Procedimiento para fabricar un cabezal de impresión por chorro de tinta con adherencia mejorada con el tiempo y su uso en combinación con una tinta acuosa que contiene especies de carácter ácido.

Un procedimiento para fabricar un cabezal de impresión de chorro de tinta para una impresora de chorro detinta que comprende una barrera de fotopolímero (5) que define vías de paso (6) de la tinta y cámaras de eyección(7) formadas sobre un sustrato,

comprendiendo dicho procedimiento las etapas de:

- proporcionar un sustrato (1),

- aplicar sobre una superficie de dicho sustrato una primera capa adhesiva (8) de una barrera defotopolímero, estando hecha dicha primera capa de un material catiónicamente polimerizable parcialmentepolimerizado,

- aplicar una segunda capa (9) por encima de dicha primera capa, estando hecha dicha segunda capa deun material fotopolímerizable,

- definir vías de paso (6) para la tinta y cámaras de eyección (7), y

- poner en contacto dicho cabezal de impresión de chorro de tinta con una tinta acuosa que contieneespecies de carácter ácido con el fin de hacer que dicha primera capa adhesiva parcialmente polimerizada dedicha barrera de fotopolímero se polimerice adicionalmente, mejorando de esta forma la adherencia de la barrerade fotopolímero sobre dicha superficie de dicho sustrato con el tiempo.

Procedimiento para fabricar un cabezal de impresión por chorro de tinta con adherencia mejorada con el tiempo y su uso en combinación con una tinta acuosa que contiene especies de carácter ácido

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

1. Campo de la invención

La presente invención se refiere a un cabezal de impresión por chorro de tinta con adherencia mejorada con el tiempo, a su procedimiento de fabricación y a su uso en combinación con una tinta acuosa que contiene especies de carácter ácido.

2. Descripción de la técnica relacionada

El cabezal de impresión por chorro de tinta de una impresora de chorro de tinta comprende generalmente un sustrato, una capa de barrera y una placa de boquillas. El sustrato está hecho generalmente de silicio. Diversas capas se depositan sobre una cara del sustrato de silicio para constituir los resistores de eyección y los componentes electrónicos activos. La capa de barrera está hecha generalmente de un fotopolímero. Utilizando técnicas fotolitográficas, las cámaras de eyección y los conductos micro-hidráulicos para el suministro de tinta se realizan en la capa de barrera de fotopolímero. La placa de boquillas está hecha generalmente de un metal tal como níquel chapado en oro. La placa de boquillas, provista de boquillas de eyección hechas en correspondencia con los resistores de eyección y las cámaras de eyección, está fijada a la capa de barrera. Este tipo de cabezales de impresión se denominan habitualmente “cabezales de impresión híbridos”.

En los últimos años, la placa de boquillas se ha hecho de manera enteriza con la capa de barrera. La capa que forma la placa de barrera y la placa de boquillas se conoce en la técnica como capa estructural. En tal caso, el proceso de fabricación incluye una etapa de formar un modelo de las cámaras de eyección y los conductos microhidráulicos con una resina soluble, una etapa de revestir un fotopolímero que cubre el modelo de resina soluble, una etapa de formar orificios en el fotopolímero en correspondencia con las cámaras de eyección por encima de los resistores de eyección, una etapa de curar el fotopolímero y una etapa de disolver la resina soluble. Este tipo de cabezales de impresión se denominan habitualmente, “cabezales de impresión monolíticos”.

Existen algunos problemas que surgen con respecto al fotopolímero empleado para producir la capa de barrera o la capa estructural.

Un primer problema es que la tinta ataca químicamente al material del fotopolímero y provoca una fuga entre los canales y/o una fuga hacia el exterior de los cabezales de impresión y también provoca una expansión de las barreras. La expansión resulta en un cambio en la geometría del canal y en una degradación frente a un comportamiento optimizado.

Sin embargo, el problema principal es la adherencia de la capa de fotopolímero al sustrato y/o a la placa de boquillas. Cabezales de impresión de chorro de tinta convencionales comprenden placas de boquillas con una superficie de oro u otros metales nobles, y también los resistores de eyección y los componentes electrónicos activos realizados sobre el sustrato comprenden a menudo superficies metálicas de oro u otros materiales que muestran características de baja adherencia; por lo tanto, el problema de la adherencia está ligado a la naturaleza química de la superficie.

Además, la adherencia de la capa de fotopolímero al sustrato y/o a la placa de boquillas también se ve comprometida por la resistencia mecánica del material del fotopolímero, en particular cuando el proceso de fabricación del cabezal de impresión requiere tratamientos térmicos. Los tratamientos térmicos fomentan la formación de un esfuerzo mecánico que no puede ser compensado por un material con una elevada resistencia mecánica.

Por último, un factor que provoca el problema de la adherencia es la acción química con el tiempo de la tinta con respecto al fotopolímero. La resistencia química de un fotopolímero frente a tintas es de una importancia principal, ya que la permeabilidad del material a un líquido provocará, más tarde o más temprano, desprendimientos en la interfaz del fotopolímero/sustrato; dichos desprendimientos, que pueden ser seguidos por una infiltración de

líquido, generan defectos eléctricos y, por lo tanto, el mal funcionamiento de cabezales de impresión.

La patente de EE.UU. Nº. 5.150.132 describe un material resistente a la tinta, útil para producir cualquier componente, particularmente una placa superior, de un cabezal de impresión con una superficie que entra en contacto con la tinta. Se describe que el material tiene una elevada temperatura de transición vítrea y excelentes propiedades de resistencia al calor. Se describe que el componente del cabezal de impresión se ha de realizar por moldeo, preferiblemente mediante moldeo por colada, moldeo por compresión o moldeo por compresión.

Sin embargo, la solicitante ha observado que cuando se emplea el material de acuerdo con la patente anterior para producir una capa de fotopolímero, la elevada temperatura de transición vítrea, particularmente mayor que 180ºC, proporciona al material una resistencia mecánica excesiva, favoreciendo el desprendimiento de capa de las superficies metálicas de oro u otros metales que muestran características de baja adherencia. Además, el uso de técnicas de moldeo para realizar la capa de barrera o estructural de un cabezal de impresión es difícil y costoso a la vista de las dimensiones reducidas, del orden de algunos micrómetros, unido con su fabricación.

Las patentes de EE.UU. Nº. 6.455.112 y Nº 6.638.439 describen el uso de resinas epoxídicas polifuncionales con un esqueleto de oxiciclohexano para formar capas estructurales de un cabezal de impresión por chorro de tinta.

Sin embargo, la solicitante ha observado que la elevada resistencia mecánica y la Tg de las composiciones de resina antes mencionadas fomentan el desprendimiento de la capa de fotopolímero de las superficies metálicas de oro u otros metales que muestran características de baja adherencia.

La patente de EE.UU. Nº. 6.793.326 describe que capas estructurales hechas de un producto catiónicamente polimerizado de resinas epoxídicas alicíclicas mostraban un pelado en el caso de un elevado esfuerzo interno debido a una elevada resistencia mecánica. La solución propuesta sugiere producir la capa estructural curando una composición de resina curable por radiación que comprende una resina epoxídica que tiene al menos dos grupos epoxi y obtenida de la polimerización de monómeros acrílicos que portan grupos epoxi.

Sin embargo, la solicitante ha observado que la resina epoxídica obtenida de la polimerización de un monómero acrílico que porta grupos epoxi no mostraba las características de adherencia óptimas requeridas para formar una capa de fotopolímero de un cabezal de impresión de chorro de tinta.

La patente de EE.UU. Nº. 4.685.968 describe una tinta acuosa para impresoras de chorro de tinta que comprenden un vehículo de aproximadamente 5 a 95% en peso de agua y el resto al menos un glicol-éter, un colorante, presente en una cantidad de hasta aproximadamente 10% en peso de la composición de vehículo, y un compuesto catiónico seleccionado del grupo que consiste en compuestos de alcanol-amonio y compuestos de amida catiónicos, presentes en una cantidad tal que existe al menos una molécula de un compuesto catiónico para al menos uno de los grupos funcionales cargados negativamente en el colorante. Dichas composiciones de tinta evidencian una formación mínima de costra y una pérdida de agua por evaporación reducida gracias al hecho de que la solubilidad de colorantes aniónicos está incrementada en medios de carácter ácido frente a la que se puede obtener de otro modo, debido a la presencia del compuesto de alcanol-amonio o catión de amida; se describe que el cloruro es un anión apropiado a emplear con las especies de alcanol-amonio, y el ácido clorhídrico se utiliza adecuadamente para reducir el pH.

Sin embargo, la solicitante ha observado que el uso de aniones cloruro provocan efectos de corrosión en el cabezal de impresión.

La patente europea Nº. 1 254 921 B1 describe una composición de tinta para impresoras de chorro de tinta que comprende al menos un colorante y un vehículo que incluye al menos un ácido organo-fosfónico, siendo capaz dicha composición de controlar la sangría y de exhibir todavía interacciones favorables con los componentes de la estructura de la pluma y, en particular, con los adhesivos habitualmente utilizados en plumas de impresoras de inyección por chorro de tinta, reduciendo así la expansión estructural del adhesivo.

1. Un procedimiento para fabricar un cabezal de impresión de chorro de tinta para una impresora de chorro de tinta que comprende una barrera de fotopolímero (5) que define vías de paso (6) de la tinta y cámaras de eyección (7) formadas sobre un sustrato, comprendiendo dicho procedimiento las etapas de:

- proporcionar un sustrato (1) ,

- aplicar sobre una superficie de dicho sustrato una primera capa adhesiva (8) de una barrera de fotopolímero, estando hecha dicha primera capa de un material catiónicamente polimerizable parcialmente polimerizado,

- aplicar una segunda capa (9) por encima de dicha primera capa, estando hecha dicha segunda capa de un material fotopolímerizable,

- definir vías de paso (6) para la tinta y cámaras de eyección (7) , y

- poner en contacto dicho cabezal de impresión de chorro de tinta con una tinta acuosa que contiene especies de carácter ácido con el fin de hacer que dicha primera capa adhesiva parcialmente polimerizada de dicha barrera de fotopolímero se polimerice adicionalmente, mejorando de esta forma la adherencia de la barrera de fotopolímero sobre dicha superficie de dicho sustrato con el tiempo.

2. El procedimiento para fabricar un cabezal de impresión de chorro de tinta de acuerdo con la reivindicación 1, que incluye formar sobre la superficie del sustrato una pluralidad de elementos (2) generadores de energía de eyección de la tinta.

3. El procedimiento para fabricar un cabezal de impresión de chorro de tinta de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, en el que dicho material catiónicamente polimerizable parcialmente polimerizado, que forma dicha primera capa adhesiva, se selecciona del grupo que consiste en resinas epoxídicas.

4. El procedimiento para fabricar un cabezal de impresión de chorro de tinta de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicha tinta acuosa que contiene especies de carácter ácido se obtiene añadiendo al agua un ácido o una sustancia capaz de liberar un ácido.

5. El procedimiento para fabricar un cabezal de impresión de chorro de tinta de acuerdo con la reivindicación 4, en donde dicho ácido o dicha sustancia capaz de liberar un ácido se selecciona del grupo que consiste en ácidos inorgánicos no corrosivos, ácidos orgánicos, sales hidrolizables y ésteres hidrolizables.

6. El procedimiento para fabricar un cabezal de impresión de chorro de tinta de acuerdo con la reivindicación 5, en el que dicho ácido o dicha sustancia capaz de liberar un ácido se selecciona entre ésteres hidrolizables.

7. El procedimiento para fabricar un cabezal de impresión de chorro de tinta de acuerdo con la reivindicación 6, en el que dichos ésteres hidrolizables son ésteres acrílicos hidrolizables.

8. El procedimiento para fabricar un cabezal de impresión de chorro de tinta de acuerdo con la reivindicación 7, en el que dichos ésteres acrílicos hidrolizables son diacrilatos de PEG.

9. El procedimiento para fabricar un cabezal de impresión de chorro de tinta de acuerdo con la reivindicación 8, en el que dichos ésteres acrílicos hidrolizables son diacrilatos de PEG con un peso molecular comprendido entre 200 uma y 1.000 uma.

10. El procedimiento para fabricar un cabezal de impresión de chorro de tinta de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 4 a 9, en el que dicha tinta acuosa que contiene especies de carácter ácido tiene un valor de pH comprendido entre 3 y 5.

11. El procedimiento para fabricar un cabezal de impresión de chorro de tinta de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 4 a 9, en el que dicha tinta acuosa que contiene especies de carácter ácido alcanza con el tiempo un valor del pH comprendido entre 3 y 5.

12. Uso de un cabezal de impresión de chorro de tinta para una impresora de chorro de tinta en combinación con una tinta acuosa que contiene especies de carácter ácido, comprendiendo dicho cabezal de impresión de chorro tinta al menos un sustrato (1) y una barrera de fotopolímero (5) aplicada sobre dicho sustrato, comprendiendo dicha barrera de fotopolímero una primera capa adhesiva (8) y una segunda capa (9) aplicada por encima de dicha primera capa, estando hecha dicha primera capa adhesiva de un material catiónicamente polimerizable parcialmente polimerizado, y estando hecha dicha segunda capa de un material fotopolimerizable, siendo capaz dicha primera capa adhesiva de polimerizarse adicionalmente cuando es contactada por dicha tinta acuosa con contenido en especies de carácter ácido, mejorando así con el tiempo la adherencia de barrera de fotopolímero sobre dicha superficie de dicho sustrato.

13. Uso de un cabezal de impresión de chorro de tinta de acuerdo con la reivindicación 12, en donde dicho material catiónicamente polimerizable parcialmente polimerizado se selecciona del grupo que consiste en resinas epoxídicas.