Dispositivo para la carga selectiva de gotas de líquido conductor,

que incluye:

- un depósito de líquido presurizado (2, 8) que comprende al menos una boquilla de expulsión (4) del líquido en forma de chorro continuo (14);

- medios (10, 12) para perturbar el chorro (14) y generar así segmentos de chorro (18) con longitudes ajustables entre una primera longitud (l) y una segunda longitud (L) superior a la primera longitud, estando el punto de ruptura (B) del chorro a la misma distancia de la boquilla (4) para todos los segmentos;

- medios de carga (20, 22) puestos a un potencial constante para transferir una carga eléctrica a un segmento de chorro (18), siendo la carga transferida diferente dependiendo de la longitud (l, L) del segmento (18), que comprenden un primer elemento de carga (20) que se extiende sobre un primer grosor a lo largo de la trayectoria del chorro (14) desde el punto de ruptura (B), y un segundo elemento de carga (22) aguas abajo del primer elemento de carga (20) a lo largo de la trayectoria del chorro (14)

Dispositivo de deflexión y de carga de gotas para impresión por chorro de tinta.

Campo técnico

La invención se encuentra en el campo de la proyección líquida que es inherentemente diferente de las técnicas de atomización, y más en particular a la producción controlada de gotas calibradas, por ejemplo utilizadas para impresión digital.

La invención se refiere particularmente a la desviación selectiva de gotas, por lo que un campo de aplicación preferido aunque no exclusivo es la impresión por chorro de tinta. El dispositivo de acuerdo con la invención se refiere a cualquier sistema de producción de un segmento líquido asíncrono en el campo de chorro continuo, por oposición a las técnicas de goteo a demanda.

Estado de la técnica anterior

El funcionamiento típico de una impresora de chorro continuo se puede describir como sigue: una tinta eléctricamente conductora se mantiene bajo presión en un depósito de tinta. El depósito de tinta alimenta una cámara que contiene tinta que va a ser estimulada por medio de un dispositivo de estimulación de tinta. Trabajando desde dentro hacia fuera, la cámara de estimulación comprende al menos un pasaje de tinta hacia una boquilla calibrada taladrada en una placa de boquilla: la tinta presurizada fluye a través de la boquilla, formando así un chorro de tinta.

El chorro de tinta así formado se rompe en un punto bien definido aguas abajo de la placa de boquilla y produce gotas de tinta a intervalos de tiempo regulares bajo la acción del dispositivo de estimulación periódica alojado en la cámara de tinta; esta fragmentación forzada del chorro de tinta se induce en un punto denominado el punto de ruptura de gota por medio de las vibraciones periódicas del dispositivo de estimulación situado en la tinta contenida en el depósito de tinta.

Comenzando desde el punto de ruptura, el chorro continuo se transforma en una secuencia de gotas de tinta. A continuación se utilizan una diversidad de medios para seleccionar gotas que serán dirigidas hacia un sustrato que va ser imprimido, o hacia un dispositivo de recuperación denominado comúnmente canalón. Por lo tanto, el mismo chorro continuo se utiliza para imprimir o para no imprimir el sustrato con el fin de realizar los patrones de impresión requeridos.

Tales impresoras de chorro continuo pueden comprender diversas boquillas de impresión que funcionan simultáneamente y en paralelo, con el fin de incrementar el área superficial impresa y, por lo tanto, la velocidad de impresión.

Los medios de selección de gotas habituales comprenden un primer grupo de electrodos próximos al punto de ruptura denominados electrodos de carga, cuya función es transferir selectivamente una carga eléctrica predeterminada a cada gota. Todas las gotas en el chorro, algunas de las cuales han sido cargadas, pasan entonces a través de un segundo conjunto de electrodos denominados electrodos de deflexión que generan un campo eléctrico que modificará la trayectoria de las gotas dependiendo de su carga.

Esta deflexión electrostática de gotas líquidas surgidas de la fragmentación de un chorro continuo es una solución ampliamente utilizada en la impresión por chorro de tinta. Por ejemplo, la variante de chorro continuo desviado descrita en el documento US 3.596.275 (Sweet) consiste en proporcionar una multitud de voltajes para cargar gotas con una carga predeterminada, en un instante de aplicación sincronizado con la generación de gotas de modo que se controle de modo preciso una multitud de trayectorias de gotas. El posicionamiento de gotas en tan sólo dos trayectorias preferidas asociadas con dos niveles de carga da como resultado una tecnología de impresión por chorro continuo binaria, descrita en el documento US 3.373.427 (Sweet).

Para todos estos dispositivos, la señal de carga se determina de acuerdo con la trayectoria que va a seguir la gota, y otros factores. Las principales desventajas de este concepto para su uso con chorros múltiples son en primer lugar la necesidad de situar diferentes electrodos próximos a cada chorro, y en segundo lugar controlar cada electrodo individualmente.

Otra aproximación consiste en ajustar el potencial de carga y variar la señal de estimulación para desplazar la posición de ruptura del chorro: la cantidad de carga transportada por cada gota, y consecuentemente la trayectoria de la gota será diferente, dependiendo de si la gota se forma cerca o lejos de un electrodo de carga común a todo el montaje de chorros. El ajuste de los electrodos de carga puede ser más o menos complejo: en el documento US 4.346.387 (Hertz) se explora una multitud de configuraciones. La principal ventaja de esta aproximación es la simplicidad mecánica del bloque de electrodos, pero las transiciones entre dos niveles de deflexión no pueden ser manejadas fácilmente: la transición de un punto de ruptura a otro produce una serie de gotas con trayectorias intermedias no controladas.

En el documento EP 0949077 (Imaje) se han considerado soluciones para superar esta dificultad que comprenden una modulación de la longitud de ruptura, pero con una tolerancia estrecha en la longitud de ruptura (típicamente de unas decenas de micrómetros) que es difícil de controlar; o el manejo de porciones de chorro parcialmente cargadas con una longitud equivalente a la distancia que separa dos posiciones de ruptura claramente definidas en el documento EP 1.092.542 (Imaje), aunque esto requiere el manejo de dos puntos de ruptura y la frecuencia de generación de gotas útil tiene que ser reducida, con la producción de segmentos de chorro inutilizables.

En general, incluso para los desarrollos más recientes, tales como desarrollos llevados a cabo por la compañía Kodak para su generador de gotas basado en una técnica de estimulación térmica que permite modos de producción de gotas excepcionales (por ejemplo, el documento EP 0911167), las soluciones propuestas siempre plantean el problema de las transiciones entre la posición deflectada del chorro y la no deflectada.

Una alternativa sugería la presencia de gotas de diferentes tamaños y la deflexión selectiva de acuerdo con los tamaños de gota por proyección transversal de un flujo de aire, como se describe en el documento US 2003/0222950. Sin embargo, en este caso la producción, circulación y recuperación de un flujo de aire uniforme es difícil de llevar a cabo sin aumentar las fluctuaciones inducidas por el aire a lo largo de la trayectoria de las gotas.

El documento US-A-4.350.986 muestra un sistema de chorro de tinta continuo que genera gotas de diferentes diámetros.

Sumario de la invención

Una de las ventajas de la invención es superar las desventajas de los cabezales de impresión existentes; la invención se refiere a la definición de una trayectoria para gotas de acuerdo con su tamaño.

Más generalmente, la invención se refiere a medios para cargar gotas emitidas por un chorro continuo dependiendo de la longitud de los segmentos del chorro del cual se generaron, y particularmente de su diámetro, sin ninguna acción sobre su punto de ruptura: la carga de las gotas, y por lo tanto su futura deflexión, se determina cuando el chorro es perturbado, sin necesidad de modificar los ajustes de control sobre el lado aguas abajo de los medios de carga y deflexión. De acuerdo con la invención, no se forman gotas con diámetros diferentes por medio de la ruptura de un chorro que tiene un diámetro variable, sino mediante la ruptura de un chorro cilíndrico en el mismo punto de ruptura pero a intervalos de tiempo variables de modo que el chorro forme segmentos con distintas longitudes; la tensión superficial formará así gotas más pequeñas y más grandes. El factor de forma cilíndrico de cada segmento es tal que su longitud es mayor que su diámetro: no se produce una porción de un chorro cuasi esférica, al contrario que con la técnica anterior.

De acuerdo con un aspecto, la invención se refiere a un dispositivo para generar gotas cargadas selectivamente a partir de un depósito de líquido conductor presurizado. El dispositivo comprende medios para perturbar el radio del chorro de modo que se rompa en segmentos con longitudes primera y segunda, estando el punto de ruptura prácticamente a la misma distancia de la boquilla de expulsión independientemente de la longitud de los segmentos; ventajosamente, se proporciona un número de boquillas grande de modo que se obtiene un conjunto de chorros, estando cada chorro controlado preferiblemente de modo individual. De acuerdo con una realización ventajosa, los medios de...

1. Dispositivo para la carga selectiva de gotas de líquido conductor, que incluye:

- un depósito de líquido presurizado (2, 8) que comprende al menos una boquilla de expulsión (4) del líquido en forma de chorro continuo (14);

- medios (10, 12) para perturbar el chorro (14) y generar así segmentos de chorro (18) con longitudes ajustables entre una primera longitud (l) y una segunda longitud (L) superior a la primera longitud, estando el punto de ruptura (B) del chorro a la misma distancia de la boquilla (4) para todos los segmentos;

- medios de carga (20, 22) puestos a un potencial constante para transferir una carga eléctrica a un segmento de chorro (18), siendo la carga transferida diferente dependiendo de la longitud (l, L) del segmento (18), que comprenden un primer elemento de carga (20) que se extiende sobre un primer grosor a lo largo de la trayectoria del chorro (14) desde el punto de ruptura (B), y un segundo elemento de carga (22) aguas abajo del primer elemento de carga (20) a lo largo de la trayectoria del chorro (14).

2. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el primer elemento de carga incluye un electrodo (20), cuyo grosor desde el punto de ruptura (B) se encuentra entre las longitudes primera y segunda (l, L) de los segmentos (18a, 18b), y el segundo elemento de carga incluye un electrodo (22) puesto a un potencial alto que puede actuar como un electrodo de deflexión.

3. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1, en el que los medios de carga incluyen al menos dos electrodos (20', 22) alineados aproximadamente a lo largo de la trayectoria del chorro (14) que forman los dos elementos de carga.

4. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 3, en el que los medios de carga incluyen al menos un electrodo adicional (24) situado en oposición a los dos elementos de carga (20', 22) con respecto a la trayectoria del chorro (14).

5. Dispositivo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, que comprende una multitud de boquillas (4) utilizadas para generar un conjunto de chorros, siendo los medios de carga (20, 20', 22, 24) únicos para el conjunto de chorros.

6. Dispositivo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que los medios para perturbar el chorro incluyen un accionador piezoeléctrico (10, 12) utilizado para romper el chorro en una posición única (B) independientemente de la longitud del segmento (18).

7. Cabezal de impresión que incluye un dispositivo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, y medios para recuperar tinta de las gotas (16a, 16b) que se originan a partir de los segmentos de longitud primera o segunda.

8. Método para cargar selectivamente gotas dependiendo de la longitud del segmento del cual son emitidas, que comprende:

- la formación de un chorro continuo (14) de líquido conductor derivado de una cámara presurizada (8);

- la perturbación del chorro (14) para generar segmentos con una primera longitud (18b) y segmentos con una segunda longitud (18a) superior a la primera longitud rompiendo el chorro (14) en un punto fijo (B);

- la carga del segmento (18) derivado de la ruptura por medio de un campo eléctrico (E) de acuerdo con su longitud (l, L).

9. Método de acuerdo con la reivindicación 8, en el que la perturbación del chorro es tal que los segmentos de longitud primera y segunda forman gotas con diámetros primero y segundo.

10. Método de acuerdo con la reivindicación 8, en el que la perturbación del chorro crea agrupamientos de segmentos con una primera longitud (18b) aguas abajo de su formación.

11. Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 8 a 10, que comprende la formación de un conjunto de chorros continuos y la perturbación de cada uno de los chorros formados.

12. Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 8 la 11, que comprende además la deflexión de las gotas dependiendo de su carga.

13. Método de impresión por chorro de tinta, que comprende el método de acuerdo con la reivindicación 12, la impresión de las gotas originadas a partir de los segmentos de las longitudes primera o segunda, y la recuperación de las otras gotas.