Brevet FR2543885A1 — publié le 19841012

L'invention concerne un appareil d'enregistrement par jets de liquide, et plus particulièrement un appareil d'enregistrement par jets de liquide pouvant effectuer un bon enregistrement même si le signal d'entrée est à haute fréquence. Au cours des dernières années, les procédés d'enregistrement sans frappe ont attiré l'attention par le fait que le bruit produit pendant l'enregistrement est très faible Surtout, le procédé d'enregistrement par jets de liquide, qui est capable d'effectuer un enregistrement à grande vitesse et qui, de plus, est capable d'effectuer un enregistrement sans nécessité le processus particulier du fixage d'images sur du papier uni, est un procédé d'enregistrement très efficace et il est donc intéressant. Divers types du procédé d'enregistrement par jets de liquide ont été proposés, et en particulier les procédés d'enregistrement des types décrits dans les demandes de brevets de la République Fédérale d'Allemagne DOS N' 2 843 064 et N O 2 944 005 qui décrivent des carac- téristiques différentes de celles des autres types de procédés d'enregistrement par jets de liquide par le fait que de l'énergie thermique est utilisée pour agir sur un liquide afin de produire la force motrice pour la décharge des gouttelettes de liquide. Autrement dit, conformément aux procédés d'enre- gistrement décrits dans les demandes précitées, le liquide soumis à l'action de l'énergie thermique présente un changement d'état impliquant un brusque accroissement de volume et, sous la force agissante basée sur ce change- ment d'état, des gouttelettes de liquide sont déchargées des orifices situés à l'extrémité avant de la tête d'enre- gistrement et sont projetées afin d'adhérer à un support d'enregistrement pour réaliser ainsi un enregistrement. De plus, les procédés d'enregistrement décrits dans les demandes précitées sont non seulement applicables de façon très efficace au procédé d'enregistrement dit à la demande, mais ils permettent également de façon aisée à la tête d'enregistrement d'être du type à ligne complète et de présenter un grand nombre d'orifices très rapprochés, ce qui conduit, à son tour, à la possibilité d'obtenir des images ayant un degré de résolution élevé et une haute qualité. Pour réaliser une longue tête d'enregistrement, il est indispensable que la partie dans laquelle l'élément générateur d'énergie est installé, à savoir la plaque de base de la tête d'enregistrement, soit longue Cependant, bien que la tranche de silicium connue jusqu'à présent ait d'excellentes caractéristiques en de nombreux points telles que son aptitude à la réponse aux hautes fréquences, sa planéité, etc, elle n'a pas convenu, jusqu'à présent, à la réalisation d'une longue tête d'enregistrement, car il a été difficile de réaliser une grande plaque de base à partir d'une telle tranche de silicium Une plaque de base en verre présente une grande surface et une excel- lente planéité, et elle est très lisse, mais elle est mauvaise conductrice de la chaleur et, par conséquent, si elle est utilisée comme plaque de base d'une tête d'enregistrement, elle ne rayonne pas suffisamment d'énergie thermique, mais cette dernière s'accumule progressivement dans la plaque de base dont elle augmente la température et ceci conduit parfois au cas o il est impossible d'obtenir une décharge stable de gouttelettes de liquide. De plus, si l'épaisseur de la couche formée par la plaque de base est grande, il arrive parfois qu'elle soit forte- ment soumise à l'influence thermique de la partie adjacente à énergie active Lorsque du verre est utilisé comme pla- que de base, pour empêcher les problèmes décrits ci-dessus d'apparaître, l'épaisseur de la plaque de base en verre peut être faible, ou bien l'appareil peut être commandé dans une plage de basses fréquences, mais du verre mince en grande surface est coûteux et ne convient pas à la fabrication d'une tête d'enregistrement de coût plus faible et, en outre, la commande de l'appareil dans les basses fréquences est en contradiction avec un enregistre- ment à vitesse plus élevée De plus, si la tête d'enre- gistrement est réalisée de façon à avoir un grand nombre d'orifices à haute densité, la densité de l'élément généra- teur d'énergie augmente et ceci conduit à un problème selon lequel la tête d'enregistrement est plus sensible à l'in- fluence de la chaleur. L'invention est conçue en fonction des points indiqués ci-dessus et elle a pour objet d'offrir un appa- reil d'enregistrement par jets de liquide dont la carac- téristique en fréquence est excellente L'invention a égale- ment pour objet un appareil d'enregistrement par jets de liquide capable d'effectuer de façon-stable une décharge de gouttelettes de liquide L'invention a également pour objet un appareil d'enregistrement par jets de liquide dans lequel une décharge stable de gouttelettes de liquide peut être réalisée même dans le cas o l'appareil est réalisé de façon à présenter un grand nombre d'orifices à haute densité. L'invention a également pour objet un appareil d'enregistrement par jets de liquide qui présente plusieurs orifices destinés à décharger un liquide et à projeter des gouttelettes de liquide, plusieurs parties agissant par la chaleur, communiquant avec les orifices et sur lesquelles l'énergie thermique pour la production des gouttelettes de liquide agit, et plusieurs éléments de conversion électro-thermique formant des moyens destinés à produire de l'énergie thermique et dans lesquels l'épaisseur d d'une plaque de base sur laquelle les éléments de conversion électro-thermique sont prévus et le pas L suivant lequel les parties génératrices de chaleur des éléments de con- version électro-thermique sont disposées sur la plaque de base satisfont la relation selon laquelle 8 > d Iî. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemple nullement limitatif et sur lesquels: la figure 1 est un schéma de l'agencement des parties génératrices de chaleur d'un élément de conversion électro -thermique; la figure 2 est une coupe schématique suivant la ligne X-X' de la figure 1; la figure 3 est une vue schématique en perspective éclatée d'une tête d'enregistrement par jets de -liquide constituant une forme préférée de réalisation de l'inven- tion; et la figure 4 est une coupe transversale schémati- que de la tête d'enregistrement par jets de liquide suivant la ligne X-Y de la figure 3. Les figures 1 et 2 sont des schémas illustratifs de la présente invention La figure 1 montre schématique- ment la disposition des parties de génération de chaleur d'un élément de conversion électro-thermique et la figure 2 est une coupe schématique suivant la ligne X-X', en trait mixte, de la figure 1. Sur les figures 1 et 2, les références numériques 101 à 108 désignent des parties génératrices de chaleur et la référence numérique 201 désigne une plaque de base. Les flèches de la figure 2 indiquent schématiquement les directions de propagation de la chaleur. Les parties 101 à 108 de génération de chaleur sont disposées de façon à correspondre chacune à un ori- fice Lorsque de l'énergie est fournie aux parties généra- trices de chaleur, chacune d'elles produit de la chaleur en fonction d'un signal d'entrée et elle communique de l'énergie thermique à un liquide Par cette énergie ther- mique ou calorifique, le liquide présente un brusque changement d'état et des gouttelettes de liquide sont déchargées de l'orifice (non représenté). Les parties précitées de génération de chaleur sont les parties d'une couche à résistance produisant de la chaleur, qui sont exposées à un entrefer d'électrode formé entre la couche à résistance génératrice de chaleur et des électrodes constituant l'élément de conversion électro-thennique Même dans le cas o la couche à résis- tance génératrice de chaleur est recouverte d'une couche protectrice ou autre et n'est donc pas à découvert, les parties génératrices de chaleur présentent la couche à résistance génératrice de chaleur de l'entrefer d'élec- trode. La figure 3 est une vue schématique en perspective éclatée d'une tête d'enregistrement par jets de liquide constituant une forme préférée de réalisation de l'inven- tion Sur la figure 3, la référence numérique 301 désigne une plaque de base, la référence numérique 302 désigne une couche à résistance génératrice de chaleur, la réfé- rence numérique 303 désigne des électrodes, la référence numérique 304 désigne une couche protectrice, la référence numérique 305 désigne une plaque formant une paroi avant, la référence numérique 306 désigne des plaques formant des parois latérales, la référence numérique 307 désigne une plaque formant une paroi arrière et la référence numérique 308 désigne une plaque présentant des orifices 311 Les références numériques 309-1 à 309-n désignent des parties à action thermique dans lesquelles de l'énergie thermique agit sur le liquide, et la référence numérique 310 désigne un conduit d'alimentation. La figure 4 est une coupe schématique de la tête d'enregistrement par jets de liquide de la figure 3, suivant la ligne X-Y, en trait mixte, de la figure 3. Sur la figure 4, les références numériques 3 01 à 305, 307 à 309 et 311 ont une signification similaire à celle indiquée pour la figure 3 La référence numérique 312 désigne une électrode commune et la référence numérique 313 désigne un câblage extérieur. Comme montré sur la figure 2, lorsque les par- ties génératrices de chaleur produisent de la chaleur, l'énergie thermique se propage non seulement vers le côté du liquide, mais également vers le côté de la plaque de base A ce moment, si la conductibilité thermique de la plaque de base est mauvaise, l'énergie thermique ne rayonne pas de la plaque de base, mais s'y accumule à partir de l'instant o s'arrête la première production de chaleur jusqu'à l'instant o commence la génération suivante de chaleur Si tel est le cas, en raison de cette chaleur accumulée, l'énergie thermique destinée à décharger des gouttelettes de liquide varie de façon pro- gressive par rapport à l'énergie thermique nécessaire à la première décharge et si la même tension est toujours appliquée à l'élément de conversion électro-thermique, on n'obtient pas une décharge stable De plus, ladite chaleur accumulée, même si un seul élément générateur de chaleur est commandé, produit également une influence thermique sur les éléments générateurs de chaleur qui lui sont adjacents Par conséquent, il apparaît une différence entre une tension de seuil VO pour la décharge de goutte- lettes de liquide, appliquée à un élément de conversion électro-thermique, et une tension de seuil VM appliquée en continu à un grand nombre d'éléments de conversion électro-thermique En outre, lorsque des signauxsont appliqués en continu à de nombreux éléments de conversion êlectro- thermique, à un instant donné, la température peut s'élever de façon excessive jusqu'à un point risquant de détruire les éléments de conversion électro-thermique Pour éviter cet inconvénient, on peut concevoir un procédé limitant la valeur de la tension et la largeur des impulsions de tension appliquées aux éléments de conversion électro- thermique en tenant compte de la présence et de l'absence des signaux appliqués à tous les éléments de conversion électro-thermique. Cependant, dans ce procédé, la commande peut devenir complexe et le coût peut augmenter L'invention propose un procédé qui permet d'atteindre le but souhaité sans passer par une telle commande, ou bien en utilisant des moyens plus simples même lorsqu'une telle commande est réalisée A cet effet, on peut concevoir qu'il est possible de réduire la variation de la tension de seuil. On a trouvé que lorsque l'épaisseur d de la plaque de base et le pas ú auquel les parties génératrices de chaleur sont disposées sont de préférence dans la relation telle que 8 > d/Z, et, de façon plus avantageuse, dans la relation telle que 4 > d/t, la variation de la tension de seuil est faible et une décharge stable est obtenue de façon continue. Dans la présente invention, o la plaque de base est formée d'une seule matière, l'épaisseur d de cette plaque de base est l'épaisseur proprement dite de la partie de la plaque de base sur laquelle les parties génératrices de chaleur sont disposées, mais o une couche plus mauvaise conductrice de la chaleur que la plaque de base est prévue entre cette dernière et les parties génératrices de chaleur, l'épaisseur de cette couche étant d, et une couche, ayant le même degré de conductibilité thermique que la plaque de base, est prévue entre cette dernière et les parties génératrices de chaleur, l'épaisseur de cette couche et de la plaque de base étant d De plus, en ce qui concerne la conductibilité thermique, une conductibilité thermique s'élevant jusqu'au dixième de celle de la plaque de base est considérée comme du même degré, et une couche mauvaise conductrice de la chaleur est une couche dont la conductibilité thermique est inférieure à 1/10 de celle de la plaque de base. En outré, la plaque de base peut être fixée sur un substrat tel qu'une plaque d'aluminium, au moyen d'un adhésif ou autre. Le pas ú des parties génératrices de chaleur indique les distances les plus courtes comprises entre les centres des parties génératrices de chaleur de l'élé- ment de conversion électro-thermique (les parties exis- tant entre les électrodes de la couche à résistance généra- trice de chaleur, et plus particulièrement la partie indiquée en H sur la figure 4, et les parties génératrices de chaleur sont celles indiquées entre 309 sur les figures 3 et 4) Les centres des parties génératrices de chaleur sont ceux des cercles les plus petits entourant ces parties génératrices de chaleur. Le pas Q sera à présent expliqué en référence à la figure 1 Lorsque les parties 101 à 108 génératrices de chaleur sont disposées comme montré sur la figure 1, si l'on considère le pas, par exemple, en prenant comme référence la partie 105 de génération de chaleur, les distances comprises entre les centres des parties généra- trices de chaleur sont variables, comme indiqué en 1 et 92 * Cependant, le pas 2 est la plus courte des distances comprises entre les centres des parties génératrices de chaleur et, par conséquent, lorsque Li > Q 2 comme indiqué sur la figure 1, le pas est ú =Q 2 Comme décrit en détail précédemment, conformé- ment à l'invention, il est prévu un appareil d'enregistre- ment par jets de liquide qui présente une excellente caractéristique en fréquence et qui est capable d'effec- tuer une décharge stable de gouttelettes de liquide. En outre, conformément à la présente invention, il est prévu un appareil d'enregistrement par jets de liquide dont la caractéristique de fréquence est bonne, même lorsque cet appareil présente de nombreux orifices à haute densité. Il est également prévu un appareil d'enregistre- ment par jets de liquide capable d'effectuer une décharge stable de gouttelettes de liquide pendant une longue durée. De plus, même si du verre ou une matière dont l'un des constituants est le verre et qui possède une conductibilité thermique relativement faible est utilisée comme plaque de base de la tête d'enregistrement, il est prévu un appareil d'enregistrement par jets de liquide pré- sentant un fonctionnement stable pendant une longue durée. Des formes préférées de réalisation de l'inven- tion seront décrites ci-après. Dans la première forme de réalisation, du nitrure de tantale est d'abord appliqué en tant que couche à résistance génératrice de chaleur sur du verre du type "TEMPAX" (marque commerciale d'un produit de la firme JENAER GLASWERK SCHOTT & GEN, Mayence, RFA ayant une épaisseur de 1,0 mm, et de l'aluminium est ensuite appli- qué en tant qu'électrode, après quoi il est attaqué par photolithographie pour former des éléments de conversion électro-thermique L'aluminium inutile est éliminé de manière que les parties génératrices de chaleur aient pour dimensions 100 dm par 50 gm, et les éléments de con- version électro-thermique sont formés à un pas de 125 Nom. Du Si O 2 et du Si C sont appliqués successivement à une épaisseur de 0,5 gm chacun sur les éléments de conversion électro-thermique ainsi formés, après quoi une plaque de paroi avant est formée, puis une plaque de paroi arrière et deux plaques de paroi latérale de façon à constituer une zone, sur le côté de l'électrode commune de la plaque de la paroi avant et une chambre à liquide, et un trou est réalisé à travers l'une des plaques de paroi latérale, puis un conduit d'alimentation en encre est mis en place dans le trou. Le degré d'interaction sous l'application d'une tension à créneaux rectangulaires de 5 as à l'appareil d'enregistrement par jets de liquide ainsi réalisé, est évalué L'évaluation porte sur le rapport de la tension de seuil V 1, au moment o des gouttelettes de liquide sont déchargées uniquement par un orifice, et de la ten- sion de seuil V 2 au moment o des gouttelettes de liquide sont déchargées en continu par trente-deux ajutages De plus, dans l'évaluation, le cas o V 2/V 1 = K avec 1,0 > K > 0,9 est exprimé par "d", ce qui signifie une très faible interaction; le cas o V 2/Vi = K avec 0,9 > K > 0,8 est exprimé par " O ", ce qui signifie une faible interaction; le cas o V 2/V 1 = K avec 0,8 > K > 0,6 est exprimé par "A", ce qui signifie une faible inter- action, mais cette dernière n'affecte pas la formation des gouttelettes; et le cas o V = K avec 0,6 > K est exprimé par 'EX", ce qui signifie une interaction égale ou supérieure à un degré affectant la formation des gouttelettes. En conséquence, dans la première forme de réa- lisation, l'évaluation O est obtenue lorsque la fréquence de commande est de 500 Hz, l'évaluation O est obtenue lorsque la fréquence de commande est de 1 k Hz; et l'éva- luation A est obtenue lorsque la fréquence de commande est de 2 k Hz Dans la forme de réalisation décrite, = 125 gm et d = 1,0 mm et, par conséquent, il est évi- dent que l'inégalité 8 ú > d est satisfaite. En outre, on a réalisé des appareils en utilisant en totalité la même plaque de base que celle de l'appareil d'enregistrement par jets de liquide décrit ci-dessus, sauf que le pas Z des parties génératrices de chaleur était de 83 gm, 250 gm et 500 Nom, et on a procédé à une évaluation analogue avec l'application d'une tension rectangulaire de as aux appareils Les résultats sont donnés dans le tableau I ci-dessous. Comme indiqué dans le tableau I, dans les appa- reils o d/Z est de 4 ou moins, on obtient un comportement en service excellent jusqu'à une fréquence de 2 k Hz De plus, dans les appareils o d/t est de 8, on obtient un comportement en service assez bon jusqu'à la fréquence de 1 k Hz. Dans une deuxième forme de réalisation, on pro- duit les appareils d'enregistrement par jets de liquide dont la construction est analogue à celle de la première forme de réalisation et dans lesquels du verre TEMPAX" ayant une épaisseur de 0,5 mm est utilisé comme plaque de base, et le pas Z des parties génératrices de chaleur est de 83 dm, 125 Nom, 250 gm et 500 um, cette forme de réali- sation étant commandée comme la première forme de réali- sation. On procède à une évaluation de la même manière que celle utilisée pour la première forme de réalisation. Le résultat est donné dans le tableau II ci- dessous. Comme indiqué dans le tableau Il, dans tout échantillon de cette forme de réalisation, d/t est infé- rieur à 8 et, par conséquent, même dans le cas o la fré- quence de formation des gouttelettes de liquide est élevée, on obtient une décharge stable des gouttelettes de liquide, avec une faible interaction Dans le cas notamment des échantillons o d/L est de 4 ou moins, la décharge des gouttelettes de liquide est excellente même à une f ré- quence élevée, de l'ordre de 3 k Hz. T A BL EAU I N O dl'échan- tillon 9 4 500 5 (O O A Epaisseur de la plaque de base = 1,0 mmn -lj L 4 Co d/9. OÈ (ô) 009 CO) (Q) Q osz L 0 LO-) SET 9 0 00 ES 9 z /P ZHX ú ZHX z ZHX 1 ZH 009 (Wrt) 16 -UL Ilo 9 op M Ln rlo -t Ln cm um Sio = asmq ap enbv Td le T ap anoss Tvda C 4 II a v a 1 a v 1 REVENDICATIONS 1 Appareil d'enregistrement par jets de liquide présentant plusieurs orifices ( 311) destinés à décharger un liquide et à projeter des gouttelettes de liquide, plusieurs parties ( 309-1, 309-n) agissant par la chaleur, communiquant avec lesdits orifices et sur lesquelles agit de l'énergie thermique destinée à produire les gouttelettes de liquide qui sont projetées, et plusieurs éléments de conversion électro-thermique ( 302) constituant des moyens de production de l'énergie thermique, l'appareil étant carac- térisé en ce que l'épaisseur d de la plaque de base ( 301) sur laquelle les éléments de conversion électro-thermique sont disposés et le pas 2 auquel les parties génératrices de chaleur des éléments de conversion électro-thermique sont disposées sur la plaque de base satisfont la rela- tion 8 > d/Z. 2 Appareil selon la revendication 1, caracté- risé en ce que la plaque de base comporte au moins du verre en tant que l'un de ses constituants. 3 Appareil selon la revendication 1, caracté- risé en ce qu'une couche protectrice ( 304) est formée sur au moins une partie des éléments de conversion électro- thermique.