FR2681815A1 - Procede et appareil d'enregistrement par ejection d'encre. - Google Patents
Procede et appareil d'enregistrement par ejection d'encre. Download PDFInfo
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Abstract
L'invention concerne un procédé d'enregistrement par éjection d'encre et, pour sa mise en œuvre, un appareil d'enregistrement par éjection d'encre comprenant une section de retenue d'encre ayant un orifice (101) pour décharger l'encre à travers lui et pour la retenir, un élément (108) électrothermique de conversion pour appliquer une énergie thermique à ladite section afin de décharger l'encre de l'orifice de ladite section, et des moyens pour fournir de l'énergie électrique à l'élément électrothermique de conversion. La valeur numérique de l'aire SH de l'élément de conversion électrothermique et l'aire minimale en section transversale So de l'orifice satisfont la relation suivante: (CF DESSIN DANS BOPI) ce qui permet de fournir l'énergie électrique à l'élément de conversion et de décharger l'encre de l'orifice, pour enregistrer.
Description
L'invention concerne un procédé et un appareil d'enregistrement par éjection de liquide, et plus particulièrement un procédé et un appareil d'enregistrement par éjection de liquide pouvant produire une décharge stable de gouttelettes, meme pendant un enregistrement continu.
Les procédés d'enregistrement sans frappe ont récemment attiré l'attention par le fait que le bruit qu'ils produisent pendant l'enregistrement est d'un niveau négligeable. Parmi ces procédés, le procédé dit d'enregistrement par jets d'encre (procédé d'enregistrement par éjection de liquide), qui est capable d'effectuer un enregistrement à grande vitesse et, de plus, sans nécessiter aucun traitement spécial tel qu'un fixage sur du papier lisse, est un procédé d'enregistrement très efficace et diverses variantes de ce procédé ont été conçues jusqu'à présent. Certaines d'entre elles ont déjà été mises en service commercial et d'autres sont à l'étude pour une application pratique.
Le procédé d'enregistrement par éjection de liquide est conçu de manière que des gouttelettes d'un liquide d'enregistrement appelé encre soient projetées vers un support d'enregistrement et y adhèrent afin d'effectuer un enregistrement, et ce procédé est globalement classé en plusieurs types suivant l'opération par laquelle on produit les gouttelettes de liquide d'enregistrement et l'opération par laquelle on commande la direction dans laquelle les gouttelettes produites sont projetées.
En premier lieu, le procédé d'enregistrement par gouttelettes à la demande, consistant à émettre des gouttelettes et à les projeter à partir d'orifices de décharge (orifices de décharge de liquide) sous la commande d'un signal d'enregistrement et à faire adhérer les gouttelettes à la surface d'un support d'enregistrement pour y effectuer ainsi un enregistrement, ne décharge que les gouttelettes nécessaires à l'enregistrement et est donc actuellement particulièrement intéressant en raison du fait qu'il ne nécessite aucun moyen spécial pour collecter ou traiter le liquide déchargé, inutile à l'enregistrement, ce qui peut conduire å une simplification et une diminution du volume de l'appareil proprement dit, cet appareil étant en outre intéressant par le fait que la direction dans laquelle les gouttelettes produites par les orifices de décharge sont projetées n' a pas à être commandée et par le fait qu'il permet d'effectuer aisément un enregistrement en couleurs multiples.
De plus, au cours des dernières années, le développement de têtes d'enregistrement (têtes d'enregistrement par éjection de liquide) du type à ligne pleine, présentant de nombreux orifices très resserrés, qui utilise le procédé d'enregistrement décrit ci-dessus, par gouttelettes produites à la demande, a été remarquable et de nombreux appareils d'enregistrement par éjection de liquide, permettant d'obtenir des images de haute résolution et de haute qualité à des vitesses élevées, ont également été développés.
Dans un appareil d'enregistrement par éjection de liquide utilisant le procédé d'enregistrement par gouttelettes produites à la demande, une pression (énergie mécanique) ou de l'énergie thermique est appliquée au liquide présent dans la partie agissant par énergie afin de produire la force motrice permettant la décharge des gouttelettes. Il est donc nécessaire que cette énergie agisse sur le- liquide d'une façon permettant sa consommation efficace pour la décharge de gouttelettes.
De plus, lorsqu'un enregistrement doit être effectué en continu, il est nécessaire que la production de cette énergie ait lieu de façon répétitive exactement en réponse à un signal d'enregistrement. En particulier dans le cas d'un enregistrement à grande vitesse, il est nécessaire que cette répétition soit effectuée fidèlement au signal d'enregistrement communiqué à la partie agissant par énergie.
Pour améliorer la qualité des images enregistrées et pour permettre un enregistrement à grande vitesse, il est nécessaire de stabiliser la direction de la décharge de gouttelettes afin d'empêcher l'apparition de gouttelettes satellites ; il est également nécessaire de produire de façon stable, continue et répétitive, pendant une longue durée, la décharge des gouttelettes, et d'améliorer la fréquence de formation des gouttelettes (le nombre de gouttelettes formé par unité de temps).
Cependant, l'appareil d'enregistrement par éjection de liquide utilisant le procédé d'enregistrement par gouttelettes produites à la demande est affecté d'un problème selon lequel,- lorsque le volume de gouttelettes par rapport à la dimension des orifices de décharge de liquide est très grand, une grande quantité de liquide est projetée par suite de la décharge des gouttelettes et, par conséquent, de l'air pénètre par les orifices de décharge des gouttelettes au moment du retrait du ménisque.Si l'air pénètre à l'intérieur de la tête d'enregistrement, en particulier dans la partie dans laquelle de l'énergie de décharge est communiquée au liquide, ou à proximité de cette partie, et donc que de l'air est présent sous forme de bulles dans le liquide se trouvant dans la tête d'enregistrement, l'énergie destinée à la décharge des gouttelettes est consommée (absorbée) sous la forme d'une compression des bulles. Par conséquent, dans certains cas, le liquide peut ne pas recevoir assez d'énergie pour pouvoir être projeté à partir des orifices de décharge de gouttelettes. Autrement dit, il arrive parfois que des gouttelettes ne puissent être déchargées en raison de la présence de bulles.De plus, même si les gouttelettes peuvent être déchargées, une partie de l'énergie de décharge est absorbée par les bulles et il devient donc difficile de faire arriver avec précision les gouttelettes sur un support d'enregistrement. Autrement dit, pour qu'une décharge stable de gouttelettes puisse avoir lieu, il est important d'empêcher l'introduction de l'air (c'està-dire la présence de bulles).
Pour empêcher l'air d'entrer dans la partie à énergie active ou autre en réduisant le retrait du ménisque, même si la décharge de gouttelettes est effectuée, on pense à un procédé consistant à mettre sous pression le liquide et à vaincre la force de retrait du ménisque. Cependant, lorsqu'un tel procédé est utilisé, il apparaît un problème selon lequel le liquide est refoulé à force des orifices de décharge de gouttelettes par la pression à laquelle il est soumis et l'avantage du procédé d'enregistrement par gouttelettes produites à la demande, qui ne nécessite aucun moyen de collecte de liquide, en est amoindri.
Comme procédé d'enregistrement par gouttelettes produites à la demande, utilisant de la chaleur, il existe un procédé dans lequel, en provoquant la décharge de gouttelettes à partir des orifices, on utilise une résistance chauffante ou autre, qui est un élément de conversion électro-thermique, pour communiquer de 1 'énergie calorifique au liquide et provoquer ainsi un changement d'état tel que le liquide recevant l'énergie calorifique fait l'objet d'un brusque accroissement de volume appelé gazéification, et est déchargé par la force résultant de ce changement d'état. Dans ce cas, la décharge de gouttelettes dépend de la variation de volume de bulles lorsque le liquide est transformé en bulles par l'énergie calorifique.
La variation de volume des bulles dépend de la surface de la partie agissant de façon énergétique, par exemple la résistance chauffante. Cependant, pour obtenir une caractéristique de décharge stable de gouttelettes, une variation appropriée de volume des bulles est nécessaire par rapport à l'aire minimale, en section, So des orifices de décharge, car si la variation de volume est trop grande, des phénomènes tels que des éclaboussures et l'introduction d'air apparaissent et rendent instables la décharge de gouttelettes, ou bien arrêtent cette décharge et, Si la variation de volume est trop faible, la circonférence des orifices de décharge est mouillée par le liquide, ce qui arrête la décharge ou la rend instable. De plus, si la variation de volume est faible, aucune bulle n'est produite et, par conséquent, il n'apparaît aucune variation de volume des bulles et donc aucune gouttelette n'est déchargée.
L'invention a pour objet un procédé et un appareil d'enregistrement par éjection de liquide, qui ne sont pas affectés par les problèmes mentionnés ci-dessus et qui sont capables de produire un enregistrement continu par une décharge stable de gouttelettes.
Ltinvention a également pour objet un procédé et un appareil d'enregistrement par éjection de liquide, dans lesquels il ne se produit aucune introduction d'air dans les orifices de décharge de gouttelettes, ce procédé et cet appareil produisant une décharge stable, continue et excellente.
L'invention a pour autre objet un procédé d'enregistrement par éjection de liquide dans lequel un enregistrement est effectué de façon que la relation entre l'aire minimale So de la section des orifices de décharge de gouttelettes, destinés à projeter des gouttelettes, et le volume
V des gouttelettes déchargées par ces orifices soit
V des gouttelettes déchargées par ces orifices soit
L'invention a également pour objet un appareil d'enregistrement par éjection de liquide dans lequel la relation
est satisfaite entre la valeur numérique de l'aire minimale
So, en section, d'un orifice de décharge, destinée à projeter des gouttelettes, et la valeur numérique de l'aire SH d'un élément de conversion électro-thermique destiné à produire de l'énergie provoquant la décharge de liquide à partir de l'orifice.
est satisfaite entre la valeur numérique de l'aire minimale
So, en section, d'un orifice de décharge, destinée à projeter des gouttelettes, et la valeur numérique de l'aire SH d'un élément de conversion électro-thermique destiné à produire de l'énergie provoquant la décharge de liquide à partir de l'orifice.
L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels
la figure 1 est une vue schématique en perspective d'une forme de réalisation de l'appareil selon l'invention
la figure 2 est une vue schématique en plan de l'appareil de la figure 1
la figure 3 est une coupe schématique suivant la ligne X-X' de la figure 2 ; et
les figures 4A à 4C sont des coupes transversales schématiques partielles montrant diverses formes de l'orifice de décharge.
la figure 1 est une vue schématique en perspective d'une forme de réalisation de l'appareil selon l'invention
la figure 2 est une vue schématique en plan de l'appareil de la figure 1
la figure 3 est une coupe schématique suivant la ligne X-X' de la figure 2 ; et
les figures 4A à 4C sont des coupes transversales schématiques partielles montrant diverses formes de l'orifice de décharge.
Les figures 1 à 3 représentent une forme de réalisation de l'invention, la figure 1 étant une vue schématique en perspective de l'appareil, la figure 2 une vue schématique en plan et la figure 3 une coupe suivant la ligne X-X' de la figure 2. Sur ces figures, la référence numérique 101 désigne des orifices de décharge de gouttelettes, la référence 102 désigne des trous d'alimentation en liquide, la référence 103 désigne des parois latérales, la référence 104 désigne une plaque à orifices de décharge présentant les orifices de décharge de gouttelettes, la référence 105 désigne une seconde chambre commune à liquide, la référence 106 désigne une couche de protection, la référence 107 désigne une couche d'électrodes, la référence 108 désigne une couche de résistance chauffante, la référence 109 désigne une plaque de base et la référence 110 désigne un câblage extérieur commun.
Comme représenté, la forme de réalisation décrite de la présente invention est un appareil d'enregistrement par éjection de liquide dans lequel un liquide arrive à la seconde chambre commune 105 de liquide par une chambre commune en passant par les trous 102 d'alimentation en liquide, et ce liquide reçoit de l'énergie calorifique par la couche 108 à résistance chauffante, à partir de canaux d'écoulement divisés par les parois latérales 103, le liquide étant ensuite projeté sous forme de gouttelettes par les orifices de décharge de gouttelettes.
Le procédé, qui est de conception simple, de fabrication de l'appareil d'enregistrement par éjection de liquide sera à présent décrit dans son application à une première forme de réalisation de cet appareil. Dans la forme de réalisation décrite, du Si est utilisé pour la plaque de base 109. La surface de la plaque de base 109 est d'abord oxydée à la chaleur pour former une couche de
SiO2 ayant une épaisseur de 3 Am. Ensuite, une couche de
Ta, constituant la couche 108 de résistance chauffante, est formée à une épaisseur de 200,-0 nm et une couche de
Al, constituant la couche d'électrode 107, est formée à une épaisseur de 1 m, après quoi une rangée d'éléments de génération de chaleur (désignant l'espace compris entre les électrodes de la couche de résistance chauffante et appelée ci-après élément chauffant), ayant une forme de 60 m x 100 ssm, est formée à un pas de 125 ssm, par un processus photolithographique. De plus, une couche de SiO2, ayant une épaisseur de 0,5 ssm, et une couche de SiC, ayant une épaisseur de 1 ssm, sont formées l'une à la suite de l'autre par pulvérisation de façon à constituer la couche protectrice 106 qui forme une pellicule empêchant l'oxydation de la couche de Ta et empêchant également la perméation de l'encre liquide tout en apportant une résistance aux chocs mécaniques provoqués par les bulles engendrées lorsque le liquide est chauffé.
SiO2 ayant une épaisseur de 3 Am. Ensuite, une couche de
Ta, constituant la couche 108 de résistance chauffante, est formée à une épaisseur de 200,-0 nm et une couche de
Al, constituant la couche d'électrode 107, est formée à une épaisseur de 1 m, après quoi une rangée d'éléments de génération de chaleur (désignant l'espace compris entre les électrodes de la couche de résistance chauffante et appelée ci-après élément chauffant), ayant une forme de 60 m x 100 ssm, est formée à un pas de 125 ssm, par un processus photolithographique. De plus, une couche de SiO2, ayant une épaisseur de 0,5 ssm, et une couche de SiC, ayant une épaisseur de 1 ssm, sont formées l'une à la suite de l'autre par pulvérisation de façon à constituer la couche protectrice 106 qui forme une pellicule empêchant l'oxydation de la couche de Ta et empêchant également la perméation de l'encre liquide tout en apportant une résistance aux chocs mécaniques provoqués par les bulles engendrées lorsque le liquide est chauffé.
Ensuite, des éléments destinés à établir les canaux d'écoulement de liquide et la chambre commune de liquide sont formés. Les orifices 101 de décharge de gouttelettes sont disposés juste au-dessus de la partie agissant par la chaleur, et ces orifices 101 de décharge de gouttelettes sont formés par gravure d'une plaque de
NiCr ayant une épaisseur de 30 ssm. En outre, les trous 102 d'alimentation en liquide sont formés dans la plaque de base 109 et les éléments destinés à former la seconde chambre commune de liquide, la plaque de décharge 104, etc., sont assemblés, de manière que l'on obtienne la tête d'enregistrement de l'appareil d'enregistrement par éjection de liquide.
NiCr ayant une épaisseur de 30 ssm. En outre, les trous 102 d'alimentation en liquide sont formés dans la plaque de base 109 et les éléments destinés à former la seconde chambre commune de liquide, la plaque de décharge 104, etc., sont assemblés, de manière que l'on obtienne la tête d'enregistrement de l'appareil d'enregistrement par éjection de liquide.
Dans le cas de la première forme de réalisation, la largeur des canaux d'écoulement de liquide est de 70 ssm, leur hauteur est de 50 ssm, et le diamètre moyen (appelé ci-après diamètre) de la partie So de l'aire minimale de la section de chaque orifice 101 de décharge de gouttelettes est de 50 ssm.
De l'encre, composée principalement d'un colorant noir hydrosoluble, d'eau, de diéthylène-glycol et de 1-3 diméthylène-2-imidazolidinone, est utilisée dans la première forme de réalisation ; une tension à créneaux rectangulaires de 5 sss est appliquée à la couche de résistance chauffante, à une fréquence de 1 kHz, et l'appareil d'enregistrement par éjection de liquide est mis en oeuvre. A ce moment, le volume des gouttelettes déchargées est de 8,71 x 10 5 mm3 et A est égal à 1,00.
Dans la première forme de réalisation, on produit une décharge de gouttelettes qui correspond fidèlement et de façon stable à l'application d'un signal de décharge.
De plus, l'appareil est commandé en continu jusqu'à ce que 1 x 109 gouttelettes soient déchargées par chaque orifice, et non seulement les gouttelettes sont déchargées jusqu'à la dernière, mais on obtient également une caractéristique de décharge qui est stable jusqu'à la dernière gouttelette. De plus, même à la fréquence de 5 kHz ou plus du signal d'entrée (signal de décharge de gouttelettes), les gouttelettes sont déchargées d'une façon suffisamment fidèle et leur caractéristique de décharge est stable.
Autrement dit, la fréquence limite de formation des gouttelettes est de 5 kHz ou plus.
Comme deuxième forme de réalisation de l'invention, on réalise une tête d'enregistrement ayant exactement les mêmes dimensions que celles de la première forme de réalisation, sauf que la forme de la partie chauffante est de 55 ssm x 55 ssm et que le diamètre des orifices de décharge de gouttelettes est de 40 ssm.
Une encre analogue à celle utilisée dans la première forme de réalisation est utilisée avec cette tête une tension à créneaux rectangulaires de 5 sss est appliquée à la couche de résistance chauffante à une fréquence de 2 kHz, et la tête est mise en oeuvre. A ce moment, le volume de chaque gouttelette déchargée est de 3,30 x 10 5 mu3 et A est égal à 0,74.
Dans la seconde forme de réalisation comme dans la première forme de réalisation, on obtient une décharge de gouttelettes qui correspond de façon fidèle et stable à l'application d'un signal de décharge. De plus, même 9 lorsque 1 x 10 gouttelettes sont déchargées en continu par chaque orifice, les gouttelettes présentent juqu 'à la dernière, sans interruption, une caractéristique de décharge stable. De plus, même à la fréquence de 5 kHz ou plus du signal a d'entrée, on obtient une décharge stable de gouttelettes, suffisamment fidèle au signal d'entrée
Dans la tête d'enregistrement de l'appareil d'enregistrement par éjection de liquide réalisé comme montré sur les figures 1 à 3, les dimensions des diverses parties sont modifiées.Le résultat est que toutes les têtes qui satisfont la formule (1), comme indiqué dans le tableau I ci-dessous, donnent de très bons résultats, analogues à ceux des première et deuxième formes de réalisation.
Dans la tête d'enregistrement de l'appareil d'enregistrement par éjection de liquide réalisé comme montré sur les figures 1 à 3, les dimensions des diverses parties sont modifiées.Le résultat est que toutes les têtes qui satisfont la formule (1), comme indiqué dans le tableau I ci-dessous, donnent de très bons résultats, analogues à ceux des première et deuxième formes de réalisation.
T A B L E A U I
N <SEP> Dimensions <SEP> de <SEP> Canaux <SEP> d'écoule- <SEP> Orifices <SEP> de <SEP> décharge <SEP> Volume <SEP> des
<tb> d'échan- <SEP> l'élément <SEP> chauffant <SEP> ment <SEP> de <SEP> liquide <SEP> de <SEP> gouttelettes <SEP> gouttelettes
<tb> tillon
<tb> ( m) <SEP> x <SEP> ( m) <SEP> largeur <SEP> hauteur <SEP> diamètre <SEP> Epaisseur <SEP> (mm3) <SEP> A
<tb> ( m) <SEP> ( m) <SEP> ( m) <SEP> ( m)
<tb> 1 <SEP> 20 <SEP> x <SEP> 40 <SEP> 40 <SEP> 30 <SEP> 25 <SEP> 20 <SEP> 1,64 <SEP> x <SEP> 10-6 <SEP> 0,15
<tb> 2 <SEP> 40 <SEP> x <SEP> 40 <SEP> 60 <SEP> 40 <SEP> 40 <SEP> 30 <SEP> 2,24 <SEP> x <SEP> 10-5 <SEP> 0,50
<tb> 3 <SEP> 40 <SEP> x <SEP> 100 <SEP> 60 <SEP> 40 <SEP> 40 <SEP> 30 <SEP> 4,77 <SEP> x <SEP> 10-5 <SEP> 1,06
<tb> 4 <SEP> 30 <SEP> x <SEP> 150 <SEP> 40 <SEP> 50 <SEP> 50 <SEP> 40 <SEP> 1,13 <SEP> x <SEP> 10-4 <SEP> 1,36
<tb> 5 <SEP> 40 <SEP> x <SEP> 200 <SEP> 80 <SEP> 75 <SEP> 50 <SEP> 30 <SEP> 1,44 <SEP> x <SEP> 10-4 <SEP> 1,73
<tb> 6 <SEP> 40 <SEP> x <SEP> 200 <SEP> 60 <SEP> 75 <SEP> 30 <SEP> 30 <SEP> 7,00 <SEP> x <SEP> 10-5 <SEP> 3,72
<tb> 7 <SEP> 30 <SEP> x <SEP> 50 <SEP> 35 <SEP> 25 <SEP> 20 <SEP> 20 <SEP> 1,00 <SEP> x <SEP> 10-5 <SEP> 1,81
<tb> 8 <SEP> 30 <SEP> x <SEP> 50 <SEP> 35 <SEP> 20 <SEP> 20 <SEP> 20 <SEP> 2,24 <SEP> x <SEP> 10-5 <SEP> 4,07
<tb> 9 <SEP> 40 <SEP> x <SEP> 200 <SEP> 50 <SEP> 50 <SEP> 30 <SEP> 30 <SEP> 8,71 <SEP> x <SEP> 10-5 <SEP> 4,63
<tb> 10 <SEP> 50 <SEP> x <SEP> 200 <SEP> 80 <SEP> 80 <SEP> 40 <SEP> 30 <SEP> 6,75 <SEP> x <SEP> 10-4 <SEP> 15,00
<tb> 11 <SEP> 100 <SEP> x <SEP> 150 <SEP> 110 <SEP> 55 <SEP> 30 <SEP> 20 <SEP> 5,64 <SEP> x <SEP> 10-4 <SEP> 36,00
<tb> 12 <SEP> 100 <SEP> x <SEP> 250 <SEP> 110 <SEP> 300 <SEP> 60 <SEP> 30 <SEP> 1,64 <SEP> x <SEP> 10-3 <SEP> 50,00
<tb> 13 <SEP> 80 <SEP> x <SEP> 300 <SEP> 90 <SEP> 200 <SEP> 40 <SEP> 35 <SEP> 7,55 <SEP> x <SEP> 10-3 <SEP> 95,00
<tb>
Ensuite, dans un exemple comparatif, on réalise une tête d'enregistrement de conception similaire à celle des autres formes de réalisation, tête dans laquelle les dimensions de la partie chauffante sont de 80 Am x 200 ssm, la largeur des canaux d'écoulement de liquide est de 100 tin, la hauteur de ces canaux est de 125 Am, le diamètre des orifices de décharge de gouttelettes est de 30 tin et l'épaisseur des orifices de décharge est de 20 ssm. La tête de cet exemple comparatif étant commandée de la même manière que celle utilisée pour la première forme de réalisation, des gouttelettes d'un volume de 2,0 x 10 3 mm3 sont déchargées, mais la décharge est très instable et s'arrête immédiatement. A ce moment A est égal à 106,95.
<tb> d'échan- <SEP> l'élément <SEP> chauffant <SEP> ment <SEP> de <SEP> liquide <SEP> de <SEP> gouttelettes <SEP> gouttelettes
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<tb> 9 <SEP> 40 <SEP> x <SEP> 200 <SEP> 50 <SEP> 50 <SEP> 30 <SEP> 30 <SEP> 8,71 <SEP> x <SEP> 10-5 <SEP> 4,63
<tb> 10 <SEP> 50 <SEP> x <SEP> 200 <SEP> 80 <SEP> 80 <SEP> 40 <SEP> 30 <SEP> 6,75 <SEP> x <SEP> 10-4 <SEP> 15,00
<tb> 11 <SEP> 100 <SEP> x <SEP> 150 <SEP> 110 <SEP> 55 <SEP> 30 <SEP> 20 <SEP> 5,64 <SEP> x <SEP> 10-4 <SEP> 36,00
<tb> 12 <SEP> 100 <SEP> x <SEP> 250 <SEP> 110 <SEP> 300 <SEP> 60 <SEP> 30 <SEP> 1,64 <SEP> x <SEP> 10-3 <SEP> 50,00
<tb> 13 <SEP> 80 <SEP> x <SEP> 300 <SEP> 90 <SEP> 200 <SEP> 40 <SEP> 35 <SEP> 7,55 <SEP> x <SEP> 10-3 <SEP> 95,00
<tb>
Ensuite, dans un exemple comparatif, on réalise une tête d'enregistrement de conception similaire à celle des autres formes de réalisation, tête dans laquelle les dimensions de la partie chauffante sont de 80 Am x 200 ssm, la largeur des canaux d'écoulement de liquide est de 100 tin, la hauteur de ces canaux est de 125 Am, le diamètre des orifices de décharge de gouttelettes est de 30 tin et l'épaisseur des orifices de décharge est de 20 ssm. La tête de cet exemple comparatif étant commandée de la même manière que celle utilisée pour la première forme de réalisation, des gouttelettes d'un volume de 2,0 x 10 3 mm3 sont déchargées, mais la décharge est très instable et s'arrête immédiatement. A ce moment A est égal à 106,95.
De plus, dans un autre exemple comparatif, on réalise une tête d'enregistrement analogue à celle des autres formes de réalisation, tête dans laquelle les dimensions de la partie chauffante sont de 30 m par 150 ssm, la largeur des canaux d'écoulement de liquide est de 80 ssm, la hauteur des canaux d'écoulement de liquide est de 125 jim, le diamètre des orifices de décharge de gouttelettes est de 30 ssm et l'épaisseur de ces orifices est de 20 lin. En faisant fonctionner la tête de cet exemple comparatif de la même manière que celle utilisée pour la première forme de réalisation, on décharge des gouttelettes d'un volume de 6,95 x 10 6 mm3, mais, de nouveau dans ce cas, la décharge des gouttelettes est très instable et ne peut pratiquement pas être utilisée pour l'enregistrement d'une image. A ce moment, A est égal à 0,08.
Dans les formes de réalisation de l'invention décrites précédemment, la décharge de gouttelettes est effectuée à l'aide d'énergie calorifique, mais cette décharge peut également être produite par de l'énergie mécanique.
De plus, dans chacune des formes de réalisation décrites précédemment, les orifices de décharge de gouttelettes sont du type dit à décharge en L, dans lequel le liquide est déchargé des canaux d'écoulement en étant dévié, mais les orifices de décharge de gouttelettes peuvent également être du type dans lequel ces orifices sont situés aux extrémités des canaux d'écoulement du liquide.
De plus, il est préférable d'adopter la relation 50 > A > 0,1 plutôt que la relation
V/So3/2 = A pour parvenir le plus efficacement au but recherché.
V/So3/2 = A pour parvenir le plus efficacement au but recherché.
Une troisième forme de réalisation de l'invention sera à présent décrite.
Dans cette forme de réalisation, on utilise du
Si pour la plaque de base 109 et la surface de cette plaque de base 109 est d'abord-oxydée à chaud pour la formation d'une couche de SiO2 à une épaisseur de 3 ssm. Ensuite, une couche de Ta d'une épaisseur de 200 nm est formée de façon à constituer la couche de résistance chauffante 108, et une couche d'Al ayant une épaisseur de 1 tin est formée pour constituer la couche d'électrode 107, après quoi une rangée d'éléments de production de chaleur (élément chauffant), ayant une forme de 30 ssm x 100 ssm, est formée à un pas de 125 ssm, par processus photolithographique.De plus, on applique une couche de SiO2 d'une épaisseur de 0,5 ssm et une couche de SiC d'une épaisseur de 1 m, l'une à la suite de l'autre, par pulvérisation, de façon à constituer la couche protectrice 106 formant une pellicule empêchant l'oxydation de la couche de Ta et empêchant également la perméation de l'encre liquide, cette couche résistant en outre aux chocs mécaniques dus aux bulles produites lorsque le liquide est chauffé.
Si pour la plaque de base 109 et la surface de cette plaque de base 109 est d'abord-oxydée à chaud pour la formation d'une couche de SiO2 à une épaisseur de 3 ssm. Ensuite, une couche de Ta d'une épaisseur de 200 nm est formée de façon à constituer la couche de résistance chauffante 108, et une couche d'Al ayant une épaisseur de 1 tin est formée pour constituer la couche d'électrode 107, après quoi une rangée d'éléments de production de chaleur (élément chauffant), ayant une forme de 30 ssm x 100 ssm, est formée à un pas de 125 ssm, par processus photolithographique.De plus, on applique une couche de SiO2 d'une épaisseur de 0,5 ssm et une couche de SiC d'une épaisseur de 1 m, l'une à la suite de l'autre, par pulvérisation, de façon à constituer la couche protectrice 106 formant une pellicule empêchant l'oxydation de la couche de Ta et empêchant également la perméation de l'encre liquide, cette couche résistant en outre aux chocs mécaniques dus aux bulles produites lorsque le liquide est chauffé.
Ensuite, on réalise des éléments destinés à former les canaux d'écoulement du liquide et la chambre commune à liquide. Les orifices 101 de décharge de gouttelettes sont placés juste au-dessus de la partie agissant par chaleur, et ces orifices 101 sont formés par gravure d'une plaque de NiCr ayant une épaisseur de 30 ssm. En outre, les trous 102 d'alimentation en liquide sont formés dans la plaque de base 109 et les éléments destinés à constituer la seconde chambre commune à liquide, la plaque de décharge 104, etc. sont assemblés de façon à constituer la tête d'enregistrement de l'appareil d'enregistrement par éjection de liquide.
La troisième forme de réalisation de l'invention constitue la tête d'enregistrement telle que montrée sur les figures 1 à 3 et elle est réalisée de manière que la largeur des canaux d'écoulement de liquide soit de 40 ssm et que la hauteur de ces canaux soit de 60 ssm. Le diamètre moyen (appelé ci-après diamètre) de l'aire minimale, en section, de chaque orifice de décharge est de 30 ssm (So = 706,5 ssm2) et les orifices de décharge sont formés par gravure d'une plaque de NiCr ayant une épaisseur de 30 ssm, et ils sont placés juste au-dessus. de l'élément chauffant.
En utilisant une encre constituée principalement d'un colorant noir hydrosoluble, d'eau, de diéthylèneglycol et de 1,3-diméthyl-2-imidazolidinone, on fait fonctionner la troisième forme de réalisation de l'appareil d'enregistrement par éjection de liquide selon l'invention en appliquant une tension à créneaux rectangulaires de 5 sss à la couche de résistance chauffante, à une fréquence de 1 kHz, et l'appareil décharge alors des gouttelettes qui correspondent fidèlement et de façon stable au signal d'entrée (signal de décharge de gouttelettes). De plus, lorsque l'on fait fonctionner l'appareil en continu jusqu'à ce que i x 109 gouttelettes soient déchargées, la décharge des gouttelettes ne s'arrête pas avant la dernière et présente des caractéristiques stables.
Dans la troisième forme de réalisation,
So = 706,5 m2 et, par conséquent, So3/2 = 18778,8. De plus, dans cette forme de réalisation, SH = 3000 et, par conséquent, So3/2 est compris entre 0,1.SH = 300 à 100.SH = 300 000.
So = 706,5 m2 et, par conséquent, So3/2 = 18778,8. De plus, dans cette forme de réalisation, SH = 3000 et, par conséquent, So3/2 est compris entre 0,1.SH = 300 à 100.SH = 300 000.
Autrement dit, cette forme de réalisation satisfait la relation donnée précédemment.
On a préparé ensuite dix variantes de la tête d'enregistrement, de conception analogue à celle de la troisième forme de réalisation, mais dont les dimensions de diverses parties de cette dernière sont modifiées. Ces variantes sont désignées ci-après quatrième forme de réalisation, cinquième forme de réalisation ... treizième forme de réalisation. Les dimensions des diverses parties de la quatrième à la treizième forme de réalisation sont données dans le tableau Il ci-dessous.
Ces modifications satisfont toutes la relation
Les figures 4A à 4C sont des coupes schématiques montrant les formes des orifices de décharge des têtes de la troisième à la treizième forme de réalisation. La figure 4A représente un orifice de décharge de diamètre sensiblement constant, la figure 4B représente un orifice de décharge d'un diamètre s'agrandissant vers la partie agissant par chauffage, c'est-à-dire un orifice de décharge conique, et la figure 4C représente un orifice de décharge dont le diamètre diminue vers la partie agissant par chauffage, c'est-à-dire un orifice de décharge de conicité inversée.
Si les formes des orifices de décharge montrées sur les figures 4A à 4C sont désignées #, # et #, res- pectivement, la forme des orifices de décharge de la troisième forme de réalisation correspond donc à Oi.
T A B L E A U II
Canaux <SEP> d'écoulement <SEP> de <SEP> Orifices <SEP> de <SEP> décharge
<tb> liquide
<tb> Forme <SEP> de <SEP> Dimensions <SEP> de
<tb> réalisa- <SEP> l'élément <SEP> chauffant <SEP> Largeur <SEP> Hauteur <SEP> Diamètre <SEP> Diamètre <SEP> Epaistion <SEP> ( m) <SEP> x <SEP> ( m) <SEP> ( m) <SEP> ( m) <SEP> ( m) <SEP> maximal <SEP> seur <SEP> Forme
<tb> ( m) <SEP> ( m)
<tb> 4 <SEP> 50 <SEP> x <SEP> 80 <SEP> 50 <SEP> 80 <SEP> 20 <SEP> 60 <SEP> 20 <SEP> #
<tb> 5 <SEP> 40 <SEP> x <SEP> 200 <SEP> 50 <SEP> 90 <SEP> 35 <SEP> + <SEP> 30 <SEP> #
<tb> 6 <SEP> 10 <SEP> x <SEP> 50 <SEP> 15 <SEP> 50 <SEP> 15 <SEP> + <SEP> 15 <SEP> #
<tb> 7 <SEP> 50 <SEP> x <SEP> 50 <SEP> 55 <SEP> 85 <SEP> 25 <SEP> 50 <SEP> 20 <SEP> #
<tb> 8 <SEP> 40 <SEP> x <SEP> 40 <SEP> 50 <SEP> 60 <SEP> 20 <SEP> + <SEP> 15 <SEP> #
<tb> 9 <SEP> 30 <SEP> x <SEP> 30 <SEP> 30 <SEP> 50 <SEP> 15 <SEP> 20 <SEP> 15 <SEP> #
<tb> 10 <SEP> 20 <SEP> x <SEP> 100 <SEP> 25 <SEP> 90 <SEP> 30 <SEP> + <SEP> 15 <SEP> #
<tb> 11 <SEP> 100 <SEP> x <SEP> 100 <SEP> 125 <SEP> 100 <SEP> 35 <SEP> 80 <SEP> 20 <SEP> #
<tb> 12 <SEP> 180 <SEP> x <SEP> 300 <SEP> 200 <SEP> 150 <SEP> 20 <SEP> + <SEP> 10 <SEP> #
<tb> 13 <SEP> 30 <SEP> x <SEP> 30 <SEP> 35 <SEP> 20 <SEP> 50 <SEP> + <SEP> 20 <SEP> #
<tb>
Lorsqu'une encre similaire à celle utilisée dans la première forme de réalisation est utilisée dans les dix formes de réalisation décrites ci-dessus et que ces dernières sont commandées par l'application d'une tension à créneaux rectangulaires de 5 sss à la couche de résistance chauffante, à une fréquence de 1 kHz, on obtient une décharge stable de gouttelettes dans les dix formes de réalisation.De plus, ces formes de réalisation de 1 'appareil selon 1 'invention ont été mises en oeuvre en continu, de même que la troisième forme de réalisation, jusqu'à ce que i x 109 gouttelettes aient été déchargées et, de même que précédemment, on a obtenu une décharge stable de gouttelettes, en conformité avec le signal d'entrée, jusqu'à la dernière gouttelette, dans chacune de ces formes de réalisation.
<tb> liquide
<tb> Forme <SEP> de <SEP> Dimensions <SEP> de
<tb> réalisa- <SEP> l'élément <SEP> chauffant <SEP> Largeur <SEP> Hauteur <SEP> Diamètre <SEP> Diamètre <SEP> Epaistion <SEP> ( m) <SEP> x <SEP> ( m) <SEP> ( m) <SEP> ( m) <SEP> ( m) <SEP> maximal <SEP> seur <SEP> Forme
<tb> ( m) <SEP> ( m)
<tb> 4 <SEP> 50 <SEP> x <SEP> 80 <SEP> 50 <SEP> 80 <SEP> 20 <SEP> 60 <SEP> 20 <SEP> #
<tb> 5 <SEP> 40 <SEP> x <SEP> 200 <SEP> 50 <SEP> 90 <SEP> 35 <SEP> + <SEP> 30 <SEP> #
<tb> 6 <SEP> 10 <SEP> x <SEP> 50 <SEP> 15 <SEP> 50 <SEP> 15 <SEP> + <SEP> 15 <SEP> #
<tb> 7 <SEP> 50 <SEP> x <SEP> 50 <SEP> 55 <SEP> 85 <SEP> 25 <SEP> 50 <SEP> 20 <SEP> #
<tb> 8 <SEP> 40 <SEP> x <SEP> 40 <SEP> 50 <SEP> 60 <SEP> 20 <SEP> + <SEP> 15 <SEP> #
<tb> 9 <SEP> 30 <SEP> x <SEP> 30 <SEP> 30 <SEP> 50 <SEP> 15 <SEP> 20 <SEP> 15 <SEP> #
<tb> 10 <SEP> 20 <SEP> x <SEP> 100 <SEP> 25 <SEP> 90 <SEP> 30 <SEP> + <SEP> 15 <SEP> #
<tb> 11 <SEP> 100 <SEP> x <SEP> 100 <SEP> 125 <SEP> 100 <SEP> 35 <SEP> 80 <SEP> 20 <SEP> #
<tb> 12 <SEP> 180 <SEP> x <SEP> 300 <SEP> 200 <SEP> 150 <SEP> 20 <SEP> + <SEP> 10 <SEP> #
<tb> 13 <SEP> 30 <SEP> x <SEP> 30 <SEP> 35 <SEP> 20 <SEP> 50 <SEP> + <SEP> 20 <SEP> #
<tb>
Lorsqu'une encre similaire à celle utilisée dans la première forme de réalisation est utilisée dans les dix formes de réalisation décrites ci-dessus et que ces dernières sont commandées par l'application d'une tension à créneaux rectangulaires de 5 sss à la couche de résistance chauffante, à une fréquence de 1 kHz, on obtient une décharge stable de gouttelettes dans les dix formes de réalisation.De plus, ces formes de réalisation de 1 'appareil selon 1 'invention ont été mises en oeuvre en continu, de même que la troisième forme de réalisation, jusqu'à ce que i x 109 gouttelettes aient été déchargées et, de même que précédemment, on a obtenu une décharge stable de gouttelettes, en conformité avec le signal d'entrée, jusqu'à la dernière gouttelette, dans chacune de ces formes de réalisation.
Ensuite, à titre de premier exemple comparatif, on réalise une tête d'enregistrement de conception analogue à celle de la troisième forme de réalisation, tête dans laquelle les dimensions de l'élément chauffant sont de 40 ssm x 150 ssm, la largeur des canaux d'écoulement de liquide est de 80 ssm, la hauteur de ces canaux est de 150 ssm, le diamètre des orifices de décharge est de 100 ssm (So = 7850 m2), l'épaisseur des orifices de décharge est de 80 m et la forme des orifices de décharge est
En faisant fonctionner la forme de réalisation de cet exemple comparatif de la même manière que la troisième forme de réalisation, il apparat que le voisinage des orifices de décharge est mouillé de liquide et qu'aucune gouttelette n'est déchargée.
En faisant fonctionner la forme de réalisation de cet exemple comparatif de la même manière que la troisième forme de réalisation, il apparat que le voisinage des orifices de décharge est mouillé de liquide et qu'aucune gouttelette n'est déchargée.
En outre, dans un second exemple comparatif, on réalise une tête d'enregistrement de conception similaire à celle des autres formes de réalisation décrites précédemment, tête dans laquelle les dimensions de l'élément chauffant sont de 80 ssm x 160 ssm, la largeur des canaux d'écoulement de liquide est de 100 ssm, la hauteur de ces canaux est de 120 iim, le diamètre des orifices de décharge est de 12 ssm (So = 113 ssm2), le diamètre maximal des orifices de décharge est de 160 ssm (l'aire de la section étant de 20 100 m2), l'épaisseur des orifices de décharge est de 15 m et la forme de ces orifices est @Q2
En faisant fonctionner la forme de réalisation de cet exemple comparatif dans les mêmes conditions que celles utilisées pour la troisième forme de réalisation, il apparaît que les éclaboussures sont intenses et que la décharge des gouttelettes s'arrête immédiatement.
En faisant fonctionner la forme de réalisation de cet exemple comparatif dans les mêmes conditions que celles utilisées pour la troisième forme de réalisation, il apparaît que les éclaboussures sont intenses et que la décharge des gouttelettes s'arrête immédiatement.
Pour mettre en oeuvre plus efficacement la présente invention, il est très souhaitable d'utiliser un liquide (encre) ayant une tension superficielle comprise avantageusement entre -25 et 65.10 5 N/cm, et de préférence
-5 entre 30 et 60.10 N/cm, et une viscosité comprise avantageusement entre 1 et 20.10 3 Pa.s, et de préférence entre 1 et 10.10 3 Pa.s.
-5 entre 30 et 60.10 N/cm, et une viscosité comprise avantageusement entre 1 et 20.10 3 Pa.s, et de préférence entre 1 et 10.10 3 Pa.s.
Conformément à l'invention telle que décrite cidessus, il est prévu un procédé d'enregistrement par éjection de liquide dans lequel la décharge continue de gouttelettes s'effectue de façon stable et la limite de fréquence de formation des gouttelettes est élevée. Autrement dit, selon l'invention, il est prévu un procédé et un appareil d'enregistrement par éjection de liquide permettant d'effectuer un enregistrement donnant une image d'excellente qualité.
Dans les formes de réalisation de l'invention décrites précédemment, les orifices de décharge sont du type à décharge en L, dans lequel le liquide est déchargé des canaux d'écoulement en étant dévié, mais les orifices de décharge peuvent également être du type dans lequel ces orifices sont prévus aux extrémités des canaux d'écoulement de liquide.
Cependant, la présente invention peut être adaptée de façon plus efficace à l'appareil d'enregistrement par éjection de liquide du type en L décrit dans la demande de brevet de la RFA N 2 944 005.
Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au procédé et à l'appareil décrits et représentés sans sortir du cadre de l'invention.
Claims (14)
1. Procédé d'enregistrement par éjection d'encre en utilisant un appareil d'enregistrement par éjection d'encre comprenant une section de retenue d'encre ayant un orifice (101) pour décharger l'encre à travers lui et pour la retenir, un élément (108) électrothermique de conversion pour appliquer une énergie thermique à ladite section afin de décharger l'encre de l'orifice de ladite section, et des moyens pour fournir de l'énergie électrique à l'élément de conversion électrothermique, procédé caractérisé en ce que la valeur numérique de l'aire SH de l'élément de conversion électrothermique et l'aire minimale en section transversale
So de l'orifice satisfont la relation suivante
ce qui permet de fournir énergie électrique à l'élément de conversion et de décharger l'encre de l'orifice, pour enregistrer.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la tension superficielle du liquide formant les gouttelettes projetées est comprise entre 25 et 60.10-5 N/cm.
3. Procédé selon la revendication 1, r caracterisé en ce que la viscosité du liquide formant les gouttelettes est de 1 à 20.10-3 Pa.s.
4. Appareil d'enregistrement par jet d'encre, caractérisé en ce qu'il comporte une section de retenue d'encre ayant un orifice (101) destiné à décharger de l'encre à travers lui et à retenir l'encre, un élément de conversion électrothermique (108) destiné à appliquer de l'énergie thermique à ladite section de retenue d'encre afin de décharger de l'encre depuis l'orifice de la section de retenue d'encre, et des moyens pour fournir de énergie électrique à l'élément de conversion électrothermique, l'aire de chauffe SH dudit élément de conversion électrothermique et l'aire minimale en section transversale So de l'orifice satisfaisant la relation
5.Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'orifice est un trou ayant un diamètre constant dans la direction dans laquelle l'encre est déchargée.
6. Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'orifice est un trou ayant un diamètre qui diminue vers l'extérieur par rapport à la direction dans laquelle l'encre est déchargée.
7. Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'orifice est un trou ayant un diamètre qui augmente vers l'extérieur par rapport à la direction dans laquelle l'encre est déchargée.
8. Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'orifice est forme de manière que de l'encre soit déchargée dans une direction transversale à une direction d'écoulement de liquide dans un canal à liquide.
9. Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'orifice est formé de manière que de l'encre soit déchargée dans une direction parallèle à une direction d'écoulement de liquide dans un canal à liquide.
10. Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'élément de conversion électrothermique est disposé sur une plaque de base (109) opposée à la surface dans laquelle debouche l'orifice de déchargée.
11. Appareil selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'un réservoir de liquide est prévu sur le côté de la plaque de base qui est opposée au côté de la plaque sur laquelle ledit élément de conversion électrothermique est dispose.
12. Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce que plusieurs orifices de décharge sont prévus.
13. Appareil selon la revendication 4, caracté risé en ce que plusieurs éléments de conversion électrothermique sont disposés en une rangée.
14. Appareil selon la revendication 12, caractérise en ce que les elements de conversion électrothermique sont disposés le long de canaux d'écoulement séparés par des cloisons.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9212341A FR2681815A1 (fr) | 1983-01-28 | 1992-10-15 | Procede et appareil d'enregistrement par ejection d'encre. |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1354583A JPS59138469A (ja) | 1983-01-28 | 1983-01-28 | 液体噴射記録ヘッド |
| JP1354683A JPS59138470A (ja) | 1983-01-28 | 1983-01-28 | 液体噴射記録法 |
| FR9212341A FR2681815A1 (fr) | 1983-01-28 | 1992-10-15 | Procede et appareil d'enregistrement par ejection d'encre. |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR2681815A1 true FR2681815A1 (fr) | 1993-04-02 |
| FR2681815B1 FR2681815B1 (fr) | 1995-05-24 |
Family
ID=27252671
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR9212341A Granted FR2681815A1 (fr) | 1983-01-28 | 1992-10-15 | Procede et appareil d'enregistrement par ejection d'encre. |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR2681815A1 (fr) |
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| GB2070049A (en) * | 1980-02-18 | 1981-09-03 | Konishiroku Photo Ind | An ink composition for ink-jet recording |
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- 1992-10-15 FR FR9212341A patent/FR2681815A1/fr active Granted
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|---|
| PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 4, no. 54 (C-8)(536) 23 Avril 1980 & JP-A-55 25 439 ( CANON K.K. ) 23 Février 1980 * |
| PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 6, no. 138 (M-145)(1016) 27 Juillet 1982 & JP-A-57 59 773 ( RICOH K.K. ) 10 Avril 1982 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2681815B1 (fr) | 1995-05-24 |
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