k OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS 19 k ES 2 052 928 kInt. Cl. : B41J 2/09 11 N.◦ de publicación: 5 51 ESPAÑA k TRADUCCION DE PATENTE EUROPEA 12 kNúmero de solicitud europea: 89310374.7 kFecha de presentación : 11.10.89 kNúmero de publicación de la solicitud: 0 364 227 kFecha de publicación de la solicitud: 18.04.90 T3 86 86 87 87 k 54 Tı́tulo: Dispositivos marcadores por gotas. k 73 Titular/es: k 72 Inventor/es: Arway, George k 74 Agente: Dı́ez de Rivera y Hoces, Alfonso 30 Prioridad: 12.10.88 US 256705 Videojet Systems International, Inc. 2200 Arthur Avenue Elk Grove Village Illinois 60007, US 45 Fecha de la publicación de la mención BOPI: 16.07.94 45 Fecha de la publicación del folleto de patente: 16.07.94 Aviso: k k k En el plazo de nueve meses a contar desde la fecha de publicación en el Boletı́n europeo de patentes, de la mención de concesión de la patente europea, cualquier persona podrá oponerse ante la Oficina Europea de Patentes a la patente concedida. La oposición deberá formularse por escrito y estar motivada; sólo se considerará como formulada una vez que se haya realizado el pago de la tasa de oposición (art◦ 99.1 del Convenio sobre concesión de Patentes Europeas). Venta de fascı́culos: Oficina Española de Patentes y Marcas. C/Panamá, 1 – 28036 Madrid 1 2 052 928 DESCRIPCION La invención se refiere a dispositivos de desviación de gotas tales como impresoras por chorro de tinta y similares provistas de dispositivos de desviación de gotas, a un método para desviar gotas cargadas eléctricamente, y a un sistema de marcación por gotas que emplea tal método. Los dispositivos de desviación de gotas son de varias formas incluyendo dispositivos de corriente única de gotas y dispositivos de corrientes múltiples de gotas tales como el tipo de red binaria. Los sistemas de marcación por gotas emplean generalmente tintas conductoras eléctricamente que son suministradas a una o más toberas que tienen asociado con ellas un cristal piezoeléctrico. La tinta es forzada a través de la tobera y, en virtud del dispositivo piezoeléctrico, se forman gotas discretas cuando la tinta sale de la tobera. A continuación, las gotas pasan a través de un dispositivo de carga, tal como un anillo de carga, que las imparte cargas eléctricas selectivamente. O sea, algunas gotas son cargadas mientras que otras no lo son. Las gotas que son cargadas pueden tener cargas de magnitudes diferentes dispuestas en ellas. Mientras las gotas continúan a lo largo de su trayecto inicial, entran en un campo eléctrico formado por un dispositivo de desviación de gotas que es tı́picamente un par de placas o electrodos de desviación que están cargados en alta tensión por una fuente de alimentación. Cuando las gotas entran en el campo de desviación formado entre las placas de desviación, las gotas cargadas son desviadas respecto a su trayectoria original en una magnitud proporcional a la carga que transportan. De este modo, las gotas descargadas no son desviadas mientras que las gotas muy cargadas son desviadas en una magnitud significativa. En el caso usual, las gotas cargadas serán desviadas hacia un sustrato que ha de marcarse mientras que las gotas descargadas son recogidas para volver a un depósito de tinta. Detalles adicionales referentes a sistemas tı́picos de marcación por gotas de tinta pueden encontrarse en las Patentes de EE.UU. nos 4.121.222, 4.319. 251 y 4.555.712, incorporadas aquı́ por referencia. Un problema de las impresoras por chorro de tinta del tipo descrito ocurre debido a la necesidad de producir el campo eléctrico para desviar las gotas. Tı́picamente, este campo eléctrico es producido conectando una placa o electrodo de desviación a una fuente de alimentación de alta tensión mientras se conecta a masa la segunda placa o electrodo de desviación . Alternativamente, una fuente de alimentación de alta tensión de una polaridad es conectada a una placa o electrodo de desviación, y una fuente de alimentación de polaridad opuesta es conectada a la otra placa o electrodo de desviación. La fuente de alimentación de alta tensión requerida para este fin es responsable de varios problemas en la seguridad y rendimiento funcional del dispositivo de desviación de gotas y del sistema asociado de marcación por gotas. Primero, la fuente de alimentación de alta tensión produce ruido eléctrico que perturba el funcionamiento apropiado de los otros circuitos eléctricos asocia2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2 dos con el sistema de marcación por gotas, incluyendo los sistemas de ordenador que determinan los patrones de marcación por gotas que han de situarse sobre el sustrato y las funciones asociadas. Segundo, el arco eléctrico entre las placas o electrodos de desviación, o en otra parte del circuito de alta tensión, causa mala calidad de impresión y otros problemas operacionales. Tercero, respecto a la seguridad, la energı́a de fuente de alimentación liberada durante el arco eléctrico entre las placas o electrodos de desviación puede crear un riesgo de incendio particularmente donde las tintas usadas contienen disolventes inflamables como es el caso frecuentemente. Finalmente, la fuente de alimentación de alta tensión presente un posible riesgo de seguridad debido al potencial para sacudida eléctrica. La Solicitud de Patente Japonesa n◦ 53105322 ha propuesto proporcionar un aparato de facsı́mil en el que un documento que contiene datos para transmisión es enrollado sobre un tambor, en una estación transmisora de datos, que ha de ser explorado transversalmente por un dispositivo electroóptico, y los datos transmitidos son imprimidos en una estación receptora de datos por una cabeza impresora por chorro de tinta sobre papel enrollado en otro tambor. Esta propuesta confı́a en que el tambor en la estación receptora de datos sea accionado a la misma velocidad que el tambor en la estación transmisora de datos, y requiere esencialmente que la cabeza impresora por chorro de tinta recorra transversalmente el papel en sincronismo con el dispositivo electroóptico en la estación transmisora de datos. La cabeza impresora por chorro de tinta está provista de un par de placas de desviación electrostática y evita la necesidad de cualquier fuente de alimentación de alta tensión disponiendo que un electreto conectado a masa esté fijado a una de las placas de desviación y que las placas de desviación estén montadas tal que el electreto pueda ser contactado periódicamente por la otra placa de desviación, induciendo ası́ un campo de desviación de alta tensión entre las placas de desviación. La intensidad de este campo de desviación de alta tensión se atenúa rápidamente con el paso del tiempo y es necesario restablecer el campo de desviación de alta tensión al final de cada lı́nea impresa moviendo una de las placas de desviación para contactar con el electreto mientras se cierra simultáneamente un interruptor para poner a masa la placa de desviación móvil, y después reabriendo el interruptor y devolviendo la placa móvil de desviación a su posición operativa. Aunque esta disposición puede ser aceptable para un equipo de facsı́mil en el que la cabeza impresora retorna en el extremo de cada lı́nea, no es adecuada para uso en impresión continua por chorro de tinta puesto que la atenuación del campo de desviación de alta tensión reducirı́a progresivamente la desviación de las gotas de tinta, afectando desfavorablemente a la calidad de impresión. El contacto repetido regularmente de la placa móvil de desviación con el electreto también precisarı́a interrumpir el chorro de tinta que pasa esencialmente entre las placas de desviación. Por tanto, la Solicitud de Patente Japonesa n◦ 53 -105322 enseña un dispositivo de desviación 3 2 052 928 de gotas, para un sistema de marcación por gotas, que incluye una estructura de electrodos de desviación que incorpora un electreto para crear un campo eléctrico a fin de desviar selectivamente gotas de tinta cargadas respecto a su trayectoria inicial; también enseña un método para desviar eléctricamente gotas cargadas incluyendo crear un campo eléctrico que usa un electreto, y hacer pasar las gotas a través del campo eléctrico; también enseña un sistema de marcación por gotas que tiene medios para producir una corriente de gotas de tinta, un dispositivo de carga para impartir una carga eléctrica a gotas de tinta seleccionadas, y una estructura de electrodos de desviación que incorpora un electreto para crear un campo eléctrico para desviar las gotas de tinta cargadas respecto a su trayectoria inicial. Sin embargo, con tal dispositivo de desviación de gotas, tal método para desviar eléctricamente gotas cargadas y tal sistema de marcación por gotas, una caracterı́stica esencial es que el electreto está puesto a masa y contacta repetidamente con una placa móvil de desviación para inducir una carga en ella debido a la atenuación del campo de desviación. De acuerdo con un aspecto de la presente invención, un dispositivo de desviación de gotas tiene el electreto desconectado de masa y el campo eléctrico causado directamente por la diferencia de potencial entre el electreto y un electrodo de desviación. De esta manera se evita la atenuación del campo de desviación, no hay necesidad de que el electreto contacte con el electrodo de desviación para inducir una carga eléctrica en él porque el electreto establece directamente el campo de desviación, y no hay necesidad de interrumpir las gotas de tinta mientras el electreto contacta con el electrodo de desviación. El electreto y el electrodo de desviación pueden ser placas separadas paralelamente o placas separadas divergentes, entre las cuales han de pasar las gotas de tinta. La placa de desviación puede estar puesta a masa o puede ser un segundo electreto desconectado de masa. En el último caso, el primer electreto desconectado de masa es de polaridad opuesta que el segundo electreto desconectado de masa. De acuerdo con otro aspecto de la presente invención, un método para desviar gotas cargadas eléctricamente incluye crear el campo eléctrico usando un electreto desconectado de masa. Tal método puede incluir crear el campo eléctrico entre el electreto desconectado de masa y un electrodo de desviación puesto a masa, o entre dos electretos desconectados de masa de polaridad diferente. Un electreto es un cuerpo de material cargado eléctricamente de modo permanente sustancialmente. Los electretos son elementos análogos eléctricos de un imán permanente. Un electreto produce su propio campo eléctrico sin conexión a una fuente de energı́a eléctrica. Los electretos son bien conocidos en la técnica eléctrica como, por ejemplo, en tecnologı́a de micrófonos y altavoces. El elemento clave de la presente invención es el uso de un electreto desconectado de masa para producir el campo eléctrico de desviación en un sistema de marcación por gotas. 5 10 15 4 Empleando la invención, se cree que es posible obtener un número de beneficios debido a la eliminación de la fuente de alimentación de alta tensión. Estos beneficios incluyen una reducción del ruido, lo que hace más precisa la colocación de gotas, y del peligro de explosión debido al arco eléctrico. Además, la eliminación de la fuente de alimentación de alta tensión hace más simple el servicio del dispositivo y, por supuesto, se elimina el riesgo de sacudida eléctrica para el personal de servicio. También se reduce el coste del dispositivo. Realizaciones especı́ficas de la invención serán descritas ahora, sólo a modo de ejemplo, con referencia a los dibujos, en los que: la Figura 1 ilustra una primera realización de la invención que utiliza un sólo electreto desconectado de masa; 20 la Figura 2 ilustra una segunda realización similar a la primera realización, en donde las gotas son provistas de una carga de polaridad opuesta; 25 la Figura 3 es una tercera realización en la que un par de electretos desconectados de masa son usados para formar el campo de desviación; 30 la Figura 4 ilustra una cuarta realización similar a la realización de la Figura 3, que utiliza, sin embargo, gotitas cargadas positivamente; 35 la Figura 5 ilustra una quinta realización que emplea un sólo electreto desconectado de masa, cargado negativamente, en donde las gotitas cargadas negativamente son desviadas separadas del sustrato mientras que las gotitas descargadas inciden en el sustrato; y 40 la Figura 6 ilustra la estructura de una forma de un electreto. 45 50 55 60 65 La Figura 1 ilustra los elementos básicos de una primera realización de la invención usada en conjunción con un sistema de marcación por gotas. Las gotas lı́quidas 1 de marcación emanan de un orificio 2 de tobera de chorro de tinta que está situado en un extremo de una envuelta tı́pica 3 de tobera. Las gotas son accionadas por un dispositivo piezoeléctrico 4 que, en la realización usual, rodea la envuelta 3 y suministra energı́a a la envuelta para causar la formación de gotas cuando la corriente de tinta sale por la tobera 2. Las gotas 1 son cargadas eléctricamente por un electrodo 5 de carga cuando salen de la tobera, y son desviadas cuando pasan a través de un campo eléctrico 6 de desviación que existe entre un electrodo superior 8 de desviación y un electrodo inferior 9 de desviación. En un sistema convencional, los electrodos 8 y 9 de desviación estarı́an formados por un par de conductores, al menos uno de los cuales estarı́a conectado a una fuente de alimentación mientras que el otro conductor podrı́a estar puesto a masa o conectado a una fuente de alimentación de polaridad opuesta, creando ası́ un 3 5 2 052 928 campo eléctrico de desviación entre los electrodos de desviación como es bien conocido en la técnica. Las gotas que no están cargadas no son afectadas por el campo eléctrico entre los electrodos 8 y 9 de desviación, y son recogidas por un captador 10 de tinta que devuelve las gotas al sistema de tinta para reutilización. Las gotas que transportan una carga son desviadas por el campo y se hace que sean depositadas sobre un sustrato 11 que ha de marcarse. De esta manera, las gotas pueden situarse tal que la información es registrada en el sustrato 11. Los electrodos 8 y 9 de desviación están hechos usualmente en forma de placas planas, pero también son posibles otras formas y orientaciones distintas que las paralelas y dentro del ámbito de la presente invención. De acuerdo con la presente invención, como se ilustra en la Figura 1, el electrodo 9 de desviación está constituido por un electreto desconectado de masa (que se describirá después) con un potencial superficial negativo en el margen de menos 3.000 a menos 6.000 voltios. Por supuesto, otros potenciales superficiales (positivos o negativos) pueden emplearse dependiendo de la cantidad deseada de desviación y de las caracterı́sticas de la tinta que ha de desviarse. El campo eléctrico 6, que está presente en el espacio entre el electreto 9 y el electrodo 8 de desviación, actúa sobre las gotas cargadas y hace que cambien la dirección de su trayectoria a través de este campo, o sea, ellas son desviadas hacia el sustrato como se ilustra. Especı́ficamente, las gotas de tinta, que están cargadas negativamente en esta realización, son atraı́das hacia el electrodo 8 de desviación puesto a masa que está situado enfrente del electreto 9 cargado negativamente. No hay conexión eléctrica con el electreto que define el electrodo 9 de desviación. El campo eléctrico 6 es el resultado de la distribución intrı́nseca de carga eléctrica del electreto. No es necesaria ninguna fuente adicional de energı́a, tal como una fuente de alimentación, para establecer o mantener el campo eléctrico 6. De este modo, esta realización está libre inherentemente de los problemas de ruido eléctrico, arco eléctrico y seguridad, tal como riesgo de sacudida eléctrica, que se encuentran en sistemas convencionales de marcación por gotas. El sistema de marcación por gotas ilustrado en la Figura 2 es idéntico al sistema de la Figura 1 excepto en que las gotas de tinta están cargadas positivamente y las posiciones del electreto 12 desconectado de masa y del electrodo 8 de desviación puesto a masa están invertidas. Por consiguiente, las gotas cargadas positivamente son desviadas de su trayectoria por el electreto 12 cargado negativamente para hacer que incidan en el sustrato 11. Las gotitas descargadas siguen llegando al captador 10. La Figura 3 ilustra una tercera realización en la que gotas 1 cargadas negativamente son desviadas dentro de un campo eléctrico entre un electreto 9 de potencial superficial negativo y un electreto 15 de potencial superficial positivo. En esta realización, puede producirse mayor intensidad de campo debido al uso de un par de electretos desconectados de masa, cargados opuestamente. En tal realización, puede producirse mayor desviación de 4 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 6 las gotas de tinta, o puede obtenerse mayor precisión de impresión, con la misma desviación, moviendo el sustrato más próximo al campo de desviación. En la Figura 4, las gotas 14 cargadas positivamente son desviadas en el campo eléctrico entre un electreto 16 de potencial superficial positivo y un electreto 12 de potencial superficial negativo. Esta realización es idéntica a la realización de la Figura 3 a excepción de invertir la polaridad de la carga de tinta y las posiciones de los electretos cargados positiva y negativamente. En la Figura 5, las gotas cargadas negativamente son desviadas hacia el captador 10 mientras que las gotas descargadas 17 son depositadas sobre el sustrato. Las gotas cargadas son desviadas separándose del electreto 8 cargado negativamente y hacia el electrodo 19 conectado a masa. Las combinaciones de polaridad de carga de gotas y de polaridad de carga superficial de electreto, ilustradas en las Figuras 2-4, también se aplican a esta quinta realización en la que las gotas cargadas son desviadas al interior de un captador mientras que las gotas descargadas son dirigidas hacia el sustrato. Las técnicas para fabricar electretos aceptables comercialmente son conocidas por los expertos en la técnica. Sin embargo, para asegurar la integridad de esta exposición, ahora se describe la manera en la que los electretos fueron preparados para uso con la presente invención. Para información adicional referente a electretos, se hace referencia a la publicación siguiente (incorporada aquı́ por referencia): “ELECTROSTATICS AND ITS APPLICATIONS” (“La electrostática y sus aplicaciones”): A. D. Moore, Editor; propiedad intelectual 1.973, John Wiley & Sons, Inc.; págs. 122-129 y la referencia citada en ella. En resumen, un electreto es un material dieléctrico que ha sido procesado de modo que posee un potencial superficial eléctrico permanente, o sea, él producirá su propio campo eléctrico análogo al campo magnético soportado por un imán permanente. La Figura 6 ilustra los detalles de un electreto que fue hecho y utilizado satisfactoriamente en conjunción con la invención expuesta aquı́. El electrodo de electreto está formado sobre una placa metálica 30 que es provista como soporte solamente. En una cara de la placa 30 está fijada una longitud de cinta 32 de tetrafluoroetileno de un espesor de 0,1 mm aproximadamente. Preferiblemente, la cinta está fijada adhesivamente a la placa soporte 30. Alternativamente, plástico, cera o cerámica gruesos podrı́an usarse para hacer un electreto autoportante que no precisarı́a una estructura soporte tal como la placa metálica de la realización ilustrada. Entonces, el conjunto ası́ preparado es provisto de una carga electrostática permanente relativamente de la manera siguiente. Una fuente de alimentación de alta tensión, tal como una Spellman Modelo RHR10PN30, es conectada a una hoja de borde fijado tal como un cuchillo del oficio o similar. El electreto es cargado pasando la hoja cerca de la superficie de la cinta 32 de tetrafluoroetileno. Una descarga de efecto corona es inducida con el campo eléctrico asociado, creando una distribución de carga permanente relativamente 7 2 052 928 en la cinta. En el instante en que se produce la descarga de efecto corona, la cinta 32 de tetrafluoroetileno es calentada a 121,1◦C y después es enfriada rápidamente a -40◦C por medio de una neblina congeladora como, por ejemplo, procedente de un bote rociador de fluorocarburo. Por supuesto, tal método no es crı́tico en la práctica de la invención sino que indica simplemente un método con el que puede prepararse un material de electreto. Otros métodos son conocidos en la 5 10 8 técnica de electretos y pueden utilizarse como se desee. Sólo es necesario que el electreto o electretos sean preparados con una carga eléctrica suficiente para producir el campo de desviación necesario para las gotas de tinta cargadas. Al producir y usar electretos como uno o ambos de los electrodos de desviación, es importante mantener limpia y seca la superficie de la cinta 32 de tetrafluoroetileno para impedir la pérdida de potencial superficial. 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 5 9 2 052 928 REIVINDICACIONES 1. Un dispositivo de desviación de gotas, para un sistema de marcación por gotas, incluyendo una estructura de electrodos de desviación que incorpora un electreto para crear un campo eléctrico a fin de desviar selectivamente gotas de tinta cargadas con respecto a su trayectoria inicial, caracterizado porque el electreto (9, 12 o 18) está desconectado de masa y el campo eléctrico es causado directamente por la diferencia de potencial entre el electreto (9, 12 ó 18) y un electrodo de desviación (8, 15, 16 ó 19). 2. Un dispositivo de desviación de gotas según la Reivindicación 1, caracterizado porque el electreto (9, 12 ó 18) y el electrodo de desviación (8, 15, 16 ó 19) son placas separadas paralelamente entre las cuales han de pasar las gotas de tinta. 3. Un dispositivo de desviación de gotas según la reivindicación 1, caracterizado porque el electreto (9, 12 ó 18) y el electrodo de desviación (8, 15, 16 ó 19) son placas separadas divergentes entre las cuales han de pasar las gotas de tinta. 4. Un dispositivo de desviación de gotas según cualquiera de las Reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el electrodo de desviación (8 ó 19) está conectado a masa. 5. Un dispositivo de desviación de gotas según cualquiera de las Reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el electrodo de desviación (15 o 16) es un segundo electreto desconectado de masa. 6. Un dispositivo de desviación de gotas según la Reivindicación 5, caracterizado porque el primer electreto (9 ó 12) desconectado de masa es de polaridad opuesta al segundo electreto (15 o 16) desconectado de masa. 7. Un dispositivo de desviación de gotas según cualquier reivindicación precedente, caracterizado porque el electreto o al menos uno de los electretos está formado por un material seleccionado del grupo que comprende resinas acrı́licas, poliéster, tetrafluoroetileno, cera y materiales cerámicos. 8. Un sistema de marcación por gotas que incluye un dispositivo de desviación de gotas de acuerdo con cualquier reivindicación precedente. 9. Un método para desviar gotas cargadas eléctricamente, que incluye crear un campo eléctrico usando un electreto, y hacer pasar las gotas a través del campo eléctrico, caracterizado 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 10 por crear el campo eléctrico usando un electreto desconectado de masa. 10. Un método según la Reivindicación 9, caracterizado por crear el campo eléctrico entre el electreto desconectado de masa y un electrodo de desviación conectado a masa. 11. Un método según la Reivindicación 9, caracterizado por crear el campo eléctrico entre dos electretos desconectados de masa de polaridad diferente. 12. Un sistema de marcación por gotas que tiene medios para producir una corriente de gotas de tinta, un dispositivo de carga para impartir una carga eléctrica a gotas de tinta seleccionadas, y una estructura de electrodos de desviación que incorpora un electreto para crear un campo eléctrico a fin de desviar las gotas de tinta cargadas con respecto a su trayectoria inicial, caracterizado porque el electreto (9, 12 ó 18) está desconectado de masa, y el campo eléctrico es causado directamente por la diferencia de potencial entre el electreto (9, 12 ó 18) y un electrodo fijo de desviación (8, 15, 16 ó 19). 13. Un sistema de marcación por gotas según la Reivindicación 12, caracterizado porque el electrodo fijo de desviación (8, 15, 16 ó 19) está conectado a masa. 14. Un sistema de marcación por gotas según las Reivindicaciones 12 ó 13, caracterizado porque el electreto (9, 12 ó 18) tiene la forma de un electrodo fijo de desviación. 15. Un sistema de marcación por gotas que tiene medios para producir una corriente de gotas de tinta, un dispositivo de carga para impartir una carga eléctrica a gotas de tinta seleccionadas, y una estructura de desviación que incorpora un electreto para crear un campo eléctrico a fin de desviar las gotas de tinta cargadas con respecto a su trayectoria inicial, caracterizado porque la estructura de desviación incluye dos electretos desconectados de masa (9 y 15, ó 12 y 16), y el campo eléctrico es causado directamente por la diferencia de potencial entre los dos electretos. 16. Un sistema de marcación por gotas según la Reivindicación 15, caracterizado porque los dos electretos (9 y 15, ó 12 y 16) son de polaridad opuesta. 17. Un sistema de marcación por gotas según las Reivindicaciones 15 ó 16, caracterizado porque los dos electretos (9 y 15, ó 12 y 16) definen un huelgo fijo para las gotas de tinta. NOTA INFORMATIVA: Conforme a la reserva del art. 167.2 del Convenio de Patentes Europeas (CPE) y a la Disposición Transitoria del RD 2424/1986, de 10 de octubre, relativo a la aplicación del Convenio de Patente Europea, las patentes europeas que designen a España y solicitadas antes del 7-10-1992, no producirán ningún efecto en España en la medida en que confieran protección a productos quı́micos y farmacéuticos como tales. 65 Esta información no prejuzga que la patente esté o no incluı́da en la mencionada reserva. 6 2 052 928 7 2 052 928 8 2 052 928 9