k OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS 19 k kInt. Cl. : B41J 2/21 11 Número de publicación: 2 150 075 7 51 ESPAÑA k TRADUCCION DE PATENTE EUROPEA 12 kNúmero de solicitud europea: 96304080.3 kFecha de presentación : 05.06.1996 kNúmero de publicación de la solicitud: 0 748 693 kFecha de publicación de la solicitud: 18.12.1996 T3 86 86 87 87 k 54 Tı́tulo: Cabezal impresor por inyección de tinta térmica con mayor capacidad de impresión. k 73 Titular/es: XEROX CORPORATION k 72 Inventor/es: Burger, William R.; k 74 Agente: Carpintero López, Francisco 30 Prioridad: 08.06.1995 US 485065 Xerox Square Rochester, New York 14644, US 45 Fecha de la publicación de la mención BOPI: 16.11.2000 45 Fecha de la publicación del folleto de patente: ES 2 150 075 T3 16.11.2000 Aviso: k k Moore, Steven R. y Kneezel, Gary A. 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 ES 2 150 075 T3 DESCRIPCION Cabezal impresor por inyección de tinta térmica con mayor capacidad de impresión. La presente invención se refiere a una impresora de tinta térmica y, más particularmente, a un cabezal de impresión que puede desplazarse a voluntad para aumentar el campo de impresión del mismo. En las actuales impresoras de inyección de tinta térmica el cabezal de impresión comprende tı́picamente uno o varios inyectores de tinta, según se describe en el documento US-A-4.463.359, incluyendo cada inyector un canal que por un extremo está comunicado con una cámara de suministro de tinta, o colector, y en el extremo opuesto tiene una abertura que se denomina boquilla. Un generador de energı́a térmica, normalmente una resistencia, se encuentra situado en cada uno de los canales a una distancia determinada de la boquilla. Las resistencias son alimentadas individualmente con un impulso de corriente para vaporizar momentáneamente la tinta y formar una burbuja que expele una gota de tinta. La aceleración de la tinta al salir de la boquilla, mientras crece la burbuja, proporciona a la gota una cantidad de movimiento y una velocidad con una dirección prácticamente en lı́nea recta hacia una hoja de impresión, como puede ser un trozo de papel. Dado que la gota de tinta solo se emite cuando actúa la resistencia, este tipo de impresión por inyección de tinta térmica se conoce como impresión por “gota sobre demanda”. Son también conocidos otros tipos de impresión por inyección de tinta, tales como el de flujo continuo y el acústico. En una máquina impresora por inyección de tinta monocromática, el cabezal de impresión comprende tı́picamente un conjunto lineal de inyectores, y el cabezal de impresión se desplaza con respecto a la superficie de la hoja de impresión, ya sea mediante el desplazamiento de la hoja de impresión con respecto a un cabezal de impresión fijo, o viceversa, o ambos. El documento JP-A 60 228 158 de la técnica anterior describe un cabezal de impresión para una impresora por inyección de tinta que se desplaza en un sentido de proceso y que tiene cuatro boquillas para tintas de diferente color que pueden girar sobre un eje perpendicular tanto al sentido del proceso como al sentido del avance del papel. En algunos tipos de aparatos, un cabezal de impresión relativamente pequeño se desplaza a través de la hoja de impresión, en el sentido del proceso, dando numerosas pasadas a la manera de una máquina de escribir; alternativamente, la impresora puede incorporar un cabezal de impresión que consiste en un conjunto de inyectores que se extienden a todo el ancho de la hoja de impresión, en cuyo caso se trata de una impresora de “ancho total” (FWA). Cuando el cabezal de impresión y la hoja de impresión de desplazan el uno con respecto a la otra, se utilizan datos digitales gráficos para activar selectivamente los generadores de energı́a térmica del cabezal de impresión a lo largo del tiempo, con objeto de crear la imagen deseada sobre la hoja de impresión. Con las impresoras por inyección de tinta tam2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2 bién pueden crearse imágenes multicolores sobre la hoja de impresión. Este tipo de impresión puede usarse para crear imágenes a todo color, tal como al reproducir una fotografı́a en color, o puede emplearse para hacer “resaltar” con color, en cuyo caso se hacen añadidos coloreados sobre una parte principal de la imagen o del texto, que tı́picamente es negra. En cualquiera de los casos, la técnica de impresión por inyección de tinta mas común ha sido la de formar secuencialmente la imagen de dos o mas colores, en etapas de impresión independientes, sobre la hoja de impresión única. Esta superposición puede realizarse de muchas maneras. Por ejemplo, puede segmentarse una única cabeza impresora con diferentes secciones colineales dedicadas a diferentes colores, de manera que los diferentes colores se imprimen en pasadas subsiguientes efectuando un avance del papel entre las pasadas. Alternativamente, pueden colocarse dos o mas cabezales de impresión muy cercanos y substancialmente paralelos entre sı́, y llevar las dos o mas porciones de la imagen casi simultáneamente sobre la hoja de impresión, aunque los diferentes cabezales de impresión imprimirán las diferentes áreas de la hoja de impresión al mismo tiempo o con un pequeño retardo. Para imprimir una imagen a todo color, pueden emitirse cuatro tipos de tinta (amarilla, azul, cı́an y negra) desde cuatro cabezales de impresión independientes mientras la hoja de impresión se desplaza con respecto a los mismos. Las citadas impresoras en negro y en color están diseñadas para acomodar una zona de impresión que tenga el mismo ancho que la longitud del cabezal de impresión; por ejemplo, un cabezal con 64 inyectores, 128 inyectores, 256 inyectores, etc. En muchas máquinas se utiliza una zona de impresión relativamente pequeña (una pasada) con objeto de mantener una pequeña separación (tı́picamente igual o inferior a 1 mm) entre la superficie de la boquilla y la hoja de impresión. El control de esta separación se realiza mas fácilmente si se limita el tamaño de la zona de impresión. Esto produce diversas restricciones de utilización. Por ejemplo, si el usuario desea cambiar las caracterı́sticas de tamaño de las gotas en una impresora de negro para poder imprimir la escala de grises, o disponer de una densidad óptica diferente para diferentes medios (tales como papel y transparencias), deberá cambiar el cabezal de impresión en negro por uno que tenga el tamaño de gotas adecuado o añadir un segundo cabezal de impresión. En el ejemplo citado anteriormente de un cabezal de impresión de color segmentado colinealmente, la capacidad de impresión es menor que la de un cabezal de impresión monocromo del mismo tamaño, pues se dispone de menos inyectores para cada color. Serı́a ventajoso en estas y otras aplicaciones de impresoras, que se describirán mas adelante con mayor detalle, disponer de la posibilidad de imprimir tanto en color como en negro, o de la posibilidad de cambiar el tamaño de las gotas, y que la impresora dispusiese de esta posibilidad sin disminución del rendimiento y utilizando para imprimir solo una pequeña zona de impresión, y además sin necesidad de una máquina costosa con cabezales de impresión múltiples o de mayor tamaño. 3 ES 2 150 075 T3 Es un objeto de una realización de la presente invención mejorar las caracterı́sticas de impresión de una impresora única. En un aspecto de la presente invención, se proporciona un cabezal de impresión que tiene al menos dos segmentos, cada segmento asociado a la eyección de tinta con unas caracterı́sticas seleccionadas, por ejemplo, densidad, color y/o tamaño de gota. El cabezal está preparado para que oscile o se desplazace arriba y abajo en el sentido del avance del papel (sentido del desplazamiento del medio de registro) para alinear en la zona de impresión el segmento apropiado del cabezal de impresión. En otro aspecto de la presente invención, se proporciona un aparato para imprimir una imagen en un sentido de proceso y sobre una hoja de registro que puede desplazarse perpendicularmente al sentido del proceso, comprendiendo el aparato: un cartucho de impresión que puede desplazarse en el sentido del proceso, comprendiendo el cartucho un cabezal de impresión segmentado estando cada segmento preparado para la inyección de una tinta de caracterı́sticas diferentes a la de los otros segmentos a lo largo de una pasada de impresión en el sentido del proceso, incluyendo además el cartucho unos depósitos de tinta para suministrar a los segmentos del cabezal de impresión una tinta de las caracterı́sticas apropiadas en respuesta a unas señales gráficas de entrada y un medio para desplazar selectivamente el cabezal de impresión hacia atrás y hacia delante perpendicularmente al sentido del proceso para situar selectivamente uno de los segmentos del cabezal de impresión para que imprima a lo largo de dicha pasada de impresión. A continuación se describirá la invención, a tı́tulo de ejemplo, con referencia a los dibujos adjuntos, en los cuales: La Figura 1 es una vista en alzado de una porción de una impresora de inyección de tinta térmica mostrando un cabezal de impresión multisegmentado que tiene un segmento de negro y color que puede desplazarse entre dos posiciones de impresión. La Figura 2 es una vista por un extremo de la impresora de la Figura 1 mostrando un mecanismo para cambiar la posición del cartucho de impresión en el sentido del avance del papel. Las Figuras 3A y 3B son vistas frontales del cabezal de impresión segmentado de la Figura 1 mostrando el cabezal de impresión en dos posibles posiciones para imprimir en una misma pasada. Las Figuras 4A y 4B son vistas frontales de una segunda realización de un cabezal de impresión segmentado que comprende dos segmentos de igual longitud, un segmento para imprimir en negro y el otro segmento para imprimir en colores múltiples. La Figura 5 ilustra una ventaja del cabezal de impresión de la Figura 4 para imprimir segmentos de color en la parte inferior de una hoja, en comparación con un cabezal de impresión de la técnica anterior. La Figura 1 es una vista en alzado simplificada de una porción de una impresora de inyección de tinta térmica de gotas sobre demanda. Se mueve 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 4 a pasos una hoja de registro 10, por medios conocidos en la técnica, en un sentido P de avance del papel hasta que llegue a una posición con respecto a una estación de cabezal de impresión que consiste, en una primera realización, en un conjunto de cabezal de impresión 12 que está montado sobre un carro 16. El carro 16 está montado de tal modo que el conjunto de cabezal de impresión 12 pueda desplazarse alternativamente con respecto a la hoja 10 en un sentido de barrido rápido o de proceso, indicado por F, preferiblemente perpendicular al sentido de avance P del papel. Para que haga este movimiento, el carro 16 puede estar montado sobre unos raı́les guı́a 18, y accionado por un sistema motriz 19 del carro, que comprende una correa de transmisión 20 y un motor 21 para crear un movimiento de vaivén (F) del carro 16. En el documento US-A-5.371.531 se describe un mecanismo para mover un conjunto de cabezal de impresión. En la técnica de las impresoras de inyección de tinta son habituales diversos esquemas, relacionados o no con dicho documento, para efectuar el movimiento alternativo del carro 16 en un sentido de proceso de barrido rápido con respecto a la hoja 10, y puede utilizarse cualquier procedimiento conocido para crear este movimiento de barrido. Pasando ahora a una descripción mas detallada del conjunto de cabezal de impresión 12, y refiriéndose a las Figuras 1, 2 y 3A, 3B, el conjunto de cabezal de impresión 12 incluye una cabeza impresora única 24 que tiene un primer segmento 24A y un segundo segmento 24B. Cada segmento contiene un conjunto lineal de boquillas de inyección de tinta térmica por goteo sobre demanda. Según se muestra en las Figuras 3A, 3B, los segmentos 24A, 24B del cabezal de impresión tienen una misma longitud medida en el sentido de avance del papel. Ası́ pues, en las realizaciones en las que las boquillas tienen la misma separación en los diferentes segmentos, el número de boquillas en cada segmento es el mismo. En las realizaciones que tienen diferentes resoluciones en los diferentes segmentos, el número de boquillas varı́a con la respectiva resolución. Cada segmento del cabezal de impresión está alimentado con tinta procedente de un correspondiente depósito de tinta alojado en un cartucho. El segmento 24A del cabezal de impresión, en esta primera realización, está alimentado con una tinta negra desde el depósito 26A, mientras que el segmento 24B del cabezal de impresión está alimentado con una tinta de color (azul en este ejemplo) desde el depósito 26B. Ası́ pues, se aprecia que el conjunto de cabezal de impresión 12 comprende un cabezal de impresión 24 con dos segmentos 24A, 24B y unos correspondientes cartuchos de tinta 26A, 26B, respectivamente. Se utiliza un medio de procesador gráfico (no representado, pero convencional en la técnica) para energizar selectivamente unos calentadores situados en los canales de tinta del cabezal de impresión y expulsar sobre demanda gotas de tinta por las boquillas de cada segmento del cabezal de impresión en respuesta a los datos digitales de entrada. La Patente Estadounidense RE 32.572 describe detalles de un circuito de energización de calentadores que puede utilizarse para esta energización 3 5 ES 2 150 075 T3 selectiva de calentadores. El cabezal de impresión 24 está preparado para desplazarse selectivamente en el sentido de avance P del papel y en el sentido inverso P’ al avance del papel, con el fin de situar cualquier segmento 24A, 24B en posición de imprimir en una pasada de impresión 30. En las Figuras 1 y 3A, 3B se aprecia que la pasada 30 tiene una altura L. En una realización, este movimiento de oscilación o de recolocación está producido por el dispositivo de leva que se representa en las Figuras 1 y 2. Refiriéndose a estas figuras, una leva excéntrica 31 está montada sobre el eje 32 del servomotor 34. El motor 34 está controlado por señales procedentes del ESS 36 que recibe señales binarias de datos gráficos desde un ordenador, un escáner u otra fuente de datos, y procesa la información convirtiéndola en señales apropiadas para la impresora. Estas operaciones incluyen el envı́o de señales para accionar el sistema motriz 19 para permitir un movimiento de barrido rápido del cartucho de impresión y de envı́o de señales eléctricas al cabezal de impresión para energizar los calentadores asociados a las boquillas que deben ser disparadas. Las señales del ESS controlan también el funcionamiento del servomotor 34 energizando el motor y haciendo girar la leva 31 en el sentido de las agujas del reloj. El conjunto de cabezal de impresión 12 puede por tanto desplazarse en el sentido del avance del papel o en el sentido contrario. El conjunto tiene una protuberancia 38 que puede moverse dentro de un chavetero 40 practicado en un bastidor lateral 42 del conjunto. Según se muestra en la Figura 3A, el cabezal de impresión 24 tiene un primer segmento 24A que imprime en negro. El segmento 24B imprime en azul. La impresión se producirá en el sentido de barrido rápido F a lo largo de la pasada de impresión 30. La Figura 3A muestra el cabezal de impresión en la posición en la que el segmento de negro 24A se encuentra en posición para imprimir en la pasada 30. El modo particular de impresión se controla mediante las entradas procesadas por el ESS 36. Con esta configuración son posibles diversos modos de impresión. 1. Puede efectuarse una impresión totalmente en negro en la cual se imprime toda la hoja en negro únicamente. En este modo convencional, el cabezal de impresión no se desplaza en el sentido del avance del papel y se mantiene en la posición que se muestra en la Figura 3A. 2. Puede efectuarse una impresión totalmente en azul en la cual se imprime toda la hoja en azul. En este modo, se hace girar la leva 31 que desplaza el conjunto de cabezal de impresión 12 en el sentido de avance (P) del papel. El conjunto se desplaza de manera que el segmento 24B se sitúe en la posición de impresión que se muestra en la Figura 3B. La operación de impresión continúa, imprimiéndose la hoja en azul. 3. Puede realizarse una operación de impresión con realces en color imprimiendo una pasada en negro; desplazando después el cabezal de impresión una distancia L en el sentido del avance del papel (desde la posición de la Figura 3A hasta la posición que se muestra en la Figura 3B) e imprimiendo la pasada siguiente en azul, ya sea en 4 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 6 modo unidireccional o bidireccional. Las siguientes pasadas pueden imprimirse en negro o en color desplazando el cabezal de impresión según se requiera; por ejemplo, desplazándolo en el sentido inverso (P’) al avance del papel si la secuencia es de azul a negro. 4. Puede realizarse una variación de una operación de impresión con realces en color resituando el cabezal de impresión desde la posición 3A a la posición 3B durante una pasada de impresión. Ası́ pués, puede imprimirse en negro parte de una pasada, se desplaza después el cabezal de impresión hasta la posición de la Figura 3B, se imprime en azul la siguiente sección, se resitúa el cabezal de impresión en la posición de la Figura 3A, se imprime en negro la tercera sección, y ası́ sucesivamente. La invención contempla un amplio margen de utilización con combinaciones de los modos de operación descritos en los apartados 1, 2, 3 y 4. Las Figuras 4A, 4B ilustran otra realización de la invención en la cual el conjunto 12 comprende un cabezal de impresión 44 que incluye un segmento de negro 44A y tres segmentos 44B, 44C, 44D, cada uno de ellos asociado a un color diferente (cı́an, azul, amarillo). En esta realización, la longitud L del segmento de negro es igual a las longitudes combinadas de los tres segmentos de color; por ejemplo, cada segmento de color tendrı́a una longitud L/3. En esta realización, el conjunto de cabezal de impresión 12 tiene un depósito de tinta negra y tres de color conectados a cada segmento del cabezal de impresión. El funcionamiento es como el descrito para la realización de las Figuras 3A, 3B, siendo desplazado el cabezal de impresión 44 selectivamente desde la posición de la Figura 4A hasta la posición de la Figura 4B para realizar la impresión a todo color. La hoja 10 se desplaza una distancia incremental L/3 en el sentido del proceso. Alternativamente, el cabezal de impresión podrı́a estar constituido por tres o mas segmentos iguales, y cada segmento podrı́a posicionarse mediante un giro parcial de la leva 31. Pueden proporcionarse otras variaciones de las citadas realizaciones acordes con los propósitos de la presente invención. Por ejemplo, en la realización de la Figura 3, el segmento 24A puede depositar sobre el medio una tinta negra con un primer tamaño de punto, mientras que el segmento 24B puede depositar sobre el medio una tinta negra con un segundo tamaño de punto. Para hacer posible esta realización, las caracterı́sticas constructivas de los inyectores de gotas de tinta son diferentes para cada segmento del cabezal de impresión, con objeto de que produzcan gotas de diferentes tamaños. Esta realización permite un modo de impresión con escala de grises cambiando entre los dos segmentos del cabezal de impresión durante la operación de impresión de una página. También permite diferentes densidades de impresión para diferentes medios, tales como papel y transparencias. Opcionalmente pueden utilizarse separaciones diferentes entre las boquillas de los dos segmentos. Ası́ pues, entre las diferentes caracterı́sticas de cada segmento del cabezal de impresión pueden incluirse el tamaño y la separación de las 7 ES 2 150 075 T3 boquillas de tinta para cambiar el tamaño de la gota expulsada; por ejemplo, la “caracterı́stica” para esta utilización serı́a el diámetro de la gota. La “caracterı́stica” puede ser también la densidad (concentración de tinte o de pigmento) de la tinta expulsada, ası́ como el color. Otra ventaja particular de la invención consiste en hacer máxima la capacidad de impresión imprimiendo en todo el espacio utilizable de la hoja. Las impresoras de la técnica anterior, que utilizan cabezales segmentados de impresión en color para imprimir sobre hojas cortadas que penetran en una zona de impresión, tienen un problema inherente para sujetar con precisión el papel por el borde inferior o posterior de la hoja 5 10 8 cuando están imprimiendo en color. Considérese la situación que aparece en la Figura 5; la hoja 10 ha sido impresa y está cerca del final de su espacio utilizable. Si se está usando un cabezal de impresión 50 convencional de dos segmentos, el cabezal de impresión está fijo en una posición, de manera que la impresión de la pasada final 62 queda limitada por no poderse imprimir en color dentro de esa pasada. Sin embargo, usando la configuración de cabezal de impresión de la Figura 4 que aparece en la Figura 5, se aprecia que puede utilizarse totalmente la pasada 62 para imprimir en color (configuración de lı́nea continua) o en negro (configuración en lı́nea de trazos). 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 5 9 ES 2 150 075 T3 REIVINDICACIONES 1. Un aparato para imprimir una imagen según un sentido de proceso (F) y sobre una hoja de registro (10) que puede desplazarse perpendicularmente al sentido del proceso, comprendiendo el aparato: un cartucho de impresión (12) que puede desplazarse en el sentido del proceso, comprendiendo el cartucho un cabezal de impresión segmentado (24, 44) estando cada segmento (24A, 24B) preparado para expulsar tinta de unas caracterı́sticas diferentes a las de los otros segmentos a lo largo de una pasada de impresión (30) en el sentido del proceso, caracterizado porque el cartucho incluye unos depósitos de tinta (26A, 26B) para suministrar a los segmentos tinta de las caracterı́sticas apropiadas en respuesta a unas señales gráficas de entrada (36) y unos medios (31) para desplazar selectivamente el cabezal de impresión hacia delante y hacia atrás perpendicularmente al sentido del proceso para situar selectivamente unos de los segmentos del cabezal de impresión para imprimir a lo largo de dicha pasada de impresión. 2. El aparato de la reivindicación 1, en el cual el cabezal de impresión tiene dos segmentos de igual longitud L en el sentido (P) perpendicular al sentido del proceso. 3. El aparato de las reivindicaciones 1 o 2, en el cual un segmento está conectado a una tinta negra de una primera densidad y el segundo segmento a una tinta negra de una segunda densidad. 4. El aparato de las reivindicaciones 1 o 2, en el cual un segmento expulsa gotas de tinta negra de un tamaño, y el segundo segmento expulsa 5 10 15 20 25 30 35 10 gotas de un tamaño diferente. 5. El aparato de las reivindicaciones 1 o 2, en el cual las boquillas de un segmento están situadas con una primera resolución, y las boquillas del segundo segmento están situadas con una segunda resolución. 6. El aparato de las reivindicaciones 1 o 2, en el cual un segmento está alimentado con tinta negra y el segundo segmento está alimentado con tinta de otro color preseleccionado. 7. El aparato de las reivindicaciones 1 o 2, en el cual uno de los segmentos está conectado a una de entre una pluralidad de tintas de color con un primer juego de densidades o tonalidades y el segundo segmento a una de entre una pluralidad de tintas de color con un segundo juego de densidades o tonalidades. 8. El aparato de las reivindicaciones 1 o 2, en el cual uno de los segmentos expulsa gotas de tinta de un tamaño y de uno de entre una pluralidad de colores, y el segundo segmento expulsa gotas de tinta de un tamaño diferente. 9. El aparato de las reivindicaciones 1 o 2, en el cual uno de los segmentos expulsa gotas de tinta con una primera resolución y de uno entre una pluralidad de colores, y el segundo segmento expulsa gotas de tinta de una segunda resolución. 10. El aparato de la reivindicación 1, en el cual el cabezal de impresión (44) tiene un primer grupo de boquillas (44A) de longitud L y un segundo grupo de boquillas (44B, 44C, 44D) situado a tope con el primer grupo, comprendiendo el segundo grupo tres segmentos, estando alimentado el primer grupo con tinta negra y estando alimentado cada segmento del segundo grupo con tinta de un color diferente. 40 45 50 55 60 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 ES 2 150 075 T3 7 ES 2 150 075 T3 8 ES 2 150 075 T3 9 ES 2 150 075 T3 10 ES 2 150 075 T3 11