ES2317213T3 - Dispositivo de eyeccion de fluido. - Google Patents
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Abstract
Un dispositivo de eyección de fluido (100), que comprende: una cámara (110) que tiene unos límites definidos generalmente por una pared extrema (112) y paredes laterales primera y segunda opuestas (114, 116); un primer canal de fluido (120) y un segundo canal de fluido (122) comunicado cada uno con la cámara; una primera península (140) que se extiende a lo largo del primer canal de fluido y una segunda península (142) que se extiende a lo largo del segundo canal de fluido, y una primera pared lateral (150) que se extiende entre la primera península y la cámara, y una segunda pared lateral (152) que se extiende entre la segunda península y la cámara; en el que la primera pared lateral (150) está orientada formando un primer ángulo (154) con la primera pared lateral (114) de la cámara, y la segunda pared lateral (152) está orientada formando un segundo ángulo (156) con la segunda pared lateral (116) de la cámara, en el que el segundo ángulo diferente del primer ángulo, y en el que una anchura (W 1) del primer canal de fluido (120) a lo largo de la primera pared lateral (150) y a lo largo de una parte de la primera península (140) es sustancialmente constante, y una anchura (W 2) del segundo canal de fluido (122) a lo largo de la segunda pared lateral (152) y a lo largo de una parte de la segunda península (142) es sustancialmente constante.
Description
Dispositivo de eyección de fluido.
Un sistema de impresión por chorro de tinta,
como una realización de un sistema de eyección de fluido, puede
incluir una cabeza impresora, un suministro de tinta que suministra
tinta líquida a la cabeza impresora, y un controlador electrónico
que controla la cabeza impresora. La cabeza impresora, como una
realización de un dispositivo de eyección de fluido, expulsa o
eyecta gotas de tinta a través de una pluralidad de boquillas u
orificios y hacia un medio de impresión, tal como una hoja de papel,
para imprimir sobre el medio de impresión. Típicamente, los
orificios están dispuestos en una o más columnas o filas, de forma
que la eyección de tinta en una secuencia apropiada desde los
orificios produzca caracteres u otras imágenes para ser imprimidas o
impresas sobre el medio de impresión a medida que la cabeza
impresora y el medio de impresión se mueven relativamente entre
sí.
Las propias gotitas, según son expulsadas o
eyectadas de la cabeza impresora, pueden afectar a la calidad de
impresión de la imagen imprimida o impresa. Esto se debe a que una
gota eyectada puede no siempre ser una única gota redonda
(esférica). Por ejemplo, la gota eyectada puede incluir una
extremidad que se rompe durante la eyección y forma gotas más
pequeñas separadas de la gota principal. Estas gotas más pequeñas,
si son suficientemente pequeñas y están separadas de la gota
principal pueden caer junto a la gota principal en el medio y
producir una dispersión, o sea irregularidades, cambio en la
densidad óptica dependiendo de la dirección de impresión (por
ejemplo, izquierda a derecha frente a derecha a izquierda), pérdida
de contraste, y/o pérdida de nitidez dependiendo de su tamaño, y/o
distancia de la gota principal. Esta dispersión, por lo tanto, puede
disminuir la calidad de la impresión.
Además, la frecuencia de eyección de las gotas
puede también producir pulverización e irregularidad en el borde. A
altas frecuencias en las que el diseño de la cámara de calentamiento
puede ser incapaz de llenar el volumen perdido de una gota
eyectada, la cámara de calentamiento puede solamente llenarse
parcialmente, haciendo por tanto que las gotas tengan un menor
volumen. Por el contrario, la cámara de calentamiento puede
llenarse de más una pequeña cantidad después de la primera y
posteriores eyecciones de gotas dando lugar a gotas de volumen de
gota mayor. Por lo tanto, dependiendo de la masa de la gota, las
formas de las gotas pueden variar y tener trayectorias no
previstas. Estas trayectorias no previstas pueden hacer que la gota
con forma extraña caiga más allá de la gota anterior y producir una
irregularidad en el borde, o romperse en gotas más pequeñas y
causar una dispersión. Esto también puede disminuir la calidad de
impresión. La irregularidad en el borde puede también ser causada
por corrimiento por capilaridad de la tinta en los medios que puede
depender de las propiedades de la tinta.
Por estas y otras razones existe una necesidad
del presente invento.
Un aspecto del presente invento proporciona un
dispositivo de eyección de fluido que incluye una cámara, un primer
canal de fluido y un segundo canal de fluido, comunicado cada uno
con la cámara, una primera península que se extiende a lo largo del
primer canal de fluido y una segunda península que se extiende a lo
largo del segundo canal de fluido, y una primera pared lateral que
se extiende entre la primera península y la cámara, y una segunda
pared lateral que se extiende entre la segunda península y la
cámara. La primera pared lateral está orientada formando un primer
ángulo con la cámara, y la segunda pared lateral está orientada
formando un segundo ángulo con la cámara, de tal forma que el
segundo ángulo es diferente del primer ángulo.
Otro aspecto del presente invento proporciona un
dispositivo de eyección de fluido que incluye una cámara, un primer
canal de fluido y un segundo canal de fluido, comunicado cada uno
con la cámara, y una isla que separa el primer canal de fluido y el
segundo canal de fluido. La isla es sustancialmente rectangular y
tiene una primera esquina biselada a lo largo del primer canal de
fluido y una segunda esquina biselada a lo largo del segundo canal
de fluido, de tal forma que la primera esquina biselada está
orientada formando un primer ángulo y la segunda esquina biselada
está orientada formando un segundo ángulo diferente del primer
ángulo.
La Figura 1 es un diagrama de bloques que
ilustra una realización de un sistema de impresión por chorro de
tinta de acuerdo con el presente invento.
La Figura 2 es una sección recta esquemática de
una vista que ilustra una realización de una parte de un dispositivo
de eyección de fluido de acuerdo con el presente invento.
La Figura 3 es una vista en planta que ilustra
una realización de una parte de un dispositivo de eyección de
fluido de acuerdo con el presente invento.
La Figura 4 es una tabla que esboza una
realización de dimensiones a modo de ejemplo y gamas de dimensiones
de parámetros de una realización de un dispositivo de eyección de
fluido de acuerdo con el presente invento.
La Figura 5 es una vista en planta que ilustra
una realización de un dispositivo de eyección de fluido que incluye
una pluralidad de elementos que eyectan gotas de acuerdo con el
presente invento.
La Figura 6 es una vista en planta que ilustra
una realización de un dispositivo de eyección de fluido que incluye
dos columnas de elementos que eyectan gotas de acuerdo con el
presente invento.
La Figura 7 es un gráfico que ilustra una
realización del peso de las gotas en relación con la viscosidad del
fluido de una gota eyectada de un dispositivo de eyección de fluido
de acuerdo con el presente invento.
La Figura 8 es un gráfico que ilustra una
realización de frecuencia de eyección de gotas en relación con la
viscosidad del fluido de una gota eyectada de un dispositivo de
eyección de fluido de acuerdo con el presente invento.
La Figura 9 es un gráfico que ilustra una
realización del peso de las gotas en relación con la frecuencia de
la eyección de gotas de una gota eyectada de de un dispositivo de
eyección de fluido de acuerdo con el presente invento.
En la descripción detallada que sigue se hace
referencia a los dibujos que se acompañan, que forman parte de
ella, y en los que se muestra a modo ilustrativo una realización
específica en la que el invento puede ponerse en práctica. En este
aspecto, la terminología direccional tal como "parte superior",
"parte de fondo", "frente", "anterior",
"posterior", etc, se usa con referencia a la orientación de la
o las Figuras que se están describiendo. Debido a que los
componentes de las realizaciones del presente invento pueden estar
colocadas en varias orientaciones diferentes, la terminología
direccional se usa con fines ilustrativos y de ninguna forma
limitativos. Queda entendido que se pueden utilizar otras
realizaciones y se pueden realizar cambios estructurales o lógicos
sin apartarse del alcance del presente invento. La descripción
detallada que sigue, por lo tanto, no debe tomarse en sentido
limitativo, quedando definido el alcance del presente invento por
las reivindicaciones anejas.
La Figura 1 ilustra una realización de un
sistema de impresión por chorro de tinta 10 de acuerdo con el
presente invento. El sistema de impresión por chorro de tinta 10
constituye una realización de un sistema de eyección de un fluido
que incluye un dispositivo de eyección de un fluido, tal como un
conjunto 12 de cabeza impresora, y un suministro de tinta, tal como
un conjunto 14 de suministro de tinta. En la realización ilustrada,
el sistema de impresión por chorro de tinta 10 incluye también un
conjunto de montaje 16, un conjunto 18 de transporte de los medios,
y un controlador electrónico 20.
El conjunto de cabeza impresora 12, como una
realización de un dispositivo de eyección de fluido, está formado
de acuerdo con una realización del presente invento y eyecta gotas
de tinta, que incluyen una o más tintas de color, a través de una
pluralidad de orificios o boquillas 13. En tanto que la descripción
que sigue se refiere a la eyección de tinta del conjunto de cabeza
impresora 12, se entiende que se pueden expulsar o eyectar del
conjunto de cabeza impresora 12 otros líquidos, fluidos, o
materiales fluidos.
En una realización las gotas están dirigidas
hacia un medio, tal como el medio de impresión 19, a fin de imprimir
sobre el medio de impresión 19. Típicamente, las boquillas 13 están
dispuestas en una o más columnas o filas, de forma que la eyección
en una secuencia apropiada de tinta desde las boquillas 13 produzca,
en una realización, caracteres, símbolos, y/o otros signos gráficos
o imágenes para ser imprimidos o impresos sobre el medio de
impresión 19 cuando el conjunto de cabeza impresora 12 y el medio de
impresión 19 se mueven uno con relación al otro.
El medio de impresión 19, incluye, por ejemplo,
papel, tarjetas, sobres, etiquetas, transparencias, Mylar, telas, y
similares. En una realización, el medio de impresión 19 es un medio
con un formato continuo o un rollo continuo de papel sin imprimir
19.
El conjunto de suministro de tinta 14, como una
realización de un suministro de fluido, suministra tinta a un
conjunto 12 de cabeza impresora e incluye un depósito 15 para
almacenar tinta. De este modo, la tinta fluye del depósito 15 al
conjunto 12 de cabeza impresora. En una realización, el conjunto de
suministro de tinta 14 y el conjunto de la cabeza impresora 12
forman un sistema de entrega de tinta recirculante. Por lo tanto,
la tinta fluye hacia atrás al depósito 15 desde el conjunto de la
cabeza impresora 12. En una realización, el conjunto de la cabeza
impresora 12 y el conjunto de suministro de tinta 14 están alojados
conjuntamente en un cartucho de tinta o de chorro de fluido o
pluma. En otra realización, el conjunto de suministro de tinta 14
es independiente del conjunto de la cabeza impresora 12 y suministra
tinta al conjunto de la cabeza impresora 12 a través de una
conexión de interfase, tal como un tubo de suministro (no
mostrado).
El conjunto de montaje 16 sitúa el conjunto de
la cabeza impresora 12 con relación al conjunto de transporte de
los medios 18, y el conjunto de transporte de los medios 18 sitúa el
medio de impresión 19 con relación al conjunto de la cabeza
impresora 12. De este modo, una zona de impresión 17, dentro de la
cual el conjunto de la cabeza impresora 12 deposita gotas de tinta,
está definido contiguo a las boquillas 13 en una zona entre el
conjunto de la cabeza impresora 12 y los medios de impresión 19. Los
medios de impresión 19 son avanzados a través de la zona de
impresión 17 durante la impresión por el conjunto 18 de transporte
de los medios.
En una realización, la cabeza impresora 12 es un
conjunto de cabeza impresora de tipo explorador, y el conjunto de
montaje 16 mueve el conjunto de impresión 12 con relación al
conjunto de transporte del medio 18 y el medio de impresión 19
durante la impresión de una línea en el medio de impresión 19. En
otra realización, el conjunto de la cabeza impresora 12 es un
conjunto de cabeza impresora no exploradora, y el conjunto de
montaje 16 fija el conjunto de la cabeza impresora 12 en una
posición prescrita con relación al medio de transporte 18 durante
la impresión de una línea sobre el medio de impresión 19 a media que
el conjunto de transporte 18 del medio avanza el medio de impresión
19 pasada la posición prescrita.
El controlador electrónico 20 comunica con la
cabeza impresora 12, con el conjunto de montaje 16, y con el
conjunto de transporte del medio 18. El controlador electrónico 20
recibe los datos 21 desde un sistema principal, tal como un
ordenador, e incluye una memoria para almacenar temporalmente los
datos 21. Típicamente, los datos 21 son enviados a un sistema de
impresión por chorro de tinta 10 a lo largo de un camino de
transferencia electrónico, infrarrojo, óptico o de cualquier otro
tipo. Los datos 21 representan, por ejemplo, un documento y/o
fichero para ser impreso. Por lo tanto, los datos 21 constituyen una
tarea de impresión para el sistema de impresión 10 e incluyen una o
más órdenes de trabajo y/o parámetros de órdenes.
En una realización, el controlador electrónico
20 proporciona el conjunto de la cabeza impresora 12 que incluye el
control de temporización para la eyección de las gotas de tinta
desde las boquillas 13. De esta forma, el controlador electrónico
20 define un patrón de gotas de tinta eyectadas que forma
caracteres, símbolos, y/o otros signos gráficos o imágenes sobre el
medio de impresión 19. El control de la temporización y, por lo
tanto, el patrón de gotas de tinta eyectadas, viene determinado por
las órdenes de la tarea de impresión y/o los parámetros de orden.
En una realización, los circuitos lógicos y activadores que forman
parte del controlador electrónico 20 están situados en el conjunto
de la cabeza impresora 12. En otra realización, los circuitos
lógicos y activadores que forman parte del controlador electrónico
20 están situados fuera del conjunto de la cabeza impresora 12.
La Figura 2 ilustra una realización de una parte
del conjunto de la cabeza impresora 12. El conjunto de la cabeza
impresora 12, como una realización de un dispositivo de eyección de
fluido, incluye una fila de elementos eyectores de gotas 30. Los
elementos eyectores de gotas 30 están formados sobre un sustrato 40
que tiene formada en él una ranura 42 de alimentación de fluido (o
tinta). De este modo, la ranura 42 de alimentación de fluido
proporciona un suministro de fluido (o tinta) para los elementos
eyectores de gotas 30.
En una realización, cada elemento eyector de
gotas 30 incluye una estructura de película delgada 50, una capa
barrera 60, una capa de orificio 70, y un generador de gotas 80. La
estructura de película delgada 50 tiene una abertura 52 de
alimentación de fluido (o tinta) formada en ella que comunica con la
ranura 42 de alimentación de fluido, y la capa barrera 60 tiene una
cámara 62 de eyección de fluido y uno o más canales de fluido 64
formados en ella, de tal forma que la cámara 62 de eyección de
fluido comunica con la abertura 52 de alimentación de fluido a
través de los canales de fluido 64.
La capa de orificio 70 tiene una cara frontal 72
y una abertura 74 para orificio o boquilla formada en la cara
frontal 72. La capa de orificio 70 se extiende sobre la capa barrera
60 de tal forma que la abertura 74 de boquilla comunica con la
cámara de eyección de fluido 62. En una realización el generador de
gotas 80 incluye un resistor 82. El resistor 82 está situado dentro
de la cámara 62 de eyección de fluido y está acoplada
eléctricamente mediante los cables 84 a la señal o señales de
activación y a tierra.
Mientras que la capa barrera 60 y el orificio 70
están ilustrados como independientes, las capas, en otras
realizaciones, la capa barrera 60 y la capa de orificio 70 pueden
estar formadas como una única capa de material con la cámara de
eyección de fluido 62, los canales de fluido 64, y/o la abertura 74
de las boquillas formada en la capa única. Además, en una
realización, partes de la cámara de eyección de fluido 62, los
canales de fluido 64, y/o la abertura de la boquilla 74 puede estar
compartida entre o formada tanto en la capa barrera 60 y en la capa
de orificio 70.
En una realización, durante el funcionamiento,
el fluido fluye de la ranura de alimentación de fluido 42 a la
cámara de eyección de fluido 62 a través de la abertura de
alimentación 52 de fluido y de uno o más canales de fluido 64. La
abertura 74 para la boquilla está operativamente asociada con el
resistor 82 de forma que gotitas de fluido son eyectadas de la
cámara de eyección de fluido 62 a través de la abertura 74 de la
boquilla (por ejemplo, sustancialmente normal al plano del resistor
82) y hacia un medio de impresión tras la activación del resistor
82.
El resistor 82 se activa por el envío de una
corriente a través de ella. La energía aplicada al resistor se
controla aplicando un voltaje fijo al resistor durante un periodo de
tiempo. En una realización la energía aplicada al resistor está
representada por la siguiente ecuación:
Energía =
((V*V)*t)/R,
en la que V es el voltaje aplicado,
R es la resistencia del resistor, y t es la duración del impulso.
Típicamente, el impulso es un impulso
cuadrado.
En una realización, el resistor 82 está
conectado a un conmutador que, a su vez, está conectado en serie a
un suministro de potencia. En una realización, el resistor 82 es un
resistor partido cuyas dos patillas están conectadas en serie. Sin
embargo, se pueden utilizar otras configuraciones. En una
realización a modo de ejemplo la resistencia total del resistor es
aproximadamente 125 Ohmios.
\newpage
En una realización, la energía mínima para
formar una gota llena es aproximadamente 2,5 microjulios. En una
realización, para asegurar el funcionamiento estable,
aproximadamente del 25 al 50 por ciento de exceso de energía se
aplica a la energía mínima. Por ejemplo, en esta realización, para
un suministro de potencia de 15 voltios y una resistencia de 125
ohmios, esto significa aproximadamente 1,7 microsegundos de
aproximadamente el 25 por ciento de exceso de energía. Sin embargo,
se pueden aplicar otros voltajes con los correspondientes cambios
en la duración del impulso para que otros componentes del circuito
puedan tolerar el voltaje sin fallo. En una realización, el fluido
en la cámara de calentamiento es precalentado hasta aproximadamente
45 grados C para facilitar los cambios en las condiciones
ambientales.
En una realización, el conjunto de la cabeza
impresora 12 es una cabeza impresora por chorro de tinta térmica
totalmente integrada. De este modo, el sustrato 40 está formado, por
ejemplo, de silicio, vidrio, o un polímero estable, y una
estructura de lámina delgada 50 incluye una o más capas de
pasivación formadas, por ejemplo, por dióxido de silicio, carburo
de silicio, nitruro de silicio, tantalio, vidrio de polisilicio, u
otro material. La estructura de lámina delgada 50 incluye también
una capa conductora que define el resistor 82 y los cables 84. La
capa conductora está formada, por ejemplo, por aluminio, oro,
tantalio, tantalio-aluminio, u otros metales o
aleaciones de metales. Además, la capa barrera 60 está formada, por
ejemplo, por una resina epoxídica fotoimpresionable, tal como SUB,
y la capa de orificio 70 está formada por una o más capas de
material que incluyen, por ejemplo, un material metálico, tal como
níquel, cobre, aleaciones de hierro/níquel, paladio, oro, o rodio.
Otros materiales, sin embargo, pueden usarse para la capa barrera 60
y/o la capa de orificio 70.
La Figura 3 ilustra una realización de una parte
de un dispositivo de eyección de fluido, tal como una cabeza
impresora 12, con la capa de orificio retirada. El dispositivo de
eyección de fluido 100 incluye una cámara de eyección de fluido 110
y canales de fluido 120 y 122. En una realización, la cámara de
eyección de fluido 110 incluye una pared extrema 112 y las paredes
laterales opuestas 114 y 116. De esta forma, los límites de la
cámara de eyección de fluido 110 están definidos por una pared
extrema 112 y las paredes laterales opuestas 114 y 116. En una
realización, las paredes laterales 114 y 116 están orientadas
sustancialmente paralelas entre sí.
Los canales de fluido 120 y 122 comunican con la
cámara de eyección de fluido 110 y suministran fluido desde una
ranura de alimentación de fluido 124 (solamente un borde de la cual
se muestra en la figura) a la cámara de eyección de fluido 110. Un
resistor 130, como una realización de un generador de gotas, está
situado dentro de la cámara de eyección de fluido 110, de tal forma
que las gotitas de fluido son eyectadas de la cámara de eyección de
fluido 110 por la activación del resistor 130, como se ha descrito
anteriormente. De esta forma, los límites de la cámara de eyección
de fluido 110 están definidos para encerrar o rodear un resistor
130. En una realización, el resistor 130 incluye un resistor
partida. Sin embargo, es dentro del alcance del presente invento el
resistor 130 debe incluir un único resistor o múltiples resistores
partidos.
En una realización, una península 140 se
extiende a lo largo del canal de fluido 120 y una península 142 se
extiende a lo largo del canal de fluido 122. Además, una pared
lateral 150 se extiende entre la península 140 y la cámara de
eyección de fluido 110, y una pared lateral 152 se extiende entre la
península 142 y la cámara de eyección de fluido 110. Además, en una
realización, una isla 160 separa los canales de fluido 120 y 122.
De esta forma, los límites del canal de fluido 120 están definidos
por la península 140, la pared lateral 150 y la isla 160, y los
límites del canal de fluido 122 están definidos por la península
142, la pared lateral 152 y la isla 160. Las penínsulas 140 y 142,
por lo tanto, se extienden hacia afuera en y están rodeadas por
fluido en los tres lados en tanto que la isla 160 está rodeada por
fluido en todos los lados.
En una realización, las paredes laterales 150 y
152 de los respectivos canales de fluido 120 y 122 está cada una
orientada formando un ángulo con la cámara de eyección de fluido 110
y, más específicamente, con las respectivas paredes laterales 114 y
116 de la cámara 110 de eyección de fluido. Además, las penínsulas
140 y 142 están cada una orientada sustancialmente paralela a las
respectivas paredes laterales 114 y 116 de la cámara de eyección de
fluido 110. En una realización, la pared lateral 150 del canal de
fluido 120 está orientada formando un ángulo 154 con la pared
lateral 114 de la cámara de eyección de fluido 110, y la pared
lateral 152 del canal de fluido 122 está orientada formando un
ángulo 156 con la pared lateral 116 de la cámara de eyección de
fluido 110. En una realización, el ángulo 156 es menor que el ángulo
154. Por lo tanto, con ángulos diferentes 154 y 156, los canales de
fluido 120 y 122 comunican con y suministran fluido a las diferentes
zonas de la cámara de eyección de fluido 110 con diferentes tasas
de flujo de fluido.
En una realización, la isla 160 generalmente
tiene forma rectangular y tiene los lados 161, 162, 163, y 164. En
una realización, el lado 161 está orientado sustancialmente paralelo
a la ranura de alimentación de fluido 124, el lado opuesto 163 está
orientado sustancialmente paralelo con la pared extrema 112 de la
cámara de eyección de fluido 110, el lado 162 está orientado
sustancialmente paralelo a la península 140, y el lado opuesto 164
está orientado sustancialmente paralelo a la península 142.
En una realización, la isla 160 tiene las
esquinas biseladas 160 y 163. La esquina biselada 166 está dispuesta
entre los lados contiguos 162 y 163, y la esquina biselada 168 está
dispuesta entre los lados contiguos 163 y 164. En una realización,
la esquina biselada 166 está orientada sustancialmente paralela a la
pared lateral 150 del canal de fluido 120, y la esquina biselada
168 está orientada sustancialmente paralela a la pared lateral 152
del canal de fluido 122. Por lo tanto, con las paredes laterales 150
y 152 orientadas formando ángulos diferentes 154 y 156, y las
esquinas biseladas 166 y 168 orientadas sustancialmente paralelas a
las paredes laterales 150 y 152, las esquinas biseladas 166 y 168
están orientadas formando ángulos diferentes. Así, en una
realización, la isla 160 es asimétrica.
En una realización, ilustrada en la Figura 3 y
esbozada en la tabla de la Figura 4, los diversos parámetros del
dispositivo de eyección de fluido 100 están seleccionados para
optimizar o mejorar la calidad de funcionamiento del dispositivo de
eyección de fluido 100 tal como, por ejemplo, reduciendo la
dispersión o mejorando la consistencia del volumen de la gota y/o
la forma de la gota. Por ejemplo, se optimizan una anchura combinada
W_{1} y W_{2} de los respectivos canales de fluido 120 y 122,
una longitud L de los canales de fluido 120 y 122, así como los
ángulos 154 y 156 de los canales de fluido 120 y 122. Además,
también se optimizan una longitud l de las penínsulas 140 y
142 y una anchura w de la isla 160. En una realización, como se ha
descrito anteriormente, el resistor 130 incluye un resistor
partido. Por lo tanto, se optimizan una longitud l_{r} y
una anchura W_{r} de cada parte del resistor 130. Además también
se optimizan una holgura entre el resistor 130 y la pared extrema
112 de la cámara de eyección de fluido 110.
En una realización, las respectivas anchuras
W_{1} y W_{2} de los canales de fluido 120 y 122 se miden entre
los respectivos lados 162 y 164 de la isla 160, y las penínsulas 140
y 142 se miden entre las respectivas esquinas biseladas 166 y 168
de la isla 160 y las paredes laterales 150 y 152. Por lo tanto, las
anchuras W_{1} y W_{2} representan las anchuras mínimas de los
canales de fluido 120 y 122. En una realización, las anchuras
W_{1} y W_{2} de los canales de fluido 120 y 122 a lo largo de
una parte de las respectivas penínsulas 140 y 142 y a lo largo de
las respectivas paredes laterales 150 y 152 son sustancialmente
constantes. En una realización, la longitud L de los canales de
fluido 120 y 122 se mide entre la cámara de eyección de fluido 110
y un extremo de la isla 160. Por lo tanto, la longitud L representa
una longitud mínima de los canales de fluido 120 y 122.
En una realización, la tasa de llenado de una
cámara de eyección de fluido 110 es directamente proporcional a la
superficie de la sección recta de los canales de fluido presentada
al fluido. La superficie de la sección recta de los canales de
fluido se define por la altura o profundidad de los canales de
fluido y la anchura de los canales de fluido. Por lo tanto, en una
realización, la superficie de la sección recta de los canales de
fluido tiene una forma sustancialmente rectangular. Sin embargo, la
superficie de la sección recta de los canales de fluido puede
adoptar otras formas.
En tanto que las respectivas anchuras W_{1} y
W_{2} de los canales 120 y 122 de fluido están ilustrados como
siendo sustancialmente iguales entre sí, en otras realizaciones, las
respectivas anchuras W_{1} y W_{2} de los canales de fluido 120
y 122 pueden variar una con relación a la otra. Más específicamente,
la superficie de la sección recta total de los canales de fluido
120 y 122 se optimiza, de forma que las respectivas anchuras
W_{1} y W_{2} de los canales de fluido 120 y 122 puedan variar
una con relación a la otra. En consecuencia, se optimiza la anchura
combinada (W_{1} + W_{2}) de los canales de fluido 120 y 122. La
impedancia total al flujo de fluido a través de los canales de
fluido 120 y 122, por lo tanto, permanece igual.
En una realización, la impedancia total del
flujo de fluido a través de los canales 120 y 122 a la cámara de
eyección de fluido 110 se optimiza para impedir un sobrellenado de
la cámara de eyección de fluido 110. Por lo tanto, el dispositivo
de eyección de fluido 100 se optimiza para mantener una impedancia
sustancialmente constante para el flujo de fluido a la cámara de
eyección de fluido 110 en un nivel de funcionamiento deseado. En
una realización a modo de ejemplo, el dispositivo de eyección de
fluido 100 se optimiza para mantener una impedancia sustancialmente
constante de flujo de fluido a la cámara de eyección de fluido 110
en un nivel de funcionamiento de hasta al menos aproximadamente 18
kHz.
En una realización, la cámara de eyección de
fluido 110 y los canales de fluido 120 y 122 del dispositivo de
eyección de fluido 100 se forman en una capa barrera, tal como una
capa barrera 60 (Figura 2). Por lo tanto, las penínsulas 140 y 142,
las paredes laterales 150 y 152, y la isla 160 están formadas por el
material de la capa barrera. Además, una capa de orificio que tiene
un orificio formado en ella, tal como una capa de orificio 70 y el
orificio 74 (Figura 2) se extiende sobre la capa barrera. De este
modo, en una realización, también se optimiza, como se ha esbozado
en la tabla de la Figura 4, un espesor T de la capa barrera, así
como un espesor l de la capa de orificio y un diámetro d del
orificio de la capa de orificio. En una realización, el espesor T
de la capa barrera fija la altura o profundidad de la cámara de
eyección de fluido 110 y de los canales de fluido 120 y 122. Así,
optimizando los parámetros seleccionados del dispositivo de eyección
de fluido 100, tal como se ha descrito antes, se puede optimizar el
volumen y/o la tasa de fluido suministrado a la cámara 110 de
eyección de fluido.
En una realización, ilustrada en la Figura 5, el
dispositivo de eyección de fluido 100 incluye una pluralidad de
elementos 102 que eyectan gotas. Cada elemento 102 que eyecta gotas
incluye una respectiva cámara de eyección de fluido 110, un
resistor 130, y los canales de fluido 120 y 122. En una realización,
los elementos 102 que eyectan gotas están dispuestos para
sustancialmente formar una columna de elementos que eyectan
gotas.
En una realización, los elementos 102 que
eyectan gotas están escalonados entre sí dentro de su columna
respectiva. Más específicamente, una distancia entre las
respectivas cámaras de eyección de fluido 110 y un borde 126 de la
ranura de alimentación de fluido 124 varía dentro de la columna de
elementos 102 de eyección de gotas. Por ejemplo, la cámara de
eyección de fluido 110 de un elemento 102 de eyección de gotas está
espaciada una distancia D1 del borde 126, la cámara de eyección de
fluido 110 de otro elemento 102 de eyección de gotas está espaciada
una distancia D2 del borde 126, la cámara de eyección de fluido 110
de otro elemento 102 de eyección de gotas está espaciada una
distancia D3 del borde 126, y la cámara de eyección de fluido 110 de
otro elemento 102 de eyección de gotas está espaciada una distancia
D4 del borde 126. En una realización, la distancia D1 es mayor que
la distancia D2, la distancia D2 es mayor que la distancia D3, y la
distancia D3 es mayor que la distancia D4. Por lo tanto, los
elementos 102 de eyección de gotas están espaciados unas distancias
variables de la ranura de alimentación de fluido 124.
En una realización, ilustrada en la Figura 5,
los extremos de las penínsulas 140 y 142 de la pluralidad de
elementos 102 de eyección de gotas están sustancialmente alineados.
Por lo tanto, una distancia entre las penínsulas 140 y 142 y el
borde 126 de la ranura de alimentación de fluido 124 de los
elementos 102 de eyección de gotas es sustancialmente constante.
Así, para alojar la disposición escalonada de los elementos 102 de
eyección de gotas con relación al borde 126 y la alineación de las
penínsulas 140 y 142 con el borde 126, se varía la longitud de las
respectivas penínsulas 140 y 142 de cada una de la pluralidad de
elementos 102 de eyección de gotas.
Por ejemplo, en una realización, las penínsulas
140 y 142 de un elemento 102 de eyección de gotas tienen una
longitud l_{1}, las penínsulas 140 y 142 de otro elemento
102 de eyección de gotas tienen una longitud l_{2}, las
penínsulas 140 y 142 de otro elemento 102 de eyección de gotas
tienen una longitud l_{3}, y las penínsulas 140 y 142 de
otro elemento 102 de eyección de gotas tienen una longitud
l_{4}. En una realización, la longitud l_{1} es
mayor que la longitud l_{2}, la longitud l_{2} es mayor
que la longitud l_{3}, y la longitud l_{3} es
mayor que la longitud l_{4}. En una realización a modo de
ejemplo, la longitud de las penínsulas 140 y 142 de los elementos
102 de eyección de gotas varía desde aproximadamente 30 micras a
aproximadamente 52 micras. Alineando las penínsulas 140 y 142 de los
elementos 102 de eyección de gotas con el borde 126 de la ranura de
alimentación de fluido 124 se puede reducir la interferencia entre
las cámaras 102 de eyección de fluido.
Como se ha ilustrado en la realización de la
Figura 6, dos columnas 104 y 106 de los elementos 102 de eyección
de gotas están dispuestas en los lados opuestos de la ranura de
alimentación de fluido 124. Además de una respectiva cámara de
eyección de fluido 110, el resistor 130, y los canales de fluido 120
y 122, cada elemento 102 de eyección de gotas incluye también un
respectivo orificio 170 comunicado con la respectiva cámara de
eyección de fluido 110. En una realización, las columnas 104 y 106
están escalonadas una con respecto a otra (por ejemplo,
verticalmente con respecto a la figura) de tal forma que el centro
de una cámara de eyección de fluido de un respectivo elemento 102
de eyección de gotas de la columna 104, por ejemplo, está situado
sustancialmente entre los centros de dos cámaras de eyección de
fluido de los respectivos elementos 102 de eyección de gotas de la
columna 106. Se entiende que las proporciones relativas de la
anchura de la ranura de alimentación de fluido 124 y la separación
entre las columnas 104 y 106 de los elementos 102 de eyección de
gotas en la Figura 6 es solamente con fines ilustrativos.
En una realización, los orificios 170 de los
elementos 102 de eyección de gotas están desplazados con relación a
un centro de la respectiva cámara de eyección de fluido 110. Más
específicamente, en una realización, los orificios 170 están
desplazados hacia o separándose de la ranura de alimentación de
fluido 124. Por ejemplo, como está ilustrado en la realización de
la Figura 6, los orificios 170 de los respectivos elementos 102 de
eyección de gotas de la columna 104 y los orificios 170 de los
respectivos elementos 102 de eyección de gotas de la columna 106
está cada uno desplazado hacia la ranura de alimentación de fluido
124. En una realización a modo de ejemplo, un centro de los
orificios 170 está desplazado con relación a un centro de la
respectiva cámara de eyección de fluido 110 una distancia de
aproximadamente \pm2 micras.
En una realización, además de optimizar los
parámetros del dispositivo de eyección de fluido 100, como se ha
descrito antes, también se optimizan las propiedades del fluido
eyectado del dispositivo de eyección de fluido 100 a fin de
optimizar la calidad de funcionamiento del dispositivo de eyección
de fluido 100. En una realización, por ejemplo, se ha optimizado la
tensión superficial, la viscosidad, y/o el pH del fluido eyectado
del dispositivo de eyección de fluido 100 para optimizar la calidad
de funcionamiento del dispositivo de eyección de fluido 100, que
incluye la optimización de un peso de gota de las gotitas eyectadas
del dispositivo de eyección de fluido 100 y una respuesta en
frecuencia del dispositivo de eyección de fluido 100. En una
realización a modo de ejemplo, la tensión superficial del líquido
eyectado del dispositivo de eyección de fluido 100 varía desde
aproximadamente 42 dinas/centímetro a aproximadamente 48
dinas/centímetro, la viscosidad del fluido eyectado del dispositivo
de eyección de fluido 100 varía desde aproximadamente 2,2
centipoises a aproximadamente 3,2 centipoises, y el pH del fluido
eyectado del dispositivo de eyección de fluido 100 varía desde
aproximadamente 7,8 a aproximadamente 8,4, siendo la tensión
superficial, la viscosidad, y el pH medidos a aproximadamente 25
grados C.
En una realización, el dispositivo de eyección
de fluido 100 está optimizado para producir gotitas de peso de gota
sustancialmente uniforme o constante. En una realización a modo de
ejemplo, un peso de gota de las gotitas eyectadas del dispositivo
de eyección de fluido 100 varía desde aproximadamente 10 nanogramos
a aproximadamente 16 nanogramos. En una realización a modo de
ejemplo, un peso de gota de las gotitas eyectadas del dispositivo
de eyección de fluido 100 es aproximadamente de 15 nanogramos.
Además, en una realización, también se optimiza la frecuencia a la
que son eyectadas las gotitas de fluido del dispositivo de eyección
de fluido 100 con el fin de optimizar la calidad de funcionamiento
del dispositivo de eyección de fluido 100.
En una realización, como está ilustrado en el
gráfico de la Figura 7, el peso de gota de las gotitas eyectadas
del dispositivo de eyección de fluido 100 varía con la viscosidad
del fluido. En una realización, el peso de gota es una función
lineal de la viscosidad. Por lo tanto, en una realización a modo de
ejemplo, la relación del peso de gota con la viscosidad para
viscosidades comprendidas entre 2 centipoises y aproximadamente 4
centipoises está representada por la siguiente ecuación:
Peso de gota
(ng) = 17,3 - 0,75 * Viscosidad
(cp)
Por lo tanto, el peso es inversamente
proporcional a la viscosidad, de forma que a medida que la
viscosidad del fluido aumenta, el peso de gota de las gotitas
eyectadas del dispositivo de eyección de fluido 100 disminuye.
En una realización, ilustrada en el gráfico de
la Figura 8, la respuesta en frecuencia del funcionamiento del
dispositivo de eyección de fluido 100 varía con la viscosidad del
fluido. En una realización, la respuesta en frecuencia es una
función lineal de la viscosidad. Por lo tanto, en una realización a
modo de ejemplo, la relación de la respuesta en frecuencia con la
viscosidad para viscosidades que varían entre aproximadamente 2
centipoises y aproximadamente 4 centipoises está representada por la
siguiente ecuación:
Frecuencia
(kHz) = 17,7 - 2,2 * Viscosidad
(cp)
De esta forma, la respuesta en frecuencia es
inversamente proporcional a la viscosidad, de forma que a medida
que aumenta la viscosidad del fluido disminuye la frecuencia a la
que las gotitas del fluido pueden ser eyectadas del dispositivo de
eyección de fluido 100. En una realización, la respuesta en
frecuencia representada por la anterior ecuación representa la
frecuencia más alta a la que el peso de gota de las gotitas
eyectadas del dispositivo de eyección de fluido 100 permanece
sustancialmente constante.
En una realización, ilustrada en el gráfico de
la Figura 9, el peso de gota de las gotitas eyectadas por el
dispositivo de eyección de fluido 100 está dibujado en relación con
la frecuencia de funcionamiento del dispositivo de eyección de
fluido 100. En una realización, el dispositivo de eyección de fluido
100, que incluye el fluido eyectado por el dispositivo de eyección
de fluido 100, está optimizado a fin de eyectar gotitas de fluido
que tengan un peso de gota sustancialmente uniforme en un régimen de
funcionamiento relativamente amplio. En una realización, por
ejemplo, las características geométricas del dispositivo de eyección
de fluido 100 se ajusta de forma que el peso de gota de las gotitas
esté aproximadamente comprendido entre el 70 por ciento al 100 por
cien del peso de gota en régimen permanente.
En una realización a modo de ejemplo, el
dispositivo de eyección de fluido 100 eyecta gotas de fluido que
tiene cada una un peso comprendido entre aproximadamente 13
nanogramos a aproximadamente 16 nanogramos a frecuencias de hasta
al menos aproximadamente 13 kHz. En una realización a modo de
ejemplo, el dispositivo de eyección de gotas 100 eyecta gotas de
fluido teniendo cada una un peso comprendido entre aproximadamente
10 nanogramos a aproximadamente 16 nanogramos a frecuencias de
hasta al menos 18 kHz. Por lo tanto, en una realización a modo de
ejemplo, con un peso de gota en régimen permanente de
aproximadamente 15 nanogramos, el dispositivo de eyección de gotas
100 eyecta gotas de fluido teniendo cada una un peso comprendido
entre aproximadamente 10,5 nanogramos (es decir, el 70 por ciento)
hasta aproximadamente 15 nanogramos (es decir, el 100 por cien) a
frecuencia de hasta al menos aproximadamente 18 kHz.
Por lo tanto, en una realización en la que el
dispositivo de eyección de fluido 100 es hecho funcionar para
imprimir a una frecuencia de 18 kHz o 18.000 puntos por segundo, el
dispositivo de eyección de fluido 100 puede producir una imagen con
una resolución de 600 puntos por pulgada (dpi) cuando el dispositivo
de eyección de fluido 100 se traslada a una velocidad de 30
pulgadas por segundo (ips) (600 puntos por pulgada X 30 pulgadas
por segundo = 18.000 puntos/segundo). Así, el dispositivo de
eyección de fluido 100 puede producir una imagen de alta calidad
con un tamaño de gota sustancialmente constante cuando es hecho
funcionar en una gama de frecuencias relativamente amplia. Además,
en otra realización en la que el dispositivo de eyección de fluido
100 es hecho funcionar para imprimir a una frecuencia de 18 kHz o
18.000 puntos por segundo, el dispositivo de eyección de fluido 100
puede producir una imagen con una resolución de 300 puntos por
pulgada (dpi) cuando el dispositivo de eyección de fluido 100 es
trasladado a una velocidad de 60 pulgadas por segundo (ips) (300
puntos X 60 pulgadas por segundo = 18.000 puntos/segundo). Por lo
tanto, el dispositivo 100 de eyección de fluido puede funcionar en
un modo de borrador a una impresión más alta o velocidad de flujo
máximo con un tamaño de gota sustancialmente constante cuando es
hecho funcionar a una gama de frecuencias relativamente amplia. En
otras realizaciones, son posibles modos adicionales de resolución
variable en tanto que los tiempos de resolución deseados (es decir,
dpi) la velocidad de traslación es 18.000 puntos/segundo. Además, en
otras realizaciones, el dispositivo de eyección de fluido 100 puede
ser hecho funcionar en impresión de paso único o en paso múltiple a
frecuencias diferentes.
A pesar de que aquí se han ilustrado
realizaciones específicas, los expertos en la técnica apreciarán que
una variedad de alternativas y/o de aplicaciones equivalentes
pueden ser sustituidas en las realizaciones mostradas y descritas
sin apartarse del alcance del presente invento. Se pretende que esta
aplicación cubra cualesquiera adaptaciones o variaciones de las
realizaciones específicas aquí discutidas. Por lo tanto, se
pretende que este invento esté solamente limitado por las
reivindicaciones.
Claims (11)
1. Un dispositivo de eyección de fluido (100),
que comprende:
una cámara (110) que tiene unos límites
definidos generalmente por una pared extrema (112) y paredes
laterales primera y segunda opuestas (114, 116);
un primer canal de fluido (120) y un segundo
canal de fluido (122) comunicado cada uno con la cámara;
una primera península (140) que se extiende a lo
largo del primer canal de fluido y una segunda península (142) que
se extiende a lo largo del segundo canal de fluido, y
una primera pared lateral (150) que se extiende
entre la primera península y la cámara, y una segunda pared lateral
(152) que se extiende entre la segunda península y la cámara;
en el que la primera pared lateral (150) está
orientada formando un primer ángulo (154) con la primera pared
lateral (114) de la cámara, y la segunda pared lateral (152) está
orientada formando un segundo ángulo (156) con la segunda pared
lateral (116) de la cámara, en el que el segundo ángulo diferente
del primer ángulo, y
en el que una anchura (W_{1}) del primer canal
de fluido (120) a lo largo de la primera pared lateral (150) y a lo
largo de una parte de la primera península (140) es sustancialmente
constante, y una anchura (W_{2}) del segundo canal de fluido
(122) a lo largo de la segunda pared lateral (152) y a lo largo de
una parte de la segunda península (142) es sustancialmente
constante.
2. El dispositivo de eyección de fluido de la
reivindicación 1, que además comprende:
un resistor (130) formado en la cámara
(110).
3. El dispositivo de eyección de fluido de la
reivindicación 1 o la reivindicación 2, que además comprende:
una isla (160) que separa el primer canal de
fluido (120) y el segundo canal de fluido (122).
4. El dispositivo de eyección de fluido de la
reivindicación 3, en el que la isla (160) tiene un primer lado
(162) orientado sustancialmente paralelo a la primera península
(140) y un segundo lado (164) orientado sustancialmente paralelo a
la segunda península (142).
5. El dispositivo de eyección de fluido de la
reivindicación 3 o la reivindicación 4, en el que la isla (160)
tiene una primera esquina biselada (166) orientada sustancialmente
paralela a la primera pared lateral (150) del primer canal de
fluido, y una segunda esquina biselada (168) orientada
sustancialmente paralela a la segunda pared lateral (152) del
segundo canal de fluido.
6. El dispositivo de eyección de fluido de
cualquier reivindicación anterior, en el que una anchura mínima
combinada del primer canal de fluido (120) y el segundo canal de
fluido (122) varía desde aproximadamente 34 micras hasta
aproximadamente 42 micras.
7. El dispositivo de eyección de fluido de
cualquier reivindicación anterior, en el que una longitud mínima de
cada uno del primer canal de fluido (120) y del segundo canal de
fluido (122) varía desde aproximadamente 29 micras hasta
aproximadamente 31 micras.
8. El dispositivo de eyección de fluido de
cualquier reivindicación anterior, en el que una longitud de cada
una de la primera península (140) y de la segunda península (142)
varía desde aproximadamente 30 micras hasta aproximadamente 52
micras.
9. El dispositivo de eyección de fluido de la
reivindicación 1, en el que el primer ángulo (154) de la primera
pared lateral (150) del canal de fluido varía desde aproximadamente
43 grados hasta aproximadamente 46 grados, y en el que el segundo
ángulo (156) de la segunda pared lateral (152) del canal de fluido
varía desde aproximadamente 30 grados hasta aproximadamente 34
grados.
10. El dispositivo de eyección de fluido de
cualquier reivindicación anterior, que además comprende:
un sustrato (40);
una capa barrera (60) formada sobre el sustrato,
y
una capa de orificio (70) que se extiende sobre
la capa barrera,
\newpage
en el que la capa barrera (60) incluye la cámara
(110) y el primer canal de fluido (120) y el segundo canal de
fluido (122), y la capa de orificio (70) incluye un orificio (74)
comunicado con la cámara,
en el que la capa barrera (60) tiene un espesor
que varía desde aproximadamente 12 micras hasta aproximadamente 16
micras.
11. El dispositivo de eyección de fluido de
cualquier reivindicación anterior, en el que el dispositivo está
adaptado para eyectar gotas de fluido a una frecuencia de hasta al
menos aproximadamente 18 kHz con cada una de las gotas que tienen
un peso que varía desde aproximadamente 10 nanogramos hasta
aproximadamente 16 nanogramos.
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