dos superficies activas se realiza en forma de un sustrato aislante sobre el que se deposita, siguiendo la altura de esta superficie, una pluralidad de electrodos conectados con diferentes fuentes de tensión. Un revestimiento resistivo recubre el sustrato aislante y los electrodos. Una elección juiciosa del número de electrodos, del valor de las tensiones aplicadas y del valor de la resistencia laminar del revestimiento resistivo permite la creación de un campo Ed óptimo en toda la altura del dispositivo de deflexión, al tiempo que se reduce al mínimo y se controlan las corrientes eléctricas y los flujos de calor parásitos.

El principal impedimento de un dispositivo de este tipo radica en su complejidad de realización y su coste de fabricación.

En resumen, los dispositivos de deflexión representativos de la técnica anterior e implementados en impresoras de chorro de tinta se caracterizan del siguiente modo:

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vía equipotencial: diseño simple pero escasa eficacia de deflexión.

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vía no equipotencial: mayor eficacia de deflexión, pero difícil puesta en práctica a causa de los costes de fabricación y de los principios de funcionamiento elegidos.

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Breve descripción de la invención

En relación con el estado de la técnica que acaba de describirse, la presente invención tiene por objetivo realizar un dispositivo de deflexión electrostática que pueda integrarse en un cabezal de impresión de una impresora de chorro de tinta y cuya eficacia iguale o supere la de los diseños no equipotenciales para un coste de producción mucho menor, todo ello por medio de una disposición de electrodos de deflexión cuyas superficies activas se llevan a potenciales eléctricos uniformes.

Otro objeto de la presente invención es constituir una disposición de electrodos de deflexión de reducido volumen ocupado y que conduce a una reducción del volumen ocupado por un cabezal de impresión de una impresora en la que se incorpora este cabezal.

Otro objeto de la presente invención es obtener las prestaciones de deflexión con una tensión reducida de forma significativa respecto a las tensiones habituales de alimentación de electrodos de deflexión equipotenciales y, así, facilitar la integración en un cabezal de impresión de dichos electrodos y de un generador de dicha tensión reducida.

Otro objeto más de la invención es reducir significativamente el riesgo de proyección accidental de tinta sobre la superficie activa de los electrodos de deflexión.

Para todos estos fines, la invención concierne a un cabezal de impresión de una impresora de chorro continuo de tinta equipada con medios para generar un chorro de tinta según un eje del chorro de tinta, a partir de por lo menos una boquilla de eyección del chorro, y para fraccionar el chorro en un flujo de gotas, con medios para cargar eléctricamente de forma selectiva las diferentes gotas del flujo de gotas, y con electrodos de desviación de las gotas cargadas, que desvían las gotas en función del valor de la carga recibida, bien hacia un canalón de retorno de gotas, o bien hacia un sustrato de impresión sustentado localmente por un soporte del sustrato de impresión, teniendo cada uno de los electrodos de desviación, en relación con la boquilla de eyección del chorro, una parte aguas arriba y una parte aguas abajo, siendo una superficie activa de cada electrodo de desviación una superficie de dicho electrodo que está enfrentada al flujo de gotas, cabezal de impresión caracterizado porque los electrodos de desviación de las gotas del chorro comprenden dos electrodos primero y segundo, presentando la superficie activa del primer electrodo una primera curvatura longitudinal cóncava cuyo radio local de curvatura longitudinal está situado en un plano formado por el eje del chorro de tinta y una dirección de desviación de las gotas, porque la superficie activa del segundo electrodo presenta una primera curvatura longitudinal convexa y porque el primer electrodo presenta, en su parte aguas abajo, un rebaje que tiene un contorno.

A continuación se precisará lo que se entiende por parte aguas abajo. La función del rebaje es permitir el paso de gotas no desviadas o poco desviadas a través del primer electrodo. Las gotas no desviadas siguen sensiblemente una trayectoria que, como primera aproximación, puede considerarse rectilínea. A consecuencia de ello, la parte más aguas arriba del contorno del rebaje estará situada en la cercanía inmediata y ligeramente aguas arriba del punto de intersección del primer electrodo con el eje del chorro. Por tanto, la parte más aguas arriba del contorno del rebaje tendrá que estar situada a una distancia suficiente del punto de intersección del primer electrodo con el eje del chorro para que una gota no desviada pueda pasar a través del rebaje del electrodo con una probabilidad casi nula de interceptar el electrodo.

Las gotas ligeramente cargadas y, por tanto, ligeramente desviadas, tienen una trayectoria cuya curvatura puede ser inferior a la del primer electrodo. La trayectoria de las gotas ligeramente desviadas es pues susceptible de ser secante a la superficie activa del primer electrodo. El rebaje tiene que ser tal que permita el paso de estas gotas poco desviadas. El punto de intersección eventual de la trayectoria de una gota poco desviada y de la superficie del electrodo anterior al rebaje se sitúa necesariamente aguas abajo del punto que se ha definido anteriormente como el más aguas arriba del rebaje. Por tanto, se puede considerar que la parte aguas abajo del primer electrodo es una parte de este electrodo situada aguas abajo del punto de intersección del electrodo y del eje de los chorros.

Dada la función del rebaje, se comprende asimismo que la forma de este rebaje va a presentarse teniendo como línea de simetría una línea definida por la intersección del electrodo anterior al rebaje con un plano que contiene el eje de los chorros y la dirección de desviación de las gotas. Por tanto, el rebaje tendrá una forma oblonga centrada sobre la línea de simetría anteriormente definida.

La anchura del rebaje resulta de un compromiso entre dos requisitos: dejar pasar las gotas a través del primer electrodo sin riesgo de choque entre la gota y el electrodo, lo que requiere que el rebaje sea ancho, no disminuir demasiado el campo entre electrodos, lo que requiere que el rebaje sea estrecho.

El diámetro de las gotas de tinta es del orden de varias decenas de \mum, típicamente comprendido entre 30 y
140 \mum, por ejemplo 100 \mum.

La anchura medida perpendicularmente respecto a esta línea es superior al diámetro de las gotas e, idealmente, del orden de dos a tres veces el diámetro de las gotas, o sea típicamente 200 a 300 \mum. Sin embargo, para asegurarse de evitar los choques entre gotas y primer electrodo, puede que haya que fijar una anchura del orden de 8 a 10 veces el diámetro de las gotas.

Así, unas formas de realización de la invención pueden presentar, juntas o por separado, las siguientes características;

La curvatura del segundo electrodo es tal que la superficie activa de este segundo electrodo es sensiblemente paralela a la del primer electrodo, de modo que las dos superficies activas presenten entre sí una separación e sensiblemente constante.

El contorno del rebaje tiene un punto más aguas arriba situado en la cercanía de la intersección, previo al rebaje, del primer electrodo con el eje del chorro de tinta.

El rebaje presenta una simetría en relación con un plano que contiene el eje del chorro de tinta.

El rebaje tiene una anchura comprendida entre dos y diez veces el diámetro de las gotas de tinta.

El rebaje presenta la forma de una hendidura oblonga cuya abertura sale a la parte más aguas abajo del primer electrodo.

El espaciamiento entre las superficies activas de los dos electrodos es sensiblemente constante en el sentido descendente de los electrodos y está comprendido entre 4 y 20 veces el diámetro de las gotas de tinta, o sea aproximadamente entre 0,5 y 3 mm.

Un borde más aguas abajo del primer electrodo está más cercano al soporte de impresión que una superficie más aguas abajo del canalón de retorno.

El segundo electrodo está provisto, a partir de su superficie activa, de una ranura trazada según un eje contenido en un plano que contiene el eje del chorro.

Un fondo de la ranura está interconectado con la superficie activa del segundo electrodo por una superficie curvada transversalmente según unos radios de curvatura de valor superior al radio de las gotas de tinta.

Unas lengüetas del primer electrodo formadas a ambos lados del rebaje y el segundo electrodo están curvadas transversalmente según radios de curvatura de valor superior al radio de las gotas de tinta.

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Breve descripción de los dibujos

A continuación se describirá un ejemplo de realización y variantes, así como el funcionamiento de un cabezal de impresión que tiene electrodos que presentan las características de la invención, con referencia a los dibujos que se adjuntan, en los que:

la figura 1 es una representación esquemática de un cabezal de impresión que incorpora electrodos equipotenciales de deflexión según la técnica anterior;

las figuras 2 y 3 son representaciones esquemáticas de electrodos equipotenciales de deflexión de un cabezal de impresión según la técnica anterior;

la figura 4 es una representación esquemática de electrodos no equipotenciales de deflexión de un cabezal de impresión según la técnica anterior;

la figura 5 consta de una parte A y una parte B. La figura 5, parte A, es una vista desde el frente de electrodos de deflexión electrostática realizados siguiendo la invención. La figura 5, parte B, representa la vista de la izquierda del esquema inscrito sobre la figura 5, parte A;

la figura 6 consta de una parte A y una parte B. Cada una de las partes A y B representa una sección transversal de electrodos de deflexión electrostática realizados siguiendo una variante de la invención.

La figura 7 consta de las partes A, B, C y D. La parte A representa una vista en perspectiva, vista desde un lado, de un conjunto de dos electrodos según la invención. La parte B representa una sección de los dos electrodos según la línea B-B de la parte A. La parte C es una vista en perspectiva de un electrodo hendido según la invención. La parte D representa una vista en perspectiva del electrodo convexo destinada a hacer apreciar una escotadura de superficie.

Las figuras 1 a 4 referentes a la técnica anterior ya se han comentado.

Descripción de ejemplos de realización

En la descripción subsiguiente, los elementos que tienen la misma función según la técnica anterior o según la presente invención llevan el mismo número de referencia.

Las figuras 5, partes A y B, son respectivamente una vista esquemática desde el frente y de la izquierda que ilustran una forma de realización particular de electrodos de deflexión electrostática según la invención, implementados en el seno de un cabezal de impresión de chorro continuo estimulado desviado, de una boquilla. Las figuras 6, partes A y B, son respectivamente secciones efectuadas a nivel del eje Z de la figura 5, parte A, para dos formas de realización. Estas figuras se destinan para explicar la invención y su funcionamiento. La figura 7 está destinada, por su parte, a hacer apreciar, de forma más realista, la forma de los electrodos en una forma de realización particular. En las figuras 5 a 7 sólo se representan los elementos referentes a los electrodos que hacen objeto de la invención. Los demás componentes del cabezal de impresión son conocidos para el experto en la técnica y su descripción, tal y como está ilustrada con relación
a la técnica anterior, por ejemplo con relación a la figura 1, es suficiente para una buena comprensión de la invención.

Un flujo de gotas cargadas selectivamente 1 penetra el espacio delimitado por unos electrodos 2 y 3 entre los que existe una diferencia de potencial Vd proporcionada por un generador 30 de tensión. Los electrodos 2 y 3 tienen alturas sensiblemente iguales. Un plano tangente a los electrodos 2 y 3 respectivamente, en su parte más aguas arriba, es paralelo al eje de los chorros o secante a este eje bajo un ángulo reducido.

La superficie activa 11 del primer electrodo 2 posee una curvatura longitudinal cóncava sensiblemente opuesta a la de la superficie activa 10 del segundo electrodo 3. Una superficie activa 10 del electrodo 3 posee una curvatura longitudinal convexa tal que esta superficie queda en una parte aguas abajo, sensiblemente paralela a una trayectoria 4, mostrada en línea de puntos, de las gotas más desviadas. Según es sabido, una trayectoria puede visualizarse mediante iluminación estroboscópica de las gotas.

El espaciamiento e, que separa las superficies 10 y 11, es sensiblemente constante por toda la altura de los electrodos 2, 3. El valor del espaciamiento e es inferior a 3,5 mm, preferentemente inferior a 2 mm. Con el fin de no obstaculizar las trayectorias de las gotas menos cargadas, se practica un rebaje 12, que en el ejemplo mostrado tiene la forma de una hendidura 12, aparente en la parte B de la figura 5, y B y C de la figura 7, en la parte aguas abajo del electrodo 2. La anchura del rebaje 12 es superior al diámetro de las gotas de tinta. En la práctica, la anchura del rebaje 12 se limita a fin de que la caída del valor del campo Ed existente en la parte aguas abajo de los electrodos 2, 3 no sobrepase el 15% de la del campo óptimo creado en su parte aguas arriba.

Los electrodos 2 y 3 se realizan preferentemente en un metal inoxidable.

La curvatura longitudinal de los electrodos es preferentemente constante, de modo que las superficies activas de los electrodos 2, 3 queden formadas sensiblemente por partes de superficie cilíndrica de eje perpendicular al eje del chorro.

El funcionamiento es el siguiente.

El campo eléctrico Ed derivado de la diferencia de potencial Vd desvía las gotas de tinta proporcionalmente a su carga eléctrica a lo largo de trayectorias predefinidas. La trayectoria 4 es la seguida por las gotas que llevan la carga máxima Qmax. Se trata pues de la trayectoria de las gotas más desviadas. La superficie activa del segundo electrodo 3 se calcula para que la probabilidad de encuentro de la trayectoria 4 con el segundo electrodo sea casi nula, aunque la trayectoria 4 sea paralela y cercana a la superficie activa del segundo electrodo 3 por lo menos en una parte aguas abajo de esta superficie. La trayectoria 5 es la recorrida por las gotas dotadas de la carga mínima Qmin que permite evitar el canalón 6 de retorno y, por tanto, ser dirigida hacia el sustrato de impresión. Las gotas que llevan cargas eléctricas comprendidas entre los valores Qmax y Qmin siguen trayectorias intermedias tales como, por ejemplo, las trayectorias 7 u 8. La trayectoria 9 corresponde a las de las gotas dotadas de una cantidad de carga inferior a Qmin: tales gotas son captadas por el canalón 6 de retorno y recicladas hacia un circuito de tinta de la impresora.

La hendidura 12 mostrada en la figura 5, parte B, y en la figura 7, partes B y C, está, como se ha explicado, más alta, de tal modo que las gotas de menor desviación y especialmente aquéllas cuya carga es inferior a Qmin pasen a través de esta hendidura. Como se ha explicado anteriormente, a consecuencia de ello, la parte 39 más aguas arriba del contorno 38 de esta hendidura 12 queda situada en un lugar cercano al punto de intersección del eje del chorro con el primer electrodo 2. Debido a que las gotas cuya carga es inferior a Qmin y las gotas de menor carga entre aquéllas cuya carga está comprendida entre Qmin y Qmax pasan a través de la hendidura 12 del electrodo 2, la dispersión de las gotas puede conservarse pese a un espaciamiento e entre los electrodos 2 y 3 reducido respecto a los electrodos de la técnica anterior.

La pequeñez del espaciamiento e permite el uso de un valor de Vd del orden de 3 kV en lugar de los 8 a 10 kV empleados usualmente en los dispositivos de electrodos equipotenciales de la técnica anterior. Entonces resulta particularmente ventajoso realizar la diferencia de potencial Vd llevando el electrodo 2 al potencial de referencia de la tinta, usualmente el potencial de masa de la impresora. En tales condiciones, a diferencia de la técnica anterior en la que este potencial es un potencial opuesto al del electrodo 3, con relación al potencial de la tinta, resulta posible acercar o incluso integrar el canalón 6 de retorno y el electrodo 2 sin riesgo de ruptura dieléctrica entre estos dos elementos y sin alterar el campo Ed entre los dos electrodos.

En tales condiciones, la distancia d1 entre el borde inferior 21 del canalón 6 y el soporte 13 de impresión puede volverse superior a la distancia d2 que separa el extremo aguas abajo 22 del electrodo 2 de este mismo soporte 13 de impresión. Se obtiene así una acusada reducción del trayecto efectuado por las gotas dirigidas hacia el canalón 6 y, por tanto, una disminución de la probabilidad de que estas gotas no lleguen a este canalón.

Las partes A y B de la figura 6 y la parte D de la figura 7 ilustran sendas formas de realización ventajosas de los electrodos 2 y 3. Cada una de estas formas se ilustra en la figura 6 mediante una sección a escala ampliada efectuada siguiendo aproximadamente el plano Z definido en la figura 5, parte A. La forma de estas curvas puede caracterizar, por toda la altura o por lo menos en una parte aguas abajo, las caras activas 10 y 11.

Estas secciones se efectúan aguas abajo del punto más aguas arriba de la hendidura 12 mostrada en la figura 5, parte B. En la figura 5, parte B, y en la figura 7, parte C, se ve que la hendidura 12 divide el electrodo 2 en dos lengüetas 24 y 25 respectivamente. La figura 6 se destina para mostrar que, de forma ventajosa, las lengüetas 24, 25 y el electrodo 3 que está encarado a ellas tienen curvaturas transversales. Estas curvaturas transversales también son visibles en la figura 7.

La finalidad de las curvaturas transversales ilustradas en la figura 6, parte A, es eliminar cualquier arista o aspereza metálica viva susceptible de originar un fenómeno de descarga eléctrica que puede conducir a un debilitamiento del campo Ed o a una ruptura dieléctrica. El radio de curvatura transversal de la superficie 11 de las lengüetas 24, 25 y del electrodo 3 es de todo punto superior al de las gotas de tinta.

La figura 6, parte B, presenta un electrodo 2 que tiene las mismas características de curvatura transversal que el electrodo 2 mostrado en la parte A. Según la variante de realización mostrada en la parte B, la superficie activa 10 del electrodo 3 está dotada asimismo de una curvatura transversal que presenta las mismas capacidades que el electrodo 3 mostrado en la parte A, para reducir la aparición de descargas eléctricas.

El electrodo 3 presenta además una escotadura o ranura longitudinal 14. Esta escotadura puede extenderse por toda la altura de la superficie 10 o solamente por una parte aguas abajo, como está ilustrado en la figura 7, partes A y D. La escotadura 14 se sitúa transversalmente enfrentada al rebaje 12 del electrodo 2. La anchura de la escotadura 14 es superior al diámetro de las gotas de tinta, pero permanece suficientemente fina para no alejar significativamente el campo Ed de su valor óptimo.

Una escotadura de este tipo es particularmente útil para evitar determinadas proyecciones de tinta sobre la superficie 10. En efecto, en el supuesto de que la relación de la carga eléctrica a la masa de determinadas gotas esté mal controlada y sobrepase un valor máximo predeterminado, estas gotas siguen una trayectoria errónea 35 y:

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penetran la escotadura 14 sin impactar la superficie 10,

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experimentan, en la escotadura 14, la acción de un campo eléctrico muy débil. Esta caída del valor del campo provoca una modificación de las trayectorias erróneas de manera que las acerca, a la salida del dispositivo de deflexión, a la trayectoria 4 de las gotas más desviadas, cuya relación de carga a masa respeta el valor máximo predeterminado. Así, aunque estas gotas tengan una trayectoria errática, no impactan el electrodo 3. En consecuencia, el electrodo 3 permanece limpio, lo que significa que no se ve deformado por la presencia de tinta sobre el electrodo. Consiguientemente, las siguientes gotas no experimentarán una deformación de trayectoria debida a la eventual presencia de una gota con trayectoria errática. Esta disposición presenta así la ventaja de facilitar los reglajes de tensión que hay que aplicar a los electrodos para la puesta en marcha de la impresora.

Las ventajas de la invención sobre las realizaciones de la técnica anterior son manifiestas:

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sencillez de diseño y eficacia de deflexión se realizan simultáneamente;

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protección frente a determinadas proyecciones de tinta sobre los electrodos mediante ajuste de la geometría de por lo menos una superficie activa.

El escaso valor de Vd así como el posicionamiento alto del canalón 6 de retorno admiten una disminución neta del volumen ocupado por el cabezal de impresión y del trayecto efectuado por las gotas de tinta. En consecuencia, las variaciones parásitas de trayectorias de gotas son de escasa amplitud y mejora la calidad de impresión.

Claims (11)

1. Cabezal de impresión de una impresora de chorro continuo de tinta equipada con medios (116) para generar un chorro de tinta según un eje del chorro de tinta, a partir de por lo menos una boquilla de eyección del chorro, y para fraccionar el chorro en un flujo de gotas, con medios (120, 121) para cargar eléctricamente de forma selectiva las diferentes gotas del flujo de gotas, y con electrodos (2, 3) de desviación de las gotas cargadas, que desvían las gotas en función del valor de la carga recibida, bien hacia un canalón (6) de retorno de gotas, o bien hacia un sustrato (27) de impresión sustentado localmente por un soporte (13) del sustrato (27) de impresión, teniendo cada uno de los electrodos (2, 3) de desviación, en relación con la boquilla de eyección del chorro, una parte aguas arriba (15) y una parte aguas abajo (16), siendo una superficie activa (11, 10) de cada electrodo (2, 3) de desviación una superficie de dicho electrodo (2, 3) que está enfrentada al flujo de gotas, cabezal de impresión caracterizado porque los electrodos (2, 3) de desviación de las gotas del chorro comprenden dos electrodos (2, 3) primero (2) y segundo (3), presentando la superficie activa (11) del primer electrodo (2) una primera curvatura longitudinal cóncava cuyo radio local de curvatura longitudinal está situado en un plano formado por el eje del chorro de tinta y una dirección de desviación de las gotas, porque la superficie activa (10) del segundo electrodo (3) presenta una primera curvatura longitudinal convexa y porque el primer electrodo presenta, en su parte aguas abajo (16), un rebaje (12) que tiene un contorno (38).

2. Cabezal de impresión según la reivindicación 1, caracterizado porque el contorno (38) tiene un punto más aguas arriba situado en la cercanía de la intersección anterior al rebaje del primer electrodo (2) con el eje del chorro de tinta.

3. Cabezal de impresión según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el rebaje (12) presenta una simetría en relación con un plano que contiene el eje del chorro de tinta.

4. Cabezal de impresión según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el rebaje (12) tiene una anchura comprendida entre 4 y 20 veces el diámetro de las gotas de tinta.

5. Cabezal de impresión según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el rebaje (12) presenta la forma de una hendidura oblonga de la que una abertura sale a la parte (22) más aguas abajo del primer electrodo (2).

6. Cabezal de impresión según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el espaciamiento entre las superficies activas (10, 11) de los dos electrodos (3, 2) es sensiblemente constante en el sentido ascendente de los electrodos y está comprendido entre 4 y 20 veces el diámetro de las gotas de tinta.

7. Cabezal de impresión según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque un borde más aguas abajo (22) del primer electrodo está más cercano al soporte (13) de impresión que una superficie (21) más aguas abajo del canalón (6) de retorno.

8. Cabezal de impresión según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el segundo electrodo (3) tiene una ranura (14) según un eje contenido en un plano que contiene el eje del chorro.

9. Cabezal de impresión según la reivindicación 8, caracterizado porque un fondo de la ranura (14) está interconectado con la superficie activa (10) del segundo electrodo (3) por una superficie curvada transversalmente según radios de curvatura de valor superior al radio de las gotas de tinta.

10. Cabezal de impresión según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque unas lengüetas (24, 25) del primer electrodo formadas a ambos lados del rebaje (12) y el segundo electrodo (3) están curvadas transversalmente según radios de curvatura de valor superior al radio de las gotas de tinta.

11. Impresora caracterizada porque está equipada con un cabezal de impresión según una de las reivindicaciones precedentes.