ES2212032T3 - Cabezal para chorros de tinta. - Google Patents
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Abstract
SE DESCRIBE UN CABEZAL DE CHORRO DE TINTA QUE COMPRENDE VARIOS ELEMENTOS GENERADORES DE ENERGIA DE DESCARGA PARA GENERAR LA ENERGIA NECESARIA PARA DESCARGAR DIMINUTAS GOTAS DE TINTA, ABERTURAS DE DESCARGA DE TINTA PARA LA SALIDA DE DICHAS GOTAS, UN SUSTRATO SOBRE EL QUE SE APOYA UN CONJUNTO DE DIVERSOS ELEMENTOS GENERADORES DE ENERGIA DE DESCARGA Y UNA ABERTURA DE ALIMENTACION DE TINTA FORMADA POR UN AGUJERO PENETRANTE QUE SE EXTIENDE A LO LARGO DE LA DIRECCION DEL CONJUNTO DE ELEMENTOS GENERADORES DE ENERGIA DE DESCARGA Y UNA PLACA DE ORIFICIOS DOTADA DE ABERTURAS DE DESCARGA DE TINTA, A LA CUAL SE UNE EL SUSTRATO PARA DEFINIR PASOS DE TINTA QUE CONECTAN LAS ABERTURAS DE DESCARGA DE TINTA CON LA ABERTURA DE ALIMENTACION DE TINTA. LA PLACA DE ORIFICIOS TIENE UNA SERIE DE SALIENTES EN UNA POSICION QUE SE CORRESPONDE CON LA ABERTURA DE ALIMENTACION DE TINTA.
Description
Cabezal para chorros de tinta.
La presente invención se refiere a un cabezal
para chorros de tinta que emite gotas líquidas de tinta desde una
abertura de descarga de una placa de orificios, perpendicularmente a
la superficie de un sustrato que tiene una resistencia generadora de
calor en el mismo, y hace referencia, asimismo, al método de
fabricación del mismo.
Los sistemas de impresión por chorros de tinta se
han extendido rápidamente en estos últimos años, a causa de sus
ventajas de que la generación de ruido en su funcionamiento es muy
reducido, que es posible la impresión a alta velocidad y que la
impresión puede ser llevada a cabo sobre el llamado papel normal sin
ningún proceso especial.
Entre los cabezales para impresión por chorros de
tinta, el que descarga las gotitas de tinta perpendicularmente al
sustrato que lleva el elemento generador de energía de descarga se
llama cabezal de impresión del tipo de proyección lateral, y la
presente invención se refiere a la configuración de dichos cabezales
de tipo de proyección lateral
("side-shooter").
En el sector de dicho tipo de cabezales de
impresión de descarga o proyección lateral, las Solicitudes de
Patentes Japonesas a Inspección Pública Nos.
4-10940, 4-10941 y
4-10942 dan a conocer una configuración en la que
una burbuja generada por el calor procedente de una resistencia
generadora de calor comunica con el aire externo para descargar la
gota de tinta (ver figuras 3A-3C).
Esta configuración para el cabezal para chorros
de tinta permite reducir la distancia entre el elemento generador de
la tinta de descarga y el orificio, en contraste con el método de
generación convencional para un cabezal para chorros de tinta de
tipo de descarga lateral (por ejemplo, el que se da a conocer en la
Solicitud de Patente Japonesa a Inspección Pública No.
62-234941), y asimismo, conseguir de manera fácil la
impresión con pequeñas gotas de tinta, respondiendo, por lo tanto, a
las exigencias actuales de alta precisión en la impresión.
No obstante, en el cabezal de impresión por
chorros de tinta fabricado de acuerdo con el método descrito en las
solicitudes de patente antes mencionadas, tal como se ha mostrado en
las figuras 3A a 3C, el grosor de la placa de orificios sigue siendo
sustancialmente constante desde encima de la abertura de suministro
de tinta hasta el área de la cámara generadora de burbujas y es muy
pequeño a causa de la reducida distancia desde el elemento generador
de energía de descarga de la tinta a la superficie de los
orificios.
Este elemento de pared delgada, que se extiende a
una amplia área y que se encuentra en estado suspendido, es muy
desventajoso en cuanto a la resistencia del cabezal de
impresión.
Por ejemplo, dicha placa de orificios se puede
romper por un atasco de papel en el curso de una operación de
impresión y puede resultar también poco fiable para la operación de
limpieza con la cuchilla de limpieza para la recuperación de fallos
de descarga de tinta.
También en el caso de que la placa de orificios
en sí misma esté formada por un material de resina sintética, se
puede hinchar por el líquido de la tinta afectando de manera
perjudicial a la descarga de la tinta.
El grosor de la placa de orificios puede aumentar
con el objetivo de incrementar su resistencia, pero dicho grosor
incrementado prolonga la distancia entre el elemento generador de la
energía de descarga de tinta y la superficie de orificios, por lo
que resulta muy difícil conseguir de manera estable la impresión por
gotas de tinta más pequeñas, lo cual es un medio importante para una
impresión de alta precisión.
También en la configuración que se da a conocer
en las solicitudes de patente antes mencionadas, se observa que la
influencia en las características de la descarga de tinta y la
imagen de impresión por las burbujas retenidas resultantes del aire
disuelto en la tinta, resulta más importante a causa de la menor
altura de la trayectoria de flujo de la tinta. A continuación, se
explicará de manera más detallada dicha influencia en la descarga de
tinta y en la imagen impresa, por las burbujas retenidas resultantes
del aire disuelto en la tinta. Habitualmente, el aire se disuelve en
estado de saturación en la tinta contenida en el cabezal de
impresión por chorros de tinta. Cuando el elemento convertidor
electrotérmico es activado en esta situación, en el curso de
repetición de generación de burbujas por cambio de fase de la tinta
y la rápida contracción adiabática de la burbuja, el aire que se ha
disuelto en la tinta puede aparecer de manera brusca como burbuja de
1 \mum o menos de diámetro dentro de la tinta. Es conocido que
este tipo de burbuja se disuelve nuevamente en la tinta después de
un tiempo determinado por el diámetro de la burbuja, la tensión
superficial de la tinta, la presión de vapor saturado del aire, etc.
Por ejemplo, una burbuja de 1 \mum o menos de diámetro se
redisuelve en la tinta dentro de un período de tiempo de 1 \mus o
menos. No obstante, en el caso de que se activen varios elementos
convertidores electrotérmicos de manera sucesiva a elevada
frecuencia, estas burbujas aparecen en gran número en la tinta y se
fusionan entre sí creciendo antes de su redisolución. Es también
conocido que el tiempo requerido para la redisolución resulta
significativamente más largo al incrementar el diámetro de la
burbuja. Como resultado, las burbujas retenidas con dimensiones de
varias decenas hasta varios centenares de micras se almacenan
eventualmente en el cabezal de impresión por chorros de tinta. Estas
burbujas retenidas se redisuelven difícilmente en la tinta y afectan
perjudicialmente las características de descarga de las gotitas de
tinta. De manera más específica, si dichas burbujas retenidas
bloquean la trayectoria de flujo de tinta, las toberas no se pueden
llenar con suficiente cantidad de tinta y ello resulta en una
descarga defectuosa de la tinta. Asimismo, si una burbuja de
retención gigante (del orden de varios centenares de micras) se
genera en el cabezal de impresión por chorros de tinta y llega
eventualmente a establecer comunicación con el aire exterior, el
aire puede entrar en la tobera e interrumpir el menisco de la tinta,
de manera que la tinta del cabezal de impresión por chorros de tinta
es succionada hacia adentro del depósito de tinta por su presión
negativa, y la totalidad de las toberas pueden resultar incapaces de
descarga de tinta. El método más eficaz para evitar dicho efecto
perjudicial de las burbujas retenidas es la succión (o elevación de
presión) de un proceso de recuperación de descarga de tinta, con
dichas burbujas contenidas en su interior, desde las aberturas de
descarga por succión o por aumento de la presión antes de que dichas
burbujas aumenten hasta dimensiones que provoquen dichos efectos
perjudiciales. No obstante, este método no solamente incrementa
significativamente el consumo de tinta, sino que deteriora la
producción si dicha operación es llevada a cabo en el curso de la
operación de impresión. Otro método consiste en eliminar dicho aire
disuelto por un método adecuado (desgasificación) y utilizar dicha
tinta desgasificada en el cabezal de impresión por chorros de tinta.
No obstante, este método es solamente aplicable a aparatos de
impresión a gran escala, puesto que este método es solamente eficaz
durante unos diez minutos después de la desgasificación y el
dispositivo requerido para la desgasificación de la tinta es
relativamente voluminoso.
En consideración de lo anterior, un objetivo de
la presente invención consiste en dar a conocer un cabezal de
impresión por chorros de tinta que tiene una resistencia mecánica
incrementada en la placa de orificios y una mayor fiabilidad.
Otro objetivo de la presente invención consiste
en dar a conocer un cabezal de impresión por chorros de tinta capaz
de reducir los efectos perjudiciales de las burbujas retenidas en el
cabezal sobre las características de descarga de tinta, consiguiendo
por lo tanto una descarga fiable de las gotitas de tinta.
Otro objetivo de la presente invención consiste
en dar a conocer un dispositivo de impresión por chorros de tinta
que es capaz de controlar las burbujas retenidas y reducir la
frecuencia de las operaciones de recuperación, consiguiendo de esta
manera una excelente producción y reduciendo el consumo de
tinta.
Los objetivos anteriormente mencionados se pueden
conseguir de acuerdo con la presente invención tal como se define en
la reivindicación 1.
La configuración antes explicada de la presente
invención permite conseguir un cabezal para chorros de tinta de alta
fiabilidad en el que la placa de orificios por encima de la abertura
de suministro de tinta mejora en resistencia mecánica y la placa de
orificios resulta más resistente al hinchado producido por la
tinta.
Asimismo, el cabezal para chorros de tinta que
tiene la configuración que se ha explicado, según la presente
invención, permite reducir los efectos perjudiciales, en las
características de la descarga de tinta, de las burbujas retenidas
en el cabezal para chorros de tinta. Asimismo, en el dispositivo
para impresión por chorros de tinta dotado del cabezal para chorros
de tinta con la configuración de la presente invención, las
características de descarga de la tinta quedan poco afectadas
incluso cuando las burbujas crecen a un tamaño de varios centenares
de micras, de manera que los medios para descargar la tinta junto
con las burbujas, por ejemplo, por succión, se pueden reducir a un
mínimo, y se puede conseguir una mayor producción con un consumo de
tinta más reducido.
En el presente texto, los medios indicados como
"estructura de nervio" en el cabezal para chorros de tinta que
descarga unas gotitas de tinta perpendicularmente a la superficie
del sustrato que soporta las resistencias generadoras de calor,
significa un nervio formado en la superficie superior (en el lado de
descarga de las gotitas de tinta) de la abertura del suministro de
tinta y en la superficie inferior (en el lado de suministro de
tinta) de la placa de orificios, de manera integral con la placa de
orificios y que sirve también como pared lateral de la trayectoria
de tinta, extendiéndose dicho nervio preferentemente, como mínimo,
desde la cámara generadora de burbujas a la posición de la abertura
de suministro de tinta.
La figura 1 es una vista esquemática que muestra
la configuración básica de las realizaciones 1 a 3 de la presente
invención;
las figuras 2A, 2B, 2C, 2D, 2E, 2F, y 2G son
vistas que muestran las configuraciones básicas de las realizaciones
1 a 3 de la presente invención;
la figura 3A es una vista esquemática que muestra
la configuración básica de un dispositivo según la técnica anterior,
mientras que las figuras 3B y 3C son secciones transversales de la
misma;
la figura 4A es una vista esquemática que muestra
la configuración básica de la realización 1 de la presente
invención, mientras que las figuras 4B y 4C son secciones
transversales esquemáticas de la misma;
la figura 5A es una vista esquemática que muestra
la configuración básica de la realización 2 de la presente
invención, mientras que las figuras 5B, 5C y 5D son vistas en
sección esquemática de la misma;
la figura 6A es una vista esquemática que muestra
la configuración básica de la realización 3 de la presente
invención, mientras que las figuras 6B y 6C son vistas en sección de
la misma;
la figura 7 es una vista esquemática que muestra
la configuración de una experimentación alternativa de las
realizaciones 1 a 4 de la presente invención;
la figura 8A es una vista esquemática que muestra
la configuración básica de la realización 4 de la presente
invención, mientras que las figuras 8B y 8C son vistas en sección
transversal esquemática de las mismas;
la figura 9 es una vista esquemática de un
cabezal para chorros de tinta que representa una configuración
básica de la presente invención;
las figuras 10A, 10B, 10C, 10D, 10E, 10F y 10G
son vistas esquemáticas que muestran el método de la presente
invención para la producción de un cabezal para chorros de
tinta;
las figuras 11A, 11B y 11C son vistas
esquemáticas que muestran la situación de retención de burbujas en
el cabezal por chorros de tinta;
las figuras 12A, 12B y 12C son vistas
esquemáticas que muestran un cabezal para chorros de tinta de la
realización 5;
las figuras 13A, 13B y 13C son vistas
esquemáticas que muestran un cabezal para chorros de tinta según la
realización 6;
las figuras 14A, 14B y 14C son vistas
esquemáticas que muestran un cabezal para chorros de tinta de la
realización 7;
las figuras 15A, 15B y 15C son vistas
esquemáticas que muestran un cabezal para chorros de tinta de la
realización 8;
las figuras 16A, 16B y 16C son vistas
esquemáticas que muestran un cabezal por chorros de tinta de tipo
convencional; y
las figuras 17A, 17B y 17C son vistas
esquemáticas de un cabezal por chorros de tinta en el que la pared
de la tobera se extiende a un posición justamente por encima de la
abertura de suministro.
A continuación la presente invención será
explicada de manera detallada con referencia a los dibujos
adjuntos.
La figura 1 es una vista esquemática que muestra
la configuración básica de la presente invención, y las figuras
2A-2G (vistas en sección según la línea 2 - 2 de la
figura 1) muestran un método para la producción de un cabezal por
chorros de tinta según la presente invención. A continuación, se
explicará en primer lugar brevemente el método para la producción
del cabezal por chorros de tinta según la presente invención.
En primer lugar, sobre un sustrato (1) mostrado
en la figura 1, se forma un número deseado de elementos generadores
de energía de descarga de tinta (2) tales como elementos
convertidores electrotérmicos o elementos piezoeléctricos (ver
figura 2A).
A continuación, tal como se ha mostrado en la
figura 2B (sección transversal según la línea 2 - 2 de la figura 1),
sobre el sustrato (1) que soporta los elementos (2) generadores de
la energía de descarga de tinta, se forma una capa de resina soluble
(4), y un modelo de trayectoria de tinta en la capa de resina (4),
tal como se ha mostrado en la figura 2C. En esta operación, un
modelo constitutivo de una estructura de nervio, tal como se
mostrado en las figuras 4A-4C y
5A-5C, se forma sobre la superficie superior de la
capa de resina (4) , correspondiendo a una zona en la que se ha
formado una abertura para el suministro de tinta (3) (ver figura
2E).
A continuación, sobre la capa de resina soluble
(4) antes mencionada se forma una capa de resina de cubrimiento (5),
tal como se ha mostrado en la figura 2D, y aberturas de descarga (6)
de tinta en la capa de resina de cubrimiento (5) (figura 2E). Esta
abertura de descarga de tinta puede ser formada por un método
convencionalmente conocido, tal como ataque químico con plasma de
oxígeno, formación de orificios con láser excimer o exposición a luz
ultravioleta o luz UV intensa.
A continuación se forma la abertura (3) para
suministro de la tinta en el sustrato (1).
La abertura (3) de suministro de la tinta es
constituida por ataque químico del sustrato. De manera más
específica, el sustrato (1) se puede componer de un sustrato de Si
(silicio) que se puede atacar de forma anisotrópica con una solución
alcalina fuerte, por ejemplo, KOH, NaOH o TMAH (figura 2G).
La abertura para suministro de tinta se puede
realizar antes de la formación de los dibujos para las trayectorias
de tinta y el dibujo constitutivo de la estructura de nervios
(figuras 2B y 2C) y de la formación de las aberturas para descarga
de tinta (figuras 2D y 2E). La estructura de nervios de la presente
invención se puede obtener, tal como se ha explicado en lo anterior,
por formación de una capa de resina soluble sobre una superficie
plana, modelando luego dicha capa de resina y formando sobre ella
una capa de resina de cubrimiento. La formación de la abertura de
suministro de tinta después de la formación del dibujo de
trayectoria de tinta, el dibujo constitutivo de la estructura de
nervios y las aberturas de descarga de tinta se pueden conseguir por
un método mecánico, tal como taladrado, o por energía óptica, tal
como rayos láser, pero estos métodos son habitualmente inadecuados
puesto que pueden provocar averías en la trayectoria de tinta ya
formada, etc.
Por esta razón, la abertura para el suministro de
tinta se realiza de manera muy preferente por ataque químico,
particularmente ataque anisotrópico del sustrato de Si.
A continuación, la capa de resina soluble (4) es
disuelta formando trayectorias de tinta y cámaras generadoras de
burbujas tal como se ha mostrado en la figura 2G. En esta operación,
la estructura de nervios es formada por encima de la abertura de
suministro de tinta (3).
Finalmente, se forman conexiones eléctricas (no
mostradas) para activar las resistencias generadoras de calor (2),
de manera que se completa el cabezal de impresión por chorros de
tinta.
El cabezal para impresión por chorros de tinta
según la presente invención, que tiene la estructura de nervios en
una parte de la cara de las trayectorias de tinta, que corresponde a
la abertura de suministro de tinta, en la capa de resina de
cubrimiento que constituye la placa de orificios, puede mejorar la
resistencia mecánica de la misma y puede, asimismo, suprimir el
crecimiento de las burbujas retenidas. A efectos de reducir la
influencia resultante del hinchado de la placa de orificios, los
nervios se extienden preferentemente desde la cámara generadora de
burbujas a la zona de la abertura de suministro de tinta.
A continuación se explicará de manera detallada,
el efecto de la configuración antes explicada sobre las burbujas
retenidas, en comparación con la configuración convencional y con
referencia a los dibujos adjuntos.
Las figuras 12A-12C muestran un
cabezal para chorros de tinta con la configuración representativa de
la presente invención, mientras que las figuras 16A a 16C muestran
un cabezal para chorros de tinta con la configuración convencional y
las figuras 17A-17C muestran un cabezal para chorros
de tinta en el que los tabiques de separación para formar la
trayectoria de tinta para los elementos convertidores
electrotérmicos individuales se extienden a la abertura de
suministro de tinta a efectos de aumentar el efecto de la presente
invención. Estos cabezales por chorros de tinta están dotados de
media descarga de gotitas de tinta que llevan a cabo el método de
impresión por chorros de tinta descrito en las solicitudes de
patentes de invención japonesa a inspección pública Nos.
4-10940 y 4-10941, y se caracterizan
por el hecho de que la burbuja en la operación de descarga de tinta
comunica con el aire externo. Las figuras 12A-12C
son respectivamente vistas en planta a mayor escala del sustrato que
lleva los elementos convertidores electrotérmicos, y vistas en
sección transversal vertical a lo largo de las líneas
12B-12B y 12C-12C.
En primer lugar se explicarán los efectos
perjudiciales, sobre la descarga de tinta, de las burbujas que
permanecen sin disolución en el cabezal para chorros de tinta. En el
cabezal para chorros de tinta convencional se observa que la burbuja
retenida, que se pega a la superficie interna de la placa de
orificios aproximadamente de forma directa sobre la abertura de
suministro de tinta, aumenta en un cierto tiempo, tal como se ha
mostrado en las figuras 16A-16C. Dicha burbuja
retenida (1) está conformada de manera que es conducida localmente
hacia adentro de la trayectoria de tinta por el flujo de tinta
provocado por la descarga de tinta en el cabezal para chorros de
tinta, o por el flujo de la tinta hacia la abertura (12) de
descargas de la tinta, o por el flujo de la tinta hacia la abertura
(12) de descargas de la tinta para nuevo llenado de la trayectoria
de la tinta. En la práctica, si la burbuja retenida (1) con una
magnitud aproximada de 150 \mum permanece en la posición mostrada
en las figuras 16A-16C, es atraída hacia adentro de
la trayectoria de tinta desconectando la tinta en su interior, con
lo que el suministro de tinta hacia la trayectoria de la misma es
deficiente. De acuerdo con las observaciones realizadas por los
inventores, si la descarga de gotitas de tinta continúa en esta
situación, dicha burbuja de retención (1) pasa gradualmente a la
abertura (12) de descarga de tinta, y el interior del cabezal para
chorros de tinta se vacía en el momento en el que la burbuja de
retención (1) establece comunicación con el aire exterior.
Este fenómeno se explicará a continuación de
manera adicional con un modelo simplificado mostrado en las figuras
11A-11C. Se supone que un tubo fino es llenado con
tinta, y el extremo A del tubo se mantiene a presión atmosférica
mientras que el otro extremo B es mantenido a una presión
atmosférica -P (kPa). También se supone que la tinta puede entrar y
salir libremente del tubo. La presión P significa, en la práctica,
la presión negativa mediante la cual el depósito de tinta del
cabezal para chorros de tinta succiona la tinta. En el extremo A, la
presión atmosférica es equilibrada con la fuerza capilar de la
tinta, de manera que se forma un menisco. Si una burbuja (9) de
radios r (\mum) se encuentra presente en la tinta, la presión
interna de la burbuja (9) puede ser representada por:
(1)presión atmosférica -P +
2\gamma/r
en la que \gamma es la tensión superficial
(dinas/cm) de la tinta. En este estado la burbuja (9) es llevada a
mayor proximidad del extremo A y se pone en comunicación con el aire
externo en un punto determinado. En este caso (ver figura
11B):
(2)presión atmosférica -P +
2\gamma/r > presión
atmosférica
o
bien,
(3)P <
2\gamma/r
la burbuja (9) es descargada al aire externo
igual que si un globo se retrae, dado que la presión interna del
mismo es más elevada que la presión atmosférica, de manera que se
forma un menisco tal como se ha indicado por una línea de trazos.
Por otra parte, en el caso de que (ver figura
11C):
(4)presión atmosférica -P + 2
\gamma/r < presión
atmosférica
o
bien,
(5)P >
2\gamma/r
el aire fluye con rapidez desde el exterior hacia
adentro de la burbuja (9) a causa de que la presión interna de la
burbuja (9) es inferior a la presión atmosférica, de manera que el
interior del conducto se llena de manera instantánea con aire, tal
como se ha indicado por las líneas de
trazos.
Tal como quedará evidente de la explicación
anterior, en el caso de que exista una burbuja con una magnitud que
satisfaga la condición P > 2\gamma/r o r > 2\gamma/P en
las proximidades de la trayectoria de tinta, puede producir ese
resultado de que la tinta del cabezal para chorros de tinta se vacía
en el momento en que dicha burbuja retenida establece comunicación
con el aire externo. De acuerdo con un experimento de los presentes
inventores llevado a cabo con tinta de \gamma = 47,8 dina/cm y
presión negativa P = 1 kPa en el depósito de tinta, se calcula un
radio crítico de 95,6 \mum de la burbuja retenida, que coincide
aproximadamente con el valor previsto.
A efectos de evitar el crecimiento de dicha
burbuja retenida a un nivel que provoque efectos perjudiciales en
las características de suministro de la tinta, los inventores han
descubierto una configuración con proyecciones en la superficie
interna de la placa de orificios, en una posición directamente por
encima de la abertura de suministro de tinta. Se ha observado que,
en presencia de dichos salientes o proyecciones, la burbuja
retenida, que se adhiere y crece sobre la superficie interna de la
placa de orificios, no crece más allá del intersticio entre dichos
salientes o proyecciones. Como consecuencia, incluso si dicha
burbuja retenida establece comunicación con el aire externo, se
puede impedir la situación más desfavorable, en la que el interior
del cabezal para chorros de burbujas se vacía si el intersticio
entre los salientes de proyecciones es menor de 2\gamma/P. No
obstante, el intersticio entre los salientes no se puede hacer más
pequeño de forma excesiva. Con un intersticio excesivamente pequeño,
el efecto de la presente invención no se puede conseguir, además de
que la burbuja retenida que se pega a la placa de orificios se
introduce en dicho intersticio y resulta no eliminable en la
operación de recuperación tal como succión. De acuerdo con la
experiencia de los inventores, el intersticio de los salientes o
proyecciones debe ser, como mínimo, de 10 \mum. En el cabezal para
chorros de tinta diseñado para descargar tinta principalmente
compuesta por agua, la tensión superficial de la tinta está
comprendida de manera deseable en una gama de valores de \gamma =
40 - 50 dina/cm, y el cabezal se utiliza preferentemente con la
presión negativa del depósito dentro de una gama de valores de P =
0,5 - 2 kPa. De estas condiciones, se comprenderá que a =
2\gamma/P se encuentra en general dentro de una gama de 40 \mum
\leq a \leq 200 \mum. Como consecuencia, un intersticio
seleccionado dentro de una gama de 10 a 40 \mum funciona
preferentemente para las tintas con diferentes tensiones
superficiales y los depósitos de tinta de diferentes presiones
negativas, considerados en general adecuados para el cabezal para
chorros de tinta.
Otras investigaciones han demostrado que la
entrada de la burbuja en la trayectoria de la tinta se puede reducir
de manera significativa por una configuración, en la que la
trayectoria de la tinta comprende, en una zona comprendida entre la
abertura de suministro de la tinta del sustrato y el elemento
generador de la energía de descarga de la tinta, un área común que
comunica con el elemento generador de energía de descarga de la
tinta adyacente. De manera más específica, en una configuración en
la que la parte comprendida desde las proximidades de la abertura de
suministro de la tinta, en la que la burbuja retenida tiende a ser
generada, hasta el elemento convertidor electrotérmico, está
separada como trayectoria de tinta individual, dicha burbuja
retenida recubre el extremo de la trayectoria de tinta en el lado de
la abertura de suministro de la tinta y queda por lo tanto atrapada
en la trayectoria de tinta. En la configuración de la presente
invención, la trayectoria de tinta queda dispuesta, en la parte
correspondiente desde la abertura de suministro de tinta del
sustrato hasta el elemento generador de energía de descarga de la
tinta, con un área común que comunica con el elemento generador de
la energía de descarga de la tinta adyacente. Como consecuencia el
suministro de tinta a un elemento generador de energía de descarga
de tinta individual en cada una de las trayectorias de la tinta, se
puede realizar como mínimo, a través de dos trayectorias del
sustrato, de manera que incluso en el caso de que una parte de las
trayectorias de suministro de la tinta esté cubierta por las
burbujas retenidas, la tinta puede ser suministrada por la
trayectoria de suministro de tinta restante y la posibilidad de
entrada de la burbuja retenida en la trayectoria de la tinta se
puede reducir, por lo tanto, de manera significativa.
Las figuras 12A-12C son vistas
esquemáticas que muestran un cabezal para chorros de tinta
representativo como configuración de la presente invención, en el
que la placa de orificio está dotada de varias proyecciones o
salientes en una posición que corresponde a la abertura de
suministro de la tinta y la trayectoria de la tinta está dotada, en
la parte comprendida entre la abertura del suministro de la tinta
del sustrato y el elemento generador de energía de descarga de la
tinta, con el área común comunicando con el elemento generador de
energía de descarga de la tinta adyacente.
En el cabezal para chorros de tinta
representativo de la configuración de la presente invención, se
confirma que la burbuja puede crecer en dos posiciones, es decir,
con pegado de la burbuja a la superficie interna de la placa de
orificios y creciendo sobre la misma, y con pegado de la burbuja a
la parte extrema del saliente y creciendo en la misma. La burbuja
retenida, que está pegada a la superficie interna de la placa de
orificios y crece sobre la misma, se puede suprimir por los
salientes tal como se ha explicado antes, de manera que se puede
conseguir un suministro de tinta estable. Por otra parte, la burbuja
retenida, que se pega y crece en la parte extrema del saliente, se
observa que crece, tal como se ha mostrado en las figuras
4A-4C. Dicha burbuja retenida está asimismo
localmente deformada de modo ligero por el flujo de tinta hacia la
abertura de descarga de tinta, para rellenar la trayectoria de tinta
después de la descarga de la gotita de tinta, pero no se observan
fenómenos perjudiciales, tal como en la configuración convencional.
La razón de ello es que los salientes dispuestos en la superficie
interna de la placa de orificios están realizados de forma tal que
impiden la entrada de la burbuja retenida en las trayectorias de
tinta, y también porque se prevé una trayectoria de tinta, en la
parte determinada entre la abertura de suministro de tinta del
sustrato y el elemento generador de energía de descarga de tinta,
con el área común que comunica con el elemento generador de energía
para descarga de la tinta adyacente, para posibilitar el suministro
de tinta desde un área amplia, tal como se ha indicado por flechas,
de manera que el suministro de tinta no resulta deficiente de modo
fácil. Expresado de forma distinta, en la configuración de esta
patente de invención la tinta situada en la trayectoria para la
misma no es interrumpida por la entrada de la burbuja retenida en la
trayectoria de la tinta, de manera que la deficiencia del suministro
de tinta a la trayectoria de tinta y el vaciado de la parte interna
del cabezal para chorros de tinta por la comunicación de la burbuja
con el aire externo se pueden evitar en su mayor parte. De este modo
se puede conseguir un cabezal para chorros de tinta de alta
fiabilidad, capaz de descarga de gotas de tinta de modo estable.
A continuación, se explicarán ejemplos de la
presente invención.
En el presente ejemplo 1, se preparó un cabezal
para chorros de tinta según el procedimiento mostrado en las figuras
2A-2G. La placa de orificios fue dotada, en una
parte situada por encima de la abertura de suministro de tinta, con
una estructura de nervios tal como se ha mostrado en las figuras 4A,
4B y 4C, en las que las figuras 4B y 4C son secciones transversales
respectivamente según las líneas de corte 4B - 4B y 4C - 4C de la
figura 4A. El grosor de la placa de orificios se seleccionó de
manera tal que x = 8 \mum e y = 20 \mum en la figura 4B (grosor
del nervio: y - x = 12 \mum), mientras que la anchura del nervio
se seleccionó con un valor z = 15 \mum.
Como ejemplo convencional, el grosor de la placa
de orificios del cabezal para chorros de tinta mostrado en las
figuras 3A-3C es x = 8 \mum, tal como se ha
mostrado en la figura 3A.
El siguiente experimento alternativo fue llevado
a cabo a efectos de medir la resistencia mecánica de la placa de
orificios en estos cabezales para chorros de tinta.
Se preparó la placa de orificios del cabezal para
chorros de tinta mostrado en las figuras 4A-4C y fue
soportado por ambos extremos, tal como se ha mostrado en la figura
7. A continuación, el centro de dicho modelo de placa de orificios
fue empujado con una galga de empuje-tracción
("push-pull") desde el lado en que están
situados los orificios (lado sin nervios) tal como se ha indicado
por la flecha de la figura 7, y se midió el esfuerzo máximo en la
rotura de la placa de orificios.
En el experimento alternativo antes explicado, el
modelo de placa de orificios del presente ejemplo 1 mostró un
esfuerzo máximo de 7,5 x 10^{10} Pa, mientras que la placa de
orificios modelo de un cabezal para chorros de tinta convencional
mostrado en las figuras 3A-3C, preparada y medida en
las mismas condiciones, mostró un esfuerzo máximo de 2,6 x 10^{10}
Pa.
Estos resultados indican que la estructura de
nervio que se ha mostrado en las figuras 4A-4C eleva
la resistencia mecánica de la placa de orificios del cabezal para
chorros de tinta a unas 3 veces aproximadamente el de una
configuración convencional. Asimismo el cabezal para chorros de
tinta del presente ejemplo 1 proporcionó una impresión con una
calidad muy elevada con una frecuencia de descarga de f = 15 kHz,
utilizando una tinta líquida que consistía en agua pura/dietilén
glicol/alcohol isopropílico/acetato de litio/colorante negro
alimentos 2 = 79,4/15/3/0,1/2,5.
Asimismo la placa de orificios mostró un ligero
hinchado después de una prueba de conservación durante 3 meses en
tinta a 60ºC, simulando la utilización del cabezal para chorros de
tinta del ejemplo 1 durante un período de tiempo prolongado. No
obstante, el cabezal para chorros de tinta en esta situación
proporcionó una impresión satisfactoria con una frecuencia de
descarga f = 15 kHz, sin efectos perjudiciales en las
características de la descarga.
También en este ejemplo 2, se preparó un cabezal
para chorros de tinta de igual manera al ejemplo 1.
La placa de orificios fue dotada, en una parte
situada por encima de la apertura de suministro de tinta, de una
estructura de nervios, tal como se ha mostrado en las figuras 5A,
5B, 5C y 5D, en las que las figuras 5B, 5C y 5D son secciones
transversales respectivamente según las líneas de corte 5B - 5B, 5C
- 5C y 5D - 5D de la figura 5A. El grosor de la placa de orificios
se seleccionó de manera tal que x = 8 \mum e y = 20 \mum en la
figura 5B (siendo el grosor del nervio y - x = 12 \mum), mientras
que la anchura del nervio se seleccionó con el valor z = 15
\mum.
También en este ejemplo, se preparó un modelo de
placa de orificios y se omitió a medición de esfuerzo máximo, que
dio resultados de 1,4 x 10^{11} Pa. Este resultado indica que la
estructura de nervios mostrada en las figuras 5A a 5D aumenta la
resistencia mecánica del cabezal para chorros de tinta hasta unas 5
veces la de una configuración convencional.
Asimismo, el cabezal para chorros de tinta del
presente ejemplo 2 proporcionó una impresión de elevada calidad con
una frecuencia de descarga de f = 15 kHz, utilizando tinta líquida
consistente en agua pura/dietilén glicol/isopropil alcohol/acetato
de litio/colorante negro alimentos 2 = 79,4/15/3/0,1/2,5.
Asimismo, la placa de orificios no mostró
hinchamiento después de una prueba de conservación de 3 meses en
tinta a 60ºC en simulación de la utilización del cabezal para
chorros de tinta del ejemplo 2 durante un período de tiempo
prolongado. Asimismo, el cabezal para chorros de tinta proporcionó,
en esta situación, una impresión satisfactoria con una frecuencia de
descarga de f = 15 kHz.
También en este ejemplo 3, se preparó un cabezal
para chorros de tinta de igual manera que en el ejemplo 1.
Se dispuso una placa de orificios en una zona
situada por encima de la abertura de suministro de tinta, con una
estructura de nervios, tal como se muestra en las figuras 6A, 6B y
6C, en la que las figuras 6B y 6C son vistas en sección,
respectivamente, según las líneas de corte 6B - 6B y 6C - 6C de la
figura 6A.
Tal como se muestra en estos dibujos, la
estructura de nervios del presente ejemplo tenía forma redondeada en
la sección 6B - 6B y estructura inclinada en la sección 6C - 6C. El
grosor de la placa de orificios se seleccionó de manera tal que x =
8 \mum e y = 20 \mum en la figura 6B (siendo el grosor de los
nervios y - x = 12 \mum), mientras que la anchura de los nervios
se seleccionó con el valor z = 20 \mum.
También en este ejemplo 3, se preparó un modelo
de placa de orificios y se sometió a la medición de esfuerzo máximo,
que resultó ser de 1,0 x 10^{11} Pa. Este resultado indica que la
estructura de nervios mostrada en las figuras 6A a 6C eleva la
resistencia mecánica del cabezal para chorros de tinta hasta unas 4
veces la de una configuración convencional.
Asimismo, el cabezal para chorros de tinta del
presente ejemplo 3 proporcionó una impresión de muy elevada calidad
con una frecuencia de descarga f = 20 kHz, utilizando una tinta
líquida que consistía en agua pura/dietilén glicol/alcohol
isopropílico/acetato de litio/colorante negro alimentos 2 =
79,4/15/3/0,1/2,5. Este resultado indica que las estructuras
redondeadas e inclinadas antes mencionadas mejoran
significativamente la liberación de la burbuja en las partes
estructuradas de este modo.
Asimismo, la placa de orificios no mostró
hinchamiento después de una prueba de conservación de 3 meses en
tinta a 60ºC, simulando la utilización del cabezal para chorros de
tinta del ejemplo 3 a lo largo de un período de tiempo prolongado.
Asimismo, el cabezal para chorros de tinta, en esa situación,
proporcionó una impresión satisfactoria con una frecuencia de
descarga de f = 20 kHz.
También en este ejemplo 4, se preparó un cabezal
para chorros de tinta de igual manera que en el ejemplo 1.
La placa de orificios fue dispuesta en una zona
situada por encima de la abertura de suministro de tinta con la
estructura de nervios mostrada en las figuras 8A, 8B y 8C, en la que
las figuras 8B y 8C son vistas en sección, respectivamente, a lo
largo de las líneas de corte 8B - 8B y 8C - 8C de la figura 8A. El
grosor de la placa de orificios fue seleccionado de manera tal que x
= 8 \mum e y = 20 \mum en la figura 8B (siendo el grosor del
nervio y - x = 12 \mum), mientras que la anchura del nervio se
seleccionó con un valor z = 15 \mum.
También en este ejemplo, se preparó un modelo de
placa de orificios y se sometió a medición del esfuerzo máximo, que
resultó ser de 6,5 x 10^{10} Pa. Este resultado indica que la
estructura de nervios mostrada en la figura 8A - 8C aumenta la
resistencia mecánica del cabezal para chorros de tinta 2,5 veces
aproximadamente que la de una configuración convencional.
También el cabezal para chorros de tinta según el
presente ejemplo 4 proporcionó impresión de muy alta calidad con una
frecuencia de descarga de f = 15 kHz, utilizando una tinta líquida
que consistía en agua pura/dietilén glicol/isopropil alcohol/acetato
de litio/colorante negro alimentos 2 = 79,4/15/3/0,1/2,5.
Asimismo, la placa de orificios no mostró
hinchamiento alguno después de una prueba de conservación de 3 meses
en tinta a 60ºC, simulando la utilización del cabezal para chorros
de tinta del ejemplo 4 a lo largo de un prolongado período de
tiempo. Asimismo, el cabezal para chorros de tinta, en este estado,
demostró una descarga de tinta satisfactoria en una operación de
impresión con una frecuencia de descarga de f = 15 kHz.
A continuación, se explicará, en los ejemplos 5 a
8, una realización especialmente diseñada en consideración de la
influencia de las burbujas retenidas.
La figura 9 es una vista esquemática de un
cabezal para chorros de tinta, que representa una realización básica
de la presente invención con una sección a lo largo de un plano
adecuado para facilidad de explicación. En este dibujo y en los
dibujos siguientes, los cableados eléctricos para activar los
elementos convertidores electrotérmicos se han omitido. Asimismo,
las figuras 10A a 10G son vistas en sección transversal, según la
línea de corte 10 - 10, de un substrato para chorros de tinta
mostrado en la figura 9, que muestra esquemáticamente las etapas de
preparación del cabezal para chorros de tinta de la presente
realización.
Haciendo referencia a la figura 9, se ha
dispuesto el substrato (14) para los elementos (11) generadores de
energía para la descarga y una abertura para suministro de tinta
(13), que consiste en una abertura penetrante en forma de ranura
alargada. A cada lado de la dirección longitudinal de la abertura
del suministro de tinta (13), se ha dispuesto un conjunto de
elementos convertidores electrotérmicos (11) que sirven como
elementos generadores de energía de descarga de tinta, de manera que
dichos elementos están dispuestos con un paso de 300 dpi en cada
conjunto y de forma escalonada en ambos conjuntos. Sobre el
substrato (14), se ha dispuesto una capa de resina de cubrición (16)
destinada a constituir las paredes de la trayectoria de tinta
definiendo las trayectorias de tinta y, sobre la capa (16) de la
resina de cubierta, se ha dispuesto una placa de orificios (15)
dotada de aberturas de descarga (12). En la figura 9, la capa de
resina de cubrimiento (16) y la placa de orificios (15) se han
mostrado en forma de elementos separados, pero también es posible
formar simultáneamente la capa de resina de cubrimiento (16) y la
placa de orificios (15) como pieza integral, aplicando la capa de
resina de cubrimiento (16), por ejemplo, por recubrimiento por
centrifugación sobre el substrato (14). En la cara interna de la
placa de orificios, en una posición directamente por encima de la
abertura (13) de suministro de tinta, se han dispuesto unos
salientes (17) para reducir el efecto perjudicial de las burbujas,
permaneciendo en el cabezal de chorros de tinta, sobre la descarga
de tinta que se ha explicado en lo anterior. Asimismo, en el cabezal
para chorros de tinta de la presente invención, se dispone cada una
de las trayectorias de tinta en una zona situada entre la abertura
de suministro de tinta del substrato y el elemento generador de
energía de descarga de tinta, con un área común de comunicación con
el elemento generador de energía de descarga adyacente. De manera
más específica, las paredes separadoras para definir la trayectoria
individual de tinta que corresponde a cada elemento convertidor
electrotérmico no se extienden a la abertura de suministro de la
tinta. El saliente antes mencionado se compone preferentemente de un
elemento de nervio según la dirección de flujo de la tinta desde la
abertura de suministro de tinta (13) a la abertura de descarga (12),
a efectos de minimizar la resistencia al flujo en la trayectoria de
tinta, pero también se puede componer, por ejemplo, de varios
pilares siempre que se satisfaga la condición antes mencionada del
intersticio. Este saliente está separado de manera deseable desde el
substrato en consideración de la facilidad de suministro de tinta, y
esta separación del saliente es deseable de manera tal que la
distancia mínima desde el extremo del saliente al substrato se
encuentra en una gama de valores de 10 - 40 \mum igual que en el
caso del intersticio antes mencionado. También en el caso de que el
saliente (17) se componga del elemento de nervio antes mencionado a
lo largo de la dirección de flujo de la tinta, dicho nervio puede
estar en contacto con el substrato para incrementar la resistencia
de la placa de orificios. Además, en este caso, la parte extrema del
nervio puede tener inclinada para reducir la resistencia al flujo en
la trayectoria de tinta. También en la figura 9, los salientes (17)
y las paredes (16) de la trayectoria de tinta tienen la misma
altura, pero pueden tener diferentes alturas, siempre que la
distancia mínima desde el extremo del saliente al substrato se
encuentre dentro de la gama de valores antes mencionada de 10 - 40
\mum.
También los tabiques separadores antes
mencionados están construidos de manera deseable de tal manera que
la distancia mínima desde la parte extrema de los mismos al
substrato se encuentra dentro de una gama de 10 - 40 \mum, tal
como en el caso de los salientes.
A continuación, se explicará un ejemplo del
método de fabricación para el cabezal para chorros de tinta según la
presente invención.
En principio, se ha dispuesto un substrato (14)
que lleva varios elementos convertidores electrotérmicos (11) y
cableados (no mostrados) necesarios para la activación de elementos
convertidores sobre un chip de Si (figura 10A), y una capa de resina
soluble (22) queda formada sobre el substrato (14) (figura 10B). A
continuación, se conforma la capa de resina (22), por ejemplo, con
un proceso fotolitográfico, dejando un modelo en las trayectorias de
tinta y eliminando partes correspondientes a las paredes de las
toberas y los salientes a disponer por encima de la abertura de
suministro de tinta según la presente invención (figura 10C). A
continuación, se forma la capa de cubierta de resina (16) sobre la
capa de resina soluble (22) que lleva el dibujo o modelo de
trayectoria de tinta (figura 10D), y partes de dicha capa de resina
de cubierta (16) que corresponden a las aberturas de descarga (12)
son eliminadas (figura 10E). A continuación, la abertura (13) de
suministro de tinta queda constituida, por ejemplo, por ataque
químico del substrato (14) desde la cara posterior (figura 10F). De
manera más específica, la abertura de suministro (13) está formada
por ataque anisotrópico con una solución alcalina fuerte (KOH, NaOH
o TMAH). Finalmente, la capa de resina soluble (22) es disuelta
(figura 10G) para obtener un cabezal para chorros de tinta dotado de
aberturas de descarga (12), abertura de suministro de tinta (13),
trayectorias de tinta que comunican con la misma y los salientes
(17) formados sobre la placa de orificios en una posición situada
directamente por encima de la abertura de suministro de tinta. El
cabezal para chorros de tinta de la presente invención se completa
por conexión eléctrica del chip con un panel de cableado para
activar los elementos convencionales electrotérmicos.
El método de fabricación antes explicado para el
cabezal por chorros de tinta es especialmente adecuado para el
cabezal por chorros de tinta que utiliza el método de impresión por
chorros de tinta que se describe en las solicitudes de Patente
japonesa a inspección pública Nº 4-10940 y
4-10941. Estas solicitudes de Patente dan a conocer
un método de descarga de gotitas de tinta caracterizado por provocar
una burbuja, generada sobre el elemento convertidor electrotérmico
por una señal de impresión, para comunicar con el aire externo, y
proporcionar un cabezal para chorros de tinta que posibilita la
descarga de una gota de tinta de pequeñas dimensiones (50 pl. o más
pequeña). En el cabezal para chorros de tinta antes mencionado, al
entrar la burbuja en comunicación con el aire externo, el volumen de
la gotita de tinta descargada es determinada principalmente por el
volumen de la tinta presente entre el elemento convertidor
electrotérmico y la abertura de descarga de tinta. Expresado de otro
modo, queda casi determinado por la estructura de la parte de la
tobera del cabezal por chorros de tinta. Como consecuencia, dicho
cabezal para chorros de tinta puede proporcionar una imagen de
elevada calidad, sin irregularidades. La configuración de la
presente invención es muy efectiva en el cabezal para chorros de
tinta antes explicado, en el que la distancia (mínima) entre el
elemento convertidor electrotérmico y la abertura de descarga no
supera 30 \mum a efectos de llevar la burbuja a comunicación con
el aire externo, pero es también aplicable efectivamente a cualquier
tipo de cabezal de chorros de tinta del tipo destinado a la descarga
de las gotas de tinta perpendicularmente a la superficie del
substrato que soporta los elementos convertidores
electrotérmicos.
Asimismo el cabezal para chorros de tinta de la
presente invención puede reducir de manera efectiva el efecto
perjudicial de la retención de burbujas al activar los elementos
convertidores electrotérmicos en una modalidad de activación
partida, de manera que los elementos convertidores electrotérmicos
adyacentes no son activados al mismo tiempo.
A continuación se explicarán ejemplos específicos
de las estructuras del cabezal para chorros de tinta de la presente
invención. En los ejemplos siguientes, los cabezales para chorros de
tinta han sido preparados de acuerdo con el procedimiento mostrado
en las figuras 10A a 10G, con un paso de toberas de 300 dpi en cada
conjunto, una placa de orificios con un grosor de 8 \mum y
salientes según la presente invención y con paredes de las toberas
con una altura de 12 \mum. Se utilizó para evaluar el cabezal de
chorros de tinta, tinta con colorante negro (tensión superficial
47,8 dinas/centímetro, viscosidad 1,8 cp, pH 9,8) de la firma Canon
Inc.
El cabezal para chorros de tinta de este ejemplo
se ha mostrado en las figuras 12A a 12C, que son respectivamente una
vista en alzado a mayor escala del substrato que soporta los
elementos convertidores electrotérmicos y vistas en sección
transversal según las líneas de corte respectivas 12B - 12B y 12C -
12C.
Los salientes de este ejemplo tienen unas
dimensiones de proyección de 20 x 150 \mum dentro de la placa de
orificios y están dispuestos con un paso de 600 dpi (42,3 \mum).
Por lo tanto, el intersticio entre los salientes adyacentes es de
22,3 \mum, como mínimo.
El cabezal para chorros de tinta según el
presente ejemplo fue activado con una frecuencia de descarga de 10
kHz para imprimir de manera continua una imagen de color negro
macizo o compacto y el tiempo de continuación de dicha grabación se
comparó con un cabezal de chorros de tinta convencional. En
comparación con el cabezal para chorros de tinta convencional, el
cabezal de este ejemplo efectuó la impresión de una imagen en color
negro macizo durante el período que es 4 veces el del cabezal
convencional.
El cabezal para chorros de tinta de este ejemplo
se ha mostrado en las figuras 13A a 13C, que son respectivamente una
vista en alzado y mayor escala del substrato que soporta los
elementos convertidores electrotérmicos y secciones transversales
según las líneas 13B - 13B y 13C - 13C.
Los salientes de este ejemplo tienen una
dimensión de la proyección de 40 x 40 \mum sobre la placa de
orificios y están dispuestos con un paso de 80 \mum (intersticio
de 40 \mum).
El cabezal para chorros de tinta según el
presente ejemplo fue activado con una frecuencia de descarga de 10
kHz para la impresión continua de una imagen de color negro macizo y
el tiempo de continuación de dicha impresión fue comparado con un
cabezal de impresión por chorros de tinta convencional. En
comparación con el cabezal para chorros de tinta convencional, el
cabezal de este ejemplo efectúa la impresión de la imagen en color
negro macizo durante un período de tiempo 4 veces el de un cabezal
convencional. Por lo tanto, la presente invención es eficaz incluso
en la configuración antes mencionada.
En el cabezal para chorros de tinta dotado de
dicha placa de orificios de estructura de lámina delgada, la
fiabilidad de la placa de orificios es aparentemente baja en
términos de resistencia. Particularmente en el caso en que la placa
de orificios se compone de un material de resina, se puede hinchar y
deformar por la acción de la tinta, provocando eventualmente un
efecto perjudicial en la descarga de gotitas de tinta que
caracteriza el cabezal de chorros de tinta. Por esta razón, los
siguientes ejemplos 7 y 8 proponen la utilización de los salientes o
proyecciones de la presente invención asimismo para asegurar la
resistencia. De modo más específico, los salientes están realizados
de manera que establecen contacto con el substrato y con la placa de
orificios para conseguir una resistencia superior que en el caso de
ausencia de los salientes en la placa de orificios, mejorando por lo
tanto de manera adicional la fiabilidad.
El cabezal para chorros de tinta de este ejemplo
es el mostrado en las figuras 14A a 14C. La figura 14A es una vista
en alzado a mayor escala del substrato que soporta los elementos
convertidores electrotérmicos y las figuras 14B y 14C son vistas en
sección respectivamente según las líneas de corte 14B - 14B y 14C -
14C.
Los salientes de este ejemplo se caracterizan por
el hecho de que establecen contacto tanto con el substrato como con
la placa de orificios para mejorar la resistencia de la placa de
orificios y que la anchura de los salientes en dirección paralela a
la placa de orificios disminuye de manera continua hacia el elemento
convertidor electrotérmico a efectos de fijar el suministro de tinta
a la tobera y reducir la resistencia al flujo. La anchura de los
salientes del presente ejemplo es de 20 \mum en la parte más ancha
y 12 \mum en la parte más estrecha en los salientes sobre la placa
de orificios y los salientes están dispuestos con un paso de 600 dpi
(42,3 \mum). Como consecuencia el intersticio entre los salientes
es de 22,3 \mum, como mínimo.
El cabezal para chorros de tinta del presente
ejemplo fue activado con una frecuencia de descarga de 10 kHz para
imprimir de forma continua una imagen de color negro macizo y el
tiempo de continuación de dicha impresión se comparó con un cabezal
de chorros de tinta convencional. En comparación con un cabezal de
chorros de tinta convencional, el cabezal del presente ejemplo pudo
efectuar la impresión de la imagen de color negro macizo durante un
período de tiempo que es unas 4 veces el de un cabezal convencional.
Por esta razón la presente invención es eficaz asimismo en las
configuraciones antes explicadas.
El cabezal para chorros de tinta de este ejemplo
se ha mostrado en las figuras 15A a 15C. La figura 15A es una vista
en alzado y mayor escala del substrato que soporta los elementos
convertidores electrotérmicos y las figuras 15B y 15C son vistas en
sección respectivamente por los planos de corte 15B - 15B y 15C -
15C.
Los salientes de este ejemplo se caracterizan por
el hecho de que un mismo saliente establece contacto con el
substrato y con la placa de orificios sobre la abertura de
suministro de tinta, mejorando de esta manera la resistencia de la
placa de orificios y que la anchura de los salientes en dirección
paralela a la placa de orificios disminuye de manera continua hacia
el elemento convertidor electrotérmico a efectos de fijar el
suministro de tinta a la tobera y reducir la resistencia al flujo.
La anchura de los salientes del presente ejemplo es de 20 \mum en
la parte más ancha y 12 \mum en la parte más estrecha en la
proyección sobre la placa de orificios y los salientes están
dispuestos con un paso de 600 dpi (42,3 \mum). Como consecuencia,
el intersticio entre los salientes es de 22,3 \mum, como
mínimo.
El cabezal para chorros de tinta del presente
ejemplo fue activado con una frecuencia de descarga de 10 kHz
imprimiendo de manera continua una imagen de color negro maciza y el
tiempo de continuación de dicha impresión se comparó con el de un
cabezal para chorros de tinta convencional. En comparación con un
cabezal para chorros de tinta convencional, el cabezal para chorros
de tinta de este ejemplo pudo efectuar la impresión de la imagen de
color negro macizo durante el período unas 3 veces el
correspondiente al de un cabezal convencional. Por lo tanto, la
presente invención es efectiva también en la configuración antes
explicada.
Claims (17)
1. Cabezal para chorros de tinta que
comprende:
varios elementos (2) generadores de energía de
descarga para generar energía a utilizar para descargar gotitas de
tinta;
aberturas de descarga de tinta (6) para descargar
dichas gotitas;
un substrato (1) que tiene un conjunto de dichos
elementos (2) generadores de energía de descarga y una abertura (3)
para suministro de tinta que consiste en un orificio penetrante en
dicho substrato (1) que se prolonga según la dirección del conjunto
de dichos elementos generadores de energía de descarga (2); y
una placa de orificios (5) dotada de dichas
aberturas de descarga de tinta (6);
en el que dicho substrato (1) y dicha placa de
orificios (5) están unidos entre sí definiendo entre ambos
trayectorias de tinta que conectan dichas aberturas de descarga de
tinta (6) y dicha abertura de suministro de tinta (3),
caracterizado porque
dicha placa de orificios comprende varios
salientes (17) en una posición que corresponde a dicha abertura de
suministro de tinta (3).
2. Cabezal para chorros de tinta, según la
reivindicación 1, en el que dichos salientes se extienden, en dichas
trayectorias de la tinta, desde cámaras generadoras de burbujas en
las que están dispuestos dichos elementos generadores de energía de
descarga hasta una posición situada por encima de dicha abertura de
suministro de tinta.
3. Cabezal para chorros de tinta, según la
reivindicación 1, en el que cada una de dichas trayectorias para la
tinta está dotada, en una parte dispuesta desde la abertura de
suministro de tinta de dicho substrato al elemento generador de la
energía de descarga de tinta, con un área común que comunica con el
elemento generador de energía de descarga adyacente.
4. Cabezal para chorros de tinta, según la
reivindicación 3, en el que los múltiples elementos generadores de
energía de descarga están dispuestos a ambos lados de la dirección
longitudinal de dicho orificio penetrante.
5. Cabezal para chorros de tinta, según la
reivindicación 3, en el que la distancia entre los salientes
adyacentes entre dichos salientes múltiples se encuentra dentro de
una gama de valores de 10 \mum a 2 \gamma/P \mum, siendo P
(kPa) la fuerza de succión de la tinta de un depósito de tinta en el
suministro de tinta a dicha abertura de suministro de tinta y
\gamma (dinas/centímetro) es la tensión superficial de la
tinta.
6. Cabezal para chorros de tinta, según la
reivindicación 3, en el que la distancia entre salientes adyacentes
entre dicha serie de salientes se encuentra en una gama de valores
de 10 \mum a 40 \mum.
7. Cabezal para chorros de tinta, según la
reivindicación 2, en el que dicha serie de salientes son múltiples
nervios dispuestos en una dirección a lo largo del flujo de tinta
desde dicha abertura de suministro de la tinta a las aberturas de
descarga.
8. Cabezal para chorros de tinta, según la
reivindicación 7, en el que el extremo de dicho nervio está separado
con respecto al substrato.
9. Cabezal para chorros de tinta, según la
reivindicación 8, en el que la distancia mínima entre el extremo,
separado de dicho substrato, del nervio y el substrato se encuentra
en una gama de valores de 10 \mum a 40 \mum.
10. Cabezal para chorros de tinta, según la
reivindicación 3, en el que una parte de dichos salientes se
encuentra en contacto con el mencionado substrato.
11. Cabezal para chorros de tinta, según la
reivindicación 7, en el que una parte extrema de dicho nervio tiene
sección decreciente.
12. Cabezal para chorros de tinta, según la
reivindicación 1, en el que dichos elementos generadores de energía
de descarga son elementos convertidores electrotérmicos.
13. Cabezal para chorros de tinta, según la
reivindicación 12, en el que dichos elementos convertidores
electrotérmicos son activados de forma partida.
14. Cabezal para chorros de tinta, según la
reivindicación 2, en el que dichos nervios están dispuestos de forma
continua o discontinua sobre dicha placa de orificios en el lado de
las trayectorias de tinta de la misma.
15. Cabezal para chorros de tinta, según la
reivindicación 2, en el que dichos nervios son paralelos entre sí a
lo largo de la dirección de extensión de los mismos y tienen una
sección transversal rectangular en una dirección perpendicular a
dicha dirección en la que se extienden.
16. Cabezal para chorros de tinta, según la
reivindicación 2, en el que dichos nervios son paralelos entre sí a
lo largo de la dirección de prolongación de los mismos y tienen
sección transversal redondeada en una dirección perpendicular a
dicha dirección de prolongación o extensión.
17. Dispositivo de impresión por chorros de tinta
que comprende un cabezal para chorros de tinta, de acuerdo con
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 16, y medios de recuperación
para dicho cabezal para chorros de tinta.
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