ES2323083T3 - Cabezal de expulsion de gotas de liquido de boquilla multiple, instrumento de escritura que comprende tal cabezal, y metodo de expulsion de gotas de liquido desde el mismo. - Google Patents
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Abstract
Instrumento (1) manual de expulsión de líquido que tiene un cuerpo (14) sustancialmente tubular con una abertura (19) en un extremo (11) frontal y que contiene un depósito (15) de líquido, un medio (17) de almacenamiento de energía, una unidad (20) de control y un cabezal (100) de expulsión de gotas de líquido, comprendiendo el cabezal (100) de expulsión de gotas de líquido una pluralidad de boquillas (99) de expulsión a través de las que van a expulsarse gotas desde dicho cabezal (100), y una pluralidad de cámaras (105) de accionamiento, teniendo cada cámara de accionamiento al menos una parte (108) de salida y al menos una entrada (107) para estar en conexión de fluidos con un depósito (15) de líquido para proporcionar líquido (16) a dicha cámara (105) de accionamiento, al menos un medio (120) de accionamiento adecuado para crear una onda de impulso en el líquido contenido en la cámara (105) de accionamiento cuando se activa mediante energía recibida desde un dispositivo (20) de control, y estando dicha al menos una parte (108) de salida en conexión de fluidos con al menos una boquilla (99) de expulsión de dicha pluralidad de boquillas de expulsión, caracterizado porque dicha pluralidad de boquillas (99) están dispuestas radialmente y de manera equidistante a partir de un eje (X) central, de modo que las gotas expulsadas se combinan en un punto predeterminado situado a una cierta distancia del cabezal (100), porque cada boquilla de dicha pluralidad de boquillas tiene un eje de expulsión, y en el que dicha pluralidad de boquillas están orientadas de modo que sus ejes de expulsión se cruzan entre sí en un punto predeterminado, porque la pluralidad de cámaras (105) de accionamiento están dispuestas con un patrón sustancialmente radial alrededor de dicho eje central, estando el punto predeterminado situado en dicho eje (X) central, y porque la pluralidad de boquillas (99) de expulsión del cabezal (100) de expulsión están orientadas hacia fuera de la abertura (19) frontal del cuerpo (14) tubular.
Description
Cabezal de expulsión de gotas de líquido de
boquilla múltiple, instrumento de escritura que comprende tal
cabezal, y método de expulsión de gotas de líquido desde el
mismo.
La presente invención se refiere a un cabezal de
expulsión de gotas de líquido, y a instrumentos de expulsión de
gotas de líquido que comprenden tales cabezales. La presente
invención se refiere también a métodos de expulsión de gotas de
líquido desde tales cabezales de expulsión de gotas de líquido.
Más en particular, la presente invención se
refiere a un cabezal de expulsión de gotas de líquido diseñado para
montarse en un instrumento de expulsión de líquido, que comprende
una pluralidad de boquillas de expulsión a través de las que van a
expulsarse gotas desde el cabezal, y una pluralidad de cámaras de
accionamiento, teniendo cada cámara de accionamiento al menos una
entrada para estar en conexión de fluidos con un depósito de
líquido para proporcionar líquido a la cámara de accionamiento, al
menos un medio de accionamiento adecuado para crear una onda de
impulso en el líquido contenido en la misma cuando se activa
mediante energía recibida desde un dispositivo de control, y al
menos una parte de salida en conexión de fluidos con al menos una
boquilla de expulsión de dicha pluralidad de boquillas de
expulsión.
Son conocidos los cabezales de expulsión de
tinta que contienen una pluralidad de cámaras de accionamiento que
tienen una boquilla de expulsión para cada uno de los accionadores
de expulsión de tinta, estando dispuestas las boquillas en un
patrón de matriz. A partir de una pluralidad de boquillas se
expulsan entonces una pluralidad de gotas, chocando cada una de las
gotas expulsadas de manera individual sobre un soporte para crear
una zona de contacto separada con la misma forma que el patrón de
matriz.
Estos cabezales de expulsión se usan
generalmente en un entorno protegido en el que las corrientes de
aire son mínimas, se conocen las distancias de expulsión y
generalmente permanecen constantes, por ejemplo en impresoras de
escritorio. En casos en los que se ha previsto una velocidad de
barrido variable, la técnica anterior se ha basado generalmente en
variar la frecuencia de expulsión para lograr una mayor deposición
de tinta. Sin embargo esta solución no resuelve el problema de la
expulsión sobre distancias mayores.
La presente invención se ha concebido
considerando los inconvenientes anteriormente mencionados y propone
una solución alternativa. Por tanto, un objeto de la invención es
proporcionar un dispositivo de expulsión de gotas de líquido
adecuado especialmente para expulsar gotas desde un cabezal de
expulsión sobre un soporte a una distancia mayor que con la que
funcionan los dispositivos convencionales. Con este fin, un
aspecto de la invención es proporcionar un cabezal de expulsión de
gotas de líquido del tipo mencionado anteriormente caracterizado
porque la pluralidad de boquillas están dispuestas de modo que las
gotas expulsadas se combinan en un punto predeterminado situado a
una cierta distancia del cabezal.
El cabezal conserva una disposición de
accionador clásica, excepto porque la qotita final es resultado de
la combinación de una pluralidad de gotas expulsadas desde varias
boquillas. La pluralidad de gotas expulsadas pueden combinarse en
cualquier parte en el espacio que existe entre el cabezal y el
soporte, o combinarse incluso en el punto de contacto con el
soporte. Se expulsarán gotas más grandes y, por lo tanto, más
pesadas y éstas avanzarán más y con más precisión que gotas más
pequeñas. Esta es una ventaja importante cuando se usan
instrumentos de escritura manual en los que las distancias entre el
cabezal de expulsión de gotas de líquido y la superficie de
escritura son generalmente mucho más grandes que en aplicaciones en
las que se usa tecnología tradicional de expulsión de tinta, tales
como impresoras de chorro de tinta de escritorio.
Una ventaja adicional de esta configuración es
que al combinar una pluralidad de gotas simultáneas sobre o antes
del soporte, se forma un único punto más grande sobre el mismo, es
decir, sin espacios en blanco visibles entre las gotas
individuales, como puede ser el caso con los expulsores
tradicionales. Esto permite trazar una línea más gruesa, o hacer
funcionar el cabezal a una frecuencia de expulsión más baja.
Debe observarse también que la invención permite
el uso de accionadores de dimensiones normales, tales como los que
se usan en impresoras de chorro de tinta de escritorio, para crear
gotas de mayor dimensión que las habituales, combinando muchas
gotas expulsadas pequeñas en gotas finales más grandes. Debido al
tamaño de accionador más pequeño, esto permite mayor libertad en
la disposición y colocación de los accionadores dentro de un
cabezal de expulsión de gotas de líquido.
Una ventaja complementaria es la posibilidad de
variar el volumen de las gotas expulsadas finales en función de una
entrada de usuario o un resultado deducido, al tener la opción de
accionar un número diferente de accionadores en cada emisión de
tinta, y tener una única gota de tamaño variable que entra en
contacto con un soporte. Esto es especialmente útil para marcar
líneas de grosor variable sin tener que variar la frecuencia.
Al mismo tiempo, la disposición estructural
permanece como en los dispositivos clásicos, por lo que, para mayor
fiabilidad, el trayecto de la tinta es directo desde el depósito
hasta la boquilla.
Varias realizaciones de la invención incluyen
proporcionar adicionalmente cualquiera de los siguientes:
- -
- cada boquilla de la pluralidad de boquillas tiene un eje de expulsión, en el que la pluralidad de boquillas están orientadas de modo que sus ejes de expulsión se cruzan entre sí en un punto predeterminado;
- -
- la pluralidad de cámaras de accionamiento están dispuestas en un patrón sustancialmente radial alrededor de un eje central, situándose el punto predeterminado en dicho eje central;
- -
- se proporciona una pluralidad de cámaras de alimentación de líquido, comunicándose cada cámara de alimentación con la entrada de una cámara de accionamiento y teniendo al menos un orificio pasante para estar en conexión de fluidos con un depósito de líquido;
- -
- el cabezal está conformado sustancialmente plano con una cara frontal y una cara posterior, paralelas entre sí, estando formadas las boquillas en la cara frontal, y proporcionándose orificios en comunicación con las entradas de las cámaras de accionamiento en la cara posterior;
- -
- las entradas y las partes de salida de la pluralidad de cámaras de accionamiento se extienden globalmente en el plano principal del cuerpo plano, y preferentemente a lo largo de direcciones radiales desde un eje central;
- -
- el cabezal de expulsión de líquido se fabrica a partir de una oblea de silicio o está formado de un material termoplástico;
- -
- los medios de accionamiento comprenden uno de los siguientes medios escogidos del grupo que incluye: medios de accionamiento electrostático, térmico, piezoeléctrico, y preferentemente un medio electrostático.
Según la invención, un cabezal de expulsión tal
como se ha definido anteriormente se usa en un instrumento manual
de expulsión de líquido que tiene un cuerpo sustancialmente tubular
con una abertura en un extremo frontal y que contiene un depósito
de líquido, un medio de almacenamiento de energía, una unidad de
control y un cabezal de expulsión de gotas de líquido según
cualquiera de lo que se ha proporcionado anteriormente.
El instrumento manual de expulsión de líquido
puede comprender también:
- -
- un medio de detección de distancia para determinar la distancia entre dicho cabezal y un soporte, el cual está diseñado para expulsar el líquido sobre dicho soporte cuando dicha distancia está en un intervalo predeterminado;
- -
- el punto predeterminado está situado a una distancia del cabezal de modo que las gotas de líquido expulsadas de manera simultánea desde las boquillas se combinan sobre dicho soporte para formar un único punto;
- -
- el punto predeterminado está situado a una distancia del cabezal de modo que las gotas de líquido expulsadas de manera simultánea desde las boquillas se combinan para formar una única gota antes de impactar sobre dicho soporte;
- -
- el instrumento de expulsión de líquido es un instrumento de escritura.
La presente invención se refiere también a un
método de expulsión de gotas para controlar la expulsión de gotas
por el cabezal de expulsión de líquido montado en un instrumento de
expulsión de líquido, caracterizado porque comprende las siguientes
etapas:
- -
- proporcionar una pluralidad de cámaras de accionamiento, teniendo cada cámara de accionamiento al menos una entrada, al menos un medio de accionamiento adecuado para crear una onda de impulso en el líquido contenido en la misma, y al menos una parte de salida,
- -
- proporcionar una pluralidad de boquillas de expulsión en conexión de fluidos con partes de salida de dicha pluralidad de cámaras de accionamiento,
- -
- alimentar las cámaras de accionamiento a través de su entrada con líquido proporcionado desde un depósito de líquido,
- -
- accionar de manera simultánea los medios de accionamiento de al menos dos cámaras de accionamiento de dicha pluralidad de cámaras de accionamiento mediante un suministro de energía desde una unidad de control de modo que al menos dos gotas de líquido se expulsan a través de al menos dos boquillas de expulsión de dicha pluralidad de boquillas de expulsión,
- -
- proporcionar una disposición de dichas boquillas de modo que dichas al menos dos gotas de líquido se combinan en un punto predeterminado situado a una cierta distancia del cabezal.
Según otra realización preferente, la invención
puede incluir también adicionalmente cualquiera de las siguientes
etapas:
- las cámaras accionadas de manera simultánea se
escogen de entre dicha pluralidad de modo que las gotas se
expulsan desde boquillas que están dispuestas equidistantes y en
posición equiangular con respecto al punto predeterminado;
- el método comprende además una etapa para
determinar un número de cámaras de accionamiento que van a
accionarse, antes de la etapa de accionamiento, para obtener un
tamaño de gotita determinado final;
- el instrumento es un instrumento de escritura
manual que comprende medios de detección de distancia y/o
movimiento, en el que el líquido es tinta, y en el que el método
comprende además las etapas de:
- \bullet
- determinar una condición de escritura a partir de las señales detectadas por medios de detección;
- \bullet
- expulsar gotas de tinta de manera repetida mientras se determina una condición de escritura, y preferentemente a una frecuencia de expulsión constante;
- -
- evaluar el tamaño de gotita determinado final según al menos uno de los parámetros del grupo que incluye una velocidad de barrido detectada del instrumento, una distancia detectada entre una superficie y la boquilla de expulsión, y un estilo o grosor deseado de la línea que va a trazarse.
\vskip1.000000\baselineskip
Otras características y ventajas, no
limitativas, resultarán evidentes para los expertos en la técnica
en la siguiente descripción detallada, en la que:
- la figura 1 es una representación en sección
de un instrumento de escritura que comprende un cabezal de
expulsión según una primera realización;
- la figura 2 es una vista más detallada de la
realización de la figura 1, en la que las gotas expulsadas se
combinan en un punto situado antes del soporte;
- la figura 3 es la misma vista que en la figura
2 de una segunda realización, en la que las gotas expulsadas se
combinan en un punto situado sobre el soporte;
- la figura 4 muestra una vista en perspectiva
del cabezal de expulsión que comprende una placa de cubierta y una
placa de base.
- la figura 5 muestra la misma vista en
perspectiva que en la figura 4, con la placa de cubierta
retirada.
En cada una de las figuras, los mismos números
de referencia se refieren a elementos idénticos o similares.
\vskip1.000000\baselineskip
La figura 1 representa una realización
particular de un cabezal (100) de expulsión de gotas de líquido
montado en un instrumento (1) de escritura sin contacto. Sin
embargo, esta invención no se limita a instrumentos de escritura, y
resultará evidente para los expertos en la técnica que no es más
que una posible realización que tiene usos igualmente válidos en
impresoras manuales, impresoras de escritorio, dispositivos de
corrección, dispositivos de pintura u otros instrumentos que
liberen líquido sobre un soporte sin contacto físico entre el
instrumento y el soporte.
El instrumento de escritura tiene un elemento
sustancialmente tubular que se extiende entre un extremo (11)
frontal y un extremo (12) posterior formando un bolígrafo. El
elemento tubular tiene una pared (13) interior que define un
espacio interno hueco, y una pared (14) exterior diseñada para ser
sujetada por la mano de un usuario.
El espacio hueco interior del instrumento (1) de
escritura comprende un depósito (15) de líquido montado de manera
extraíble de modo que el usuario final puede sustituirlo
fácilmente, y que contiene un líquido (16). El líquido usado en
esta realización presentada, la de un instrumento de escritura,
tendrá, como el líquido, tinta visible, pero dependiendo de la
aplicación, el líquido también puede ser fluido de corrección,
pegamento u otros líquidos que sean adecuados para la
aplicación.
Existe al menos un enlace (130) de fluidos entre
el depósito (15) de líquido y el cabezal (100) de expulsión de
gotas de líquido.
El instrumento (1) de escritura comprende además
una unidad (17) de almacenamiento de energía para proporcionar
energía a una unidad (20) de control y un cabezal (100) de
expulsión de gotas de líquido. La unidad (17) de almacenamiento de
energía puede montarse en el instrumento (1) de escritura de modo
que puede sustituirse fácilmente, o puede estar integrada en el
depósito (15) de líquido tal como se describe en la solicitud de
patente francesa presentada el 22/07/2004 con el número de
solicitud FR 04 08138, o tener medios en el instrumento de
escritura para la recarga.
El instrumento (1) de escritura puede comprender
también otros dispositivos tales como un medio para medir la
distancia entre el cabezal (100) de expulsión de líquido y un medio
(2) de escritura, tal como con un telémetro (21) óptico, y medios
para medir la actividad de escritura del bolígrafo, por ejemplo con
un acelerómetro (22).
Según la primera realización, el cabezal (100)
de expulsión de gotas de líquido está montado en el instrumento
(1) de escritura orientado hacia una abertura (19) frontal situada
en el extremo (11) frontal del instrumento (1) de escritura. El
cabezal es físicamente pequeño de modo que puede colocarse detrás
del extremo (11) frontal que forma la punta del bolígrafo sin
ocasionar obstrucción visual al usuario.
La unidad (20) de control, que comprende una
unidad de procesamiento central, un reloj de sistema y otras
piezas, sirve para procesar todos los datos tales como mediciones
de distancia y de actividad de escritura y también para regular y
activar el proceso de energía previsto para el accionamiento del
cabezal (100) de expulsión de gotas responsable de expulsar
líquido (16) fuera de las boquillas (99).
También es factible que la unidad (20) de
control pueda adaptarse para expulsar solamente líquido (16) fuera
del cabezal (100) de expulsión de gotas de líquido mientras se
detecta movimiento a través del acelerómetro (22), y que de manera
simultánea el sistema (21) óptico detecta que una distancia entre
la boquilla (99) y el medio (2) de escritura permanece en un
intervalo de valores definido por un valor mínimo predeterminado y
un valor máximo predeterminado, puede seguir también el principio
de "tinta de nuevo excepto si ya está marcado", que quiere
decir que el sistema (21) óptico detectará si la superficie ya se
ha marcado y no la marcará de nuevo.
Como puede observarse mejor en las figuras 4 y
5, el cabezal (100) de expulsión de gotas de líquido está definido
por una placa (101) de base en la que se proporcionan medios (120)
de accionamiento múltiple, también denominados accionadores, para
expulsar líquido (16) y una placa (102) de cubierta colocada en la
parte superior de la placa (101) de base para cubrir la placa de
base y por tanto contener el líquido (16) en la cámara contenida en
la misma. El cabezal (100) está constituido por una cara (110)
frontal definida por la superficie superior de la placa (102) de
cubierta, y una cara (111) posterior definida por la superficie
inferior de la placa (101) de base.
La placa (101) de base y la placa (102) de
cubierta tienen una forma rectangular sustancialmente plana, y se
fabrican mediante un proceso de semiconductores usando una oblea de
silicio, o similar. Sin embargo, pueden usarse otros materiales
para fabricar las placas (101, 102) de cubierta y de base. En
particular, estos componentes del cabezal de expul-
sión de líquido pueden estar formados de material termoplástico, como policarbonato, con el fin de reducir el coste.
sión de líquido pueden estar formados de material termoplástico, como policarbonato, con el fin de reducir el coste.
La figura 5 muestra mejor la placa (101) de base
con una parte recortada de la cubierta (102). Se proporcionan una
pluralidad de cámaras (105) de accionamiento y cámaras (106) de
alimentación. Como es el caso de esta realización, tres canales
(107) de alimentación establecen una comunicación de fluidos entre
la cámara (106) de alimentación y la cámara (105) de accionamiento
y forman las entradas para las cámaras (105) de accionamiento. Las
partes (108) de salida de las cámaras (105) de accionamiento
proporcionan una comunicación de fluidos entre las cámaras (105) de
accionamiento y las boquillas (99) de expulsión. Es totalmente
posible un número diferente de canales (107) o canales con forma
diferente, siempre que cumplan el fin de suministrar líquido desde
las cámaras (106) de alimentación, o directamente desde el depósito
(15) de tinta, a las cámaras (105) de accionamiento.
Cada boquilla (99) está en comunicación de
fluidos con una cámara (105) de accionamiento a través de una
parte (108) de salida ubicada en la placa (102) de base. Sin
embargo, puede concebirse conectar dos o más boquillas de la
pluralidad de boquillas a una cámara de accionamiento, o una
boquilla con dos o más cámaras de accionamiento.
La cámara (105) de accionamiento que comprende
los medios (120) de accionamiento está conectada con la unidad
(20) de control mediante líneas de señal (no mostradas) para
activar y poner en marcha los medios (120) de accionamiento.
La placa (102) de cubierta es una placa delgada
atravesada por un eje (X) central. Una pluralidad de boquillas (99)
están ubicadas sobre la cara (110) frontal de manera
sustancialmente radial y equidistante de este eje (X) central. Cada
boquilla (99) de la pluralidad de boquillas tiene un eje (X1) de
expulsión, de modo que cada eje de expulsión de la pluralidad de
boquillas (99) se cruza con los demás en un punto (P)
predeterminado. El punto (P) está a una distancia predeterminada
entre el cabezal (100) de expulsión y el soporte (2). Las figuras 2
y 3 ilustran dos casos diferentes mediante los que las gotas se
combinan antes del soporte (figura 2), y sobre el soporte (figura
3). El punto (P) es por tanto el punto en el que la pluralidad de
gotas expulsadas que provienen de la pluralidad de boquillas (99)
se combinan y continúan hasta impactar en la superficie (2) y
marcar un único punto. El término "combinar" se refiere a una
pluralidad de gotas que se unen y continúan al unísono. Las gotas
expulsadas pueden unirse tocándose entre sí y continuar juntas
sobre una trayectoria ligeramente alterada. De manera alternativa,
pueden combinarse físicamente para formar una única gota
homogénea.
Tal como se muestra en la figura 5, seis cámaras
(105) de accionamiento están conectadas de manera singular a seis
cámaras (106) de alimentación de líquido y están dispuestas
alrededor de un eje (X) central en un patrón radial.
Cada cámara (105) de accionamiento está
sustancialmente conformada como un sector, sin embargo puede tener
cualquier forma que se adapte a los medios (120) de accionamiento y
que proporcione una parte (108) de salida en comunicación de
fluidos con al menos una boquilla (99) formada en la placa (102) de
cubierta. Las cámaras (105) de accionamiento y las cámaras (106) de
alimentación están equidistantes del centro, y son equiangulares
entre sí, y se extienden de manera global sobre el mismo plano de
la placa (101) de base. Las boquillas (99) también están dispuestas
de manera simétrica y equiangular alrededor del eje (X) central.
Por consiguiente, la gota de tinta que resulta de las gotas
combinadas en el punto (P) avanza a lo largo del eje (X) central e
impacta en el soporte (2) con gran precisión. Sin embargo, por
otros motivos, puede estar previsto tener una distribución
irregular deliberada de gotas, de modo que en el punto (P) se
combinan y continúan hasta impactar en el soporte (2) en un ángulo
divergente con respecto al eje (X) central.
El líquido (16) fluye a través de las cámaras de
accionamiento, hacia las partes (108) de salida, con la energía de
impulsos emitidos por los accionadores (120) que forman parte de
las cámaras (105) de accionamiento. Se suministra a las propias
cámaras (105) de accionamiento líquido (16) desde las cámaras (106)
de alimentación de líquido. Esta realización tiene la forma de
cámaras (105) de accionamiento y cámaras (106) de alimentación que
se conectan una a una, sin embargo puede concebirse tener una
cámara (106) de alimentación de líquido que se conecta a más de una
cámara (105) de accionamiento.
Las cámaras (106) de alimentación de líquido
están en comunicación de fluidos con el depósito (15) de líquido y
almacenan temporalmente una pequeña cantidad de líquido (16), que
se permite fluir desde las cámaras (106) de alimentación hasta las
cámaras (105) de accionamiento.
Además, los canales (107) de conexión de fluidos
que conectan las cámaras (106) de alimentación con las cámaras
(105) de accionamiento están diseñados de tal manera que se
facilita el flujo de líquido (16) al interior de las cámaras (105)
de accionamiento aunque proporcionando una resistencia mucho mayor
al retroceso de flujo bajo una presión pulsada efectuada por los
accionadores (120) a partir de la energía proporcionada por la
unidad (20) de control. Si la parte (108) de salida constituye una
parte de separación con las cámaras (105) de accionamiento,
entonces un paso hacia la parte de salida debería proporcionar la
menor resistencia posible para el líquido impulsado que atraviesa
esta parte.
Un orificio (109) de suministro de tinta está
ubicado en cada cámara (106) de alimentación de líquido. El
orificio (109) de suministro de líquido está perforado a través del
grosor de la placa (101) de base y emerge en la cara (111)
posterior de la placa de base, que también constituye la cara
posterior del cabezal (100) de expulsión. El orificio (109) se
comunica con el depósito (15) de líquido.
La realización descrita comprendía seis cámaras
(105) de accionamiento, sin embargo, puede realizarse cualquier
pluralidad de cámaras de accionamiento con el mismo concepto
presentado en el presente caso.
Las cámaras (105) de accionamiento y, más en
particular, los accionadores (120), pueden controlarse de manera
individual, en grupos, o todos juntos en paralelo. Sin embargo, en
la práctica, los accionadores (120) funcionan en pares o grupos
opuestos, independientemente del número de cámaras presentes.
En una configuración típica de un dispositivo
(100) de expulsión de gotas de este tipo tal como se ha descrito
anteriormente, una gotita microscópica impulsada desde la cámara
(105) de accionamiento tiene normalmente un volumen en el intervalo
de 25 a 80 pl, de modo que el volumen total de todas las cámaras es
de aproximadamente 150-200 pl.
Es importante indicar que este concepto puede
implementarse usando cualquier medio de accionamiento, incluyendo
accionadores piezoeléctricos, térmicos o electrostáticos.
El medio más común de accionamiento de un
impulso de líquido es un cabezal térmico, sin embargo, tiene la
desventaja de tener una vida útil limitada. Para conseguir paliar
de alguna manera este problema de vida útil limitada, la unidad de
control puede configurarse para alternar el uso de un accionador
específico en función de la actividad previa para repartir el
desgaste de manera uniforme en todos los accionadores.
Otros medios de accionamiento con accionadores
piezoeléctricos. Éstos tienen la ventaja de no tener limitaciones
cuando se usan junto con líquidos cuya base no es agua. Sin
embargo, necesitan altas tensiones para el accionamiento en
aplicaciones manuales.
Los medios preferidos de accionamiento tienen un
accionador piezoeléctrico debido a su alta eficacia energética, en
particular a pequeña escala. No se limita tampoco a líquidos cuya
base es agua y sólo se necesitan bajas tensiones.
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Una realización adicional posible según esta
invención es la capacidad de mezclar diferentes líquidos, por
ejemplo, la capacidad de mezclar tintas de colores diferentes. En
lugar de tener un depósito (15) de líquido que contiene un único
color, se puede concebir separar el depósito en diferentes
contenedores para colores diferentes, aunque no necesariamente de
igual volumen para tener en cuenta diferentes factores de peso o
frecuencia de uso. Puede entonces realizarse una pluralidad de
canales (130) de alimentación dentro del soporte (110) del cabezal
de expulsión de líquido de modo que sólo un subconjunto del número
total de accionadores es responsable de cada color. Con esta
realización, y usando cuatro colores separados que comprenden cian,
magenta, amarillo y negro, puede concebirse que el usuario pueda
escribir en cualquier color, a partir de una combinación de los
colores anteriores.
A continuación, se describirá un método de
expulsión de una gotita de líquido desde el cabezal (100) de
expulsión de gotas de líquido según las realizaciones.
Como se ha mencionado anteriormente, el cabezal
(100) de expulsión está montado sobre el extremo de un instrumento
(1) de escritura para una realización particular, y comprendiendo
el instrumento (1) de líquido una unidad (20) de control, una
fuente (17) de energía para dar potencia a la unidad (20) de
control, y un depósito (15) de líquido.
La tinta se almacena en un depósito (15) de
tinta o bien fijo o bien sustituible en el cuerpo del instrumento
(1) de escritura, y se alimenta el cabezal (100) de expulsión de
gotas con tinta (16) a través de al menos un canal (130) de
comunicación de fluidos. La cámara (106) de alimentación de líquido
permite una pequeña reserva individual de tinta (16) para que esté
disponible para su correspondiente cámara (105) de accionamiento, y
el orificio (109) perforado proporcionado en dicha cámara (106) de
alimentación se comunica con el depósito (15) de líquido.
El tipo de accionador (120) en la cámara (105)
de accionamiento puede comprender, aunque sin restringirse a, los
siguientes tipos: electrostático, piezoeléctrico, térmico. Este
documento no entrará en el funcionamiento detallado de estos
diferentes tipos de accionadores ya que existen en varias
realizaciones y son conocidas en el estado de la técnica.
Una vez que la unidad (20) de control determina
que es apropiado, los accionadores (120) en las cámaras (105) de
accionamiento se accionan a partir de una entrada de energía
pulsada proporcionada por la unidad (20) de control.
Esta descarga de energía se dirigirá
principalmente a través de un trayecto de menos resistencia, que es
hacia el centro hacia la parte (108) de salida. Una onda de impulso
que contiene una pequeña cantidad de líquido (16) se moverá
entonces hacia las boquillas (99). Esta onda de impulso que lleva
líquido desde las cámaras (105) de accionamiento atravesará la
placa (101) de base a lo largo de la placa principal hacia las
boquillas (99). Las gotas saldrán de las boquillas (99) contenidas
en la placa (102) de cubierta y, junto con otras gotas impulsadas
efectuadas en el mismo instante desde otras cámaras (105) de
accionamiento, se combinarán tras la expulsión desde las boquillas
(99) en un punto (P).
Puede ser deseable repartir el uso de los
accionadores (120) de modo que cada accionador acumula, de media,
aproximadamente el mismo número de accionamientos. Esto es
especialmente deseable en accionadores de tipo térmico.
El cabezal (100), y también la unidad (20) de
control, deben poder entintar a una frecuencia suficientemente alta
de modo que no sean visibles gotas individuales de tinta y la
expulsión parezca continua. La unidad (20) de control accionará por
tanto un número variable de accionadores (120) a una frecuencia
fija de entre 500-800 Hz, para conseguir un tamaño
de gota razonable sobre la superficie de escritura para conseguir
un grosor percibido razonable de la línea escrita dependiendo de la
velocidad de barrido del instrumento (1). Es deseable un volumen de
gota combinada total en el punto (P) de aproximadamente
150-200 pL con el fin de crear un ancho de línea
razonable sobre la superficie (2) de escritura, por ejemplo, 0,3
mm en una sola pasada.
Una ventaja de esto frente a tener un tamaño de
gota variable es que la frecuencia de entintado puede mantenerse a
una velocidad razonable para impedir que las gotas individuales se
separen de manera visible, incluso si la punta del bolígrafo se
mueve rápidamente.
La unidad (20) de control determinará el número
de accionadores (120) que hay que accionar para variar los anchos
de línea en función de la velocidad de barrido de bolígrafo
procedente de sensores internos tales como acelerómetros 22, o
instrucciones externas tales como presión sobre el agarre del
bolígrafo, o ajustes del usuario.
El tamaño de las gotas puede determinarse
también según la distancia detectada entre la boquilla (99) y el
medio (2) para garantizar un impacto de las gotas contra el medio
(2). También es posible variar el tamaño de las gotas para variar
el grosor de la línea de escritura.
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Esta lista de referencias citadas por el
solicitante se dirige únicamente a ayudar al lector y no forma
parte del documento de patente europea. Incluso si se ha procurado
el mayor cuidado en su concepción, no se pueden excluir errores u
omisiones y el OEB declina toda responsabilidad a este
respecto.
FR 0408138 (0021)
Claims (15)
1. Instrumento (1) manual de expulsión de
líquido que tiene un cuerpo (14) sustancialmente tubular con una
abertura (19) en un extremo (11) frontal y que contiene un depósito
(15) de líquido, un medio (17) de almacenamiento de energía, una
unidad (20) de control y un cabezal (100) de expulsión de gotas de
líquido, comprendiendo el cabezal (100) de expulsión de gotas de
líquido
- una pluralidad de boquillas (99) de expulsión a través de las que van a expulsarse gotas desde dicho cabezal (100),
- y
- una pluralidad de cámaras (105) de accionamiento, teniendo cada cámara de accionamiento al menos una parte (108) de salida y al menos una entrada (107) para estar en conexión de fluidos con un depósito (15) de líquido para proporcionar líquido (16) a dicha cámara (105) de accionamiento, al menos un medio (120) de accionamiento adecuado para crear una onda de impulso en el líquido contenido en la cámara (105) de accionamiento cuando se activa mediante energía recibida desde un dispositivo (20) de control, y estando dicha al menos una parte (108) de salida en conexión de fluidos con al menos una boquilla (99) de expulsión de dicha pluralidad de boquillas de expulsión, caracterizado porque dicha pluralidad de boquillas (99) están dispuestas radialmente y de manera equidistante a partir de un eje (X) central, de modo que las gotas expulsadas se combinan en un punto predeterminado situado a una cierta distancia del cabezal (100),
- porque cada boquilla de dicha pluralidad de boquillas tiene un eje de expulsión, y en el que dicha pluralidad de boquillas están orientadas de modo que sus ejes de expulsión se cruzan entre sí en un punto predeterminado,
- porque la pluralidad de cámaras (105) de accionamiento están dispuestas con un patrón sustancialmente radial alrededor de dicho eje central, estando el punto predeterminado situado en dicho eje (X) central, y porque la pluralidad de boquillas (99) de expulsión del cabezal (100) de expulsión están orientadas hacia fuera de la abertura (19) frontal del cuerpo (14) tubular.
2. Instrumento manual de expulsión de líquido
según la reivindicación 1, en el que se proporciona una pluralidad
de cámaras (106) de alimentación de líquido, comunicándose cada
cámara (106) de alimentación con la entrada (107) de una cámara
(105) de accionamiento y teniendo al menos un orificio (109)
pasante para estar en conexión de fluidos con un depósito (15) de
líquido.
3. Instrumento manual de expulsión de líquido
según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que
dicho cabezal (100) está conformado sustancialmente plano con un
cara (110) frontal y una cara (111) posterior, paralelas entre sí,
estando formadas las boquillas (99) en la cara (110) frontal, y
proporcionándose orificios (109) en comunicación con las entradas
de las cámaras (105) de accionamiento en la cara (111)
posterior.
4. Instrumento manual de expulsión de líquido
según la reivindicación 3, en el que las entradas (107) y partes
(108) de salida de la pluralidad de cámaras de accionamiento se
extienden globalmente en el plano principal del cuerpo (101) plano,
y preferentemente a lo largo de direcciones radiales desde un eje
central.
5. Instrumento manual de expulsión de líquido
según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que
dicho cabezal (100) de expulsión de líquido se fabrica a partir de
una oblea de silicio o está formado de un material
termoplástico.
6. Instrumento manual de expulsión de líquido
según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que
los medios de accionamiento comprenden uno de los siguientes medios
elegidos del grupo que incluye: medios de accionamiento
electrostáticos, térmicos, piezoeléctricos, y preferentemente un
medio electrostático.
7. Instrumento (1) manual de expulsión de
líquido según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que
comprende además un medio (21) de detección de distancia para
determinar la distancia entre dicho cabezal (100) y un soporte (2)
y diseñado para expulsar el líquido sobre dicho soporte (2) cuando
dicha distancia está en un intervalo predeterminado.
8. Instrumento (1) manual de expulsión de
líquido según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el
que el punto predeterminado está situado a una distancia del
cabezal (100) de modo que las gotas de líquido expulsadas
simultáneamente desde las boquillas (99) se combinan sobre un o
dicho soporte para formar un único punto.
9. Instrumento (1) manual de expulsión de
líquido según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el
que el punto predeterminado está situado a una distancia del
cabezal (100) de modo que las gotas de líquido expulsadas de manera
simultánea desde las boquillas (99) se combinen para formar una
única gota antes de impactar en un o dicho soporte.
10. Instrumento (1) manual de expulsión de
líquido según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el
que dicho instrumento de expulsión de líquido es un instrumento de
escritura.
11. Método de expulsión de gotas de líquido
desde un cabezal (100) de expulsión de líquido montado en un
instrumento (1) de expulsión de líquido caracterizado porque
comprende las siguientes etapas:
- -
- proporcionar una pluralidad de cámaras (105) de accionamiento dispuestas con un patrón sustancialmente radial alrededor de un eje (X) central, teniendo cada cámara de accionamiento al menos una entrada (107), al menos un medio de accionamiento adecuado para crear una onda de impulso en el líquido contenido en la misma, y al menos una parte (108) de salida,
- -
- proporcionar una pluralidad de boquillas (99) de expulsión en conexión de fluidos con partes (108) de salida de dicha pluralidad de cámaras (105) de accionamiento, estando dichas boquillas de expulsión dispuestas radialmente y de manera equidistante desde dicho eje (X) central, y teniendo cada una un eje de expulsión los cuales se cruzan entre sí en un punto predeterminado,
- -
- alimentar las cámaras (105) de accionamiento a través de su entrada (107) con líquido (16) proporcionado desde un depósito (15) de líquido,
- -
- accionar de manera simultánea los medios (120) de accionamiento de al menos dos cámaras (105) de accionamiento de dicha pluralidad de cámaras de accionamiento mediante un suministro de energía desde una unidad (20) de control de tal manera que al menos dos gotas de líquido se expulsan a través de al menos dos boquillas de dicha pluralidad de boquillas (99) de expulsión,
- -
- proporcionar una disposición de dichas boquillas de modo que dichas al menos dos gotas de líquido se combinan en un punto predeterminado situado a una cierta distancia del cabezal (100).
12. Método de expulsión de gotas de líquido
desde un cabezal de expulsión de líquido según la reivindicación
11, en el que las cámaras accionadas de manera simultánea se
escogen de entre dicha pluralidad de modo que las gotas se
expulsan desde boquillas que están dispuestas equidistantes y en
una posición equiangular con respecto al punto predeterminado.
13. Método de expulsión de gotas de líquido
desde un cabezal de expulsión de líquido según la reivindicación
11 ó 12, en el que el método comprende además una etapa de
determinar un número de cámaras (105) de accionamiento que van a
accionarse, antes de la etapa de accionamiento, para obtener un
tamaño de gotita determinado final.
14. Método de expulsión de gotas de líquido
desde un cabezal de expulsión de líquido según una cualquiera de
las reivindicaciones 11 a 13, en el que el instrumento es un
instrumento (1) de escritura manual que comprende medios de
detección de distancia (21) y/o movimiento (22), en el que el
líquido (16) es una tinta, y en el que el método comprende además
las etapas de:
- -
- determinar una condición de escritura a partir de las señales detectadas por los medios de detección;
- -
- expulsar gotas de tinta de manera repetida mientras se determine una condición de escritura, y preferentemente a una frecuencia de expulsión constante.
15. Método de expulsión de gotas de líquido
desde un cabezal de expulsión de líquido según las
reivindicaciones 13 y 14, que comprende además las etapas de:
- -
- evaluar el tamaño de gotita determinado final según al menos uno de los parámetros del grupo que incluyen una velocidad de barrido detectada del instrumento (1), una distancia detectada entre una superficie y la boquilla (99) de expulsión, y un estilo o grosor deseado de la línea que va a trazarse.
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