ES2205127T3 - Cabezal y aparato para la inyeccion de liquido y metodo de fabricacion del cabezal para inyeccion de liquido. - Google Patents

Cabezal y aparato para la inyeccion de liquido y metodo de fabricacion del cabezal para inyeccion de liquido.

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ES2205127T3 ES97303930T ES97303930T ES2205127T3 ES 2205127 T3 ES2205127 T3 ES 2205127T3 ES 97303930 T ES97303930 T ES 97303930T ES 97303930 T ES97303930 T ES 97303930T ES 2205127 T3 ES2205127 T3 ES 2205127T3
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Aya Yoshihira
Kouji Yamakawa
Tsuyoshi Orikasa
Hiroyuki Ishinaga
Toshio Kashino
Hiroyuki Kigami
Kimiyuki Hayasaki
Hisashi Fukai
Kiyomitsu Kudo
Takayuki Ono
Masayoshi Ohkawa
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Abstract

UNA CABEZA DE EXPULSION DE LIQUIDO INCLUYE UNA SALIDA DE EXPULSION PARA EXPULSAR LIQUIDO; UNA REGION DE PRODUCCION DE BURBUJAS PARA PRODUCIR UNA BURBUJA; UN MIEMBRO MOVIL ORIENTADO HACIA LA REGION DE PRODUCCION DE BURBUJAS Y QUE SE MUEVE ENTRE UNA PRIMERA POSICION Y UNA SEGUNDA POSICION QUE ESTA MAS ALEJADA DE LA REGION DE PRODUCCION DE BURBUJAS QUE LA PRIMERA POSICION; EN DONDE EL MIEMBRO MOVIL SE MUEVE DESDE LA PRIMERA POSICION HASTA LA SEGUNDA POSICION MEDIANTE LA PRESION PRODUCIDA POR LA PRODUCCION DE LA BURBUJA PARA PERMITIR LA EXPANSION DE LA BURBUJA MAS EN UN LADO CORRIENTE ABAJO MAS PROXIMO A LA SALIDA DE EXPULSION QUE HACIA UN LADO CORRIENTE ARRIBA; Y UNA PRIMERA CAMARA DE LIQUIDO COMUN QUE TIENE UNA ALTURA, MEDIDA EN UNA DIRECCION PERPENDICULAR A UN PLANO QUE INCLUYE EL MIEMBRO MOVIL EN REPOSO, QUE ES MAYOR QUE LA DE LA PRIMERA TRAYECTORIA DE FLUJO DE LIQUIDO, EN DONDE EL MIEMBRO MOVIL TIENE UN PUNTO DE APOYO EN LA PRIMERA CAMARA DE LIQUIDO COMUN Y UN EXTREMO LIBRE EN LA PRIMERA TRAYECTORIA DE FLUJO DE LIQUIDO.

Description

Cabezal y aparato para la inyección de líquido y método de fabricación del cabezal para inyección de líquido.
Sector técnico al que pertenece la invención y técnicas relacionadas
La presente invención se refiere a un cabezal para inyección de líquido en el que el líquido se inyecta por generación de una burbuja creada por aplicación de energía térmica al líquido, más particularmente, se refiere a un cabezal que tiene un elemento móvil desplazado por la generación de la burbuja.
En esta descripción, el término "impresión" no significa solamente la formación de una imagen de una letra, figura o similar que tenga un significado específico, sino que incluye también la formación de una imagen de un dibujo que no tiene significado específico.
Un método para la impresión por chorros de tinta del tipo llamado chorros de burbujas, es ya conocido y en él un cambio de estado instantáneo resulta en un cambio de volumen asimismo instantáneo (generación de burbujas) por aplicación de energía, tal como calor a la tinta, a efectos de inyectar la tinta por la salida de inyección por la fuerza resultante del cambio de estado, por lo cual la tinta es inyectada hacia un material de impresión, y es depositada sobre el mismo, formando una imagen. Tal como se ha dado a conocer en la patente USA No.4.723.129 y otras, un dispositivo de impresión que utiliza el método de impresión por chorros de burbujas comprende una salida de inyección destinada a inyectar una tinta, una trayectoria de flujo de tinta en comunicación de fluido con la salida de inyección y un transductor electrotérmico como medio generador de energía dispuesto en la trayectoria de flujo de la tinta.
Con este método de impresiones es ventajoso que se puede imprimir una imagen de gran calidad a elevada velocidad, y con un nivel bajo de ruido, y que una multiplicidad de dichas salidas de inyección se pueden disponer con elevada densidad, y por lo tanto que se puede realizar un aparato de impresión de pequeñas dimensiones capaz de conseguir una elevada resolución, y se pueden formar fácilmente imágenes en color. Por lo tanto, el método de impresión por chorros de burbujas se utiliza en la actualidad ampliamente en impresoras, máquinas copiadoras, máquinas facsímil y otros equipos de oficinas, así como en sistemas industriales tales como dispositivos para la impresión de materiales textiles o similares.
Con el aumento de la necesidad de técnicas de chorros de burbujas se han impuesto varias exigencias en las mismas recientemente.
Por ejemplo, el ajuste del grosor de una película de protección se considera que optimiza el elemento generador de calor para cumplir la exigencia de mejoras en el rendimiento de la inyección. Este método es eficaz por el hecho de que la eficacia de propagación del calor generado hacia el líquido queda mejorada.
A efectos de conseguir elevada calidad en las imágenes, se han propuesto condiciones de activación por las cuales la velocidad de inyección de la tinta se incrementa, y/o la generación de burbujas se estabiliza para conseguir la mejor inyección de la tinta. Como otro ejemplo, desde el punto de vista de incremento de la velocidad de impresión, se han propuesto mejoras en la configuración del paso de flujo mediante los cuales la velocidad de llenado de líquido (relleno) hacia dentro de la trayectoria de flujo se incrementa.
La patente USA No. US-A-5278585 da a conocer un cabezal para la inyección de líquido con una zona generadora de burbujas en oposición de la cual se encuentra un elemento móvil, que es flexionado de manera tal que tiene lugar la expansión de la burbuja hacia el lado de más abajo próximo a la salida de inyección en mayor medida que hacia arriba, hacia la dirección superior.
La solicitud de patente Japonesa a inspección pública No. 5-124189 muestra también un elemento móvil que flexiona bajo la influencia del crecimiento de la burbuja.
La solicitud de la patente Japonesa a inspección pública No. SHO-63-199972 y otras dan a conocer una estructura de paso de flujo tal como se muestra en las figuras 6, (a), (b). La estructura del paso de flujo o el método de fabricación del cabezal que se da a conocer en dicha publicación se han realizado teniendo en cuenta una onda de retroceso (la onda de presión dirigida en alejamiento de la salida de inyección, más particularmente, hacia la cámara de líquido (12)) generada de acuerdo con la generación de la burbuja.
Las figuras 6 (a) y (b) muestran una válvula (10) separada de una zona generadora de la burbuja generada por el elemento generador de calor (2) en dirección de alejamiento de la salida de inyección (11).
En la figura 6, (b), la válvula (55) es fabricada a partir de una placa y tiene una posición inicial como si estuviera pegada en el techo de la trayectoria (10) de flujo de líquido. Desciende hacia dentro de la trayectoria de flujo de líquido (10) por generación de la burbuja.
La solicitud de patente Japonesa a inspección pública No. SHO-63-199972 da a conocer un cabezal en el que el relleno del líquido de impresión se mejora de forma que la capacidad de respuesta a la frecuencia es elevada.
Por otra parte, en el método de impresión por chorros de burbujas se repite el calentamiento con el elemento generador de calor en contacto con la tinta, y por lo tanto el material quemado se deposita sobre la superficie del elemento generador de calor debido a los depósitos quemados de la tinta. No obstante, la cantidad de depósito puede ser grande dependiendo de los materiales de la tinta. En caso de que esto ocurra, la inyección de la tinta resulta inestable. Además, incluso en el caso en el que el líquido a inyectar se deteriora fácilmente por el calor, o incluso cuando el líquido es del tipo con el que la burbuja generada no es suficiente, es deseable que el líquido sea inyectado de manera satisfactoria sin cambios de características.
La solicitud de patente Japonesa a inspección pública No. SHO-61-69467, la solicitud de patente Japonesa a inspección pública No. SHO-55-81172 y la patente USA No. 4.480.259 dan a conocer la utilización de diferentes líquidos para el líquido generador de burbujas por la acción del calor (líquido generador de burbujas) y para el líquido a inyectar (líquido de inyección). En estas publicaciones, la tinta como líquido de inyección y el líquido generador de burbujas están completamente separados por una película flexible de goma de silicona o similar a efectos de impedir el contacto directo del líquido de inyección con respecto al elemento generador de calor, mientras se propaga la presión resultante de la generación de burbujas del líquido generador de burbujas al líquido de inyección por la deformación de la película flexible. La prevención de depósitos de material sobre la superficie del elemento generador de calor y el incremento de la latitud de selección del líquido de inyección se cumplen mediante dicha estructura.
No obstante, mediante esta estructura en la que la inyección de líquido y el líquido de generación de burbujas están completamente separados, la presión por la generación de burbujas se propaga al líquido de inyección con intermedio de la deformación, producida por expansión-contracción, de la película flexible, y por lo tanto la presión es absorbida por la película flexible en un grado muy elevado. Además, la deformación de la película flexible no es tan grande, y por lo tanto la eficacia en el uso de la energía y la fuerza de la inyección se deterioran, si bien se consigue un cierto efecto por la disposición entre el líquido de inyección y el líquido de generación de burbujas.
Son deseables otras mejoras en los cabezales de inyección de líquido.
Características de la invención
Es un objetivo de la presente invención dar a conocer un cabezal para la inyección de líquido, en el que cuando el mecanismo de válvula del elemento móvil funciona por acción de la generación de la burbuja, la resistencia aplicada por la trayectoria del flujo de líquido se reduce para mejorar el rendimiento de la inyección.
La presente invención da a conocer un cabezal para la inyección de líquido que comprende:
una trayectoria de flujo de líquido que tiene una salida de inyección para inyectar líquido;
la trayectoria de flujo de líquido tiene un elemento generador de calor para generar una burbuja en el líquido por aplicación de calor al mismo en una zona de generación de burbujas, y un paso de suministro para suministrar líquido al elemento generador de calor desde el lado de arriba del mismo;
un elemento móvil dispuesto en oposición a dicho elemento generador de calor, y que tiene un extremo libre adyacente a dicha salida de inyección para dirigir la presión producida por generación de una burbuja hacia la salida de inyección; y
caracterizado por una cámara de líquido en comunicación de fluido con dicha trayectoria de flujo de líquido, poseyendo una altura, medida en una dirección perpendicular a un plano que comprende dicho elemento móvil en reposo, que es superior a la de dicha trayectoria de flujo de líquido, de manera que dicho elemento móvil tiene un fulcro en dicha cámara de líquido y un extremo libre en dicha trayectoria de flujo de líquido.
De acuerdo con la presente invención, el fulcro del elemento móvil está colocado en la cámara, de manera que la resistencia contra el desplazamiento del elemento móvil por la pared de techo de la trayectoria de flujo de inyección se puede hacer mínima.
La primera trayectoria de flujo de líquido es corta, de manera que la resistencia de la trayectoria de flujo contra la inyección de líquido es reducida. De este modo, un líquido de impresión de alta viscosidad que hasta el momento ha sido difícil de inyectar, puede ser inyectado.
Éstos y otros objetivos, características y ventajas de la presente invención quedarán más evidentes después de la consideración de la siguiente descripción de las realizaciones preferentes de la presente invención en relación con los dibujos adjuntos.
En la presente descripción, "parte de arriba" ("upstream") y "parte de abajo" ("downstream") se definen con respecto a un flujo general de líquido desde la fuente de suministro del mismo hacia la salida de inyección a través de la zona de generación de burbujas (elemento móvil).
\newpage
Con lo que respecta a la burbuja por sí misma, el término "más abajo" se define como la dirección hacia el lado de la salida de inyección de la burbuja que funciona directamente para expulsar la gotita de líquido. Más particularmente, significa de modo general más abajo del centro de la burbuja con respecto a la dirección del flujo de líquido en general, o más abajo del centro del área del elemento general de calor con respecto a la misma.
En esta descripción "sustancialmente cerrado" significa en general un estado cerrado o estanqueizado con un grado tal, que cuando crece una burbuja, ésta no escapa a través de un intersticio (ranura) alrededor del elemento móvil antes del movimiento del elemento móvil.
En esta descripción "pared de separación" puede significar una pared (que puede incluir el elemento móvil) interpuesto para separar la región en comunicación de fluido directo con la salida de inyección, desde la zona de generación de burbujas, y más específicamente significa una pared que separa la trayectoria de flujo, incluyendo la zona de generación de burbujas con respecto a la trayectoria de flujo de líquido en comunicación directa de fluido con la salida de inyección, impidiendo de esta manera la mezcla de líquidos en las trayectorias de flujo de líquido.
En esta descripción, "peine" o "parecido a un peine" significa una estructura en la que las partes de fulcro del elemento móvil son comunes, pero las partes extremas están abiertas.
Breve descripción de los dibujos
La figura 1 es una vista en sección esquemática que muestra un ejemplo de un cabezal de inyección de líquido, según una realización de la presente invención.
La figura 2 es una vista en perspectiva parcialmente seccionada de un cabezal para inyección de líquido, según una realización de la presente invención.
La figura 3 es una vista esquemática que muestra la propagación de presión de una burbuja en un cabezal convencional.
La figura 4 es una vista esquemática que muestra la propagación de presión de una burbuja en un cabezal, según una realización de la presente invención.
La figura 5 es una vista esquemática que muestra el flujo de líquido en una realización de la presente invención.
La figura 6 muestra una estructura de paso de flujo de un cabezal de inyección de líquido convencional.
La figura 7 es una vista esquemática en sección que muestra la fuerza aplicada desde la parte superior del techo de la trayectoria de flujo del líquido al elemento móvil en un cabezal de inyección de líquido, según la presente invención.
La figura 8 es una vista esquemática en sección de un cabezal de inyección de líquido de acuerdo con una realización de la presente invención.
La figura 9 es una vista esquemática en sección de un cabezal de inyección de líquido, según una realización de la presente invención.
La figura 10 es una vista esquemática en sección de un cabezal de inyección de líquido de acuerdo con una realización de la presente invención.
La figura 11 es una vista esquemática en sección de un cabezal para la inyección de líquido de acuerdo con una realización de la presente invención.
La figura 12 es una vista esquemática en sección de un cabezal para la inyección de líquido según una realización de la presente invención.
La figura 13 muestra un elemento móvil en forma de peine.
La figura 14 muestra el funcionamiento de un elemento móvil.
La figura 15 muestra otra configuración de un elemento móvil.
La figura 16 muestra una relación entre un área de un elemento generador de calor y la cantidad de tinta inyectada.
La figura 17 es una vista en sección longitudinal de un cabezal de inyección de líquido, según la presente invención.
La figura 18 es una vista esquemática que muestra la configuración de un impulso de activación.
La figura 19 es una vista en perspectiva con las piezas desmontadas de un cabezal, según la presente invención.
La figura 20 es una vista esquemática de un aparato para la inyección de líquido.
La figura 21 es una representación de bloques del aparato.
La figura 22 es una serie de vistas esquemáticas en sección de un cabezal para la inyección de líquido de acuerdo con un ejemplo que no corresponde a la presente invención.
La figura 23 es una vista en perspectiva parcialmente seccionada de un cabezal para la inyección de líquido, según la figura 22.
La figura 24 es una vista esquemática en sección de un cabezal para la inyección de líquido como ilustración del funcionamiento.
La figura 25 muestra la relación de posición entre un elemento móvil y la segunda trayectoria de flujo de líquido de un cabezal para la inyección de líquido.
La figura 26 muestra otra configuración de un elemento móvil de un cabezal de inyección de líquido.
La figura 27 es una ilustración de una característica de la fabricación de un elemento móvil.
La figura 28 es una vista en perspectiva que muestra un método de fabricación de un cabezal para la inyección de líquido.
La figura 29 es una vista esquemática que muestra un elemento móvil y un elemento ranurado.
La figura 30 es una vista esquemática que muestra un método de fabricación de un cabezal para la inyección de líquido.
La figura 31 es una vista esquemática que muestra una modificación.
La figura 32 es una vista esquemática que muestra otra modificación.
La figura 33 es una vista esquemática que muestra otra realización de la parte de referencia del elemento ranurado.
La figura 34 es una vista esquemática que muestra el método de fabricación de un cabezal para la inyección de líquido.
La figura 35 es una vista en perspectiva que muestra un método de fabricación de un cabezal de inyección de líquido.
Descripción de realizaciones preferentes
Haciendo referencia a los dibujos adjuntos, se describirá el principio de inyección utilizado en la presente invención.
La figura 1 es una vista esquemática en sección de un cabezal para la inyección de líquido a lo largo de la trayectoria de flujo de líquido según la presente realización, y la figura 3 es una vista en perspectiva parcialmente seccionada del cabezal de inyección de líquido.
El cabezal para la inyección de líquido de la presente realización comprende un elemento generador de calor (2) (comprendiendo un primer elemento generador de calor (2A) y un segundo elemento generador de calor (2B) que tienen dimensiones de 40 \mum x 105 \mum en conjunto en esta realización) como elemento generador de energía de inyección para suministrar energía térmica al líquido, para inyectar éste a un elemento de substrato (1) sobre el que se ha dispuesto dicho elemento (2) para la generación de calor, y una trayectoria para flujo de líquido (10) formada por encima del substrato de elementos de forma correspondiente al elemento generador de calor (2). La trayectoria de flujo de líquido (10) se encuentra en comunicación de fluido con una cámara común de fluido (13) para suministrar líquido a una serie de dichas trayectorias de flujo (10) encontrándose en comunicación de fluido con una serie de salidas de inyección (18) respectivamente.
Por encima del substrato de elementos en la trayectoria de flujo de líquido (10), se ha dispuesto un elemento móvil o placa (31) en forma de un voladizo de material elástico, tal como un metal, dirigido al elemento generador de calor (2). Un extremo del elemento móvil está fijado a una base (elemento de soporte) o similar conseguida por modelado de un material de resina fotosensible sobre la pared de la trayectoria (10) de flujo de líquido o del substrato de elementos. Mediante esta estructura el elemento móvil está soportado, quedando constituido un fulcro (33) (parte del fulcro).
El elemento móvil (31) está dispuesto de forma tal que tiene un fulcro (parte del fulcro que tiene un extremo fijo) (33) en un extremo de más arriba con respecto al flujo general del líquido desde la cámara común de líquido (13) hacia la salida de inyección (18), pasando por el elemento móvil (31) provocado por la operación de inyección, y de manera tal que tiene un extremo libre (32) (parte extrema libre) en el lado de más abajo del fulcro (33). El elemento móvil (31) está dirigido hacia el elemento (2) generador de calor con el intersticio de unos 15 \mum aproximadamente cubriendo el elemento generador de calor (2). Una zona generadora de burbujas queda constituida entre el elemento generador de calor y el elemento móvil. El tipo, configuración o posición del elemento generador de calor o el elemento móvil no quedan limitados a los que se han descrito, sino que se pueden cambiar siempre que se puedan controlar el crecimiento de la burbuja y la propagación de la presión. Con el objetivo de facilitar la comprensión del flujo del líquido que se describe a continuación, la trayectoria de flujo de líquido (10) está dividida por el elemento móvil (31) en una primera trayectoria de flujo de líquido (14) que se encuentra directamente en comunicación con la salida de inyección (18) y una segunda trayectoria de flujo de líquido (16) que tiene la zona de generación de burbujas (11) y la abertura de suministro de líquido (12).
Al provocar generación de calor del elemento generador de calor (2), el calor se aplica al líquido en la zona (11) de generación de burbujas situada entre el elemento móvil (31) y el elemento generador de calor (2), por cuya razón se genera una burbuja por el fenómeno de ebullición laminar que se da a conocer en la patente USA No. 4.723.129. La burbuja y la presión provocada por la generación de la misma, actúan principalmente sobre el elemento móvil, de manera que dicho elemento móvil (31) se mueve o desplaza abriéndose de manera completa hacia el lado que corresponde a la salida de inyección alrededor del fulcro (33), tal como se ha mostrado en la figura 2, (b) y (c) o en la figura 2. Por el desplazamiento del elemento móvil (31) o la situación después de dicho desplazamiento, la propagación de la presión provocada por la generación de la burbuja y el crecimiento de la misma se dirigen hacia la salida de inyección.
Se describirá el principio de inyección fundamental a utilizar con la presente invención. Uno de los principios importantes de la presente invención es que el elemento móvil dispuesto dirigido a la burbuja se desplaza desde la primera posición normal a la segunda posición desplazada en base a la presión de generación de la burbuja o a la burbuja en sí misma, y el elemento móvil (31) desplazable o desplazado es eficaz para dirigir la presión producida por la generación de la burbuja y/o el crecimiento de la misma hacia la salida de inyección (18) (descendente).
Se realizará una descripción más detallada con la comparación entre una estructura de paso de fluido de líquido convencional que no utilice el elemento móvil (figura 4) y la presente invención (figura 5). En este caso, la dirección de propagación de la presión hacia la salida de inyección se ha indicado por V_{A}, y la dirección de propagación de la presión hacia la parte superior se ha indicado por V_{B}.
En un cabezal convencional, tal como se ha mostrado en la figura 3, no hay ningún elemento estructural efectivo para regular la dirección de la propagación de la presión producida por la generación de la burbuja (40). Por lo tanto, la dirección de la propagación de presión es normal a la superficie de la burbuja, tal como se ha indicado por V1-V8, y por lo tanto, está dirigida de modo amplio en el paso. Entre estas direcciones, las de la propagación de presión substancialmente desde la parte media de la burbuja más próxima a la salida de inyección (V1-V4) tienen los componentes de presión en dirección V_{A}, que es más eficaz para la inyección de líquido. Esta parte es importante puesto que contribuye de manera directa a la eficacia de la inyección de líquido, presión de inyección de líquido y velocidad de inyección. Además, la componente V1 se encuentra más próxima a la dirección V_{A} que es la dirección de inyección, y por lo tanto la componente es más eficaz y V4 tiene una componente relativamente pequeña en la dirección V_{A}.
Por otra parte, en el caso de la presente invención, que se ha mostrado en la figura 5, el elemento móvil (31) es eficaz para dirigir, en sentido descendente (lado de salida de inyección), las direcciones de propagación de presión V1-V4 de la burbuja que de otro modo se dirigen a varias direcciones. Por lo tanto, las propagaciones de presión de la burbuja (40) se concentran de forma que la presión de dicha burbuja (40) contribuye de manera directa y eficaz a la inyección. La dirección de crecimiento de la burbuja en sí misma está dirigida de forma descendente de manera similar a las direcciones de propagación de presión V1-V4, y la burbuja crece en mayor medida en el lado de más abajo que en el lado de más arriba. De este modo, la dirección de crecimiento en sí misma de la burbuja es controlada por el elemento móvil y la dirección de propagación de la presión desde la burbuja queda controlada de este modo, de manera que la eficacia de la inyección, fuerza de la inyección y velocidad de la misma o similares se mejoran de manera fundamental.
Haciendo referencia nuevamente a la figura 1, se hará la descripción de la operación de inyección en el cabezal de inyección de líquido de esta realización.
La figura 1, (a) muestra la situación antes de la aplicación de la energía, tal como energía eléctrica, al elemento generador de calor (2), y por lo tanto todavía no se ha generado calor. Se debe observar que el elemento móvil (31) se ha dispuestos de manera tal que queda dirigido, como mínimo, a la parte descendente de la burbuja generada por la generación de calor del elemento generador de calor. En otras palabras, a efectos de que la parte descendente de la burbuja actúe sobre el elemento móvil, la estructura del paso de flujo de líquido es tal que el elemento móvil (31) se extiende, como mínimo, a la posición de más abajo (más abajo de una línea que pasa por el centro (3) del área del elemento generador de calor y perpendicular a la longitud de la trayectoria de flujo) del centro (3) del área del elemento generador de calor.
La figura 1, (b) muestra la situación en la que la generación de calor por el elemento generador de calor (2) tiene lugar por la aplicación de energía eléctrica a dicho elemento generador de calor (2), y una parte del líquido que llena la zona (11) de generación de la burbuja se calienta por la acción de calor generado de una manera que se genera una burbuja como resultado de la ebullición laminar.
En este momento, un elemento móvil (31) es desplazado desde la primera posición a la segunda por la presión producida por la generación de la burbuja (40), guiando la propagación de la presión hacia la salida de inyección. Se debe observar que, tal como se ha descrito anteriormente, el extremo libre (32) del elemento móvil (31) está dispuesto en el lado de más abajo (lado de salida de inyección) y el fulcro (33) está dispuesto en el lado de más arriba (lado de la cámara de líquido común), de manera que como mínimo una parte del elemento móvil está dirigida a la parte de más abajo de la burbuja, es decir, la parte de más abajo del elemento generador de calor.
La figura 1, (c) muestra una situación en la que la burbuja (40) ha crecido adicionalmente por la presión resultante de la generación de la burbuja (40), siendo desplazado adicionalmente el el elemento móvil (31). La burbuja generada crece en mayor medida hacia abajo que hacia arriba, y se expansiona en mayor proporción más allá de una primera posición (posición de línea de trazos) del elemento móvil. De este modo, se comprenderá que de acuerdo con el crecimiento de la burbuja (40), el elemento móvil (31) se desplaza gradualmente, por cuya acción la dirección de propagación de presión de la burbuja (40), dirección en la que resulta fácil el movimiento de volumen, es decir, la dirección de crecimiento de la burbuja, están dirigidos de manera uniforme hacia la salida de inyección, de manera que se incrementa la eficacia de la inyección. Cuando el elemento móvil guía la burbuja y la presión de generación de la burbuja hacia la salida de inyección, difícilmente obstruye la propagación y crecimiento y puede controlar de manera eficaz la dirección de propagación de la presión y dirección de crecimiento de la burbuja, de acuerdo con el grado de presión.
La figura 1, (d) muestra la burbuja (40) en contracción y extinguiéndose por la disminución de la presión interna de la burbuja después de la ebullición laminar.
Una vez desplazado el elemento móvil (31) a la segunda posición, vuelve a la posición inicial (primera posición) de la figura 2, (a) por el restablecimiento de la fuerza proporcionada por las características de resorte del elemento móvil en sí mismo y por la presión negativa debido a la contracción de la burbuja. Cuando tiene lugar el colapso de la burbuja, el líquido fluye en retroceso desde la cámara común de líquido indicada por V_{D1} y V_{D2} y desde el lado de la salida de inyección indicada por V_{C} a efectos de compensar la reducción de volumen de la burbuja en la región (11) de generación de la misma, y compensar el volumen del líquido inyectado.
En lo anterior, la descripción ha sido realizada en cuanto al funcionamiento del elemento móvil (31) con la generación de la burbuja y la operación de inyección del líquido. A continuación, se realizará la descripción del relleno de líquido en el cabezal de inyección de líquido de la presente inyección.
Cuando la burbuja (40) entra en el proceso de colapso de la misma, después de su máximo volumen (figura 1, (c)), un volumen de líquido suficiente para compensar el volumen de la burbuja que se colapsa pasa hacia dentro de la zona de generación de burbujas desde la salida de inyección (18) de la primera trayectoria (24) de flujo de líquido y desde la región de generación de burbujas de la segunda trayectoria (16) de flujo de líquido. En el caso de una estructura de paso de flujo de líquido convencional que no tiene el elemento móvil (31), la cantidad de líquido desde el lado correspondiente a la salida de inyección a la posición de colapso de la burbuja y la cantidad de líquido desde la cámara de líquido común hacia su interior, corresponden a las resistencias al flujo de la parte más próxima a la salida de inyección que la zona de generación de burbujas y la parte más próxima a la cámara común de líquido (resistencias a la trayectoria de flujo e inercia del líquido).
Por lo tanto, cuando la resistencia al flujo en el lado de salida de inyección es reducida, una cantidad grande del líquido pasa a la posición de colapso de la burbuja desde el lado de salida de la inyección, con el resultado de que la retracción del menisco es grande. Con la reducción de la resistencia al flujo en la salida de inyección, con el objetivo de incrementar la eficacia de la inyección, la retracción del menisco aumenta cuando tiene lugar el colapso de la burbuja con el resultado de un periodo de tiempo de relleno más largo, haciendo por lo tanto difícil conseguir una alta velocidad de impresión.
De acuerdo con esta realización, dada la disposición del elemento móvil (31), la retracción del menisco se interrumpe en el momento en el que el elemento móvil vuelve a la posición inicial cuando tiene lugar el colapso de la burbuja y posteriormente el suministro de líquido para llenar el volumen (W2) se consigue por el flujo por la segunda trayectoria del flujo (16) ((W1) es el volumen del lado superior del volumen (W) de la burbuja más allá de la primera posición del elemento móvil (31), y (W2) es el volumen del lado del mismo de la región (11) de generación de la burbuja). En la técnica anterior, la mitad del volumen de la burbuja (W) es el volumen de retracción del menisco, pero de acuerdo con la presente realización, solamente la mitad aproximadamente (W1) es el volumen de la retracción del menisco.
De forma adicional, el suministro de líquido para el volumen (W2) es obligado a efectuarse principalmente a partir de la parte superior de la segunda trayectoria del flujo de líquido a lo largo de la superficie del lado del elemento generador de calor del elemento móvil (31) utilizando la presión del colapso de la burbuja, y por lo tanto se consigue una acción de relleno más rápida.
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Cuando el relleno a alta velocidad utilizando la presión que tiene lugar en el colapso de la burbuja, es llevado a cabo en un cabezal convencional, la vibración del menisco se expansiona con el resultado del deterioro de la calidad de la imagen. No obstante, de acuerdo con esta realización, los flujos de líquido en la primera trayectoria de flujo de líquido (14) en el lado de la salida de inyección y en el lado de la salida de inyección de la zona (11) de generación de burbujas se suprimen, de manera que se reduce la vibración del menisco.
Por lo tanto, de acuerdo con la presente realización, se consigue una alta velocidad de relleno por el relleno forzado de la región de generación de burbujas a través del paso (12) de suministro de líquido de la segunda trayectoria (16) de flujo y por la supresión de la retracción del menisco y de la vibración. Por lo tanto, se consiguen la estabilización de la inyección y las inyecciones repetidas a elevada velocidad, y cuando esta realización se utiliza en el sector de la impresión, se puede conseguir una mejora en la calidad de la imagen y en la velocidad de impresión.
La presente realización proporciona asimismo la siguiente función efectiva. Consiste en la supresión de la propagación de presión al lado de más arriba (onda de contrapresión) producida por la generación de la burbuja. La presión debida al lado de la cámara (13) común de líquido (parte superior) de la burbuja generada en el elemento generador de calor (2), tiene como resultado principalmente una fuerza que empuja el líquido en retroceso al lado de más arriba (onda de contrapresión). La onda de contrapresión deteriora el relleno del líquido en la trayectoria de flujo de líquido por la presión producida en el lado de más arriba, por el movimiento resultante del líquido y la fuerza de inercia. En esta realización estas acciones en el lado de más arriba se suprimen por elemento móvil (31), de manera que se mejora adicionalmente el rendimiento del rellenado.
Se realizará una descripción adicional de la estructura y efecto en la presente invención.
Con esta estructura, el suministro de líquido a la superficie del elemento generador de calor (2) y de la región (11) de generación de burbujas tiene lugar a lo largo de la superficie del elemento móvil (31) en la posición más próxima a la región (11) de generación de burbujas. Con esta estructura, el suministro de líquido a la superficie del elemento generador de calor (2) y la región (11) de generación de burbujas tiene lugar a lo largo de la superficie del elemento móvil (31) en una posición más próximas a la región (11) de generación de burbujas, tal como se ha indicado por V_{D2}. De acuerdo con ello, se suprime el estancamiento del líquido sobre la superficie del elemento generador de calor (2), de manera que se suprime la precipitación del gas disuelto en el líquido, y las burbujas residuales no extinguidas se eliminan sin dificultad, y además, la acumulación de calor en el líquido no es excesiva. Por lo tanto, se puede repetir a elevada velocidad una generación de la burbuja más estabilizada. En esta realización, el paso (12) de suministro de líquido tiene una pared interna substancialmente plana, pero ello no es limitativo, y el paso de suministro de líquido es satisfactorio si tiene una pared interna con una configuración que se prolongue de manera suave desde la superficie del elemento generador de calor, de manera que tiene lugar estancamiento de líquido sobre el elemento generador de calor, y las corrientes parásitas no son provocadas de manera significativa en el suministro de líquido.
El suministro de líquido en la zona de generación de burbujas puede tener lugar a través de un intersticio situado en una parte lateral del elemento móvil (ranura (35)), tal como se ha indicado por V_{D1}. A efectos de dirigir la presión en el momento en que se genera la burbuja, de manera más efectiva a la salida de inyección, se puede utilizar un elemento móvil más grande que cubre la totalidad de la región generadora de burbujas (cubriendo la superficie del elemento generador de calor), tal como se ha mostrado en la figura 2. Entonces, la resistencia al flujo del líquido entre la región (11) de generación de burbujas y la región de la primera trayectoria (14) de flujo de líquido próxima a la salida de inyección se incrementa por el restablecimiento del elemento móvil a la primera posición, de manera que el flujo del líquido hacia la región (11) de generación de burbujas a lo largo de V_{D1} se puede suprimir. No obstante, de acuerdo con la estructura del cabezal de esta realización, existe un flujo efectivo para suministrar el líquido a la región de generación de burbujas, incrementándose notablemente el rendimiento de suministro del líquido, y por lo tanto, aunque el elemento móvil (31) cubre la región (11) de generación de burbujas para mejorar la eficacia de la inyección, el rendimiento del suministro de líquido no disminuye.
La relación de posición entre el extremo libre (32) y el fulcro (33) del elemento móvil (31) es tal que el extremo libre se encuentra en la posición más abajo del fulcro tal como se ha mostrado, por ejemplo, en la figura 8. Con esta estructura, la función y efecto de guiar la dirección de propagación de la presión y la dirección de crecimiento de la burbuja al lado de la salida de la inyección o similar, se puede asegurar de manera eficaz cuando tiene lugar la generación de la burbuja. Además, la relación de posición es eficaz para conseguir, no solamente la función o efecto relativo a la inyección, sino también la reducción de la resistencia al flujo por la trayectoria (10) de flujo de líquido cuando tiene lugar el suministro del líquido, permitiendo de esta manera una elevada velocidad de relleno. Cuando el menisco (M) retraído por la inyección, tal como se ha mostrado en la figura 8, vuelve a la salida de inyección (18) por la fuerza capilar o cuando el suministro de líquido es efectuado para compensar el colapso de la burbuja, las posiciones del extremo libre y del fulcro (33) son tales que los flujos (S_{1}), (S_{2}) y (S_{3}) por la trayectoria (10) de flujo de líquido, incluyendo la primera trayectoria (14) de flujo de líquido y la segunda trayectoria (16) de flujo de líquido, no quedan dificultados.
Más particularmente, en esta realización, tal como se ha descrito anteriormente, el extremo libre (32) del elemento móvil (3) está dirigido a una posición de más abajo del centro (3) del área que divide el elemento generador de calor (2) en una zona de más arriba y una zona de más abajo (la línea que pasa por el centro (parte central) del área del elemento generador de calor y perpendicular a una dirección de la longitud de la trayectoria de flujo de líquido). El elemento móvil (31) recibe la presión y la burbuja que contribuyen notablemente a la inyección del líquido en el lado de más abajo de la posición (3) del área central del elemento generador de calor, y guía la fuerza a la salida de inyección, mejorando por lo tanto fundamentalmente la eficacia de la inyección o la fuerza de la misma.
Otros efectos ventajosos se consiguen al utilizar el lado de arriba de la burbuja, tal como se ha descrito anteriormente.
Además, se considera que en la estructura de esta realización, el movimiento mecánico instantáneo del extremo libre del elemento móvil (31) contribuye a la inyección del líquido.
Realización 1
El principio de inyección de líquido de esta realización es el mismo que el principio descrito anteriormente. En esta realización y en base a la misma se describe la presente invención, con referencia a un cabezal en el que la primera y segunda trayectorias de flujo de líquido (14) y (16) están separadas con la pared de separación (30). No obstante, la presente invención no queda limitada a este tipo de cabezal; también es aplicable a los cabezales mencionados a la descripción anterior del principio de inyección de líquido.
La estructura del cabezal de esta realización se caracteriza por la función siguiente, además de las descritas anteriormente. A saber, la resistencia en flujo de la primera trayectoria de flujo de líquido (14) es minimizada para rellenar el líquido a mayor velocidad. De acuerdo con esta realización, el extremo lateral de la parte de arriba de la primera trayectoria (14) de flujo de líquido se encuentra en el lado de salida de inyección del extremo libre del elemento móvil (31) que se ha desplazado a la segunda posición, dado que la presión que tiende a disiparse puede ser dirigida hacia la salida de inyección por el elemento móvil (31), tal como se ha descrito anteriormente. Con la realización de esta estructura, la fuerza de repulsión que recibe el elemento móvil (31) al desplazarse hacia la segunda posición se puede reducir.
A continuación, se describirán la estructura y efectos que caracterizan esta realización.
La figura 7 muestra el efecto del techo de la primera trayectoria de flujo de líquido (14) sobre el desplazamiento pivotante del elemento móvil (31). En la figura 7, (a), el extremo del lado de más arriba de la primera trayectoria (14) de flujo de líquido se encuentra del lado de más abajo de la posición a la que alcanza el extremo libre del elemento móvil al desplazarse el elemento móvil (31) a la segunda posición, y en la figura 7, (b), el extremo lateral de más arriba de la primera trayectoria de flujo de líquido (14) se encuentra en el lado de más arriba del punto de soporte (33) del elemento móvil (31). Al desplazarse el elemento móvil (31) hacia la segunda posición, se somete a la fuerza de repulsión, es decir, la fuerza que funciona en dirección opuesta a la dirección en la que se desplaza el elemento móvil (31) desde el techo de la cámara común de líquido (13) o primera trayectoria de flujo de líquido (14). Ésta es la razón por la que es deseable que el extremo del lado de más arriba de la primera trayectoria de flujo de líquido (14) se encuentre en el lado de más abajo en la posición que alcanza el extremo libre del elemento móvil (31) al desplazarse dicho elemento móvil (31) a la segunda posición.
Las figuras 8-12 muestran la relación de posición entre el elemento móvil (31), la primera trayectoria de flujo de líquido y la cámara de líquido común (13), en la que en cada figura, (a) es una sección horizontal de la parte de las toberas vista desde el lado que corresponde a la primera trayectoria de flujo de líquido, mostrando la relación de posición entre el elemento móvil (31), la primera trayectoria de flujo de líquido (14), una columna (52) a la que está fijado el punto de soporte (33) del elemento móvil (31) y las paredes laterales (53) de la primera trayectoria de flujo de líquido (14), y (b) es una sección vertical de la parte de la tobera, mostrando la configuración de la pared lateral (53) de la primera trayectoria de flujo de líquido (14).
La figura 8 muestra la estructura de una tobera en la que el extremo de más abajo de la primera cámara de líquido común (13) se encuentra en el lado de más arriba de la posición a la que alcanza el extremo libre del elemento móvil (31) al desplazarse dicho elemento móvil (31) a la segunda posición y que tiene una columna (52) a la que está fijado el punto de soporte del elemento móvil (31).
Con esta estructura, la fuerza de repulsión que procede del techo al desplazarse el elemento móvil (31) en pivotamiento es despreciable, y por lo tanto, la potencia de la generación de burbuja se puede convertir de manera efectiva en una fuerza de inyección. Se debe observar que cuando un determinado tipo de material se utiliza como material para el elemento móvil (31), el punto de soporte (33) de dicho elemento móvil (31) se puede levantar hacia dentro de la primera cámara común de líquido (33) y como resultado de ello el elemento móvil (31) de una tobera puede quedar afectado por el movimiento del elemento móvil (31) de las toberas adyacentes. Por lo tanto, es deseable que el punto de soporte (33) del elemento móvil (31) quede fijado tal como se ha descrito en esta realización.
La figura 9 muestra una tobera en la que el extremo del lado de más arriba de la primera trayectoria de flujo de líquido (14) se encuentra en el lado de más arriba de la posición que alcanza el extremo libre del elemento móvil (31) al desplazarse de forma pivotante el elemento móvil (31), en comparación con la tobera anterior. En este caso el punto de soporte (33) del elemento móvil (31) se encuentra también en la primera cámara de líquido común (33) pero no es fijo. No obstante, la disposición es eficaz para mejorar la eficacia de relleno de líquido y también la eficacia de inyección de líquido. Esta disposición es también eficaz en el caso de un cabezal de inyección de líquido, tal como se ha mostrado en la figura 13, en el que el líquido para la generación de las burbujas y el líquido de inyección son el mismo y el elemento móvil (31) está constituido de forma similar al diente de un peine.
La figura 10 muestra un cabezal de inyección de líquido en el que el techo de la primera trayectoria (14) de flujo de líquido resulta bruscamente más alto en el lado de más arriba de la posición a la que llega el extremo libre del elemento móvil (31) al desplazar el elemento móvil (31) a la segunda posición y la pared lateral (53) de la primera trayectoria de flujo de líquido (14) que separa las dos toberas adyacentes se extiende verticalmente a la altura de la línea recta que conecta el punto en el que el extremo libre del elemento móvil (31) se encuentra cuando el elemento móvil (31) se encuentra en la segunda posición, y el punto de soporte (33). Esta disposición estructural es eficaz para impedir que la burbuja se expansione en dirección horizontal, y por lo tanto la potencia de la generación de la burbuja se puede convertir en una fuerza de inyección más efectiva que en la disposición anterior.
La figura 11 muestra un cabezal para la inyección de líquido en el que la pared lateral (53) de la primera trayectoria de líquido (14) se extiende también horizontalmente llegando a la pared (53) de la realización anterior, excepto que la pared (53) de esta disposición se prolonga verticalmente al techo de la primera trayectoria de flujo de líquido (14) en todos los puntos. Con la implementación de esta disposición estructural, elevando meramente el techo de la primera trayectoria de flujo de líquido (14), resulta eficaz para reducir la fuerza de repulsión contra el desplazamiento pivotante del elemento móvil (31) para mejorar el rendimiento de relleno de líquido y para dificultar la expansión lateral de una burbuja.
La figura 12 muestra la estructura de una tobera en la que el extremo libre del elemento móvil (31) se puede desplazar hacia adentro de la primera cámara (13) de líquido común al desplazarse de forma pivotante, el elemento móvil (31) a la segunda posición. El rendimiento de relleno de líquido y el rendimiento de la inyección del mismo se pueden mejorar de manera efectiva por la implementación de esta estructura de tobera, cuya única característica notable es que el extremo libre del elemento móvil (31) se encuentra en la primera trayectoria de líquido (14), como mínimo, cuando el elemento móvil se encuentra estacionario.
Ejemplo no comprendido en el alcance de las reivindicaciones
En este ejemplo, la estructura de la tobera en la que un elemento móvil pivotante está constituido en una parte de la pared de separación (30), formada igual que los dientes de un peine, en el borde frontal de la pared de separación (30), se describirá de manera más detallada.
Las figuras 22, (a-d), muestran secciones longitudinales del cabezal de inyección de líquido de esta realización a lo largo de la trayectoria de flujo de líquido, mostrando secuencialmente varias etapas de la inyección de líquido. La figura 23 es una vista en perspectiva parcialmente en sección del cabezal de inyección de líquido mostrado en la figura 22.
El cabezal de inyección de líquido de este ejemplo comprende un elemento generador de calor (2) (una resistencia generadora de calor de 40 \mum x 105 \mum en este ejemplo) como elemento generador de energía de inyección para suministrar energía térmica al líquido para inyectar el mismo, un substrato de elementos (1) sobre el que está dispuesto dicho elemento (2) generador de calor y una trayectoria de flujo de líquido (10) formada por encima del substrato de elementos de forma correspondiente al elemento generador de calor (2). La trayectoria (10) de flujo de líquido se encuentra en comunicación de fluido con una cámara común de líquido (13) para suministrar el líquido a una serie de dichas trayectorias de flujo de líquido (10) que se encuentran en comunicación de fluido con una serie de las salidas de inyección (18). Recibe líquido de la cámara de líquido común (13) en una cantidad que equivale a la cantidad de líquido inyectada desde la salida de inyección.
Por encima del elemento de substratos en la trayectoria de flujo de líquido (10), un elemento móvil o una placa (31) en forma de voladizo o diente de peine de un material elástico, tal como metal, se dispone en oposición al elemento generador de calor (2). El extremo de soporte del elemento móvil está fijado a una base (34) (elemento de soporte) o similar dispuesta por modelado del material de resina fotosensible en la pared de la trayectoria de flujo de líquido (10) o el substrato de elementos. Mediante esta estructura, el elemento móvil queda soportado, y se constituye un fulcro (parte del fulcro).
Dado que el elemento móvil (31) de esta realización está constituido como los dientes de un peine, no solamente se puede formar de manera fácil y económica, sino que asimismo se puede alinear de manera fácil con respecto a la base o fundación (34).
El elemento móvil (31) está dispuesto de manera tal que tiene un fulcro (parte del fulcro que es el extremo fijo) (33) en el lado de más arriba con respecto al flujo general de líquido desde la cámara común de líquido (13) hacia la salida de inyección (18) a través del elemento móvil (31) provocado por la operación de inyección y tiene un extremo libre (parte del extremo libre) (32) en la parte de más abajo del fulcro (33). El elemento móvil (31) está dirigido hacia el elemento generador de calor (2) con un intersticio de 15 \mum aproximadamente, de manera que cubre el elemento generador de calor (2). Una zona de generación de burbujas queda constituida entre el elemento generador de calor y el elemento móvil. El tipo, configuración o posición del elemento generador de calor o el elemento móvil no están limitados a los que se han descrito, sino que se pueden cambiar siempre que se pueda controlar el crecimiento de la burbuja y la propagación de la presión.
La punta del extremo libre del elemento móvil (31) tiene una anchura específica, por lo tanto la potencia de la generación de burbujas se puede guiar más fácilmente hacia la salida de inyección (18). Con el objetivo de fácil comprensión del flujo de líquido que se describirá a continuación, la trayectoria (10) de flujo de líquido queda dividida por el elemento móvil (31) en una primera trayectoria de flujo de líquido (14), directamente en comunicación con la salida de inyección (18) y una segunda trayectoria de flujo de líquido (16) que tiene la región de generación de burbujas (11) y la abertura (12) de suministro de líquido.
Al provocar generación de calor del elemento generador de calor (2), el calor es aplicado al líquido en la región (11) de la generación de burbujas entre el elemento móvil (31) y el elemento generador de calor (2), por cuya razón se genera una burbuja por el fenómeno de ebullición laminar, tal como se da a conocer en la patente USA No. 4.723.129. La burbuja y la presión provocada por la generación de la burbuja actúan principalmente sobre el elemento móvil, de manera que el elemento móvil (31) se mueve o desplaza para la apertura completa hacia el lado de la salida de inyección alrededor del fulcro (33) tal como se ha mostrado en las figuras 22, (b) y (c) o en la figura 23. Por el desplazamiento del elemento móvil (31) o la situación que se produce después del desplazamiento, la propagación de la presión provocada por la generación de las burbujas y el crecimiento de las mismas, se dirige hacia la salida de inyección. Además, dado que la punta de la parte (32) del extremo libre tiene una anchura determinada, la potencia de la generación de la burbuja se puede guiar más fácilmente hacia la salida de inyección (18).
Otro ejemplo no comprendido en el ámbito de las reivindicaciones
A continuación, se describirá un ejemplo que no está comprendido dentro del ámbito de las reivindicaciones.
El principio de la inyección de líquido de este ejemplo es substancialmente el mismo que el descrito en las realizaciones anteriores. No obstante, en este ejemplo, la trayectoria de flujo de líquido se divide en dos partes más pequeñas, de manera que el líquido (líquido de generación de burbujas) al que se aplica calor para generar burbujas y el líquido (líquido de inyección) que es líquido primario a inyectar se puedan separar entre sí.
Las figuras 24, (a y c) son secciones longitudinales esquemáticas del cabezal de inyección de líquido en este ejemplo, siendo la figura 24 (b) la sección en la línea A-A en (a), y la figura 24, (d) la sección transversal B-B en (c).
En el caso del cabezal de inyección de líquido de este ejemplo, una segunda trayectoria (16) para el flujo de líquido para la generación de burbujas se encuentra sobre el substrato de elementos (1) que comprende el elemento (2) de generación de calor que genera energía térmica para generar una burbuja en el líquido, y en la segunda trayectoria (16) de flujo de líquido se dispone una primera trayectoria (14) de flujo de líquido para la inyección de líquido. La primera trayectoria de flujo de líquido conduce directamente a la salida de inyección (18). El lado de más arriba de la primera trayectoria (14) de flujo de líquido está conectado a la primera cámara de líquido común (15) que suministra una serie de primeras trayectorias de flujo de líquido con líquido de inyección, y el lado de más arriba de la segunda trayectoria de líquido está conectado a la segunda cámara de líquido común (17) que suministra una serie de segundas trayectorias de flujo de líquido con el líquido de generación de burbujas.
Se debe observar en este caso que cuando el líquido de generación de burbujas y el líquido de inyección son idénticos, se puede compartir una única cámara de líquido por ambas trayectorias de flujo de líquido.
Entre la primera y segunda trayectorias de flujo de líquido se dispone una pared de separación (30) que está formada a base de un material elástico, tal como un metal, y separa la cámara común de líquido (15) para la primera trayectoria de flujo de líquido con respecto a la cámara de líquido común (17) para la segunda trayectoria de flujo de líquido. Cuando se desea que el líquido de generación de burbujas y el líquido de inyección se mezclen entre sí en el menor grado posible, la primera trayectoria (14) de líquido y la segunda trayectoria (16) de flujo de líquido se deben separar lo más completamente posible para impedir el flujo de líquido entre las dos trayectorias de flujo de líquido. No obstante, cuando un cierto grado de mezcla entre el líquido de generación de burbujas y el líquido de inyección no crea problemas, es innecesario proporcionar a la pared de separación la capacidad para separar por completo las dos trayectorias de flujo de líquido.
Una parte de la pared de separación que se encuentra en el espacio directamente situado por encima de la superficie superior del elemento generador de calor (indicado a continuación, región generadora de presión de inyección, es decir, la región generadora de burbujas (11) constituida de la región A y la región B de la figura 24), está conformada igual que el lado del dentado de un peine, constituyendo cada pieza alargada el elemento móvil (31) cuyo extremo libre se encuentra en el lado de salida de inyección (lado de más abajo de flujo de líquido), y cuyo punto de soporte (31) se encuentra en la cámara de líquido común ((15), (17)). En otras palabras, cada elemento móvil (31) se extiende en forma de voladizo desde el punto de soporte (31) hacia la salida de inyección. Dado que a la superficie inferior o de fondo del elemento móvil (31) está dirigida a la región generadora de burbujas 11(B), el elemento móvil (31) queda abierto hacia el interior de la primera trayectoria de flujo de líquido desde el lado de salida de inyección por generación de burbujas en el líquido destinado a la generación de las mismas. Asimismo, dado que el extremo o punta de la parte libre tiene una anchura específica, la potencia de generación de burbujas se puede guiar fácilmente hacia la salida de inyección. Cuando el elemento móvil (31) se encuentra en la situación mostrada en la figura 24, (a), el flujo de líquido entre la primera y segunda trayectorias de líquido queda dificultado al máximo.
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La relación de posición entre el extremo libre (32) y el punto de soporte (33) del elemento móvil (31), y el elemento generador de calor es igual que la que se ha descrito en el ejemplo precedente.
Asimismo, la relación estructural entre la segunda trayectoria de flujo de líquido (16) y el elemento generador de calor (2) de este ejemplo, es la misma que la relación estructural entre la trayectoria de suministro de líquido (12) y el elemento generador de calor (2) que se ha descrito en la realización y ejemplo anteriores.
A continuación, se describirá el funcionamiento del cabezal de inyección de líquido de este ejemplo, con referencia a la figura 24.
En este ejemplo, el líquido de inyección suministrado a la primera trayectoria de flujo de líquido (14) y el líquido de generación de burbujas suministrado a la segunda trayectoria de flujo de líquido (16), son tintas en base a agua y son idénticas.
Al ser activado el elemento generador de calor (2), se genera calor. Este calor produce un fenómeno de ebullición laminar, tal como se da a conocer en la patente U.S.A. Nº 4.723.129, en el líquido de generación de burbujas situado dentro de la región de generación de burbujas de la segunda trayectoria de flujo de líquido, generando una burbuja (40). Hasta este punto, el funcionamiento es el mismo que el descrito en el anterior ejemplo y realización.
No obstante, en este ejemplo, la trayectoria de escape para la presión de generación de burbujas queda bloqueada en las tres direcciones, excepto para la dirección ascendente de la región generadora de burbujas. Por lo tanto, la presión producida por la generación de burbujas se concentra en el elemento móvil (31) dispuesto en oposición a la región generadora de presión de inyección, desplazando de forma pivotante el elemento móvil (31) hacia adentro de la primera trayectoria de flujo de líquido, empezando desde la posición mostrada en la figura 24, (a) a la posición mostrada en la figura 24, (b) al crecer la burbuja. Este desplazamiento pivotante del elemento móvil (31) crea una trayectoria grande entre la primera y segunda trayectorias de flujo de líquido (14) y (16), permitiendo que la presión producida por la generación de burbujas se propague hacia la salida de inyección de la primera trayectoria de flujo de líquido (14) (en la dirección de la flecha (A)). Dado que la punta del extremo libre del elemento móvil (31) tiene una anchura específica, la potencia de generación de burbujas se puede guiar, de manera más efectiva, hacia la salida de inyección (18). Con esta propagación de presión y el desplazamiento mecánico antes mencionado del elemento móvil (31), el líquido es inyectado de manera deseable desde la salida de inyección.
A continuación, al contraerse la burbuja, el elemento móvil (31) vuelve a la posición mostrada en la figura 24, (a). Al mismo tiempo, el líquido de inyección es suministrado a la primera trayectoria de flujo de líquido (14) desde el lado de más arriba, siendo correspondiente la cantidad a la cantidad de líquido de inyección que se ha inyectado. También, en este ejemplo, dado que el líquido de inyección ha sido suministrado en la dirección acorde con la dirección de cierre del elemento móvil (31), no hay interferencia para el rellenado del líquido de inyección por el elemento móvil (31).
En términos de propagación de la presión que tiene lugar al desplazarse de forma pivotante el elemento móvil (31), el control de la dirección de crecimiento de la burbuja, la prevención de una onda de contrapresión, las operaciones y efectos de la parte esencial del cabezal de inyección de líquido de este ejemplo, son iguales que los descritos en el ejemplo de realización anteriores, pero el cabezal de inyección de líquido de este ejemplo, que utiliza una estructura con dos trayectorias de flujo de líquido, tiene la ventaja siguiente, además de las ya descritas.
A saber, de acuerdo con la estructura descrita en este ejemplo, el líquido utilizado como líquido de inyección puede ser distinto del líquido utilizado como líquido generador de burbujas. En otras palabras, el líquido de inyección puede ser inyectado por el efecto de la presión de una burbuja generada en el líquido generador de burbujas distinto del líquido de inyección. Por lo tanto, un líquido de alta viscosidad, tal como polietilenglicol, que es difícil de inyectar debido al hecho de que, en un líquido de alta viscosidad, la aplicación de calor no provoca una generación de burbujas suficientemente intensa para generar presión suficiente para la inyección de líquido, se puede inyectar de forma deseable por llenado del líquido de alta viscosidad en la primera trayectoria de flujo de líquido y, llenando la segunda trayectoria de flujo de líquido con el líquido de generación de burbujas, por ejemplo, líquido en el que se pueden generar, de manera deseable, burbujas o líquido con un punto de ebullición bajo, de manera más específica, una mezcla de etanol y agua (etanol:agua = 4:6; viscosidad: 1-2 cP).
Además, al escoger como líquido de generación de burbujas un líquido que no deja depósitos quemados o similares sobre la superficie del elemento generador de calor, incluso sometido al calor, estabiliza la generación de burbujas, haciendo posible conseguir la inyección deseada.
Además, el cabezal de inyección de líquido de este ejemplo, que utiliza la estructura de cabezal, de acuerdo con la presente invención, presenta no solamente la ventaja descrita en esta realización, sino también las ventajas descritas en la realización y ejemplo anteriores y, por lo tanto, puede inyectar el líquido de alta viscosidad o similar con una eficacia de inyección y fuerza de inyección adicionales.
Además, se puede inyectar un líquido inferior en resistencia al calor con elevada eficacia de inyección y elevada fuerza de inyección, tal como se ha descrito anteriormente, sin provocar averías térmicas en el líquido, simplemente por llenado de la primera trayectoria de flujo de líquido con el líquido mencionado, y la segunda trayectoria de flujo de líquido con un líquido tal que no se desnaturaliza térmicamente y que es capaz de generar burbujas de manera satisfactoria.
Relación de posición entre la segunda trayectoria de flujo de líquido y el elemento móvil
La figura 25 es una ilustración de la relación de posición entre el elemento móvil (31) antes descrito y la segunda trayectoria de flujo de líquido (16), y (a) es una vista de la posición del elemento móvil (31) de la pared separadora (30) en una vista superior, y (b) es una vista de la segunda trayectoria de flujo de líquido (16) vista desde arriba sin el tabique separador (30). La figura 14, (c) es una vista esquemática de la relación de posición entre el elemento móvil (31) y la segunda trayectoria de flujo de líquido (16) de manera que los elementos están superpuestos. En estos dibujos, la parte baja es una vista frontal que contiene las salidas de inyección.
La segunda trayectoria de flujo de líquido (16) de esta realización tiene una garganta (19) en el lado de arriba del elemento generador de calor (2) con respecto al flujo general de líquido desde la segunda cámara de líquido común hacia la salida de inyección, pasando por la posición del elemento generador de calor y la posición del elemento móvil a lo largo de la primera trayectoria de flujo, a efectos de proporcionar una cámara (cámara de generación de burbujas) eficaz para suprimir un escape fácil hacia el lado de más arriba de la presión producida en la generación de burbujas, en la segunda trayectoria de flujo de líquido (16).
En el caso del cabezal convencional, en el que la trayectoria de flujo en la que tiene lugar la generación de burbujas y la trayectoria de flujo de la cual se inyecta líquido son la misma, se puede disponer una parte en forma de garganta para impedir el escape de la presión generada por el elemento generador de calor hacia la cámara de líquido. En este caso, el área en sección de la parte de la garganta no debe ser demasiado pequeña, en consideración del relleno suficiente de líquido.
No obstante, en el caso de este ejemplo, una parte importante o la mayor parte del líquido inyectado procede de la primera trayectoria de flujo de líquido y el líquido para generación de burbujas de la segunda trayectoria de flujo de líquido, que tiene el elemento generador de calor, no se consume en exceso, de manera que la cantidad de llenado del líquido generador de burbujas en la región (11) de generación de burbujas puede ser pequeña. Por lo tanto, el intersticio en la parte de la garganta (19) se puede hacer muy pequeño, por ejemplo, del orden de varios \mum hasta unas decenas de \mum, de manera que el escape de la presión producida en la segunda trayectoria de flujo de líquido se puede suprimir adicionalmente para concentrarla al lado del elemento móvil. La presión puede ser utilizada como presión de inyección con intermedio del elemento móvil (31) y, por lo tanto, se puede conseguir una elevada eficacia en la utilización de la energía de inyección y elevada presión de inyección. La configuración de la segunda trayectoria de flujo de líquido (16) no está limitada a la que se ha descrito, sino que puede ser cualquiera, si la presión producida por la generación de burbujas se transmite efectivamente al lado del elemento móvil.
Tal como se ha mostrado en la figura 25, (c), las caras laterales del elemento móvil (31) cubren partes respectivas de las paredes que constituyen una parte de la segunda trayectoria de flujo de líquido, de manera que se impide la caída del elemento móvil (31) en la segunda trayectoria de flujo de líquido. Al proceder de este modo, la separación antes descrita entre el líquido de inyección y el líquido de generación de burbujas, se asegura de manera adicional. Además, se puede suprimir el escape de la burbuja a través de la ranura, de manera que se incrementa adicionalmente la presión de inyección y la eficacia de la misma. Además, el efecto antes descrito de relleno desde el lado de más arriba por la presión producida por el colapso de la burbuja se puede aumentar adicionalmente.
En la figura 24, (b), con el desplazamiento pivotante del elemento móvil (6) hacia adentro de la primera trayectoria de flujo de líquido (14), una parte de la burbuja generada en la zona de generación de burbujas de la segunda trayectoria de flujo de líquido (4) se extiende hacia adentro del lado que corresponde a la primera trayectoria de flujo de líquido (14). Al proporcionar a la segunda trayectoria de flujo de líquido una altura que permite dicha extensión de la burbuja, la fuerza de inyección se mejora adicionalmente en comparación con el caso en que no existe dicha extensión de la burbuja. Para conseguir dicha extensión de burbuja hacia adentro de la primera trayectoria de flujo de líquido (14), la altura de la segunda trayectoria de flujo de líquido (16) es, preferentemente, menor que la altura de la burbuja más grande, más particularmente, la altura varía, preferentemente, entre varias \mum-30 \mum, por ejemplo. En este ejemplo la altura es de 15 \mum.
Elemento móvil y tabique separador
La figura 26 muestra otro ejemplo del elemento móvil (31), en el que el numeral de referencia (35) indica una ranura formada en el tabique separador, y la ranura es eficaz para proporcionar el elemento móvil (31). El lado del fulcro (33) del elemento móvil es un elemento común, y el extremo libre frontal (32) está abierto (forma de peine), de manera que las primeras trayectorias de flujo de líquido y las segundas trayectorias de flujo de líquido se pueden disponer solamente por la placa superior con la ventaja de una gran tolerancia en la precisión de posicionado en la dirección de flujo de líquido.
En la realización anterior, el elemento móvil en forma de peine (31) y la pared separadora (30), que tiene el elemento móvil, están realizados en níquel con un grosor de 5 \mum, pero ello no queda limitado a este ejemplo, sino que puede ser cualquiera si tiene características antidisolventes con respecto al líquido de generación de burbujas y el líquido de inyección, y si la elasticidad es suficiente para permitir el funcionamiento del elemento móvil, y si se puede formar una ranura fina, tal como es necesario.
Se incluyen entre los ejemplos preferentes de materiales para el elemento móvil, materiales duraderos tales como metales, por ejemplo, plata, níquel, oro, hierro, titanio, aluminio, platino, tántalo, acero inoxidable, bronce fosforoso o similares, sus aleaciones o material de resinas que tengan grupos nitrilo tales como acrilonitrilo, butadieno, estireno o similares, materiales de resina que tienen grupos amida tales como poliamida o similares, materiales de resinas que tienen grupos carbóxido tales como policarbonato o similares, materiales de resina que tienen grupos aldehído tales como poliacetales o similares, materiales de resinas que tienen grupos sulfona, tales como polisulfonas, materiales de resinas tales como polímeros de cristal líquido o similares, o compuestos químicos de los mismos; o bien materiales que tienen duración contra las tintas, tales como metales, por ejemplo, oro, tungsteno, tántalo, níquel, acero inoxidable, titanio, sus aleaciones, materiales con recubrimiento de dichos metales, materiales de resinas que tienen grupos amida tales como poliamida, materiales de resinas que tienen grupos aldehído tales como poliacetales, materiales de resina que tienen grupos cetona tales como polieteretercetona, materiales de resinas que tienen grupos imida tales como poliimida, materiales de resinas que tienen grupos hidroxilos tales como resinas fenólicas, materiales de resinas que tienen grupos etilo tales como polietileno, materiales de resinas que tienen un grupo alquilo tales como polipropileno, materiales de resinas que tienen un grupo epoxi tal como un material de resina epoxi, materiales de resinas que tienen grupos amino tales como una resina melamínica, materiales de resinas que tienen grupos metilol tales como resinas de xileno, compuestos químicos de los mismos, materiales cerámicos tales como dióxido de silicio, o compuestos químicos de los mismos.
Se incluyen entre los ejemplos preferentes de tabiques separadores o de división los materiales de resinas que tienen una elevada resistencia al calor, elevadas características anti-disolventes y elevadas características de moldeo, más particularmente, materiales de resina plásticos técnicos modernos tales como polietileno, polipropileno, poliamida, polietilén tereftalato, resina de melamina, resina fenólica, resina epoxi, polibutadieno, poliuretano, polieteretercetona, polietersulfona, polialilato, poliimida, polisulfona, polímero de cristal líquido (LCP), o compuestos químicos de los mismos o metales tales como dióxido de silicio, nitruro de silicio, níquel, oro, acero inoxidable, aleaciones de los mismos, compuestos químicos de los mismos o materiales dotados de recubrimiento de titanio o de oro.
El grosor del tabique separador está determinado dependiendo del material utilizado y la configuración, desde el punto de vista de suficiente resistencia en cuanto a la pared, y suficiente operatividad del elemento móvil, siendo deseable, en general, 0,5 \mum-10 \mum aproximadamente.
Cuando se utilizan líquido para la generación de burbujas separado de líquido de inyección, tal como se ha descrito anteriormente, el elemento móvil funciona, en efecto, como elemento de separación. Cuando el elemento móvil se desplaza de acuerdo con la generación de burbujas, una pequeña cantidad del líquido de generación de burbujas se puede mezclar con el líquido de inyección. Habitualmente, el líquido de inyección para formación de una imagen, en el caso de impresión por chorros de tinta, contiene aproximadamente de 3% a 5% de material de color y, por lo tanto, si el contenido del líquido de generación de burbujas que ha escapado por fugas en el líquido de inyección no es superior al 20%, no tiene resultado cambio alguno de densidad significativo. Por lo tanto, la presente invención cubre el caso en el que la proporción de mezcla del líquido de generación de burbujas no es superior a 20%.
En la realización anterior, la mezcla del líquido de generación de burbujas es, como máximo, 15%, incluso si se cambia su viscosidad, y en el caso de un líquido de generación de burbujas que tenga una viscosidad no superior a 5cP, la proporción de mezcla es, como máximo, de 10% aproximadamente, si bien es distinta dependiendo de la frecuencia de activación.
La proporción del líquido de mezcla se puede reducir al reducir la viscosidad del líquido de inyección en una gama situada por debajo de 20 cP (0,02 Pa.s), por ejemplo, no superior a 5%.
Fabricación de un cabezal para la inyección de líquido
A continuación, se efectuará una descripción de las etapas mediante las cuales se puede fabricar un cabezal para la inyección de líquido, de acuerdo con una realización de la presente invención.
En el caso del cabezal para inyección líquido mostrado en la figura 23, la fundación o la base (34) para la formación del elemento móvil (31) sobre el elemento de sustrato (1) se consigue por modelado de una película seca o similar y el elemento móvil (31) es unido o soldado sobre la fundación o base (34). Después de ello, el elemento ranurado que tiene la serie de ranuras que constituyen las trayectorias de flujo de líquido (10), las salidas de inyección (18) y un rebaje, constituyendo la cámara de líquido común (13), es conectado al sustrato de elementos (1), de manera que las ranuras y los elementos móviles quedan alineados.
Dado que el elemento móvil tiene forma de peine, de manera que el lado del fulcro es integral y el extremo libre está abierto, de manera que se consiguen, solamente por la placa superior, las primeras trayectorias de flujo de líquido y las segundas trayectorias de flujo de líquido, se evita la complicada estructura de dos pasos.
Además, dado que el elemento móvil tiene forma de peine, la tolerancia en la exactitud del posicionado se hace más fácil, en cuanto a la dirección de la trayectoria de flujo de líquido. La forma de peine puede ser conseguida formando ranuras por mecanización por rayos láser o por corte de una chapa. En este caso, tal como se ha mostrado en la figura 27(a), si la exactitud del posicionado no es suficientemente elevada, una parte excesiva del extremo frontal libre del elemento móvil puede quedar dirigida a la zona de generación de burbuja, con el resultado de una disminución de la eficacia de la inyección. No obstante, el extremo libre del elemento móvil se encuentra abierto de manera que la eficacia de la inyección es elevada incluso en el caso de que la exactitud de posicionado sea relativamente escasa en la dirección de la trayectoria de flujo de líquido, tal como se ha mostrado en la figura 27(b). Además, dado que no es necesaria una parte frontal extrema excesiva (lado de salida de inyección), el extremo libre se puede disponer más próximo al lado de salida de inyección, tal como se ha mostrado en la figura 27(c), de manera que se aumenta la extensión en el diseño con respecto a la longitud de la tobera.
Las figuras 28-35 son dibujos esquemáticos de los cabezales de inyección de líquido en diferentes realizaciones de la presente invención.
La figura 28 es una vista esquemática en perspectiva del cabezal de inyección de líquido de la segunda realización de la presente invención, mostrando un tabique separador que incluye una serie de elementos pivotantes móviles y un elemento ranurado con una serie de ranuras que están destinadas a ser trayectorias de flujo de líquido, cada una de las cuales corresponde a uno de la serie de elementos desplazables de forma pivotante.
En la figura 28, el numeral de referencia (50) indica un elemento ranurado (placa superior) con una serie de ranuras (partes rebajadas) que deben resultar en una serie de trayectorias de flujo de líquido, conduciendo, cada una de ellas, a su propia salida de inyección y, designando un numeral de referencia (30) un tabique separador, uno de cuyos bordes constituye una serie de elementos móviles con pivotamiento (31), que hacen la pared de separación similar a un peine. El elemento ranurado (50) está constituido por dos partes: una parte gruesa (50a) en el lado de más abajo y una parte delgada (50b) en lado de más arriba. La superficie vertical del extremo de más arriba, con respecto a la dirección de flujo de líquido, de la parte más gruesa (50a), es decir, el plano vertical que divide la parte de más abajo más gruesa (50a) y la parte de más arriba más delgada (50b), sirve como referencia de posicionado (54) de contacto con la cual el tabique separador (30) se coloca en contacto para su alineación con la placa superior (50) en la dirección indicada por la flecha (Y). La serie de ranuras para formar la serie de trayectorias de flujo de líquido (14) se extiende sustancialmente en paralelo en la dirección perpendicular a la referencia de posicionado frontal de contacto (54). La sección transversal de cada trayectoria de flujo de líquido (14) adopta forma de un trapezoide isósceles invertido que se estrecha hacia el fondo o parte baja y queda separado con respecto a los adyacentes por las paredes o tabiques (14a) de la trayectoria de flujo de líquido, cuya sección transversal adopta la forma de un trapecio isósceles. Además, se dispone el elemento ranurado (50) con una referencia de posicionado lateral de tipo contacto (55), con la que el tabique separador (30) queda situado en contacto de alineación con el elemento ranurado (50) en la dirección marcada por la flecha (X). La referencia de posicionado lateral de tipo contacto (55) está dispuesta perpendicularmente desde la superficie superior de la parte posterior más delgada (50b) del elemento ranurado (50) en el borde lateral.
El lado de más abajo del tabique separador (30) forma la serie de elementos móviles con pivotamiento (31), que se parecen al lado de los dientes de un peine y, al estar alineado el tabique separador (30) con el elemento ranurado (50), cada uno de los elementos móviles con pivotamiento (31) se opone a la correspondiente trayectoria de flujo de líquido (14).
El cabezal de inyección de líquido, de acuerdo con la presente invención, está fabricado por combinación del elemento ranurado (50) y el tabique separador (30), que están realizados, tal como se ha descrito anteriormente, de la forma siguiente. En primer lugar, el tabique separador (30) se debe alinear con el elemento ranurado (50). Esto se consigue por vibración del elemento ranurado (50) con utilización de medios vibradores tales como un vibrador, después de colocar el tabique separador (30) sobre el elemento ranurado (50) de manera tal que cada uno de los elementos móviles (30) está dispuesto en la correspondiente trayectoria de flujo de líquido (14) (ranura) o sobre el tabique (14a) de la trayectoria de flujo de líquido adyacente a las correspondientes trayectorias de flujo de líquido (14) (ranuras). De manera más específica, en primer lugar, el elemento ranurado (50) es librado para provocar que los elementos móviles (31) del tabique de separación (30) se depositen en las correspondientes trayectorias de flujo de líquido (14) (ranuras) del elemento ranurado (50). A continuación, el elemento ranurado (50) es inclinado, de manera que el lado de más arriba, con respecto a la dirección de líquido, de la pared (14a) de la trayectoria de flujo de líquido se levanta y, a continuación, el elemento ranurado (50) es sometido a vibración nuevamente para colocar el tabique separador (30) en contacto con la referencia de posicionado frontal de tipo contacto (54) y la referencia de posicionado lateral de tipo contacto (55). De este modo, el tabique separador (30) y el elemento ranurado (50) son posicionados de manera precisa o montados uno con respecto a otro. En este punto, la pared de separación (30) se puede fijar en el elemento ranurado (50). La fijación de los dos componentes entre sí, hace más fáciles las siguientes etapas de montaje.
De acuerdo con este método, cada uno de los elementos móviles (31) es montado en la ranura correspondiente que tiene que pasar a ser la trayectoria de flujo de líquido (14) y, por lo tanto, hay pocas posibilidades de que los elementos móviles (31) sufran averías mientras el elemento ranurado (50) es alineado con el sustrato de elementos.
La figura 30 es un dibujo esquemático que muestra otro método según el cual se puede fabricar un cabezal de inyección, de acuerdo con la presente invención.
En el método de fabricación anterior, el elemento ranurado (50) era sometido al vibrado para el posicionado apropiado de la pared o tabique separador (30) con respecto al elemento ranurado (50). No obstante, se describirá otro método según el cual la pared de separación (30) es levantada por aire comprimido, de manera que el tabique o pared separador (30) desciende sobre el elemento ranurado (50) en alineación con el elemento ranurado (50) por su propio peso.
De manera más específica, el tabique separador (30) es colocado en primer lugar sobre el elemento ranurado (50) de manera tal, que cada uno de los elementos móviles (31) de la pared de separación (30) queda dispuesto sobre la pared (14a) de la trayectoria de flujo de líquido adyacente a la correspondiente trayectoria de flujo de líquido (14) (ranura) y, a continuación, el elemento ranurado (50) es obligado a bascular, de forma que el lado de más arriba, con respecto a la dirección de flujo de líquido de la pared (14a) de la trayectoria de flujo de líquido, es levantado, tal como se describe en el método anterior. A continuación, la pared separadora (30) se levanta, con ayuda de aire comprimido, permitiendo que dicha pared separadora (30) se posicione de manera precisa por su propio peso en alineación con el elemento ranurado (50), con los elementos móviles (31) del tabique separador (30) acoplados en las ranuras correspondientes del elemento ranurado (50), que tienen que pasar a formar las trayectorias (14) de flujo de líquido.
La figura 31 es un dibujo esquemático en perspectiva que muestra este método, en el que se envía aire comprimido mediante la abertura de suministro de líquido (20) del elemento ranurado (50).
Al enviar aire comprimido a través de la abertura de suministro de líquido (20), tal como se ha descrito, el tabique separador (30) se puede hacer que se desplace de la manera deseada y, por lo tanto, la separación (30) y el elemento ranurado (50) se pueden posicionar, de manera precisa, uno con respecto a otro con facilidad.
Las figuras 32 y 33 muestran las referencias de posicionado frontal de tipo contacto (54a) y (54b), respectivamente, de las que queda dotado el elemento ranurado (50). La figura 32 muestra una disposición en la que el elemento ranurado (50) es galgado en dos zonas, que constituyen la parte de pared dirigida lateralmente hacia afuera, de la trayectoria de flujo de líquido lateralmente más externa, de manera que solamente la superficie vertical (54a) dirigida hacia atrás de la pared (14a) de la trayectoria de flujo de líquido puede servir como referencia de posicionado frontal de tipo de contacto, mientras que la figura 33 muestra otra disposición en la que solamente la superficie vertical dirigida hacia atrás (54b) de la parte de pared dirigida lateralmente hacia afuera de la trayectoria de flujo de líquido más externa lateralmente, puede servir como referencia de posicionado frontal de tipo contacto. En cualquiera de los casos, el tabique separador (30) y el elemento ranurado (50) se pueden posicionar, de manera adecuada, uno con respecto a otro con facilidad. No obstante, la estructura mostrada en la figura 33 permite que el líquido sea suministrado a través de un intersticio relativamente grande formado entre el tabique separador (30) y la superficie dirigida hacia atrás del tabique (14a) de la trayectoria de flujo de líquido, mejorando de esta manera la velocidad de relleno para el cabezal de inyección de líquido.
La figura 34 es un dibujo esquemático que muestra otro método adicional, en el que un cabezal de inyección de líquido, de acuerdo con la presente invención, puede ser fabricado.
También, en este método, la parte (54c) del lado de más arriba del tabique (14a) de la trayectoria de flujo de líquido del elemento ranurado (50) se utiliza como referencia de posicionado frontal de tipo contacto. No obstante, en este método, la parte (54c) del lado de más arriba es modificada para proporcionarle una sección horizontal semicircular, y la parte de contacto (54d), es decir, la parte de la base del elemento móvil (31) comparable a un diente de un peine, que queda situada en contacto con la referencia de posicionado frontal de tipo contacto (54c), se modifica para conseguir la sección horizontal en forma de V, de manera que la pared de separación (30) y el elemento ranurado (50) se pueden alinear en dos direcciones en una etapa única. De manera específica, tal como se ha mostrado, la pared de separación (30) queda situada, en primer lugar, sobre el elemento ranurado (50), de manera tal que el elemento móvil (31) del tabique separador (30), que se parece a un diente de peine, queda acoplado dentro de la ranura del elemento ranurado (50) que pasará a ser la trayectoria de flujo de líquido (14). A continuación, la referencia (54d) de posicionado frontal de tipo contacto en forma de V del tabique separador (30), situada entre los elementos móviles adyacentes (31) de la pared separadora (30), es colocada en contacto con la parte de referencia (54c) de posicionado frontal de tipo contacto de la pared (14a) de la trayectoria de flujo de líquido del elemento ranurado (50), poseyendo una sección horizontal semicircular. Como resultado de ello, el tabique de separación (30) y el elemento ranurado (50) quedan posicionados de forma deseable entre sí. En este posicionado, la referencia (54c) de posicionado de tipo contacto de la pared (14a) de la trayectoria de flujo de líquido del elemento ranurado (50) tiene una sección horizontal semi-circular, mientras que la parte (54d) de referencia de posicionado de tipo contacto de la pared separadora (30), situada entre dos elementos adyacentes móviles (31) del tabique separador (30), tiene sección horizontal en forma de V y, por lo tanto, al quedar ambos situados en contacto entre sí, el tabique separador (30) y el elemento ranurado (50) quedan alineados con exactitud en dos direcciones, es decir, la dirección lateral y la dirección delante-detrás, a través de un escalón único.
La figura 35 es un dibujo en perspectiva esquemático que muestra otro método adicional en el que se puede fabricar un cabezal para la inyección de líquido, de acuerdo con la presente invención.
En este método, el elemento ranurado (50) queda dotado de un par de pivotes de referencia (7) de tipo de contacto, y el tabique separador (30) queda dotado de un par de ventanas de referencia alargadas de tipo contacto (8), que corresponden a los pivotes o clavijas de referencia (7), de manera que el tabique de separación (30) se puede alinear con el elemento ranurado (50) con utilización del pivote de referencia (7) y de la ventana de referencia (8).
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En primer lugar, el tabique separador (30) queda situado sobre el elemento ranurado (50) de manera tal, que cada uno de los elementos móviles (31) del tabique separador (30), comparables a dientes de un peine, queda montado en la ranura correspondiente del elemento ranurado (50), que pasará a ser la trayectoria de flujo de líquido (14). Sustancialmente al mismo tiempo, la clavija de referencia de tipo contacto (7) del elemento ranurado (50) es insertada en la ventana de referencia tipo contacto (8) del tabique separador (30). A continuación, el borde de la ventana de referencia de tipo contacto (8) es colocada en contacto con la clavija de referencia de tipo contacto (7) del elemento ranurado (50), posicionando de manera deseable el tabique separador (30) con respecto al elemento ranurado (50).
Tal como se ha descrito en lo anterior, un cabezal para la inyección de líquido utiliza un elemento móvil de forma pivotante para inyectar líquido. Asimismo, a efectos de alinear con exactitud una pared de separación con respecto a un sustrato de elemento con el que efectúa su unión, todo lo que se requiere es colocar la referencia de posicionado de tipo contacto del tabique separador en contacto con la referencia de posicionado de tipo contacto del sustrato de elementos y, por lo tanto, se puede conseguir un posicionado preciso con la utilización de un aparato de pequeñas dimensiones, simple y económico. Además, el líquido adyacente a una salida de inyección, se puede inyectar de manera efectiva debido al efecto de sinergia que se obtiene del crecimiento de la burbuja y del movimiento pivotante de un elemento móvil provocado por el crecimiento de la burbuja y, por lo tanto, se mejora el rendimiento de la inyección.
Otras realizaciones
En lo anterior, se han descrito las partes principales del cabezal de inyección de líquido y del método de inyección de líquido, de acuerdo con diferentes realizaciones de la invención. A continuación, se realizará la descripción de otras realizaciones detalladas que se pueden utilizar con las realizaciones antes mencionadas. Los ejemplos siguientes son utilizables con el tipo de trayectoria de flujo única y del tipo de dos trayectorias de flujo sin indicación específica.
Haciendo referencia a la figura 14, se describirá el funcionamiento del cabezal de inyección de líquido, según esta realización.
En este caso, el líquido de generación de burbuja es suministrado a la segunda trayectoria (16) de flujo de líquido y el líquido de inyección suministrado a la primera trayectoria de flujo de líquido (14) han sido ambos una tinta de tipo agua.
Por el calor generado por el elemento generador de calor (2), el líquido de generación de burbujas en la zona de generación de burbujas de la segunda trayectoria de flujo de líquido genera una burbuja (40), por el fenómeno de ebullición laminar, tal como se ha descrito anteriormente.
En esta realización, la presión de generación de burbuja no se libera en las tres direcciones excepto en lo que respecta al lado de más arriba en la zona de generación de burbujas, de manera que la presión producida por la generación de burbujas se propaga de manera concentrada sobre el lado del elemento móvil (6) en la parte de generación de presión de inyección, por lo cual, el elemento móvil (6) es desplazado desde la posición indicada en la figura 14, (a) hacia el lado de la primera trayectoria de flujo de líquido, tal como se ha indicado en la figura 14, (b) con el crecimiento de la burbuja.
De manera similar a la realización anterior, cuando el elemento móvil (31) es desplazado como resultado de la generación de la burbuja y el elemento móvil (31) recibe la acción de la resistencia a la dirección opuesta a la de desplazamiento, pero la resistencia es suficientemente pequeña en comparación con el caso en el que el fulcro del elemento móvil (31) se encuentra en la primera trayectoria de flujo de líquido (14) como en la figura 14 (c). Además, las características de rellenado son satisfactorias, de manera que se puede inyectar líquido de alta viscosidad.
Por el funcionamiento del elemento móvil, la primera trayectoria de flujo de líquido (14) y la segunda trayectoria de flujo de líquido (16) se encuentran en amplia comunicación de líquido entre sí, y la presión producida por la generación de la burbuja se propaga principalmente hacia la salida de inyección en la primera trayectoria de flujo de líquido (dirección A). Por la propagación de la presión y el desplazamiento mecánico del elemento móvil, el líquido es inyectado por la salida de inyección.
A continuación, al producirse la contracción de la burbuja, el elemento móvil (31) vuelve a la posición indicada en la figura 17, (a), y de manera correspondiente, la magnitud del líquido que corresponde al líquido de inyección es suministrada desde la parte superior de la primera trayectoria de flujo de líquido (14). En esta realización, la dirección de suministro de líquido es codireccional con el cierre del elemento móvil igual que en las realizaciones anteriores, de manera que el rellenado de líquido no queda dificultado por el elemento móvil.
Elemento móvil y tabique separador
La figura 15 muestra otro ejemplo del elemento móvil (31), en el que el numeral de referencia (35) indica una ranura constituida en el tabique separador y la ranura es eficaz para proporcionar el elemento móvil (31). En la figura, (a), el elemento móvil tiene configuración rectangular y en (b), es más estrecho en el lado del fulcro para permitir una mayor movilidad del elemento móvil, y en (c) tiene un lado del fulcro más ancho para posibilitar la duración del elemento móvil. La configuración más estrecha y arqueada en el lado del fulcro es deseable, tal como se ha mostrado en la figura 20, (a), puesto que se satisface tanto la facilidad de movimiento como la duración. No obstante, la configuración del elemento móvil no queda limitada a la que se ha descrito anteriormente, sino que puede ser de cualquier tipo, si no entra en el lado de la segunda trayectoria de flujo de líquido, y el movimiento es fácil con una notable duración.
En las realizaciones anteriores, la placa o elemento laminar móvil (31) y el tabique separador (5), que tiene este elemento móvil, están realizados a base de níquel con un espesor de 5 \mum, pero ello no es limitativo para este ejemplo, sino que puede ser material si tiene características anti-disolvente contra el líquido de generación de burbujas y líquido de inyección, y si la elasticidad es suficiente para permitir el funcionamiento del elemento móvil y si se puede formar la ranura suficientemente fina.
El grosor del tabique separador se determina dependiendo del material utilizado y de la configuración desde el punto de vista de suficiente resistencia del tabique y suficiente operatividad como elemento móvil y, en general, es deseable aproximadamente 0,5 \mum-10 \mum.
La anchura de la ranura (35) para conseguir el elemento móvil (31) es de 2 \mum en las realizaciones. Cuando el líquido de generación de burbujas y el líquido de inyección son distintos y se tiene que evitar mezcla de los líquidos, el intersticio se determina para constituir un menisco entre los líquidos, evitando de esta manera su mezcla. Por ejemplo, cuando el líquido de generación de burbujas tiene la viscosidad aproximada de 2 cP (0,002 Pa.s), y el líquido de inyección tiene una viscosidad no inferior a 100 cP (0,1 Pa.s), 5 \mum aproximadamente. Es deseable una ranura suficiente para evitar la mezcla de líquidos, pero no superior a 3 \mum.
En esta invención, el elemento móvil tiene un grosor del orden de \mum de modo preferente, y un elemento móvil que tiene un grosor del orden de cm no se utiliza en casos habituales. Cuando el elemento móvil que tiene grosor del orden de micras, y una anchura de ranura también del orden de micras, se tiene que tener un cierto grado de consideración en las variaciones de fabricación.
Cuando el grosor del elemento opuesto al borde libre y/o lateral del elemento móvil formado por la ranura es equivalente al grosor del elemento móvil (figuras 13, 14 o similares), la relación entre la anchura de la ranura y el grosor es, preferentemente, el siguiente en consideración de la variación de la fabricación para suprimir de manera estable la mezcla de líquidos entre el líquido de generación de burbujas y el líquido de inyección. Cuando el líquido de generación de burbujas tiene una viscosidad no superior a 3 cP (0,003 Pa.s), y se utiliza una tinta muy viscosa (5 cP (0,005 Pa.s), 10 cP (0,01 Pa.s) o similar) como líquido de inyección, la mezcla de los 2 líquidos se puede suprimir durante largo tiempo si se cumple W/t \leq 1.
La ranura que proporciona el "sellado sustancial" tiene, preferentemente, una anchura de varias micras, puesto que, de este modo, se asegura la prevención de la mezcla de líquidos.
Cuando el líquido de generación de burbujas y el líquido de inyección son utilizados para las respectivas funciones, el elemento móvil funciona como elemento de separación de manera efectiva. Cuando el elemento móvil se desplaza debido a la generación de la burbuja, una pequeña cantidad del líquido de generación de burbuja se puede mezclar con el líquido de inyección. Dado que el líquido de inyección para la formación de una imagen contiene usualmente y de modo aproximado, de 3% a 5% de agente de color, no tiene lugar ningún cambio significativo de densidad aunque el contenido del líquido de generación de burbujas en la gotita inyectada sea superior a 20%. Este caso se encuentra, por lo tanto, dentro del ámbito de la presente invención.
En las realizaciones anteriormente indicadas, la proporción de mezcla máxima del líquido de generación de burbujas era del 15% cuando se utilizan varias viscosidades. Con el líquido de generación de burbujas con una viscosidad no superior a 5 cP (0,005 Pa.s), la proporción de mezcla es, aproximadamente, de 10%, como máximo, si bien es diferente si la frecuencia de activación es también distinta.
La mezcla de líquido se puede reducir también al reducir la viscosidad del líquido de inyección a un valor por debajo de 20 cP (0,02 Pa.s), por ejemplo, no superior a 5%.
La siguiente descripción hará referencia a la relación de posición entre el elemento generador de calor y el elemento móvil de este cabezal. La configuración, dimensión y número de los elementos móviles y el elemento de generación de calor no están limitados al ejemplo siguiente. Mediante una disposición óptima del elemento generador de calor y del elemento móvil, la presión sobre la generación de burbujas por el elemento generador de calor se puede utilizar efectivamente como presión de inyección.
En un método de impresión por chorros de burbujas convencional, se aplica energía, por ejemplo, energía calorífica a la tinta para generar un cambio de volumen instantáneo (generación de burbujas) en la tinta, de manera que la tinta es inyectada a través de las aberturas de inyección sobre un material de soporte para realizar la impresión. En este caso, el área del elemento generador de calor y la cantidad de tinta a inyectar son proporcionales entre sí. No obstante, existe una zona (S) en la que no se generan burbujas que no contribuye a la inyección de la tinta. Este hecho se confirma por la observación de los depósitos quemados sobre el elemento generador de calor, es decir, que el área de ausencia de generación de burbujas (S) se extiende en el área marginal del elemento generador de calor. Se debe comprender que una anchura marginal de aproximadamente 4 \mum no contribuye a la generación de burbujas.
\newpage
A efectos de utilizar de manera efectiva la presión de generación de burbujas, es preferible que la gama de movimiento del elemento móvil cubra la zona efectiva de generación de burbujas del elemento generador de calor, es decir, el área interna más allá del margen, aproximadamente de 4 \mum de anchura. En esta realización, la zona efectiva de generación de burbujas tiene aproximadamente 4 \mum, pero esto es distinto si son, asimismo, distintos el elemento generador de calor y el método de formación.
Sustrato de elementos
Se realizará la descripción de la estructura del sustrato de elementos dotado del elemento generador de calor para calentamiento del líquido.
La figura 17 es una sección longitudinal del cabezal de inyección de líquidos, según una realización de la presente invención.
En el sustrato de elementos (1), está montado un elemento ranurado (50), poseyendo el elemento (50) segundas trayectorias (16) para flujos de líquido, tabiques de separación (30), primeras trayectorias de flujo de líquido (14) y ranuras para constituir la primera trayectoria de flujo de líquido.
El sustrato de elementos (1) tiene, tal como se ha mostrado en la figura 17, un electrodo con cableado (espesor de 0,2-1,0 \mum) de aluminio o similar y una capa de resistencia eléctrica (105), asimismo modelada (grosor de 0,01-0,2 \mum) de boruro de hafnio (HfB_{2}), nitruro de tántalo (TaN), tántalo y aluminio (TaAl) o similar, que constituye el elemento generador de calor sobre una película de óxido de silicio o una película (106) de nitruro de silicio para aislamiento y acumulación de calor que, a su vez, se encuentra sobre el sustrato (107) de silicio o similar. Se aplica un voltaje a la capa de resistencia (105) a través de los dos electrodos de cableado (104) para provocar el paso de la corriente eléctrica por la capa de resistencia para producir generación de calor. Entre el electrodo de cableado se ha dispuesto una capa de protección de óxido de silicio, nitruro de silicio, o similar con un grosor de 0,1-2,0 \mum sobre la capa de resistencia, y además se ha formado sobre aquella una capa anti-cavitación de tántalo o similar (grosor 0,1-0,6 \mum) para proteger la capa de resistencia (105) contra diferentes líquidos, tales como la tinta.
La presión y onda de choque generadas en la generación de burbuja y colapso de la misma son tan fuertes, que se deteriora la duración de la película de óxido que es relativamente frágil. Por lo tanto, se utiliza como capa anticavitación un material metálico tal como tántalo (Ta) o similar.
La capa de protección se puede omitir dependiendo de la combinación de líquido, trayectoria de flujo de líquido y material de la resistencia. Uno de dichos ejemplos es el que se muestra en la figura 17, (b). El material de la capa de resistencia, que no requiere capa de protección, comprende, por ejemplo, una aleación de iridio-tántalo-aluminio o similar.
Por lo tanto, la estructura del elemento generador de calor, en las realizaciones anteriores, puede incluir solamente la capa de resistencia (parte generadora de calor) o puede incluir la capa de protección para proteger la capa de resistencia.
En la realización, el elemento generador de calor tiene una parte generadora de calor que tiene la capa de resistencia que genera calor, como respuesta a la señal eléctrica. Esto no es limitativo y será suficiente si se crea, en el líquido de generación de burbujas, una burbuja suficiente para inyectar el líquido de inyección. Por ejemplo, la parte de generación de calor puede adoptar forma de un transductor fototérmico que genera calor al recibir luz, tal como láser, o del tipo que genera calor al recibir una onda de alta frecuencia.
Sobre el sustrato de elementos (1), también se pueden incorporar elementos funcionales tales como un transistor, un diodo, un elemento de enclavamiento, un registro de desplazamiento y otros para la activación selectiva del elemento transductor electrotérmico, además de la capa de resistencia (105) que constituye la parte generadora de calor y del transductor electrotérmico constituido por el electrodo con cableado (104) para suministrar la señal eléctrica a la capa de resistencia.
A efectos de inyectar el líquido por activación de la parte generadora de calor del transductor electrotérmico sobre el sustrato de elementos antes descrito (1), la capa de resistencia (105) recibe impulsos rectangulares a través del electrodo con cableado (104), tal como se ha mostrado en la figura 18, para provocar la generación instantánea de calor en la capa de resistencia (105) entre el electrodo con cableado. En el caso de los cabezales de las realizaciones anteriores, la energía aplicada tiene un voltaje de 24 V, una amplitud de impulsos de 7 \museg, una corriente de 150 mA y una frecuencia de 6kHz para activar el elemento generador de calor, por lo cual la tinta líquida es inyectada a través de la salida de inyección por el proceso que se ha descrito anteriormente. No obstante, las condiciones de la señal de activación no están limitadas a ello, sino que pueden ser cualesquiera si el líquido de generación de burbujas es propiamente capaz de generar burbujas.
Líquido de inyección y líquido de generación de burbujas
Por la estructura que tiene un elemento móvil, tal como se ha descrito anteriormente, el líquido puede ser inyectado con una fuerza de inyección más elevada o con mayor eficacia que en un cabezal de inyección de líquido convencional. Cuando el mismo líquido se utiliza para la generación de burbujas y para inyección, es posible que el líquido no se deteriore y que el depósito sobre el elemento generador de calor, debido al calentamiento, se pueda reducir. Por lo tanto, se consigue un cambio de estado reversible, al repetir la gasificación y condensación. Por lo tanto, se pueden utilizar varios líquidos si el líquido es un líquido que no deteriora el paso de flujo, el elemento móvil o el tabique de separación u otros elementos.
Entre estos líquidos, se puede utilizar como líquido de impresión el que tiene los ingredientes utilizados en un dispositivo de chorros de burbujas convencional.
Cuando se utiliza una estructura de dos trayectorias de flujo con líquidos diferentes para la generación de burbujas y para la inyección, se utiliza un líquido para la generación de burbujas que tiene las características antes descritas y, en particular, se pueden incluir como ejemplos: metanol, etanol, n-propil alcohol, isopropil alcohol, n-hexano, n-heptano, n-octano, tolueno, xileno, dicloruro de metileno, tricloroetileno, Freon TF, Freon BF, etil éter, dioxano, ciclohexano, metil acetato, acetato de etilo, acetona, metil etil cetona, agua, o similares, y mezclas de los mismos.
En cuanto al líquido de inyección se pueden utilizar varios líquidos sin tener en cuenta el grado de las características de generación de burbujas o características térmicas. Los líquidos que no se han utilizado convencionalmente a causa de sus bajas características de generación de burbujas y/o facilidad de cambio de características debido al calor, son también utilizables.
No obstante, es deseable que el líquido de inyección, por si mismo o por reacción con el líquido de generación de burbujas, no dificulte la inyección, la generación de burbujas o el funcionamiento del elemento móvil o similares.
En cuanto al líquido de inyección para impresión, se puede utilizar una tinta altamente viscosa o similar. En cuanto a otros líquidos de inyección, se pueden utilizar productos farmacéuticos y perfumes o similares que tienen naturaleza que se deteriora fácilmente por la acción del calor.
La tinta con los siguientes componentes fue utilizada como líquido de impresión, utilizable tanto para líquido de inyección como para líquido generador de burbujas y se llevó a cabo la operación de impresión. Dado que la velocidad de inyección de la tinta se incrementa, la exactitud de proyección de las gotitas de líquido se mejora y, por lo tanto, se imprimen imágenes de características muy deseables.
Viscosidad de la tinta seca de 2 cp
\hskip0.5cm (Negro Alimentos C.I. 2) con colorante 3% en peso
\hskip0.5cm Etilén glicol 10% en peso
\hskip0.5cm Tiodiglicol 5% en peso
\hskip0.5cm Etanol 5% en peso
\hskip0.5cm Agua 77% en peso
También se llevaron a cabo operaciones de impresión, utilizando la combinación siguiente de líquidos para el líquido de generación de burbujas y el líquido de inyección. Como resultado, se inyectó de manera apropiada un líquido con una viscosidad de 10cP, que no se había podido inyectar hasta el momento y se inyectó, de manera apropiada, líquido con viscosidades incluso de 150cP, proporcionando una elevada calidad de la imagen.
Líquido de generación de burbujas 1:
\hskip0.5cm Etanol 40% en peso
\hskip0.5cm Agua 60% en peso
Líquido de generación de burbujas 2:
\hskip0.5cm Agua 100% en peso
Líquido de generación de burbujas:
\hskip0.5cm Alcohol isopropílico 10% en peso
\hskip0.5cm Agua 10% en peso
Líquido de inyección 1 (tinta con pigmentos; aprox. 15 cp):
\hskip0.5cm Negro de carbón 5% en peso
\hskip0.5cm Resina de copolímero de estireno acrilatoetil acrilato 1% en peso
\hskip0.5cm Material de dispersión (óxido = 140, peso molecular promedio en peso = 8000)
\hskip0.5cm Mono-etanol amina 0,25% en peso
\hskip0.5cm Glicerina 69% en peso
\hskip0.5cm Tiodiglicol 5% en peso
\hskip0.5cm Etanol 3% en peso
\hskip0.5cm Agua 16,75% en peso
Líquido de inyección 2 (55 cp):
\hskip0.5cm Polietilén glicol 200 100% en peso
Líquido de inyección 3 (55 cp):
\hskip0.5cm Polietilén glicol 600 100% en peso
En el caso de un líquido que no se inyecte fácilmente, la velocidad de inyección es baja y, por lo tanto, la variación de la dirección de inyección se expansiona sobre el papel de impresión con el resultado de una reducida exactitud de la proyección. Además, la variación de la cantidad inyectada tiene lugar debido a la inestabilidad de la inyección, impidiendo, por lo tanto, la impresión de imágenes de alta calidad. No obstante, la utilización del líquido de generación de burbujas permite una generación suficiente y estabilizada de la burbuja. Por lo tanto, se pueden conseguir mejoras en la exactitud de la proyección de la gotita de líquido y de la estabilización de la cantidad de tinta inyectada, mejorando, por lo tanto, notablemente la calidad de las imágenes impresas.
Estructura de cabezal para dos trayectorias de flujo
La figura 19 es una vista en perspectiva con las piezas desmontadas de un cabezal de estructura de dos trayectorias de flujo, según una realización de la presente invención.
El sustrato de elementos (1) está dispuesto sobre un elemento de soporte (70) de aluminio o similar. Un tabique para la segunda trayectoria de flujo de líquido (16) y un tabique para la segunda cámara de líquido común (17), situada sobre aquélla, y un tabique separador (30) que tiene un elemento móvil (31), se disponen de modo adicional. Se dispone, además, sobre el tabique separador (30), un elemento ranurado (50) que comprende una serie de ranuras para constituir las primeras trayectorias de flujo de líquido (14), la primera cámara común de líquido (13), el paso de suministro (20) para suministrar el primer líquido a la primera cámara de líquido común (13) y el paso de suministro (21) para suministrar el segundo líquido a la segunda cámara de líquido común (17), constituyendo, por lo tanto, un cabezal con dos trayectorias de flujo.
Dispositivo para la inyección de líquido
La figura 20 muestra de forma esquemática un dispositivo para la inyección de líquido utilizado con el cabezal para inyección de líquido antes descrito. En este ejemplo, el líquido de inyección es tinta. El aparato es un aparato de impresión por chorros de tinta. El dispositivo de inyección de líquido comprende un carro (HC) en el que se pueden montar el cartucho cabezal que comprende una parte (90) contenedora de líquidos y la parte (201) del cabezal de inyección de líquido conectables entre sí de forma desacoplable. El carro (HC) se desplaza, de forma alternativa, en una dirección que corresponde a la anchura del material de impresión (150), tal como una hoja de impresión o similar, alimentada por medios de transporte de material de impresión.
Cuando se facilita una señal de activación a los medios de inyección de líquido del carro desde medios de suministro de una señal de activación no mostrados, el líquido de impresión es inyectado hacia el material de impresión desde el cabezal (201) de inyección de líquido como respuesta a la señal.
El aparato de inyección de líquido, según la presente realización, comprende un motor (111) como fuente motriz para impulsar los medios de transporte del material de impresión y el carro, ruedas (112), (113) para la transmisión de potencia desde la fuente motriz al carro, y el eje del carro (115) y otros elementos. Por el dispositivo de impresión y el método de inyección de líquido, que utilizan este dispositivo de impresión, se pueden conseguir copias de buena calidad por inyección de líquido a diferentes materiales de soporte.
La figura 21 es un diagrama de bloques de la totalidad del dispositivo destinado a llevar a cabo la impresión por chorros de tinta que utiliza el cabezal de inyección de líquido de la presente invención.
El aparato de impresión recibe datos de impresión en forma de señales de control desde un ordenador central (300). Los datos de impresión son almacenados temporalmente en un interfaz de entrada (301) del aparato de impresión y, al mismo tiempo, se convierten en datos procesables a introducir a la UCP (302), que desempeña también el papel de medio de suministro de señal de activación del cabezal. La UCP (302) procesa los datos antes mencionados introducidos en la UCP (302), transformándolos en datos que se pueden imprimir (datos de imagen), al procesarlos con la utilización de unidades periféricas tales como las RAM (304) o similares, siguiendo programas de control almacenados en una ROM (303).
La UCP (302) procesa los datos antes mencionados introducidos en la UCP (302) en datos que se pueden imprimir (datos de imagen), al procesarlos con la utilización de unidades periféricas tales como las RAM (304) o similares, de acuerdo con programas de control almacenados en una ROM (303). Los datos de imagen y los datos de control del motor son transmitidos al cabezal (200) y al motor de impulsión (306) a través de un controlador (307) del cabezal y de un controlador (305) del motor, respectivamente, que son controlados con temporizaciones adecuadas para formar una imagen.
En cuanto al material de impresión, al que se adhiere el líquido tal como una tinta, y que se puede utilizar con un aparato de impresión, tal como se ha descrito anteriormente, se pueden indicar los siguientes: diferentes tipos de papel en hojas; hojas OHP; material plástico utilizado para la formación de discos compactos, placas ornamentales y similares; telas; materiales metálicos tales como aluminio, cobre o similares; materiales de cuero tales como cuero de vacuno, cuero de cerdo, cuero sintético, o similares; materiales de madera tales como madera sólida, contrachapado y similares; materiales de bambú; materiales cerámicos tales como losetas; y materiales tales como esponjas con estructura tridimensional.
El aparato de impresión antes mencionado comprende un aparato de impresión para diferentes materiales laminares de papel o bien hojas OHP, un aparato de impresión plástico tal como materiales plásticos utilizados para la formación de discos compactos o similares, un aparato de impresión para placas metálicas o similares, un aparato de impresión para material de cuero, aparato de impresión para madera, aparato de impresión para materiales cerámicos, aparato de impresión para material de impresión tridimensional tal como esponjas o similares, aparato para la impresión de textiles para la impresión de imágenes sobre telas, y aparatos de impresión similares.
En cuanto al líquido de inyección que se puede utilizar con el aparato de inyección de líquidos, éste se selecciona de manera apropiada por los técnicos en la materia, en consideración del material de impresión y de las condiciones de la impresión.
La presente invención es aplicable a un cabezal del tipo indicado como proyección o disparo lateral, de manera que el líquido es inyectado en una dirección perpendicular a la superficie del calentador.
De acuerdo con la presente invención, el fulcro queda dispuesto en la cámara, de manera que la presión producida es dirigida, de manera eficaz, hacia la salida de inyección.
Una realización tiene una primera trayectoria de flujo de líquido para la inyección del líquido y una segunda trayectoria de flujo de líquido para la generación de la burbuja, y la parte en la que se genera la burbuja adopta la forma de una cámara que posibilita la mejora de eficiencia en la generación de burbujas, y las ventaja anteriores quedan incrementadas.
Con la estructura de cabezal con doble trayectoria de flujo, la amplitud de selección de líquido de inyección es grande, puesto que el líquido de generación de burbujas puede ser el líquido con el que la generación resulta fácil y con el que el material depositado (depósitos quemados o similares) se produce con facilidad. Por lo tanto, los líquidos que no se han podido inyectar fácilmente por un método convencional de inyección por chorros de burbujas, tales como líquidos de alta viscosidad, con los que la generación de burbuja resulta difícil, o líquidos que tienden a producir depósitos quedamos sobre el calentador, se pueden inyectar de manera apropiada.
Además, se puede inyectar, sin efectos adversos, un líquido que es fácilmente influenciable por el calor.
De acuerdo con ello, el líquido que se tiene que aplicar como pintura por su elevada viscosidad, se puede imprimir en forma de puntos.
Si bien la invención se ha descrito con referencia a las estructuras que se han dado a conocer en la misma, no queda limitada a los detalles indicados y esta solicitud de patente está destinada a cubrir dichas modificaciones o cambios que pueden quedar dentro de los objetivos de las mejoras o del ámbito de las reivindicaciones adjuntas.

Claims (52)

1. Cabezal para la inyección de un líquido que comprende:
una trayectoria de flujo de líquido que tiene una salida de inyección (18) para la inyección de líquido;
poseyendo la trayectoria de flujo de líquido (10) un elemento generador de calor (2) para generar una burbuja (40) en el líquido, por aplicación de calor al líquido en una zona (11) de generación de burbujas, y un paso de alimentación (12) para suministrar líquido al elemento generador de calor, desde su parte superior;
un elemento móvil (31) dispuesto en dirección a dicho elemento generador de calor y poseyendo el extremo libre (32) adyacente a dicha salida de inyección para dirigir la presión producida por generación de una burbuja hacia la salida de inyección; y
caracterizado por una cámara de líquido (13), en comunicación de fluido con dicha trayectoria de flujo de líquido, poseyendo una altura, medida en dirección perpendicular a un plano que incluye dicho elemento móvil en situación de reposo, que es superior a la de dicha trayectoria de flujo de líquido, de manera que dicho elemento móvil tiene un fulcro (33) en dicha cámara de líquido y un extremo libre en dicha trayectoria de flujo de líquido.
2. Cabezal para la inyección de un líquido, según la reivindicación 1, en el que dicha trayectoria de flujo de líquido comprende:
una primera trayectoria de flujo de líquido (14) en comunicación de fluido directa con la salida de inyección; y
una segunda trayectoria de flujo de líquido (16) que comprende la zona generadora de burbujas;
y de manera que dicho elemento móvil está dispuesto entre la primera trayectoria de flujo de líquido y dicha zona generadora de burbujas.
3. Cabezal para la inyección de líquido, según las reivindicaciones 1 ó 2, en el que el cabezal tiene una serie de dichas trayectorias de flujo de líquido y dicha cámara es común a dichas trayectorias de flujo de líquido.
4. Cabezal para la inyección de líquido, según la reivindicación 2, que comprende, además, una primera cámara de líquido común (15) para suministrar un primer líquido a una serie de dichas primeras trayectorias de flujo de líquido, y una segunda cámara común de líquido (17) para suministrar un segundo líquido a una serie de dichas segundas trayectorias de flujo de líquido.
5. Cabezal para la inyección de líquido, según la reivindicación 4, que comprende:
una serie de ranuras que constituyen dicha serie de primeras trayectorias de flujo de líquido en comunicación de fluido directa con dicha salidas de inyección asociadas;
un rebaje que constituye la primera cámara de líquido común para suministrar líquido a dichas primeras trayectorias de flujo de líquido, estando constituidas dichas ranuras y dicho rebaje en un elemento ranurado;
un sustrato de elementos (1) que tiene una serie de elementos generadores de calor para generar burbujas en el líquido al aplicar calor al mismo; y
un tabique separador (30) dispuesto entre dicho elemento ranurado y el sustrato de elementos, y formando parte de los tabiques de dichas segundas trayectorias de flujo de líquido.
6. Cabezal para la inyección de líquido, según las reivindicaciones 2 ó 4, en el que el elemento móvil o cada uno de ellos constituye una parte de un tabique de separación entre dicha primera trayectoria de flujo de líquido y dicha segunda trayectoria de flujo de líquido.
7. Cabezal para la inyección de líquido, según la reivindicación 6, en el que dicho tabique de separación está realizado a partir de un material de resinas.
8. Cabezal para la inyección de líquido, según la reivindicación 6, en el que dicho tabique separador está realizado en material cerámico.
9. Cabezal para la inyección de líquido, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el elemento móvil o cada uno de ellos es móvil entre una primera posición y una segunda posición, estando la segunda posición más alejada con respecto a dicha zona para la generación de burbujas que la primera posición, y en el que un elemento móvil está dispuesto para desplazamiento desde dicha primera posición a dicha segunda posición, como resultado de la presión producida por la generación de una burbuja, a efectos de permitir la expansión de la burbuja en mayor medida hacia el lado de más abajo próximo a la salida de inyección que hacia el lado de más arriba.
10. Cabezal para la inyección de líquido, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que una parte de más abajo de dicha burbuja crece en sentido descendente del elemento móvil o correspondiente elemento móvil por el desplazamiento de dicho elemento móvil.
11. Cabezal para la inyección de líquido, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho extremo libre del elemento o elementos móviles se encuentra más abajo de dicho fulcro.
12. Cabezal para la inyección de líquido, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el paso de suministro está dispuesto para suministrar líquido a dicho elemento de generación de calor, desde la parte de más arriba a lo largo de una superficie del elemento o elementos móviles adyacentes a dicho elemento generador de calor.
13. Cabezal para la inyección de líquido, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho paso de suministro tiene una pared interna, sustancialmente plana o lisa, y el líquido es suministrado a dicho elemento generador de calor a lo largo de la pared interna.
14. Cabezal para la inyección de líquido, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el elemento o elementos generadores de calor están dirigidos al elemento móvil o elemento móvil correspondiente para definir la zona o zonas de generación de burbujas entre ellos.
15. Cabezal para la inyección de líquido, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicha burbuja es generada por ebullición laminar provocada por el calor generado por dicho elemento generador de calor.
16. Cabezal para la inyección de líquido, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que uno o varios elementos móviles adopta forma de una placa.
17. Cabezal para la inyección de líquido, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la totalidad de las zonas de generación de burbujas del elemento o elementos de generación de calor están dirigidas al correspondiente elemento móvil.
18. Cabezal para la inyección de líquido, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la superficie completa del elemento o elementos generadores de calor está dirigida al elemento móvil correspondiente.
19. Cabezal para la inyección de líquido, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el área total del elemento o elementos móviles es mayor que el área total del elemento o elementos generadores de calor correspondientes.
20. Cabezal para la inyección de líquido, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho fulcro del elemento o elementos móviles no se encuentra directamente por encima del elemento generador de calor correspondiente.
21. Cabezal para la inyección de líquido, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el extremo libre del elemento o elementos móviles se prolonga en una dirección sustancialmente perpendicular a la trayectoria de flujo de líquido, en la que están dispuestos el elemento o elementos correspondientes generadores de calor.
22. Cabezal para la inyección de líquido, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho extremo libre del elemento o elementos móviles se encuentra más próximo a la salida de inyección correspondiente que el elemento generador de calor correspondiente.
23. Cabezal para la inyección de líquido, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la construcción es a base de un material metálico.
24. Cabezal para la inyección de líquido, según la reivindicación 23, en el que dicho material metálico es níquel.
25. Cabezal para la inyección de líquido, según la reivindicación 2 ó 4, en el que dicho extremo libre del elemento o elementos móviles está dispuesto para establecer contacto con la parte superior de la primera trayectoria de flujo de líquido correspondiente, cuando dicho elemento móvil es desplazado en su extensión máxima.
26. Cabezal para la inyección de líquido, según la reivindicación 2, en el que dicha primera trayectoria de flujo de líquido se encuentra más abajo de dicho extremo libre, cuando dicho elemento móvil es desplazado en su extensión máxima.
27. Cabezal para la inyección de líquido, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho extremo libre del elemento o elementos móviles está dispuesto más abajo del centro del área del correspondiente elemento generador de calor.
28. Cabezal para la inyección de líquido, según la reivindicación 5, en el que dicho elemento ranurado tiene una primera trayectoria de introducción para la introducción de líquido en dicha primera cámara común de líquido, y una segunda trayectoria de introducción para la introducción de líquido en dicha segunda cámara común de líquido.
29. Cabezal para la inyección de líquido, según la reivindicación 28, en el que dicho elemento ranurado tiene una serie de dichas segundas trayectorias de introducción.
30. Cabezal para la inyección de líquido, según la reivindicación 28, en el que la proporción entre el área transversal de dicha primera trayectoria de introducción y el área en sección transversal de dicha segunda trayectoria de introducción es proporcional a las respectivas cantidades de alimentación de líquido a la primera y segunda trayectorias de introducción.
31. Cabezal para la inyección de líquido, según la reivindicación 28, en el que dicha segunda trayectoria de introducción penetra en dicho tabique de separación para suministrar líquido a dicha segunda cámara de líquido común.
32. Cabezal para la inyección de líquido, según la reivindicación 4, en el que el líquido suministrado a dicha primera trayectoria de líquido es igual al líquido suministrado a dicha segunda trayectoria de flujo de líquido.
33. Cabezal para la inyección de líquido, según la reivindicación 4, en el que el líquido suministrado a dicha primera trayectoria de flujo de líquido es distinto que el líquido suministrado a dicha segunda trayectoria de flujo de líquido.
34. Cabezal para la inyección de líquido, según la reivindicación 33, en el que el líquido de dicha segunda trayectoria de flujo de líquido es, como mínimo, de menor viscosidad, de mayores características de generación de burbujas o de mayor estabilidad térmica que el líquido de dicha primera trayectoria de flujo de líquido.
35. Cabezal para la inyección de líquido, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el elemento o elementos generadores de calor están constituidos por un transductor electrotérmico que tiene una resistencia generadora de calor destinada a generar calor ante la aplicación de una señal eléctrica a la misma.
36. Cabezal para la inyección de líquido, según la reivindicación 35, en el que el transductor o transductores electrotérmicos tienen una película protectora sobre dicha resistencia de generación de calor.
37. Cabezal para la inyección de líquido, según la reivindicación 35 ó 36, en el que sobre dicho sustrato de elementos se ha dispuesto un cableado para la transmisión de una señal eléctrica al transductor o transductores electrotérmicos y/o un elemento funcional respectivo para aplicar selectivamente una señal eléctrica al transductor o transductores electrotérmicos correspondientes.
38. Cabezal para la inyección de líquido, según la reivindicación 2 ó 4, en el que una parte de dicha segunda trayectoria de flujo de líquido, en la que está dispuesta dicha zona generadora de burbujas o elemento generador de calor, tiene una configuración de cámara.
39. Cabezal para la inyección de líquido, según la reivindicación 2 ó 4, en el que dicha segunda trayectoria de flujo de líquido tiene una zona en forma de estrechamiento o garganta más arriba de dicha zona de generación de burbujas o elemento generador de calor.
40. Cabezal para la inyección de líquido, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la distancia entre la superficie del elemento o elementos generadores de calor y el elemento o elementos móviles correspondientes no es superior a 30 \mum.
41. Cabezal para la inyección de líquido, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el líquido inyectado a través de la salida o salidas de inyección es tinta.
42. Cabezal para la inyección de líquido, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el elemento o elementos móviles tienen una zona en forma de peine.
43. Método de impresión que utiliza el cabezal para inyección de líquido, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 42.
44. Aparato para la inyección de líquido, que comprende un cabezal para la inyección de líquido, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 42, y medios para el suministro de una señal de activación para suministrar una señal de activación para la inyección de líquido desde dicho cabezal de inyección de líquido.
45. Aparato para la inyección de líquido, que comprende un cabezal para la inyección de líquido, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 42, y medios para la alimentación de un material de impresión para alimentar un material de impresión para recibir el líquido inyectado desde dicho cabezal de inyección de líquido.
46. Aparato para la inyección de líquido, según la reivindicación 44 ó 45, en el que el líquido es tinta y dicho material es papel de impresión.
47. Aparato para la inyección de líquido, según la reivindicación 44 ó 45, en el que el material es textil.
48. Aparato para la inyección de líquido, según la reivindicación 44 ó 45, en el que el material es un material de resina plástica.
49. Aparato para la inyección de líquido, según la reivindicación 44 ó 45, en el que el líquido es un líquido de impresión y el material es metálico.
50. Aparato para la inyección de líquido, según la reivindicación 44 ó 45, en el que el líquido es un líquido de impresión y el material es madera.
51. Aparato para la inyección de líquido, según la reivindicación 44 ó 45, en el que el líquido es un líquido de impresión y el material es cuero.
52. Aparato para la inyección de líquido, según la reivindicación 44 ó 45, que puede funcionar para inyectar una serie de colores de líquido de impresión para llevar a cabo impresión en color.
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