DE69626879T2

DE69626879T2 - Flüssigkeitsausstosskopf, Flüssigkeitsausstossgerät und Flüssigkeitsausstossverfahren

Info

Publication number: DE69626879T2
Application number: DE69626879T
Authority: DE
Inventors: Toshio Ohta-ku Kashino; Makiko Ohta-ku Kimura; Takeshi Ohta-ku Okazaki; Aya Ohta-ku Yoshihira; Kiyomitsu Ohta-ku Kudo; Yoshie Ohta-ku Nakata
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1995-04-26
Filing date: 1996-04-26
Publication date: 2004-02-05
Anticipated expiration: 2016-04-27
Also published as: TW414760B; US6007187A; AU712741B2; KR100190746B1; EP0739734B1; US6174050B1; CN1135968A; CA2175166A1; CN1072115C; SG49942A1; AU5089596A; CA2175166C; MX9601557A; EP0739734A3; ATE235375T1; EP0739734A2; KR960037287A; DE69626879D1; HK1014691A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Flüssigkeitsausstoßkopf zum Ausstoßen einer gewünschten Flüssigkeit unter Ausnutzung einer Blase durch Aufbringung von thermischer Energie auf die Flüssigkeit und eine Kopfkartusche unter Verwendung eines derartigen Flüssigkeitsausstoßkopfes. Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine Tintenstrahlkopfbaugruppe, die den Flüssigkeitsausstoßkopf enthält.
Genauer gesagt bezieht sich die Erfindung auf einen Flüssigkeitsausstoßkopf mit einem beweglichen Element, das durch Erzeugung einer Blase bewegbar ist, und eine Kopfkartusche unter Verwendung eines derartigen Flüssigkeitsausstoßkopfes.
Die vorliegende Erfindung ist anwendbar bei einem Drucker, einem Kopiergerät, einem Faxgerät mit einem Kommunikationssystem, einem Wortprozessor mit einem Druckerabschnitt o. ä. und einer industriellen Aufzeichnungsvorrichtung, die mit diversen Prozeßvorrichtungen kombiniert ist, wobei die Aufzeichnung auf einem Aufzeichnungsmaterial, wie Papier, Fadenmaterial, Fasermaterial, textilem Material, Leder, Metall, Kunstharzmaterial, Glas, Holz, Keramik etc., durchgeführt wird.
In dieser Beschreibung bedeutet "Aufzeichnung" nicht nur die Erzeugung eines Bildes eines Buchstabens, einer Ziffer o. ä. mit spezieller Bedeutung, sondern auch die Erzeugung eines Bildes eines Musters, das keine spezielle Bedeutung hat.
Ein Tintenstrahlaufzeichnungsverfahren vom sogenannten Bubble-Jet-Typ ist bekannt. Hierbei wird eine momentane Zustandsänderung, die zu einer momentanen Volumenänderung (Blasenerzeugung) führt, durch Aufbringung von Energie, wie Wärme, auf die Tinte erzeugt, um die Tinte durch einen Ausstoßauslaß mit der aus der Zustandsänderung resultierenden Kraft auszustoßen, wodurch die Tinte auf das Aufzeichnungsmaterial ausgestoßen und dort abgelagert wird, um ein Bild zu erzeugen. Wie in der US-PS 4 723 129 beschrieben, umfaßt eine Aufzeichnungsvorrichtung unter Anwendung des Bubble-Jet-Aufzeichnungsverfahrens einen Ausstoßauslaß zum Ausstoßen der Tinte, eine Tintenströmungsbahn, die in Strömungsmittelverbindung mit dem Ausstoßauslaß steht, und einen elektrothermischen Wandler als Energieerzeugungseinrichtung, der in der Tintenströmungsbahn angeordnet ist.
Ein derartiges Aufzeichnungsverfahren ist insofern vorteilhaft, als daß hiermit ein Bild hoher Qualität mit hoher Geschwindigkeit und geringer Geräuschentwicklung aufgezeichnet werden kann und eine Vielzahl von derartigen Ausstoßauslässen mit hoher Dichte angeordnet werden können, so daß auf diese Weise eine Aufzeichnungsvorrichtung geringer Größe, die eine hohe Auflösung liefert, geschaffen werden kann und Farbbilder in einfacher Weise erzeugt werden können. Dieses Bubble-Jet-Aufzeichnungsverfahren findet daher heutzutage in umfangreicher Weise Anwendung in Druckern, Kopiergeräten, Faxgeräten oder anderen Bürogeräten und bei industriellen Systemen, wie Textildruckvorrichtungen o. ä.
Mit zunehmendem Bedarf nach der Bubble-Jet-Technik werden an diese in neuerer Zeit diverse Anforderungen gestellt.
Beispielsweise wird eine Verbesserung der Energieausnutzung gefordert. Um dieser Forderung gerecht zu werden, wurde die Optimierung des Wärmeerzeugungselementes, beispielsweise die Einstellung der Dicke des Schutzfilmes, untersucht. Dieses Verfahren ist wirksam, da hierdurch die Fortpflanzungseffizienz der erzeugten Wärme zur Flüssigkeit verbessert wird.
Um Bilder mit hoher Qualität zu schaffen, sind Antriebsbedingungen vorgeschlagen worden, mit denen die Tintenausstoßgeschwindigkeit erhöht und/oder die Blasenerzeugung stabilisiert werden kann, um einen besseren Tintenausstoß zu erreichen. Als weiteres Beispiel wurden zur Erhöhung der Aufzeichnungsgeschwindigkeit Verbesserungen der Form der Strömungskanäle vorgeschlagen, durch die die Geschwindigkeit der Einfüllung (Wiederauffüllung) der Flüssigkeit in die Flüssigkeitsströmungsbahn erhöht wird.
Die offengelegte japanische Patentanmeldung SHO-63-199972 schlägt Strömungskanalkonstruktionen vor, wie sie beispielsweise in den 1(a) und 1(b) dargestellt sind.
Die Konstruktion der Flüssigkeitsbahn oder des Flüssigkeitskanales sowie ein Herstellverfahren hierfür wurden unter Berücksichtigung einer rückwärts gerichteten Welle zur Flüssigkeitskammer hin vorgeschlagen. Diese rückwärts gerichtete Welle wird als Energieverlust angesehen, da sie nicht zum Flüssigkeitsausstoß beiträgt. Es wurde ein Ventil 10 vorgeschlagen, das aufstromseitig des Wärmeerzeugungselementes 2 in bezug auf die generelle Strömungsrichtung der Flüssigkeit vorgesehen und an der Decke des Kanales montiert ist. Das Ventil nimmt eine Anfangsposition ein, in der es sich entlang der Decke erstreckt. Bei der Blasenerzeugung nimmt es eine Position ein, in der es sich nach unten erstreckt, so daß auf diese Weise ein Teil der rückwärts gerichteten Welle durch das Ventil 10 unterdrückt wird. Wenn das Ventil in der Bahn 3 erzeugt wird, ist die Unterdrückung der rückwärts gerichteten Welle praktisch nicht signifikant. Die rückwärts gerichtete Welle trägt nicht direkt zum Ausstoß der Flüssigkeit bei. Wenn die rückwärts gerichtete Welle in der Bahn auftritt, bewirkt der Druck zum direkten Ausstoßen der Flüssigkeit, daß die Flüssigkeit aus dem Kanal ausstoßbar ist.
Bei dem Bubble-Jet-Aufzeichnungsverfahren wird das Erhitzen wiederholt, wobei sich das Wärmeerzeugungselement in Kontakt mit der Tinte befindet, so daß daher verbranntes Material auf der Oberfläche des Wärmeerzeugungselementes infolge einer Kogation der Tinte abgeschieden wird. Die Menge des abgeschiedenen Materiales kann in Abhängigkeit von den Tintenmaterialien groß sein. Wenn dies auftritt, wird der Tintenausstoß unbeständig. Selbst wenn die auszustoßende Tinte durch Wärme in einfacher Weise eine Qualitätsverschlechterung erfährt oder selbst wenn die Flüssigkeit eine solche ist, mit der die Blasenerzeugung nicht ausreichend ist, wird gewünscht, die Flüssigkeit auf korrekte Weise ohne Eigenschaftsveränderung auszustoßen.
Die offengelegte japanische Patentanmeldung SHO-61-69467, die offengelegte japanische Patentanmeldung SHO-55-81172 und die US-PS 4 480 259 beschreiben, daß unterschiedliche Flüssigkeiten für die Flüssigkeit, die durch Wärmeeinwirkung die Blase erzeugt (Wärmeeinwirkungsflüssigkeit), und für die Flüssigkeit, die ausgestoßen werden soll (Ausstoßflüssigkeit), verwendet werden. Gemäß diesen Veröffentlichungen sind die Tinte als Ausstoßflüssigkeit und die Blasenerzeugungsflüssigkeit durch einen flexiblen Film aus Siliconkautschuk o. ä. vollständig voneinander getrennt, um einen direkten Kontakt der Ausstoßflüssigkeit mit dem Wärmeerzeugungselement zu verhindern, während sich der aus der Blasenerzeugung der Blasenerzeugungsflüssigkeit resultierende Druck durch die Verformung des flexiblen Filmes zur Ausstoßflüssigkeit fortpflanzt. Mit einer derartigen Konstruktion wird eine Abscheidung des Materiales auf der Oberfläche des Wärmeerzeugungselementes verhindert und eine Erhöhung des Auswahlspielraumes für die Ausstoßflüssigkeit erreicht.
Bei einer derartigen Konstruktion, bei der die Ausstoßflüssigkeit und die Blasenerzeugungsflüssigkeit vollständig getrennt sind, pflanzt sich jedoch der durch die Blasenerzeugung generierte Druck durch die Expansions-Kontraktions-Verformung des flexiblen Filmes zur Ausstoßflüssigkeit fort, wobei der Druck zu einem ziemlich hohen Ausmaß vom flexiblen Film absorbiert wird. Ferner ist die Verformung des flexiblen Filmes nicht so groß, so daß daher der Energieausnutzungsgrad und die Ausstoßkraft verschlechtert werden, obwohl der gleiche Effekt durch die Anordnung zwischen der Ausstoßflüssigkeit und der Blasenerzeugungsflüssigkeit erreicht wird.
Die US-A-5 278 585 beschreibt einen Tintenstrahldruckkopf, bei dem ein Wärmeerzeugungselement zur Erzeugung einer Blase in der Tinte zur Bewirkung eines Tintenausstoßes innerhalb einer Ausnehmung angeordnet ist und ein bewegliches Ventil, das sich teilweise über die Ausnehmung erstreckt, aufstromseitig derselben vorgesehen ist, um rückwärts gerichtete Blasenkräfte im wesentlichen zu blockieren und diese Kräfte in die entgegengesetzte Richtung umzuleiten, um den Tintenausstoß zu erleichtern.
Die JP-A-05-124189 beschreibt eine Tintenabgabevorrichtung mit Elektroden, die auf jeder Seite einer Unterkammer vorgesehen sind, so daß beim Anlegen einer Spannung an die Elektroden eine Blase in der Unterkammer erzeugt wird und der Blasendruck eine Bewegung einer dünnen Membran in Richtung auf einen Ausstoßauslaß bewirkt, um eine Tintenabgabe zu ermöglichen.
Es ist daher ein Hauptziel der vorliegenden Erfindung, ein Flüssigkeitsausstoßprinzip zu schaffen, mit dem die erzeugte Blase auf neuartige Weise gesteuert wird.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung betrifft die Schaffung eines Flüssigkeitsausstoßkopfes etc., bei dem die Wärmeansammlung in der Flüssigkeit auf dem Wärmeerzeugungselement in signifikanter Weise und die restliche Blase auf dem Wärmeerzeugungselement verringert wird, während die Ausstoßeffizienz und der Ausstoßdruck verbessert werden.
Gemäß einem ersten Aspekt sieht die vorliegende Erfindung einen Flüssigkeitsausstoßkopf nach Patentanspruch 1 vor.
Gemäß einem zweiten Aspekt sieht die vorliegende Erfindung eine Kartusche vor, die einen Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß dem ersten Aspekt und einen Flüssigkeitsaufnahmeabschnitt zum Aufnehmen der dem Flüssigkeitsausstoßkopf zuzuführenden Flüssigkeit umfaßt.
Die vorliegende Erfindung sieht ferner eine Flüssigkeitsausstoßvorrichtung vor, die einen Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß dem ersten Aspekt oder eine Kartusche gemäß dem zweiten Aspekt und eine Antriebssignalzuführeinrichtung zum Zuführen eines Antriebssignales, damit der Flüssigkeitsausstoßkopf Flüssigkeit ausstößt, umfaßt.
Die vorliegende Erfindung sieht ferner eine Flüssigkeitsausstoßvorrichtung vor, die einen Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß dem ersten Aspekt oder eine Kartusche gemäß dem zweiten Aspekt und eine Fördereinrichtung zum Fördern eines Aufzeichnungsmediums zur Aufnahme von vom Flüssigkeitsausstoßkopf ausgestoßener Flüssigkeit vor.
Des weiteren sieht die vorliegende Erfindung ein Aufzeichnungssystem vor, das einen Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß dem ersten Aspekt oder eine Kartusche gemäß dem zweiten Aspekt und eine Vorbehandlungs- oder Nachbehandlungsvorrichtung zum Fördern des Fixierens der ausgestoßenen Flüssigkeit auf einem Aufzeichnungsmedium besitzt.
Im Gebrauch eines erfindungsgemäßen Flüssigkeitsausstoßkopfes wird eine Trägheitskraft in einer Richtung gegen die Flüssigkeitszuführrichtung infolge einer rückwärts gerichteten Welle unterdrückt. Gleichzeitig wird der Rückzugsgrad eines Meniskus durch eine Ventilfunktion eines beweglichen Elementes reduziert, wodurch die Wiederauffüllfrequenz erhöht und somit ein Druck mit hoher Geschwindigkeit ermöglicht wird.
Ein Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß der Erfindung ermöglicht eine Verringerung der Abscheidung von Restmaterial auf dem Wärmeerzeugungselement und eine Erweiterung des Bereiches der verwendbaren Flüssigkeiten, Ferner werden die Ausstoßeffizienz und die Ausstoßkraft in signifikanter Weise erhöht.
Ein erfindungsgemäß ausgebildeter Flüssigkeitsausstoßkopf ermöglicht eine größere Auswahl in bezug auf die auszustoßende Flüssigkeit.
Ein erfindungsgemäßer Flüssigkeitsausstoßkopf kann in einfacher Weise hergestellt werden, da eine Flüssigkeitseinführbahn zum Zuführen einer Vielzahl von Flüssigkeiten mit einer geringen Zahl von Teilen ausgebildet ist, wodurch der Flüssigkeitsausstoßkopf verkleinert werden kann.
Ein erfindungsgemäß ausgebildeter Flüssigkeitsausstoßkopf ermöglicht einen guten Druck eines Bildes.
Die vorliegende Erfindung sieht ferner eine Kopfbaugruppe zur Ermöglichung einer einfachen Wiederverwendung des Flüssigkeitsausstoßkopfes vor.
Im Gebrauch eines erfindungsgemäß ausgebildeten Flüssigkeitsausstoßkopfes verschiebt sich das bewegliche Element durch den von der Blase erzeugten Druck, der durch die Wärmeerzeugungsfläche generiert wurde, in Richtung auf den Ausstoßauslaß, Folglich wirkt das bewegliche Element mit dem entgegengesetzt hierzu angeordneten Element zusammen und konzentriert den von der Blase erzeugten Druck in Richtung auf den Ausstoßauslaß, als ob es die Strömungsmittelverbindungsbahn zwischen der Wärmeerzeugungsfläche und dem Ausstoßauslaß zusammenqetschen würde. Die Flüssigkeit kann daher mit einer hohen Ausstoßeffizienz, einer hohen Ausstoßenergie und einer hohen Schußgenauigkeit auf das Aufzeichnungsmaterial ausgestoßen werden. Das bewegliche Element kann darüber hinaus den Einfluß der rückwärts gerichteten Welle reduzieren, so daß auf diese Weise das Wiederauffüllvermögen der Flüssigkeit verbessert werden kann. Es werden daher ein hohes Ansprechvermögen, ein stabiles Wachstum der Blase und ein stabiler Ausstoß des Flüssigkeitströpfchens während kontinuierlicher Flüssigkeitsausstoßvorgänge erreicht, so daß eine Aufzeichnung mit hoher Geschwindigkeit und hoher Bildqualität verwirklicht wird.
Durch die Verwendung einer Flüssigkeit, die in einfacher Weise die Blase erzeugen kann und nicht in einfacher Weise angesammeltes Material, beispielsweise eine Kogation, im Flüssigkeitsausstoßkopf der Zweibahnkonstruktion erzeugt, wird der Spielraum in bezug auf die Auswahl der Ausstoßflüssigkeit erweitert. Ferner kann hierdurch eine Flüssigkeit Verwendung finden, die durch Wärme beeinflußt wird, ohne daß sich dieser Einfluß negativ auswirkt.
Ein Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß der vorliegenden Erfindung kann mit hoher Genauigkeit, mit einer geringeren Anzahl von Teilen und mit niedrigen Kosten hergestellt werden.
Die vorliegende Erfindung sieht ferner ein Aufzeichnungssystem oder eine Flüssigkeitsausstoßvorrichtung mit einer hohen Ausstoßeffizienz vor.
Erfindungsgemäß kann der Kopf wiederverwendet werden.
Diese und andere Aspekte, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlicher beim Lesen der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen derselben in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen. Hiervon zeigen:
1 eine schematische Schnittansicht eines Hauptteiles einer Ausführungsform eines Flüssigkeitsausstoßkopfes;
2 eine teilweise weggebrochene schematische perspektivische Ansicht eines Hauptteiles einer Ausführungsform eines Flüssigkeitsausstoßkopfes der vorliegenden Erfindung;
3A eine schematische Schnittansicht, die den Flüssigkeitsausstoßzustand eines Flüssigkeitsausstoßkopfes einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
3B eine schematische Schnittansicht, die den Flüssigkeitsausstoßzustand eines Flüssigkeitsausstoßkopfes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
3C eine schematische Schnittansicht, die den Flüssigkeitsausstoßzustand eines Flüssigkeitsausstoßkopfes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
3D eine schematische Schnittansicht, die den Flüssigkeitsausstoßzustand eines Flüssigkeitsausstoßkopfes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
4 eine schematische Schnittansicht eines Hauptteiles eines Flüssigkeitsausstoßkopfes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
5 eine schematische Schnittansicht eines Hauptteiles eines Flüssigkeitsausstoßkopfes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
6 eine teilweise weggebrochene schematische perspektivische Ansicht eines Hauptteiles eines Flüssigkeitsausstoßkopfes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
7 eine schematische Schnittansicht eines Hauptteiles eines Flüssigkeitsausstoßkopfes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfin dung;
8 eine teilweise weggebrochene schematische perspektivische Ansicht eines Flüssigkeitsausstoßkopfes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
9A eine schematische Draufsicht eines Wärmeerzeugungselementes und eines beweglichen Abschnittes o. ä., die bei einem Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung Verwendung finden;
9B eine schematische Draufsicht eines Wärmeerzeugungselementes und eines beweglichen Abschnittes o. ä., die bei einem Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung Verwendung finden;
9C eine schematische Draufsicht eines Wärmeerzeugungselementes und eines beweglichen Abschnittes o. ä., die bei einem Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung Verwendung finden;
10A eine schematische Schnittansicht, die einen Flüssigkeitsausstoßzustand eines Flüssigkeitsausstoßkopfes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
10B eine schematische Schnittansicht, die einen Flüssigkeitsausstoßzustand eines Flüssigkeitsausstoßkopfes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
10C eine schematische Schnittansicht, die einen Flüssigkeitsausstoßzustand eines Flüssigkeitsausstoßkopfes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
10D eine schematische Schnittansicht, die einen Flüssigkeitsausstoßzustand eines Flüssigkeitsausstoßkopfes einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
11A eine schematische Schnittansicht, die die Druckfortpflanzung von einer in einem Flüssigkeitsausstoßkopf einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erzeugten Blase zeigt;
11B eine schematische Schnittansicht, die die Druckfortpflanzung von einer in einem herkömmlichen Flüssigkeitsausstoßkopf erzeugten Blase zeigt;
12 eine schematische Schnittansicht eines Hauptteiles eines Flüssigkeitsausstoßkopfes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
13A eine schematische Schnittansicht und eine teilweise schematische Draufsicht eines Flüssigkeitsausstoßkopfes;
13B eine schematische Schnittansicht und eine teilweise schematische Draufsicht eines Flüssigkeitsausstoßkopfes;
14A eine schematische Schnittansicht, die einen Flüssigkeitsausstoßzustand in einem Flüssig keitsausstoßkopf gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
14B eine schematische Schnittansicht, die einen Flüssigkeitsausstoßzustand in einem Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
15A eine schematische Schnittansicht und eine teilweise schematische Draufsicht eines Flüssigkeitsausstoßkopfes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
15B eine schematische Schnittansicht und eine teilweise schematische Draufsicht eines Flüssigkeitsausstoßkopfes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
16A eine schematische Schnittansicht eines Hauptteiles eines Flüssigkeitsausstoßkopfes;
16B eine schematische Schnittansicht eines Hauptteiles eines Flüssigkeitsausstoßkopfes;
17 eine teilweise schematische perspektivische Ansicht einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
18 eine teilweise schematische perspektivische Ansicht eines Flüssigkeitsausstoßkopfes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
19A eine schematische Draufsicht eines Beispieles der Konfiguration des beweglichen Abschnit tes, der bei dem Flüssigkeitsausstoßkopf der vorliegenden Erfindung Verwendung findet;
19B eine schematische Draufsicht eines anderen Ausführungsbeispieles der Konfiguration des beweglichen Abschnittes, der bei dem Flüssigkeitsausstoßkopf der vorliegenden Erfindung Verwendung findet;
19C eine schematische Draufsicht eines weiteren Beispieles der Konfiguration des beweglichen Abschnittes, der bei dem Flüssigkeitsausstoßkopf der vorliegenden Erfindung Verwendung findet;
20 eine schematische Draufsicht eines Beispieles eines beweglichen Abschnittes, der bei einem Flüssigkeitsausstoßkopf der vorliegenden Erfindung Verwendung findet;
21A eine schematische Draufsicht eines Beispieles der Konfiguration eines beweglichen Abschnittes eines Flüssigkeitsausstoßkopfes der vorliegenden Erfindung;
21B eine schematische Draufsicht eines anderen Beispieles der Konfiguration eines beweglichen Abschnittes eines Flüssigkeitsausstoßkopfes der vorliegenden Erfindung;
21C eine schematische Draufsicht eines weiteren Beispieles der Konfiguration eines beweglichen Abschnittes eines Flüssigkeitsausstoßkopfes der vorliegenden Erfindung;
22A eine schematische Schnittansicht eines Beispieles eines Substrates eines Flüssigkeitsausstoßkopfes der vorliegenden Erfindung;
22B eine schematische Schnittansicht eines Beispieles eines Substrates eines Flüssigkeitsausstoßkopfes der vorliegenden Erfindung;
23 ein Diagramm, das ein Beispiel eines Antriebsimpulses zeigt, der an einen Flüssigkeitsausstoßkopf der vorliegenden Erfindung gelegt wird;
24A einen Verfahrensschritt des Herstellverfahrens eines Flüssigkeitsausstoßkopfes gemäß der vorliegenden Erfindung;
24B einen anderen Verfahrensschritt des Herstellverfahrens eines Flüssigkeitsausstoßkopfes gemäß der vorliegenden Erfindung;
24C einen weiteren Verfahrensschritt des Herstellverfahrens eines Flüssigkeitsausstoßkopfes gemäß der vorliegenden Erfindung;
24D einen weiteren Verfahrensschritt des Herstellverfahrens eines Flüssigkeitsausstoßkopfes gemäß der vorliegenden Erfindung;
24E einen weiteren Verfahrensschritt des Herstellverfahrens eines Flüssigkeitsausstoßkopfes gemäß der vorliegenden Erfindung;
25A schematisch einen Verfahrensschritt zur Herstellung eines Rillenelementes, das mit einem Flüssigkeitsausstoßkopf der vorliegenden Erfindung Verwendung findet;
25B schematisch einen Verfahrensschritt zur Herstellung eines Rillenelementes, das mit einem Flüssigkeitsausstoßkopf der vorliegenden Erfindung Verwendung findet;
25C schematisch einen Verfahrensschritt zur Herstellung eines Rillenelementes, das mit einem Flüssigkeitsausstoßkopf der vorliegenden Erfindung Verwendung findet;
25D schematisch einen Verfahrensschritt zur Herstellung eines Rillenelementes, das mit einem Flüssigkeitsausstoßkopf der vorliegenden Erfindung Verwendung findet;
25E schematisch einen Verfahrensschritt zur Herstellung eines Rillenelementes, das mit einem Flüssigkeitsausstoßkopf der vorliegenden Erfindung Verwendung findet;
26A einen Verfahrensschritt einer anderen Ausführungsform eines Herstellverfahrens eines Flüssigkeitsausstoßkopfes der vorliegenden Erfindung;
26B einen Verfahrensschritt der Ausführungsform eines Herstellverfahrens eines Flüssigkeitsausstoßkopfes der vorliegenden Erfindung;
26C einen Verfahrensschritt der Ausführungsform eines Herstellverfahrens eines Flüssigkeitsausstoßkopfes der vorliegenden Erfindung;
26D einen Verfahrensschritt der Ausführungsform eines Herstellverfahrens eines Flüssigkeitsausstoßkopfes der vorliegenden Erfindung;
27A einen Verfahrensschritt einer anderen Ausführungsform eines Herstellverfahrens eines Flüssigkeitsausstoßkopfes der vorliegenden Erfindung ;
27B einen Verfahrensschritt der Ausführungsform eines Herstellverfahrens eines Flüssigkeitsausstoßkopfes der vorliegenden Erfindung;
27C einen Verfahrensschritt der Ausführungsform eines Herstellverfahrens eines Flüssigkeitsausstoßkopfes der vorliegenden Erfindung;
27D einen Verfahrensschritt der Ausführungsform eines Herstellverfahrens eines Flüssigkeitsausstoßkopfes der vorliegenden Erfindung;
28 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht einer Flüssigkeitsausstoßkopfkartusche gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
29 eine schematische perspektivische Ansicht einer Flüssigkeitsausstoßvorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
30 ein Blockdiagramm eines Beispieles einer Flüssigkeitsausstoßvorrichtung;
31 eine perspektivische Ansicht eines Beispieles eines Flüssigkeitsausstoßaufzeichnungssystems; und
32 eine schematische Ansicht eines Beispieles einer Flüssigkeitsausstoßkopfbaugruppe.
In Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen werden nunmehr Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erläutert.
(Ausführungsform 1)
1 ist eine schematische Schnittansicht eines Flüssigkeitsausstoßkopfes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 2 ist eine teilweise weggebrochene, teilweise schematische Ansicht des Flüssigkeitsausstoßkopfes der 1.
Bei dem Flüssigkeitsausstoßkopf dieser Ausführungsform handelt es sich um einen sogenannten Kopf vom Seitenschußtyp, bei dem der Ausstoßauslaß 11 im wesentlichen parallel zu einer Wärmeerzeugungsfläche des Wärmeerzeugungselementes 2 gerichtet ist. Das Wärmeerzeugungselement 2 besitzt eine Größe von 48 μm × 46 μm und hat die Form eines Wärmeerzeugungswiderstandes. Es ist auf einem Substrat 1 montiert und erzeugt thermische Energie, die zur Erzeugung einer Blase durch ds Filmsieden einer Flüssigkeit verwendet wird, wie in der US-PS 4 723 129 beschrieben. Der Ausstoßauslaß 11 ist in einer Öffnungsplatte 14 ausgebildet, die aus einem Ausstoßauslaßabschnittsmaterial besteht. Die Öffnungsplatte 14 ist durch Elektroformen aus Nickel hergestellt.
Eine Flüssigkeitsströmungsbahn 3b ist zwischen der Öffnungsplatte 14 und dem Substrat 1 vorgesehen, so daß sie in direkter Strömungsmittelverbindung mit dem Ausstoßauslaß 11 steht und Flüssigkeit hindurchfließen kann. Bei dieser Ausführungsform findet Tinte auf Wasserbasis (Flüssigkeitsgemisch aus Wasser und Ethanol) als auszustoßende Flüssigkeit Verwendung.
Die Flüssigkeitsströmungsbahn 3b ist mit einem beweglichen Abschnitt 6 in Form eines flachen plattenförmigen Kragarmes versehen, um das Wärmeerzeugungselement 2 abzudecken und auf dieses zu weisen. Der bewegliche Abschnitt wird als "bewegliches Element" bezeichnet. Er ist benachbart zu einem aufwärts vorstehenden Raum der Wärmeerzeugungsfläche in einer Richtung senkrecht zur Wärmeerzeugungsfläche des Wärmeerzeugungselementes 2 angeordnet. Er besteht aus elastischem Material, wie Metall. Bei dieser Ausführungsform besteht er aus Nickel mit einer Dicke von 5 μm. Ein Ende 5a des beweglichen Abschnittes 6 ist an einem Lagerelement 5b gelagert und fixiert. Das Lagerelement 5b ist durch Mustern eines lichtempfindlichen Harzmateriales auf das Substrat 1 geformt. Zwischen dem beweglichen Abschnitt 6 und der Wärmeerzeugungsfläche ist ein Freiraum von etwa 15 μm vorgesehen.
Mit 15a ist ein Wandelement als gegenüberliegendes Element bezeichnet, das einer Fläche des beweglichen Abschnittes 6 gegenüberliegt, die näher zur Wärmeerzeugungsfläche angeordnet ist, wenn der bewegliche Abschnitt 6 geöffnet ist. Das Wandelement 15a und ein freies Ende 6a des beweglichen Abschnittes 6 liegen einander gegenüber, wobei sich dazwischen ein Spalt von etwa 2 μm in der Form eines Schlitzes 8 befindet. Der bewegliche Abschnitt 6 besitzt ein festes Ende (Drehlager) in einem aufstromseitigen Bereich in bezug auf die Fließrichtung der Flüssigkeit von einer gemeinsamen Flüssigkeitskammer zum Ausstoßauslaß 11 durch den Zuführkanal 4b und den beweglichen Abschnitt 6 sowie ein freies Ende 6a in einem abstromseitigen Bereich. Das feste Ende 6b wirkt als Basisabschnitt (Drehpunkt) beim Öffnen des beweglichen Abschnittes 6.
Bei dieser Ausführungsform ist der Schlitz 8 eng genug, um ein Expandieren der Blase durch den Schlitz zu verhindern, bevor sich der bewegliche Abschnitt 6 verschoben hat. Der Schlitz ist um den beweglichen Abschnitt 6 ausgebildet, sieht jedoch eine im wesentlichen abgedichtete Konstruktion vor. Mindestens das freie Ende 6a des beweglichen Abschnittes 6 ist innerhalb eines Bereiches angeordnet, bis zu dem sich der Druck infolge der Blase erstreckt. In 1 ist mit "A" ein oberer Seitenbereich (Ausstoßauslaßseite) des beweglichen Abschnittes 6 in einem stabilen Zustand und mit "B" ein unterer Seitenbereich (Wärmeerzeugungselementseite) bezeichnet.
Wenn Wärme an der Wärmeerzeugungsfläche des Wärmeerzeugungselementes 2 und eine Blase im Bereich B erzeugt wird, wird das freie Ende 6a des beweglichen Abschnittes 6 sofort in Richtung des Pfeiles der 1 bewegt, d. h. in Richtung auf den Bereich A, wobei der Basisabschnitt 6b als Drehpunkt wirkt, und zwar durch den Druck, der aus der Erzeugung und dem Wachstum der Blase und der expandierenden Blase als solcher resultiert. Hierdurch wird die Flüssigkeit durch den Ausstoßauslaß 11 ausgestoßen.
In 2 ist mit 18 eine Leitungselektrode zum Anlegen eines elektrischen Signales an das Wärmeerzeugungselement 2, bei dem es sich um einen elektrothermischen Wandler handelt, bezeichnet, die auf dem Substrat 1 montiert ist.
Es wird nunmehr der Ausstoßvorgang des Flüssigkeitsausstoß kopf es gemäß dieser Ausführungsform beschrieben. Die 3A-3D sind schematische Schnittansichten, die den Ausstoßvorgang des Flüssigkeitsausstoßkopfes dieser Ausführungsform zeigen. In den 3A-3D ist das Lagerelement 5b aus Einfachheitsgründen weggelassen worden.
3A zeigt einen Zustand, in dem das Wärmeerzeugungselement 2 noch nicht mit Energie, beispielsweise elektrischer Energie, versorgt worden ist, d. h. in dem das Wärmeerzeugungselement die Wärme noch nicht erzeugt hat (Anfangszustand). Wie in 3A gezeigt, liegt das freie Ende 6a dem Schlitz 8 einer vorgegebenen Größe gegenüber.
3B zeigt einen Zustand, in dem das Wärmeerzeugungselement 2 mit elektrischer Energie o. ä. zur Erzeugung der Wärme versorgt wird, wobei durch Filmsieden eine Blase 7 erzeugt wird, die wächst. Der aus der Erzeugung der Blase und deren Wachstum resultierende Druck pflanzt sich hauptsächlich zum beweglichen Abschnitt 6 fort. Die mechanische Verschiebung des beweglichen Abschnittes 6 trägt zum Ausstoß der Ausstoßflüssigkeit vom Ausstoßauslaß bei.
3C zeigt einen Zustand, in dem die Blase 7 weiter gewachsen ist. Mit dem Wachstum der Blase 7 ist hierbei der bewegliche Abschnitt 6 weiter in Richtung auf den Ausstoßauslaß verschoben worden. Durch die Verschiebung des beweglichen Abschnittes 6 stehen der Ausstoßauslaßseitenbereich A und der Wärmeerzeugungselementseitenbereich B miteinander in einer viel freieren Verbindung als im Anfangszustand. In diesem Zustand wird die Strömungsmittelverbindungsbahn zwischen der Wärmeerzeugungsfläche und dem Ausstoßauslaß vom beweglichen Abschnitt 6 in einem geeigneten Ausmaß gedrosselt, so daß die Kraft der Blasenexpansion auf den Ausstoßauslaß konzentriert wird. Auf diese Weise wird die Druckwelle, die aus dem Wachstum der Blase resultiert, konzen triert in Aufwärtsrichtung geleitet. Durch eine derartige direkte Fortpflanzung der Druckwelle und die in Verbindung mit 4B beschriebene mechanische Verschiebung des beweglichen Abschnittes 6 wird die Ausstoßflüssigkeit mit hoher Geschwindigkeit und mit hoher Ausstoßenergie sowie mit einer hohen Ausstoßeffizienz durch den Ausstoßauslaß 11 in der Form eines Tröpfchens 11a ausgestoßen (3D).
Gemäß 3C erstreckt sich ein Teil der am Wärmeerzeugungselementseitenbereich B erzeugten Blase bis zum Ausstoßauslaßseitenbereich A. Die Ausstoßenergie kann weiter erhöht werden, wenn der Abstand von der Oberfläche des Substrates 1 oder der Wärmeerzeugungsoberfläche des Wärmeerzeugungselementes 2 bis zum beweglichen Abschnitt 6 so ausgewählt wird, daß sich die Blase in den Ausstoßauslaßseitenbereich A erstrecken kann. Damit sich die Blase in Richtung auf den Ausstoßauslaß über die Ausgangsposition des beweglichen Abschnittes 6 hinaus erstrecken kann, ist es wünschenswert, die Höhe des Wärmeerzeugungselementseitenbereiches B kleiner auszubilden als die Höhe des maximalen Blasenzustandes, genauer gesagt von einigen μm bis 30 μm.
3D zeigt einen Zustand, in dem die Blase 7 durch den Anstieg des Innendrucks zusammenfällt. Der bewegliche Abschnitt 6 stellt seine Ausgangsposition durch den negativen Druck, der aus der Konzentration der Blase und der Wiederherstellkraft aufgrund der Federeigenschaften des beweglichen Abschnittes als solchem resultiert, wieder her. Hierdurch wird die Flüssigkeitsströmungsbahn 3b schnell wieder mit der Menge der ausgestoßenen Flüssigkeit versorgt. In der Flüssigkeitsströmungsbahn 3b ist kaum eine Beeinflussung durch die rückwärts gerichtete Welle infolge der Blase vorhanden, und die Flüssigkeitszufuhr wird gleichzeitig mit dem Schließen des beweglichen Abschnittes 6 durchgeführt, so daß daher die Flüssigkeitszufuhr durch den beweglichen Abschnitt nicht behindert wird.
Es wird nunmehr das Wiederauffüllen der Flüssigkeit in den Flüssigkeitsausstoßkopf dieser Ausführungsform erläutert.
Wenn sich die Blase 7 im Zusammenfallprozeß befindet, nachdem ihr maximales Volumen erreicht ist, strömt das das verschwundene Blasenvolumen kompensierende Flüssigkeitsvolumen sowohl von der Seite des Ausstoßauslasses 11 als auch von der Seite der Flüssigkeitsströmungsbahn 3b zu. Das Volumen der Blase an der Oberseite (Ausstoßauslaßseite) über die Anfangsposition des beweglichen Abschnittes 6 hinaus ist W1 und das auf der unteren Seite (Wärmeerzeugungselementseite) entspricht dem beweglichen Abschnitt (W1 + W2 = W). Wenn der bewegliche Abschnitt 6 seine Anfangsposition wieder einnimmt, stoppt der Rückzug des Meniskus am Ausstoßauslaß zum Kompensieren eines Teiles von W1, wonach die Kompensation für das restliche W2 hauptsächlich durch die Flüssigkeitszufuhr zwischen dem beweglichen Abschnitt 6 und der Wärmeerzeugungsfläche bewirkt wird. Hierdurch kann der Rückzug des Meniskus am Ausstoßauslaß reduziert werden.
Bei dieser Ausführungsform kann die Kompensation des Volumens W2 in erzwungener Weise hauptsächlich durch die Flüssigkeitsströmungsbahn 3b entlang der Wärmeerzeugungsfläche des Wärmeerzeugungselementes unter Ausnutzung der Druckänderung beim Zuammenfallen der Blase bewirkt werden, so daß daher ein schnelleres Wiederauffüllen möglich ist. In dem Fall, in dem das Wiederauffüllen unter Ausnutzung des Drucks beim Zusammenfallen einer Blase bei einem herkömmlich ausgebildeten Kopf bewirkt wird, ist die Vibration des Meniskus groß, was eine Verschlechterung der Bildqualität zur Folge hat. Bei dieser Ausführungsform kann jedoch die Vibration des Meniskus minimiert werden, da die Verbindung zwischen dem Ausstoßauslaßseitenbereich A und dem Wärmeerzeugungselementseitenbereich B unterdrückt wird. Hierdurch werden eine Verbesserung der Bildqualität und eine Aufzeichnung mit hoher Geschwindigkeit erwartet.
Die Oberfläche des Substrates 1 ist im wesentlichen bündig mit der Wärmeerzeugungsfläche des Wärmeerzeugungselementes 2, d.h, die Wärmeerzeugungselementfläche ist nicht nach unten abgestuft. In einem solchen Fall findet die Zufuhr der Flüssigkeit zum Bereich B entlang der Oberfläche des Substrates 1 statt. Daher wird eine Stagnation der Flüssigkeit auf der Wärmeerzeugungsfläche des Wärmeerzeugungselementes 2 unterdrückt, und eine ausgefällte Blase, die aus den gelösten Gasen oder der Restblase, die nicht zusammengefallen ist, resultiert, wird entfernt. Ferner ist die Wärmeansammlung in der Flüssigkeit nicht zu stark. Daher kann eine stabilisiertere Erzeugung der Blase mit hoher Geschwindigkeit wiederholt werden. Bei dieser Ausführungsform ist die Fläche des Substrates 1 eine ebene Innenwand. Dies ist jedoch nicht einschränkend zu sehen, wenn die Innenwand nur eine derart glatte Oberfläche besitzt, daß die Flüssigkeit nicht stagniert und keine Wirbelströme in der Flüssigkeit auftreten.
(Ausführungsform 2)
4 ist eine schematische Schnittansicht eines Hauptteiles einer anderen Ausführungsform des Flüssigkeitsausstoßkopfes der vorliegenden Erfindung. In 4 ist das Lagerelement 5b aus Einfachheitsgründen weggelassen worden.
Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der Ausführungsform 1 dadurch, daß der bewegliche Abschnitt 6 dünn ausgebildet ist und dadurch eine größere Flexibilität bie tet. Hierdurch wird, wie mit der gestrichelten Linie in 4 gezeigt ist, der von der Blase verschobene bewegliche Abschnitt 6 geringfügig nach oben zum Ausstoßauslaß 11 hin abgebogen. Wenn der bewegliche Abschnitt flexibel ist, kann er sogar mit einem relativ niedrigen Blasenerzeugungsdruck in einem großen Ausmaß durchgebogen werden, so daß der Blaenerzeugungsdruck weiter auf wirksame Weise zum Ausstoßauslaß hin gerichtet werden kann. Auch bei dieser Ausführungsform wird ein Flüssigkeitsausstoßkopf mit hoher Ausstoßenergie und hoher Ausstoßeffizienz vorgesehen.
(Ausführungsform 3)
5 ist eine schematische Schnittansicht eines Hauptteiles einer anderen Ausführungsform. 6 ist eine schematische perspektivische, teilweise gebrochen dargestellte Teilansicht eines in 5 gezeigten Flüssigkeitsausstoßkopfes. Der bewegliche Abschnitt 6 des Kopfes dieser Ausführungsform ist hierbei kein Einzelelement, sondern eine Verbundkonstruktion. Der Druck der Blase verschiebt ein Paar von beweglichen Abschnitten 6, damit der Druck in Richtung auf den Ausstoßauslaß 11, der über dem beweglichen Abschnitt 6 angeordnet ist, geleitet werden kann. Einer der beweglichen Abschnitte 6 funktioniert als bewegliches Element etc., während der andere als gegenüberliegendes Element funktioniert, so daß der Blasenerzeugungsdruck auf wirksame Weise zum Ausstoßauslaß hin gerichtet wird. Auch bei dieser Ausführungsform wird ein Flüssigkeitsausstoßkopf mit hoher Ausstoßenergie und hoher Ausstoßeffizienz vorgesehen.
(Ausführungsform 4)
7 ist eine schematische Schnittansicht eines Flüssigkeitsausstoßkopfes einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 8 ist eine schematische, teilweise gebrochen dargestellte perspektivische Ansicht eines Flüssigkeitsausstoßkopfes der 7.
Bei dem Flüssigkeitsausstoßkopf dieser Ausführungsform handelt es sich um einen Kopf vom Seitenschußtyp, bei dem das Wärmeerzeugungselement 2 zum Ausstoßauslaß 11 weist. Das Wärmeerzeugungselement 2 besitzt eine Größe von 48 μm × 46 μm und hat die Form eines Wärmeerzeugungswiderstandes. Es ist auf einem Substrat 1 montiert und erzeugt thermische Energie, die zum Erzeugen einer Blase durch das Filmsieden einer Flüssigkeit erzeugt wird, wie in der US-PS 4 723 129 offenbart ist. Der Ausstoßauslaß 11 ist in einer Öffnungsplatte 14 vorgesehen, die aus einem Ausstoßauslaßabschnittmaterial besteht. Die Öffnungsplatte 14 besteht aus Nickel und ist durch Elektroformen hergestellt.
Eine erste Flüssigkeitsströmungsbahn 3 ist unterhalb der Öffnungsplatte 14 vorgesehen, so daß sie in direkter Strömungsmittelverbindung mit dem Ausstoßauslaß 11 steht. Auf dem Substrat 1 ist eine zweite Flüssigkeitsströmungsbahn 4 zum Durchfluß der Blasenerzeugungsflüssigkeit vorgesehen. Zwischen der ersten Flüssigkeitsströmungsbahn 3 und der zweiten Flüssigkeitsströmungsbahn 4 ist eine Trennwand 5 zum Trennen der Flüssigkeitsströmungsbahnen vorgesehen. Die Trennwand 5 besteht aus elastischem Material, wie Metall. Bei dieser Ausführungsform besteht die Trennwand 5 aus Nickel mit einer Dicke von 5 μm. Sie trennt die Ausstoßflüssigkeit in der ersten Flüssigkeitsströmungsbahn 3 und die Blasenerzeugungsflüssigkeit in der zweiten Flüssigkeitsströmungsbahn 4 voneinander.
Die Ausstoßflüssigkeit wird der ersten Flüssigkeitsströmungsbahn 3 durch den ersten Zuführkanal 12a von der ersten gemeinsamen Flüssigkeitskammer 12, die die Ausstoßflüssigkeit enthält, zugeführt. Die Blasenerzeugungsflüssigkeit wird der zweiten Flüssigkeitsströmungsbahn 4 durch den zweiten Zuführkanal 13a von der zweiten gemeinsamen Flüssigkeitskammer 13, die die Blasenerzeugungsflüssigkeit enthält, zugeführt. Die erste gemeinsame Flüssigkeitskammer 12 und die zweite gemeinsame Flüssigkeitskammer 13 sind durch eine Trennwand 1a voneinander getrennt. Bei dieser Ausführungsform handelt es sich sowohl bei der Ausstoßflüssigkeit, die der ersten Flüssigkeitsströmungsbahn 3 zugeführt wird, als auch bei der Blasenerzeugungsflüssigkeit, die der zweiten Flüssigkeitsströmungsbahn 4 zugeführt wird, um Tinte auf Wasserbasis (Flüssigkeitsgemisch aus Ethanol und Wasser) .
Die Trennwand 5 ist benachbart zu dem Abschnitt des vorstehenden Raumes der Wärmeerzeugungsfläche des Wärmeerzeugungselementes 2 senkrecht zur Wärmeerzeugungsfläche angeordnet und hat ein Paar von beweglichen Abschnitten 6 eines flachen plattenförmigen Kragarmes, von denen einer ein bewegliches Element und der andere ein gegenüberliegendes Element ist, das dem beweglichen Element gegenüberliegt. Der bewegliche Abschnitt 6 und die Wärmeerzeugungsfläche sind mit einem Abstand von etwa 15 μm voneinander angeordnet. Die freien Enden 6a der beweglichen Abschnitte 6 liegen einander gegenüber mit einem Spalt von etwa 2 μm (Schlitz 8) dazwischen. Mit 6b ist ein Basisabschnitt bezeichnet, der als Basisabschnitt beim Öffnen der beweglichen Abschnitte 6 funktioniert. Der Schlitz 8 ist in einer Ebene ausgebildet, die eine Linie enthält, welche einen Mittelabschnitt des Wärmeerzeugungselementes 2 und den Mittelabschnitt des Ausstoßauslasses 11 miteinander ver bindet. Bei dieser Ausführungsform ist der Schlitz 8 so eng, daß sich die Blase nicht durch den Schlitz 8 um die beweglichen Abschnitte 6 herum erstreckt, bevor der bewegliche Abschnitt 6 verschoben worden ist, wenn die Blase wächst. Mindestens das freie Ende 6a des beweglichen Abschnittes 6 ist in einem Bereich angeordnet, in den sich der Druck infolge der Blase erstreckt. In 7 ist mit "A" ein Oberseitenbereich (Ausstoßauslaßseite) des beweglichen Abschnittes 6 in einem stabilen Zustand und mit "B" eine Unterseitenbereich (Wärmeerzeugungselementseite) bezeichnet.
Wenn Wärme an der Wärmeerzeugungsfläche des Wärmeerzeugungselementes 2 und eine Blase im Bereich B erzeugt wird, wird das freie Ende 6a des beweglichen Abschnittes 6 sofort in Richtung des Pfeiles in 1 bewegt, d. h. in Richtung auf den Bereich A, wobei der Basisabschnitt 6b als Drehpunkt wirkt, und zwar durch den Druck, der aus der Erzeugung und dem Wachstum der Blase resultiert und durch die expandierende Blase als solche. Hierdurch wird die Flüssigkeit durch den Ausstoßauslaß 11 ausgestoßen.
Mit 18 ist in 8 eine Leitungselektrode zum Anlegen des elektrischen Signales an das Wärmeerzeugungselement 2, bei dem es sich um einen elektrothermischen Wandler handelt, der auf dem Substrat 1 montiert ist, bezeichnet.
Es wird nunmehr die Lagebeziehung zwischen dem beweglichen Abschnitt 6 und der zweiten Flüssigkeitsströmungsbahn 4 bei dieser Ausführungsform beschrieben. 9A ist eine schematische Draufsicht des beweglichen Abschnittes 6 von der Öffnungsplatte 14 aus gesehen. 9B ist eine schematische Draufsicht des Unterabschnittes der zweiten Flüssigkeitsströmungsbahn 4 von der Seite der Trennwand 5 aus gesehen. 9C ist eine schematische Draufsicht des beweg- lichen Abschnittes 6 durch die zweite Flüssigkeitsströmungsbahn 4 von der Seite der Öffnungsplatte 14 aus gesehen. In diesen Figuren ist die Vorderseite der Blattebene die Seite eines Ausstoßauslasses 11.
Bei dieser Ausführungsform sind verengte Abschnitte 9 auf beiden Seiten des Wärmeerzeugungselementes 2 in der zweiten Flüssigkeitsströmungsbahn 4 ausgebildet. Durch diese verengten Abschnitte 9 hat der benachbarte Bereich des Wärmeerzeugungselementes 2 der zweiten Flüssigkeitsströmungsbahn 4 die Form einer Kammer (Blasenerzeugungskammer), so daß ein Entweichen des Drucks bei der Blasenerzeugung entlang der zweiten Flüssigkeitsströmungsbahn 4 unterdrückt wird.
Wenn ein verengter Abschnitt in der Flüssigkeitsströmungsbahn vorgesehen ist, um ein Entweichen des Drucks bei der Blasenerzeugung in einem herkömmlichen Kopf zu unterdrücken, sollte der Querschnitt der Strömungsbahn am verengten Abschnitt angesichtes des Wiederauffüllvermögens der auszustoßenden Flüssigkeit nicht zu klein sein. Bei dieser Ausführungsform wird jedoch der größte Teil der ausgestoßenen Flüssigkeit von der Ausstoßflüssigkeit in der ersten Flüssigkeitsströmungsbahn gebildet, und die Blasenerzeugungsflüssigkeit in der zweiten Flüssigkeitsströmungsbahn, die mit dem Wärmeerzeugungselement versehen ist, wird nicht so stark ausgestoßen, so daß daher ein relativ geringes Einfüllen der Blasenerzeugungsflüssigkeit in den Bereich B der zweiten Flüssigkeitsströmungsbahn stattfinden kann. Daher kann der Abstand der Strömungskanalwände im verengten Abschnitt 9 relativ gering sein und einige μm betragen. Hierdurch kann der bei der Blasenerzeugung in der zweiten Flüssigkeitsströmungsbahn 4 generierte Druck in konzentrierter Weise auf den beweglichen Abschnitt 6 gerichtet werden, ohne daß er zum Umfang hin entweicht. Ein derartiger Druck kann als Ausstoßenergie durch den beweg- lichen Abschnitt 6 genutzt werden, so daß daher eine hohe Ausstoßeffizienz und Ausstoßenergie erzielt werden können.
Es wird nunmehr der Ausstoßvorgang des Flüssigkeitsausstoßkopfes dieser Ausführungsform beschrieben. Die 10A–10D sind schematische Schnittansichten des Flüssigkeitsausstoßkopfes, wobei der Ausstoßvorgang bei dieser Ausführungsform dargestellt ist. Bei dieser Ausführungsform handelt es sich bei der Ausstoßflüssigkeit, die der ersten Flüssigkeitsströmungsbahn 3 zuzuführen ist, und der Blasenerzeugungsflüssigkeit, die der zweiten Flüssigkeitsströmungsbahn 4 zuzuführen ist, um die gleiche Tinte auf Wasserbasis.
10A zeigt einen Zustand, bevor die Energie, wie beispielsweise elektrische Energie, dem Wärmeerzeugungselement 2 zugeführt wird, d. h. den Anfangszustand, bevor das Wärmeerzeugungselement Wärme erzeugt. Wie in 10A gezeigt, weisen die freien Enden 6a der Trennwände 5 über dem Wärmeerzeugungselement 2 durch einen Schlitz 8 gegeneinander, um die Ausstoßflüssigkeit in der ersten Flüssigkeitsströmungsbahn 3 und die Blasenerzeugungsflüssigkeit in der zweiten Flüssigkeitsströmungsbahn 4 voneinander zu trennen.
10B zeigt einen Zustand, in dem das Wärmeerzeugungselement 2 mit der elektrischen Energie o.ä. versorgt wird und das Wärmeerzeugungselement 2 die Wärme erzeugt, die das Filmsieden in der Flüssigkeit hervorruft, so daß die Blase 7 erzeugt wird und expandiert. Der aus der Erzeugung und dem Wachstum der Blase resulierende Druck pflanzt sich hauptsächlich zum beweglichen Abschnitt 6 fort. Die mechanische Verschiebung des beweglichen Abschnittes 6 trägt zum Ausstoß der Ausstoßflüssigkeit vom Ausstoßauslaß bei.
10C zeigt einen Zustand, in dem die Blase 7 weiter gewachsen ist. Mit dem Wachstum der Blase 7 wird der bewegliche Abschnitt 6 weiter in Richtung auf die Seite der ersten Flüssigkeitsströmungsbahn 3 verschoben, wobei sein Basisabschnitt 6b als Drehpunkt funktioniert. Durch die Verschiebung des beweglichen Abschnittes 6 treten die erste Flüssigkeitsströmungsbahn 3 und die zweite Flüssigkeitsströmungsbahn 4 im wesentlichen in Strömungsmittelverbindung. In diesem Zustand wird die Strömungsmittelverbindungsbahn zwischen der Wärmeerzeugungsfläche und dem Ausstoßauslaß vom beweglichen Abschnitt 6 auf ein geeignetes Maß gedrosselt, um die Kraft der Blasenexpansion in Richtung auf den Ausstoßauslaß zu lenken. Auf diese Weise wird die vom Wachstum der Blase erzeugte Druckwelle in konzentrierter Weise nach rechts oben zum Ausstoßauslaß 11 übertragen, der in Strömungsmittelverbindung mit der ersten Flüssigkeitsströmungsbahn 3 steht. Durch die direkte Fortpflanzung der Druckwelle und die mechanische Verschiebung des beweglichen Abschnittes 6, was in Verbindung mit 10B beschrieben wurde, wird die Ausstoßflüssigkeit durch den Ausstoßauslaß 11 mit hoher Geschwindigkeit und mit hoher Ausstoßenergie sowie mit hoher Ausstoßeffizienz als Tröpfchen 11a ausgestoßen (10D).
Wie man 10C entnehmen kann, erstreckt sich mit der Verschiebung des beweglichen Abschnittes 6 zur ersten Flüssigkeitsströmungsbahn 3 ein Teil der am Bereich B in der zweiten Flüssigkeitsströmungsbahn 4 erzeugten Blase in die erste Flüssigkeitsströmungsbahn 3. Somit ist die Höhe der zweiten Flüssigkeitsströmungsbahn 4 derart bemessen (Abstand von der Oberfläche des Substrates 1 oder der Wärmeerzeugungsfläche des Wärmeerzeugungselementes 2 bis zum beweglichen Abschnitt 6), daß sich die Blase in die erste Flüssigkeitsströmungsbahn 3 erstreckt, wodurch die Ausstoßenergie weiter erhöht wird. Damit sich die Blase in die erste Flüssigkeitsströmungsbahn 3 erstreckt, ist es wünschenswert, die Höhe der zweiten Flüssigkeitsströmungsbahn 4 geringer auszubilden als die Höhe der maximalen Blase, beispielsweise einige μm bis 30 μm.
10D zeigt einen Zustand, in dem die Blase 7 durch den Abfall des Innendrucks zusammenfällt. Der bewegliche Abschnitt 6 stellt seine Ausgangsposition durch den aus der Kontraktion der Blase resultierenden negativen Druck und die Wiederherstellkraft infolge der Federeigenschaften des beweglichen Abschnittes als solchem wieder her. Auf diese Weise wird die erste Flüssigkeitsströmungsbahn 3 wieder rasch mit der Menge der ausgestoßenen Flüssigkeit versorgt. In der ersten Flüssigkeitsströmungsbahn 3 gibt es kaum eine Beeinflussung durch die rückwärts gerichtete Welle infolge der Blase, und die Flüssigkeitszufuhr wird gleichzeitig mit dem Schließen des beweglichen Abschnittes 6 durchgeführt, so daß daher die Flüssigkeitszufuhr durch den beweglichen Abschnitt nicht behindert wird. Das Innere gemäß 10D wird daher nicht so stark unter Druck gesetzt, so daß ein geringer Abfall ausreicht.
Es wird nunmehr das Wiederauffüllen der Flüssigkeit im Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß dieser Ausführungsform erläutert.
Wenn sich die Blase 7 im Blasenzusammenfallprozeß nach deren Maximalvolumen befindet, strömt das Volumen der Flüssigkeit zur Kompensation des verschwundenen Blasenvolumens sowohl von der Seite des Ausstoßauslasses 11 als auch von der Seite der ersten Flüssigkeitsströmungsbahn 3b und der zweiten Flüssigkeitsströmungsbahn 4 zu. Das Volumen der Blase an der Oberseite (Ausstoßauslaßseite) über die Anfangsposition des beweglichen Abschnittes 6 hinaus ist W1, und das der unteren Seite (Wärmeerzeugungselementseite) bildet den beweglichen Abschnitt (W1 + W2 = W). Wenn der bewegliche Abschnitt 6 seine Anfangsposition wieder einnimmt, stoppt der Rückzug des Meniskus am Ausstoßauslaß zum Kompensieren eines Teiles von W1, und wird die Kompensation für den restlichen Teil W2 hauptsächlich durch die Flüssigkeitszufuhr in der zweiten Flüssigkeitsströmungsbahn 4 bewirkt. Hierdurch kann das Ausmaß des Rückzuges des Meniskus im Ausstoßauslaß verringert werden.
Bei dieser Ausführungsform kann die Kompensation des Volumens W2 in erzwungener Weise hauptsächlich durch die zweite Flüssigkeitsströmungsbahn entlang der Wärmeerzeugungsfläche des Wärmeerzeungselementes unter Ausnutzung der Druckänderung beim Zusammenfallen der Blase durchgeführt werden, so daß daher ein schnelleres Wiederauffüllen möglich ist. Bei der Durchführung eines Wiederauffüllens unter Ausnutzung des Drucks beim Zusammenfallen der Blase bei einem herkömmlichen Kopf ist die Vibration des Meniskus groß, was eine Verschlechterung der Bildqualität zur Folge hat. Bei dieser Ausführungsform kann jedoch die Vibratiojn des Meniskus minimiert werden, da die Verbindung zwischen dem Bereich der ersten Flüssigkeitsströmungsbahn 3 der Ausstoßauslaßseite und der zweiten Flüssigkeitsströmungsbahn 4 durch den beweglichen Abschnitt unterdrückt wird. Hierdurch werden eine Verbesserung der Bildqualität und eine Aufzeichnung mit hoher Geschwindigkeit erwartet.
Die Oberfläche des Substrates 1 ist im wesentlichen mit der Wärmeerzeugungsfläche des Wärmeerzeugungselementes 2 bündig, d.h. die Wärmeerzeugungselementfläche ist nicht nach unten abgestuft. In einem solchen Fall tritt die Zufuhr der Flüssigkeit zum Bereich B entlang der Fläche des Substrates 1 auf. Daher wird eine Stagnation der Flüssigkeit auf der Wärmeerzeugungsfläche des Wärmeerzeugungselementes 2 unterdrückt, und die aus den gelösten Gasen resultierende ausge fällte Blase oder die nicht zusammengefallene restliche Blase wird entfernt, so daß daher die Wärmeansammlung in der Flüssigkeit nicht zu groß wird. Daher kann eine stabilisiertere Erzeugung der Blase mit hoher Geschwindigkeit wiederholt werden. Bei dieser Ausführungsform ist die Fläche des Substrates 1 eine ebene Innenwand. Dies ist jedoch nicht einschränkend, wenn die Innenwand nur eine solche glatte Oberfläche besitzt, daß die Flüssigkeit nicht stagniert und kein Wirbelstrom in der Flüssigkeit auftritt.
Es wird nunmehr die Druckfortpflanzung der Blase im Flüssigkeitsausstoßkopf dieser Ausführungsform im Vergleich zu einem herkömmlichen Beispiel beschrieben. 11A ist eine schematische Schnittansicht, die die Druckfortpflanzung von der Blase im Flüssigkeitsausstoßkopf dieser Ausführungsform zeigt. 11B ist eine schematische Schnittansicht, die die Druckfortpflanzung von der Blase in einem herkömmlichen Flüssigkeitsausstoßkopf zeigt.
Bei einem repräsentativen herkömmlichen Kopf, der in 11B gezeigt ist, gibt es in Fortpflanzungsrichtung kein Material, das gegenüber der Fortpflanzung des von der Blase 7 erzeugten Drucks eine Behinderung darstellt. Daher wird die Richtung der Druckfortpflanzung der Blase entlang der im wesentlichen normalen Linie der Oberfläche der Blase weit gestreut, wie durch V₁–V₈ angedeutet. Von diesen Richtungen entspricht die Druckkomponente, die zum Ausstoßauslaß gerichtet ist und den Flüssigkeitsausstoß am meisten beeinflußt, V₈–V₆, d. h. der Druckfortpflanzungskomponente benachbart zum Ausstoßauslaß. Insbesondere sind V₄ und V₅ am nächsten zum Ausstoßauslaß, so daß diese wirksam zum Flüssigkeitsausstoß beitragen. V₃ und V₆ besitzen eine relativ kleine Komponente, die zum Ausstoßauslaß gerichtet ist. V_A und V_B sind die Druckfortpflanzungskomponente in entgegengesetzter Richtung entlang der Flüssigkeitsströ mungsbahn.
Bei der in 11A gezeigten Ausführungsform richtet das beweglichen Element 6 die Druckfortpflanzungskomponente V₃–V₆ der Blase zum Ausstoßauslaß hin, so daß daher der Druck der Blase 7 direkt und wirksam wirkt. Die Blase als solche wächst zum Ausstoßauslaß hin. Auf diese Weise steuert der bewegliche Abschnitt nicht nur die Druckfortpflanzungsrichtung, sondern auch das Wachstum der Blase als solcher, so daß die Ausstoßeffizienz, die Ausstoßenergie, die Ausstoßgeschwindigkeit etc. in signifikanter Weise verbessert werden.
V_A1 und V_B1 sind Druckkomponenten entlang der ersten Flüssigkeitsströmungsbahn in zueinander entgegengesetzten Richtungen, und V_A und V_B sind Druckkomponenten entlang der zweiten Flüssigkeitsströmungsbahn in zueinander entgegengesetzten Richtungen. Bei dieser Ausführungsform unterdrückt der bewegliche Abschnitt 6 die rückwärts gerichtete Welle, so daß daher V_A1 und V_B1 kleiner als bei einer herkömmlichen Vorrichtung sind. Die Blase wird zum Ausstoßaus-laß gerichtet, so daß daher V_A und V_B kleiner sind als bei der herkömmlichen Vorrichtung. Auf diese Weise sind V_A1 + V_A und V_B1 + V_B kleiner als V_A und V_B bei der herkömmlichen Vorrichtung.
(Ausführungsform 5)
12 ist eine schematische Schnittansicht eines Hauptteiles eines Flüssigkeitsausstoßkopfes gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von Ausführungsform 4 dadurch, daß der bewegliche Abschnitt 6 dünn ausgebildet ist und somit eine höherer Flexibilität besitzt. Wie in 12 mit einer gestrichelten Linie dargestellt ist, wird hierdurch der von der Blase verschobene bewegliche Abschnitt 6 geringfügig zum Ausstoßauslaß 11 hin gebogen. Wenn der bewegliche Abschnitt flexibel ist, kann er selbst dann in einem großen Ausmaß mit einem relativ niedrigen Blasenerzeugungsdruck durchgebogen werden, so daß der Blasenerzeugungsdruck noch wirksamer zum Ausstoßauslaß hin gerichtet werden kann. Auch bei dieser Ausführungsform wird ein Flüssigkeitsausstoßkopf mit hoher Ausstoßenergie und hoher Ausstoßeffizienz vorgesehen.
(Vergleichsbeispiel)
13A ist eine schematische Schnittansicht eines Hauptteiles eines Flüssigkeitsausstoßkopfes gemäß einem Vergleichsbeispiel, das nicht unter den Umfang der beanspruchten Erfindung fällt. 13B ist eine schematische Draufsicht des bei diesem Beispiel verwendeten beweglichen Abschnittes, von der Ausstoßauslaßseite her gesehen. Dieses Beispiel unterscheidet sich von der Ausführungsform 4 dadurch, daß anstelle der zweiten Flüssigkeitsströmungsbahn 4 ein graben- oder grubenförmiger Flüssigkeitskanal 4a vorgesehen ist, der auf vier Seiten von Wänden umgeben ist. Bei diesem Beispiel wird die Flüssigkeit nach dem Flüssigkeitsausstoß hauptsächlich von der ersten Flüssigkeitsströmungsbahn 3 durch die Öffnung 6c im beweglichen Element 6 in den grubenförmigen Flüssigkeitskanal 4a eingeführt. Die Größe der Öffnung 6c reicht aus, wenn sie ohne das Entweichen der Blase einen Flüssigkeitsstrom ermöglicht.
Bei diesem Beispiel erfolgt das Entweichen des Blasenerzeugungsdrucks zum auf stromseitigen Bereich hin entlang dem unteren Teil des beweglichen Abschnittes 6. Ferner entspricht nach dem Zusammenfallen der Blase die aufzufüllende Tintenmenge nur der Menge, die dem Volumen des grubenförmigen Flüssigkeitskanales entspricht, so daß die Wiederauffüllmenge klein sein und ein Ansprechvermögen mit hoher Geschwindigkeit erreicht werden kann. Mit diesem Beispiel kann ein Flüssigkeitsausstoßkopf mit hoher Ausstoßenergie und hoher Ausstoßeffizienz verwirklicht werden.
(Ausführungsform 6)
14A ist eine schematische Schnittansicht eines Hauptteiles eines Flüssigkeitsausstoßkopfes gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der bewegliche Abschnitt 6 des Kopfes dieser Ausführungsform ist nicht als Dualtyp, sondern als Einzeltyp ausgebildet. Die erste Flüssigkeitsströmungsbahn 3 an der Seite des freien Endes 6a des beweglichen Abschnittes 6 ist durch eine Wand 15a (ein dem beweglichen Element gegenüberliegendes Element) geschlossen, so daß der durch die Blase erzeugte Druck durch Durchbiegung des beweglichen Abschnittes 6 zum darüber liegenden Ausstoßauslaß 11 expandiert. Bei dem beweglichen Abschnitt 6 dieser Ausführungsform handelt es sich um ein Einzelelement, dessen Herstellung einfach und dessen Konstruktionsspielraum groß ist.
14B ist eine schematische Schnittansicht, die die Erzeugung etc. der Blase 7 im Flüssigkeitsausstoßkopf dieser Ausführungsform zeigt. Wie in dieser Figur gezeigt, expandiert ein Teil der Blase, die im Bereich B der zweiten Flüssigkeitsströmungsbahn 4 erzeugt wird, zur Seite der ersten Flüssigkeitsströmungsbahn 3 mit einer entsprechenden Verschiebung des beweglichen Abschnittes 6 zur Seite der ersten Flüssigkeitsströmungsbahn 3 hin. Somit ist die Höhe der zweiten Flüssigkeitsströmungsbahn 4 (Abstand von der Oberfläche des Substrates 1 oder der Wärmeerzeugungsfläche des Wärmeerzeugungselementes 2 zum beweglichen Abschnitt 6) derart, daß sich die Blase zur Seite der ersten Flüssigkeitsströmungsbahn 3 erstreckt, wodurch die Ausstoßenergie weiter erhöht wird. Um sich die Blase in die erste Flüssigkeitsströmungsbahn 3 erstrecken zu lassen, ist es wünschenswert, die Höhe der zweiten Flüssigkeitsströmungsbahn 4 kleiner auszubilden als die Höhe der maximalen Blase, beispielsweise einige μm bis 30 μm. Bei dieser Ausführungsform kann ein Flüssigkeitsausstoßkopf mit hoher Ausstoßenergie und hoher Ausstoßeffizienz verhindert werden.
(Ausführungsform 7)
15A ist eine schematische Schnittansicht eines Hauptteiles eines Flüssigkeitsausstoßkopfes gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 15B ist eine schematische Draufsicht des beweglichen Abschnittes dieser Ausführungsform, von der Ausstoßauslaßseite her gesehen. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von Ausführungsform 4 dadurch, daß ein grubenförmiger Flüssigkeitskanal 4a, der auf vier Seiten von Wänden umgeben ist, anstelle der zweiten Flüssigkeitsströmungsbahn 4 vorgesehen ist. Bei dieser Ausführungsform wird nach dem Flüssigkeitsausstoß die Flüssigkeit hauptsächlich von der ersten Flüssigkeitsströmungsbahn 3 duch die Öffnung 6c im beweglichen Element 6 in den grubenförmigen Flüssigkeitskanal 4a eingeführt. Die Größe der Öffnung 6c reicht aus, wenn sie einen Flüssigkeitsstrom ohne Entweichen der Blase ermöglicht.
Bei dieser Ausführungsform werden der Druck zum Aufbiegen des Ventiles und der Druck der Blase beide zum Ausstoßauslaß hin gerichtet. Der bewegliche Abschnitt 6 kehrt im wesentlichen gleichzeitig mit dem Zusammenfallen der Blase zur Ausgangsposition zurück, so daß daher der Grad des Rückzuges des Tintenmeniskus minimiert werden kann und die Tinte durch die erzwungene Wiederauffüllfunktion derselben durch das Zusammenfallen der Blase vom aufstromseitigen Bereich kontinuierlich der Wärmeerzeugungsfläche zugeführt wird. Hierdurch kann ein Flüssigkeitsausstoßkopf mit hoher Ausstoßenergie und hoher Ausstoßeffizienz zur Verfügung gestellt werden.
(Weiteres Vergleichsbeispiel)
16A ist eine schematische Schnittansicht eines Hauptteiles eines Flüssigkeitsausstoßkopfes gemäß einem weiteren Vergleichsbeispiel, das nicht unter den Umfang der beanspruchten Erfindung fällt. 16B ist eine schematische Draufsicht eines verwendeten beweglichen Abschnittes, von der Ausstoßauslaßseite her gesehen. Dieses Beispiel unterscheidet sich von Ausführungsform 6 dadurch, daß ein grubenförmiger Flüssigkeitskanal 4a, der auf vier Seiten von Wänden umschlossen ist, anstelle der zweiten Flüssigkeitsströmungsbahn 4 vorgesehen ist. Bei diesem Beispiel wird nach dem Flüssigkeitsausstoß die Flüssigkeit hauptsächlich von der ersten Flüssigkeitsströmungsbahn 3 durch die Öffnung 6c im beweglichen Element 6 in den grubenförmigen Flüssigkeitskanal 4a eingeführt. Die Größe der Öffnung 6c ist ausreichend, wenn sie einen Strom der Tinte ohne Entweichen der Blase ermöglicht.
Bei diesem Beispiel kann das Entweichen des Blasenerzeugungsdrucks zum aufstromseitigen Bereich hin entlang dem unteren Teil des beweglichen Abschnittes 6 unterdrückt werden, so daß daher der Blasenerzeugungsdruck in wirksamer Weise zum Ausstoßauslaß hin gerichtet werden kann. Des weiteren ist beim Zusammenfallen der Blase die wiederaufzufüllende Tintenmenge nur die, die dem Volumen des grubenför migen Flüssigkeitskanales entspricht, so daß die Wiederauffüllmenge klein gehalten und ein Ansprechvermögen mit hoher Geschwindigkeit erzielt werden kann. Auch mit diesem Beispiel kann ein Flüssigkeitsausstoßkopf mit hoher Ausstoßenergie und hoher Ausstoßeffizienz erzielt werden.
(Kopfbeispiel 1)
17 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Beispieles eines Flüssigkeitsausstoßkopfes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, der eine Vielzahl von Ausstoßauslässen und eine Vielzahl von Flüssigkeitsströmungsbahnen in Strömungsmittelverbindung damit umfaßt. Der Flüssigkeitsausstoßkopf wird durch ein Substrat 1, eine Trennwand 5 und eine Öffnungsplatte 14 gebildet, die mit Abständen laminiert sind. Das Substrat 1 besitzt ein Lagerelement aus Metall, wie Aluminium, und hat eine Vielzahl von Wärmeerzeugungselementen 2. Das Wärmeerzeugungselement 2 hat die Form eines elektrothermischen Wandlerelementes, das Wärme zur Erzeugung einer Blase durch Filmsieden in der Blasenerzeugungsflüssigkeit, die der zweiten Flüssigkeitsströmungsbahn 4 zugeführt wird, generiert. Das Substrat 1 ist mit einer Leitungselektrode zum Zuführen des elektrischen Signales zum Wärmeerzeugungselement 2 und Funktionselementen, wie einem Transistor, einer Diode, einer Verriegelung, einem Shiftregister, zum wahlweisen Antreiben der Wärmeerzeugungselemente 2 versehen. Auf dem Wärmeerzeugungselement 2 ist eine Schutzschicht (in der Figur weggelassen) zum Schützen des Wärmeerzeugungselementes 2 vorgesehen.
Die Trennwand 5 ist mit einem Paar von beweglichen Abschnitten 6 versehen, die dem Wärmeerzeugungselement 2 gegenüberliegen. Über der Trennwand 5 befindet sich eine Öffnungsplatte 14 mit Ausstoßauslässen 11, die mit Strömungskanalwänden 15 versehen ist, um die dazwischen angeordneten ersten Flüssigkeitsströmungsbahnen 3 zu bilden.
In 17 ist mit 12 eine erste gemeinsame Flüssigkeitskammer zum Zuführen der Ausstoßflüssigkeit durch den ersten Zuführkanal 12a zu den ersten Flüssigkeitsströmungsbahnen 3 bezeichnet. Mit 13 ist eine zweite gemeinsame Flüssigkeitskammer zum Zuführen der Blasenerzeugungsflüssigkeit durch den zweiten Zuführkanal 13a zu den zweiten Flüssigkeitsströmungsbahnen 4 bezeichnet. Somit steht die erste gemeinsame Flüssigkeitskammer 12 in Strömungsmittelverbindung mit einer Vielzahl von ersten Flüssigkeitsströmungsbahnen 3, die durch die Strömungskanalwände 15 an der Trennwand 5 voneinander getrennt sind. Die zweite gemeinsame Flüssigkeitskammer 13 steht in Strömungsmittelverbindung mit der Vielzahl der zweiten Flüssigkeitsströmungskanäle 4, die durch die Vielzahl der Strömungskanalwände (in der Figur zu Erläuterungszwecken weggelassen) auf dem Substrat 1 getrennt sind.
Bei der Herstellung des in 17 gezeigeten Flüssigkeitsausstoßkopfes wird ein Trockenfilm mit einer Dicke von 15 μm (festes lichtempfindliches Harzmaterial) auf dem Substrat 1 angeordnet und zur Ausbildung der Strömungskanalwände zum Erstellen der zweiten Flüssigkeitsströmungsbahnen 4 gemustert. Bei dem Material der Strömungskanalwand kann es sich um irgendein beliebiges Material handeln, wenn dieses in bezug auf die Blasenerzeugungsflüssigkeit Antilösungseigenschaften besitzt und die Strömungskanalwand ausgebildet werden kann. Beispiele von derartigen Materalien sind zusätzlich zum Trockenfilm flüssige lichtempfindliche Harzmaterialien. Andere Beispiele sind Harzmaterialien, wie Polysulfon oder Polyethylen, oder Metall, wie Gold, Silicium, Nickel, und Glas. Danach werden das Substrat 1 und die Trennwand 5 miteinander verbunden, um eine einstückige Kombination aus Substrat und Trennwand herzustellen, während das Wärmeerzeugungselement 2 und der bewegliche Abschnitt 6 korrekt zueinander positioniert werden.
Die Öffnungsplatte 14 mit den Ausstoßauslässen 11 wird aus Nickel durch Elektroformen hergestellt. Es kann sich bei ihr um ein Rillenelement handeln, das Ausstoßauslässe aufweist, die durch Projizieren eines Excimer-Lasers auf eine Harzform, die einstückig mit der ersten Flüssigkeitsströmungsbahn 3 versehen ist, geformt werden. Die erste Flüssigkeitsströmungsbahn 3 wird hergestellt, indem ein Trockenfilm mit einer Dicke von 25 μm auf der Rückseite der Öffnungsplatte 14 angeordnet und gemustert wird. Danach wird die Öffnungsplatte 14 mit der einstückigen Kombination aus Substrat und Trennwand verbunden, während der Ausstoßauslaß 11 und der bewegliche Abschnitt 6 korrekt relativ zueinander positioniert werden.
(Kopfbeispiel 2)
18 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Flüssigkeitsausstoßkopfes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Unterschied zwischen dieser Ausführungsform und dem vorstehend beschriebenen Kopf besteht darin, daß es sich bei dem beweglichen Abschnitt 6 um ein unabhängiges Element und nicht um ein Paar von Elementen handelt. Der Abschnitt 15d mit der Strömungskanalwand 15 wirkt als gegenüberliegendes Element. Bei dieser Ausführungsform wird ein Flüssigkeitsausstoßkopf mit hoher Ausstoßenergie und hoher Ausstoßeffizienz geschaffen.
(Beweglicher Abschnitt und Trennwand)
Die 19A-19C sind schematische Drauf sichten von Flüssigkeitsausstoßköpfen mit einem beweglichen Abschnitt gemäß weiteren Ausführungsformen. 19a zeigt ein Beispiel, bei dem der bewegliche Abschnitt 6 der Trennwand 5 rechteckig ausgebildet ist. 19B zeigt ein Beispiel, bei dem das bewegliche Element rechteckig ist und einen verengten Basisabschnitt 6b besitzt, der als Drehpunkt bei der Verschiebung oder Durchbiegung dient. 19C zeigt ein Beispiel, bei dem das bewegliche Element rechteckig ist und einen breiteren Basisabschnitt 6b, der als Drehpunkt der Verschiebung wirkt, als das freie Ende 6a aufweist.
Mit Hilfe des in 19B gezeigten beweglichen Abschnittes 6 wird die Verschiebung einfacher. Mit dem in 19C gezeigten beweglichen Abschnitt 6 wird eine große Haltbarkeit des beweglichen Abschnittes erreicht. Um sowohl eine einfache Funktionsweise des beweglichen Abschnittes zu erreichen als auch die Härte des beweglichen Abschnittes zu erhöhen, wird die Breite des als Drehpunkt wirkenden Basisabschnittes 6b auf wünschenswerte Weise bogenförmig verengt, wie in 9A gezeigt.
20 ist eine schematische Draufsicht des rechteckigen beweglichen Abschnittes 6 und des in 19A gezeigten Wärmeerzeugungselementes 2, von der Ausstoßauslaßseite her gesehen, um die Lagebeziehung zwischen diesen zu verdeutlichen. Um den Blasenerzeugungsdruck auf wirksame Weise zu nutzen, erstrecken sich die beiden beweglichen Abschnitte 6 in unterschiedliche Richtungen, so daß der Abschnitt unmittelbar über dem wirksamen Blasenerzeugungsbereich des Wärmeerzeugungselementes 2 vom beweglichen Abschnitt abgedeckt wird, d. h. die beweglichen Enden desselben liegen einander gegenüber. Bei dieser Ausführungsform haben die beweglichen Abschnitte 6 die gleichen Konfigurationen und sind symmetrisch angeordnet. Es kann jedoch eine Vielzahl von beweglichen Elementen mit unterschiedlichen Konfigurationen Anwendung finden. Die beweglichen Abschnitte können asymmetrisch sein, wenn die Haltbarkeit des beweglichen Abschnittes groß und die Ausstoßeffizienz hoch ist. Indem der gesamte Bereich des beweglichen Abschnittes größer gemacht wird als der gesamte Bereich der Wärmeerzeugungsfläche des Wärmeerzeugungselementes und indem der Drehpunkt des beweglichen Abschnittes außerhalb des Bereiches des wirksamen Blasenerzeugungsbereiches des Wärmeerzeugungselementes angeordnet wird, werden die Ausstoßeffizienz und die Haltbarkeit des Flüssigkeitsausstoßkopfes verbessert.
Bei dem Kopf, der die in 7 gezeigten gegenüberliegenden beweglichen Abschnitte aufweist, wird bevorzugt, um die Ausstoßeffizienz zu erhöhen, den Schlitz relativ schmal auszubilden. Vorzugsweise verläuft eine Linie, die sich durch den Mittelpunkt der Wärmeerzeugungsfläche des Wärmeerzeugungselementes und senkrecht zur Wärmeerzeugungsfläche erstreckt, benachbart zu einer Linie, die sich durch den Mittelpunkt des Bereiches des Spaltes zwischen den freien Enden und senkrecht zum Spaltbereich erstreckt. Ferner wird bevorzugt, daß sich diese Linien im wesentlichen überlappen. Des weiteren wird bevorzugt, daß eine Linie, die sich durch den Mittelpunkt der Wärmeerzeugungsfläche des Wärmeerzeugungselementes und senkrecht zur Wärmeerzeugungsfläche erstreckt, durch den Ausstoßauslaß läuft. Schließlich wird bevorzugt, daß sich diese Linie und eine Linie senkrecht zum Ausstoßauslaß durch den Mittelpunkt des Ausstoßauslasses überlappen.
In dem Kopf, der den einen beweglichen Abschnitt, wie in 14B gezeigt, und den gegenüberliegenden Fehlerabschnitt aufweist, wird bevorzugt, daß eine Linie, die sich durch die Wärmeerzeugungsfläche des Wärmeerzeugungselementes und senkrecht zur Wärmeerzeugungsfläche erstreckt, den einen beweglichen Abschnitt durchdringt. Ferner wird bevorzugt, daß eine Linie, die sich durch den Mittelpunkt der Wärmeerzeugungsfläche erstreckt und vertikal zur Wärmeerzeugungsfläche verläuft, den Ausstoßauslaß durchdringt. Schließlich wird bevorzugt, daß sich diese Linie und eine sich durch den Mittelpunkt des Ausstoßauslasses erstreckende und vertikal zum Ausstoßauslaß angeordnete Linie im wesentlichen überlappen.
Die 21A-21C sind schematische Draufsichten, die eine Konfiguration zeigen, bei der nicht weniger als drei bewegliche Abschnitte 6 für einen Blasenerzeugungsbereich Verwendung finden. 21A zeigt ein Beispiel von drei Positionen, 21B ein Beispiel von vier Positionen und 21c ein Beispiel von sechs Positionen. Die Zahl der beweglichen Abschnitte 6 ist nicht beschränkt, es sei denn bei der Herstellung tritt ein Problem auf. In allen Fällen sind die beweglichen Abschnitte 6 derart radial angeordnet, daß der von der Blase erzeugte Druck gleichmäßig auf die beweglichen Abschnitte 6 aufgebracht wird, und der Drehpunkt ist bogenförmig ausgebildet, um eine bessere Funktionsweise und Haltbarkeit zu erreichen. Durch die benachbarte radiale Anordnung des ventilähnlichen beweglichen Abschnittes 6 können große Tröpfchen mit hoher Effizienz ausgestoßen werden. Die Vielzahl der beweglichen Abschnitte 6 kann vom Fachmann in Abhängigkeit vom Durchmesser des auszustoßenden Tröpfchens (Punktgröße) bestimmt werden.
Was das Material der Trennwand einschließlich des beweglichen Abschnittes anbetrifft, so ist jedes beliebige Material verwendbar, wenn es in bezug auf die Blasenerzeugungsflüssigkeit und die Ausstoßflüssigkeit Antilösungseigenschaften besitzt, eine Elastizität hat, die für eine Funktion als beweglicher Abschnitt geeignet ist, und für die Ausbildung des feinen Schlitzes geeignet ist.
Bevorzugte Beispiele von Materialien für das bewegliche Element sind haltbare Materialien, wie Metall, beispielsweise Silber, Nickel, Gold, Eisen, Titan, Aluminium, Platin, Tantal, rostfreier Stahl, Phosphorbronze o. ä. und Legierungen hiervon, oder Harzmaterialien mit einer Nitrilgruppe, wie Acrylnitril, Butadien, Styrol o. ä., Harzmaterialien mit einer Amidgruppe, wie Polyamid o. ä., Harzmaterialien mit einer Carboxylgruppe, wie Polycarbonat o. ä., Harzmaterialien mit einer Aldehydgruppe, wie Polyacetal o. ä., Harzmaterialien mit einer Sulfongruppe, wie Polysulfon, Harzmaterialien, wie Flüssigkristallpolymere o. ä., oder chemische Verbindungen hiervon oder Materialien, die gegenüber der Tinte haltbar sind, wie Metalle, beispielsweise Gold, Wolfram, Tantal, Nickel, rostfreier Stahl, Titan, Legierungen hiervon, Materialien, die mit einem derartigen Metall beschichtet sind, Harzmaterialien mit einer Amidgruppe, wie Polymamid, Harzmaterialien mit einer Aldehydgruppe, wie Polyacetal, Harzmaterialien mit einer Ketongruppe, wie Polyetheretherketon, Harzmaterialien mit einer Amidgruppe, wie Polyimid, Harzmaterialien mit einer Hydroxylgruppe, wie Phenolharz, Harzmaterialien mit einer Ethylgruppe, wie Polyethylen, Harzmaterialien mit einer Alkylgruppe, wie Polypropylen, Harzmaterialien mit einer Epoxygruppe, wie Epoxidharz, Harzmaterialien mit einer Aminogruppe, wie Melaminharz, Harzmaterialien mit einer Methylolgruppe, wie Xylolharz, chemische Verbindungen hiervon, keramische Materialien, wie Siliciumdioxid oder chemische Verbindungen hiervon.
Bevorzugte Materialien für die Trennwand sind Harzmaterialien mit guten Hitzebeständigkeitseigenschaften, guten Antilösungseigenschaften und gutem Formvermögen, genauer gesagt Kunstharzmaterialien, wie Polyethylen, Polypropylen, Polyamid, Polyethylenterephthalat, Melaminharzmaterial, Phenolharz, Epoxidharzmaterial, Polybutadien, Polyurethan, Polyetheretherketon, Polyethersulfon, Polyallylat, Polyimid, Polysulfon, Flüssigkristallpolymere (LCP) oder chemische Verbindungen hiervon, oder Metalle, wie Siliciumdioxid, Siliciumnitrid, Nickel, Gold, rostfreier Stahl, Legierungen hiervon, chemische Verbindungen hiervon, oder mit Titan oder Gold beschichtete Materialien.
Die Dicke der Trennwand wird in Abhängigkeit vom verwendeten Material und der verwendeten Konfiguration festgelegt, um eine ausreichende Festigkeit der Wand und eine ausreichende Funktionsfähigkeit als bewegliches Element zu erzielen, und beträgt normalerweise etwa 0,5 μm–10 μm.
Was die Breite des Schlitzes 35 für das bewegliche Element 31 anbetrifft, so wird der Spalt so festgelegt, daß ein Meniskus zwischen den Flüssigkeiten gebildet wird, um auf diese Weise ein Vermischen derselben zu vemeiden, wenn es sich bei der Blasenerzeugungsflüssigkeit und der Ausstoßflüssigkeit um verschiedene Materialien handelt. Wenn beispielsweise die Blasenerzeugungsflüssigkeit eine Viskosität von etwa 2 cP und die Ausstoßflüssigkeit eine Viskosität von nicht weniger als 100 cP besitzt, ist ein Schlitz von etwa 5 μm ausreichend, um ein Vermischen der Flüssigkeiten zu vermeiden. Nicht mehr als 3 μm sind wünschenswert.
Bei dieser Erfindung besitzt das bewegliche Element eine Dicke im μm-Bereich als bevorzugte Dicke. Wenn ein Schlitz im beweglichen Element mit einer Dicke im μm-Bereich ausgebildet ist und der Schlitz eine Breite (W μm) in der Größenordnung der Dicke des beweglichen Elementes besitzt, ist es wünschenswert, diese Variationen bei der Herstellung zu berücksichtigen.
Wenn die Dicke des Elementes, das dem freien Ende und/oder seitlichen Rand des durch einen Schlitz gebildeten beweglichen Elementes gegenüberliegt, der Dicke des beweglichen Elementes entspricht, ist die Beziehung zwischen der Schlitzbreite und der Dicke vorzugsweise wie folgt unter Berücksichtigung der Variation bei der Herstellung, um auf stabile Weise ein Vermischen der Flüssigkeiten zwischen der Blasenerzeugungsflüssigkeit und der Ausstoßflüssigkeit zu unterdrücken. Wenn die Blasenerzeugungsflüssigkeit eine Viskosität von nicht mehr als 3 cp hat und eine hochviskose Tinte (5 cp, 10 cp o. ä.) als Ausstoßflüssigkeit verwendet wird, kann ein Vermischen der beiden Flüssigkeiten über einen langen Zeitraum unterdrückt werden, wenn die Ungleichung W/t ≤ 1 erfüllt wird.
Der Schlitz, der für die "wesentliche Abdichtung" sorgt, besitzt vorzugsweise eine Breite von einigen μm, da hiermit ein Vermischen der Flüssigkeiten verhindert wird.
Wenn die Ausstoßflüssigkeit und die Blasenerzeugungsflüssigkeit voneinander getrennt sind, wirkt das bewegliche Element als Trennwand hierzwischen. Eine geringe Menge der Blasenerzeugungsflüssigkeit wird jedoch mit der Ausstoßflüssigkeit vermischt. Beim Ausstoßen der Flüssigkeit zum Drucken stellt dieser Anteil des Vermischens praktisch kein Problem dar, wenn er geringer ist als 20%.
Die vorliegende Erfindung deckt daher den Fall ab, bei dem der Mischungsanteil der Blasenerzeugungsflüssigkeit nicht mehr als 20% beträgt.
Bei den vorhergehenden Ausführungsformen beträgt der maximale Mischungsanteil der Blasenerzeugungsflüssigkeit 15% , selbst wenn verschiedene Viskositäten Anwendung finden.
Wenn die Blasenerzeugungsflüssigkeit eine Viskosität von nicht mehr als 5 cps besitzt, beträgt der Mischungsanteil maximal etwa 10%, obwohl er verschieden ist, wenn die Antriebsfrequenz verschieden ist. Der Anteil der vermischten Flüssigkeit kann reduziert werden, indem die Viskosität der Ausstoßflüssigkeit auf einen Bereich unter 20 cps (beispielsweise nicht mehr als 5%) verringert wird.
(Ausstoßflüssigkeit und Blasenerzeugungsflüssigkeit)
Wenn es sich bei der Ausstoßflüssigkeit und bei der Blasenerzeugungsflüssigkeit um die gleiche Flüssigkeit handelt, sind diverse Flüssigkeitsmaterialien verwendbar, wenn sie nicht durch die vom Wärmeerzeugungselement abgegebene Wärme in ihrer Qualität negativ beeinflußt werden, kein angesammeltes Material in einfacher Weise auf dem Wärmeerzeugungselement abgelagert wird, die Zustandsänderung einer Vergasung und Kondensation reversibel ist und die Flüssigkeitsströmungsbahn, das bewegliche Element oder die Trennwand o. ä. keine Qualitätsverschlechterung erfahren. Zur Aufzeichnung ist auch die bei einer herkömmlichen Bubble-Jet-Vorrichtung als Aufzeichnung verwendbare Flüssigkeit erfindungsgemäß einsetzbar.
Selbst wenn die Ausstoßflüssigkeit und die Blasenerzeugungsflüssigkeit verschiedene Flüssigkeitsmaterialien sind, kann die Ausstoßflüssigkeit durch die Verschiebung des beweglichen Abschnittes, welche durch den durch die Blasenerzeugung der Blasenerzeugungsflüssigkeit generierten Druck verursacht wird, ausgestoßen werden. Daher kann eine Flüssigkeit mit hoher Viskosität, wie Polyethylenglycol, mit der die Blasenerzeugung bei Wärmeaufbringung nicht in ausreichender Weise erfolgt und daher die Ausstoßenergie nicht ausreicht, mit hoher Ausstoßeffizienz und mit hohem Aus stoßdruck ausgestoßen werden, indem diese Flüssigkeit in der ersten Flüssigkeitsströmungsbahn zugeführt und der zweiten Flüssigkeitsströmungsbahn als Blasenerzeugungsflüssigkeit zugeführt wird, so daß eine gute Blasenerzeugungsflüssigkeit erreicht wird (beispielsweise ein Flüssigkeitsgemisch aus Ethanol und Wasser im Verhältnis von 4 : 6 mit einer Viskosität von etwa 1–2 cps).
Die in einfacher Weise durch Wärme beeinflußte Flüssigkeit kann mit hoher Ausstoßeffizienz und mit hohem Ausstoßdruck ohne thermische Schädigung einer derartigen Flüssigkeit ausgestoßen werden, wenn diese Flüssigkeit der ersten Flüssigkeitsströmungsbahn zugeführt und die nicht in einfacher Weise durch die Wärme beeinflußte Flüssigkeit mit einem guten Blasenerzeugungsvermögen der zweiten Flüssigkeitsströmungsbahn zugeführt wird.
Verschiedene Flüssigkeitsmaterialien sind verwendbar, wenn sie durch die Wärme, die vom Wärmeerzeugungselement erzeugt wird, keine Qualitätsverschlechterung erfahren, angesammeltes Material nicht in einfacher Weise auf dem Wärmeerzeugungselement abgelagert wird, die Zustandsänderung einer Vergasung und Kondensation reversibel ist, und die Flüssigkeitsströmungsbahn, das bewegliche Element oder die Trennwand o. ä. keine Qualitätsverschlechterung erfahren. Genauer gesagt, Beispiele von derartigen Flüssigkeiten sind Methanol, Ethanol, n-Propanol, Isopropanol, n-Hexan, n-Heptan, n-Octan, Toluol, Xylol, Methylendichlorid, Trichlen, Freon TF, Freon BF, Ethylether, Dioxan, Cyclohexan, Methylacetat, Ethylacetat, Aceton, Methylethylketon, Wasser o. ä. oder Gemische hiervon.
Was die Ausstoßflüssigkeit anbetrifft, so sind diverse Flüssigkeiten verwendbar unabhängig von den thermischen Eigenschaften oder den Blasenerzeugungseigenschaften. Eine Flüssigkeit, die ein geringes Blasenerzeugungsvermögen besitzt, oder eine Flüssigkeit, die in einfacher Weise eine Qualitätsverschlechterung erfährt oder durch Wärme oder die hochviskose Flüssigkeit beeinflußt wird, welche Flüssigkeiten bisher nicht in einfacher Weise ausgestoßen werden konnten, kann ausgestoßen werden. Es ist jedoch wünschenswert, daß der Ausstoß, die Blasenerzeugung oder die Funktionsweise des beweglichen Abschnittes durch die Ausstoßflüssigkeit als solche oder durch die Reaktion mit der Blasenerzeugungsflüssigkeit nicht behindert werden. Andere Beispiele der Ausstoßflüssigkeit sind pharmazeutische Mittel oder Parfum, das in einfacher Weise durch Wärme beeinflußt wird.
Der in 1 dargestellte Kopf wurde mit einer Spannung von 25 V und mit einer Frequenz von 2,5 kHz betrieben, wobei verwendet wurde:
Eine Blasenerzeugungsflüssigkeit, bei der es sich um das vorstehend beschriebene Flüssigkeitsgemisch aus Ethanol und Wasser handelte, eine Ausstoßflüssigkeit, bei der es sich um Farbtinte (2 cps), Pigmenttinte (15 cps), Polyethylenglycol 200 oder Polyethylenglycol 600 handelte.
Als Ergebnis wurde ein zufriedenstellender Ausstoß bestätigt.

Es wurden Aufzeichnungsvorgänge unter Verwendung der folgenden Kombination aus Flüssigkeiten für die Blasenerzeugungsflüssigkeit und Ausstoßflüssigkeit durchgeführt. Dabei ergab sich, daß eine Flüssigkeit mit einer Viskosität von 10 und einigen cps, die bislang nicht ausgestoßen werden konnte, korrekt ausgestoßen wurde. Selbst eine Flüssigkeit mit 150 cps wurde korrekt ausgestoßen und ergab ein Bild mit hoher Qualität.

Blasenerzeugungsflüssigkeit 1:
Ethanol	40 Gew.%
Wasser	60 Gew.%

Blasenerzeugungsflüssigkeit 2:
Wasser	100 Gew.%

Blasenerzeugungsflüssigkeit 3:
Isopropylalkohol	10 Gew.%
Wasser	90 Gew.%

Ausstoßflüssigkeit 1:
(Pigmenttinte etwa 15 cp)
Ruß	5 Gew.%
Styrol-acrylat-acrylatethylcopolymerharzmaterial	1 Gew.%
Dispersionsmaterial (Oxid 140, gewichtsgemitteltes Molekulargewicht)
Mono-ethanolamin	0,25 Gew.%
Glycerin	69 Gew.%
Thiodiglycol	5 Gew.%
Ethanol	3 Gew.%
Wasser	16,75 Gew.%

Ausstoßflüssigkeit 2 (55 cp):
Polyethylenglycol 200	100 Gew.%

Ausstoßflüssigkeit3 (150 cp):
Polyethylenglycol 600	100 Gew.%

Ferner wurde die folgende Flüssigkeit verwendet, die sowohl als Ausstoßflüssigkeit als auch als Blasenerzeugungsflüssigkeit verwendet werden konnte. Damit wurden Bilder mit hoher Qualität aufgrund einer hohen Tintenausstoßgeschwindigkeit aufgezeichnet.

Farbstofftinte (Viskosität 2 cps)

C.I. hoodblack 2 Farbstoff 3 Gew.%

Diethylenglycol 10 Gew.%

Thiodiglycol 5 Gew.%

Ethanol 3 Gew.%

Wasser 77 Gew.%
Im Falle der Flüssigkeit, die bislang nicht ohne weiteres ausgestoßen werden konnte, war die Ausstoßgeschwindigkeit gering, so daß daher die Variationen der Ausstoßrichtungen größer waren, was Variationen der Schußpositionen der Tröpfchen und Variationen der Ausstoßmengen infolge der Ausstoßinstabilität zur Folge hatte, so daß daher die Bildqualität nicht sehr hoch war. Bei dieser Ausführungsform war jedoch die Erzeugung der Blase stabil und ausreichend.
Daher wurde die Schußgenauigkeit des Flüssigkeitströpfchens verbessert und die Tintenausstoßmenge stabilisiert, so daß die Qualität des aufgezeichneten Bildes beträchtlich verbessert wurde.
(Elementsubstrat)
Hiernach wird die Ausbildung des Elementsubstrates, das mit den Heizelementen zur Aufbringung von Wärme auf die Flüssigkeit versehen ist, beschrieben.
Die 22A und 22B sind Schnittansichten des Elementsubstrates des Flüssigkeitsausstoßkopfes gemäß der vorliegenden Erfindung. 22A zeigt einen Abschnitt eines Kopfelementsubstrates 1, der mit einem Schutzfilm versehen ist, welcher sich auf einem elektrothermischen Wandler befindet, der das Heizelement umfaßt. 22B zeigt ein Kopfelementsubstrat 1, das mit keinem Schutzfilm versehen ist.
Eine Schicht aus Siliciumoxid oder Siliciumnitrid ist als Bodenschicht 66 auf einem Substrat 67 aus Silicium o. ä. zu Isolations- und Wärmespeicherzwecken ausgebildet. Auf der Bodenschicht 66 sind eine 0,01–0,02 μm dicke Wärmeerzeugungswiderstandsschicht 65 (Wärmeerzeugungselement 2), die aus Hafniumborid (HfB₂), Tantalnitrid (TaN), Tantalaluminium (TaAl) o. ä. besteht, und eine 0,2–1,0 μm dicke gemusterte Leitungselektrode 64 aus Aluminium o. ä. laminiert. Wenn Spannung an die Wärmeerzeugungswiderstandsschicht 65 über diese beiden Leitungselektroden 64 gelegt wird, fließt ein Strom durch die Wärmeerzeugungswiderstandsschicht 65, die zwischen den beiden Elektroden 64 angeordnet ist, wodurch Wärme erzeugt wird.
Im Falle der in 22A gezeigten Ausführungsform ist die 0,1–2,0 μm dicke Schutzschicht 63 aus Siliciumoxid, Siliciumnitrid o. ä. auf der Wärmeerzeugungswiderstandsschicht mindestens zwischen den Leitungselektroden 64 ausgebildet. Des weiteren ist eine 0,1–0,6 μm dicke Antikavitationsschicht aus Tantal o. ä. auf der Schutzschicht 63 abgeschieden, die mindestens die Wärmeerzeugungswiderstandsschicht 65 gegenüber diversen Flüssigkeiten, wie Tinte, schützt. Der Grund dafür, warum metallisches Material, wie Tantal, als Antikavitationsschicht 62 verwendet wird, besteht darin, daß die während der Erzeugung und des Zusammenfallens der Blase generierte Druckwelle oder Schockwelle extrem energiereich ist, so daß die Haltbarkeit des Oxidfilmes, der hart und spröde ist, drastisch verschlechtert wird.
22B zeigt ein Heizelementsubstrat 1 ohne die Schutz schicht 62. Diese Schutzschicht o. ä. ist daher nicht zwingend. was das Wärmeerzeugungswiderstandsschichtmaterial anbetrifft, das die vorstehend beschriebene Schutzschicht nicht benötigt, so kann ein Metallegierungsmaterial, wie eine Iridium-Tantal-Aluminiumlegierung, genannt werden.
Mit anderen Worten, die Konstruktion des Wärmeerzeugungselementes gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Schutzschicht umfassen, die über dem Wärmeerzeugungsabschnitt der Wärmeerzeugungswiderstandsschicht zwischen den Leitungselektroden angeordnet wird. Dies ist jedoch nicht zwingend.
Bei dieser Ausführungsform wird das Wärmeerzeugungselement von einer Wärmeerzeugungswiderstandsschicht gebildet, die Wärme in Abhängigkeit von einem elektrischen Signal erzeugt. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diese Ausführungsform beschränkt. Sie ist mit jedem beliebigen Wärmeerzeugungselement kompatibel, so lange dieses Blasen in der Blasenerzeugungsflüssigkeit generieren kann, die ausreichen, um die Ausstoßflüssigkeit auszustoßen. Beispielsweise können ein photothermischer Wandler, der Wärme beim Empfang von Licht, beispielsweise eines Laserstrahles, erzeugt, oder ein Heizelement, das einen Heizabschnitt umfaßt, der Wärme beim Empfang von Hochfrequenzwellen erzeugt, Verwendung finden.
Das Elementsubstrat 1 kann auf integrierte Weise Funktionselemente, wie Transistoren, Dioden, Verriegelungen und Shiftregister, zusätzlich zu den vorstehend erwähnten elektrothermischen Wandlern, die die Wärmeerzeugungswiderstandsschicht 65, welche den Wärmeerzeugungsabschnitt bildet, und die Leitungselektroden 64 zum Zuführen der elektrischen Signale zur Wärmeerzeugungswiderstandsschicht 65 enthalten, umfassen. Diese Funktionselemente werden ebenfalls über einen Halbleiterherstellprozeß hergestellt.
23 ist ein Diagramm, das das Muster eines Antriebssignales zeigt, das an das Wärmeerzeugungselement gelegt wird. Auf der Abszisse ist die Dauer des an den Wärmeerzeugungsabschnitt angelegten Antriebssignales aufgetragen, während die Ordinate den Spannungswert des Antriebssignales wiedergibt. Um die Flüssigkeit durch Betreiben des Wärmeerzeugungsabschnittes des elektrothermischen Wandlers, der auf dem Elementsubstrat 1 angeordnet ist, auszustoßen, wird ein Rechteckimpuls, der in 23 gezeigt ist, an die Wärmeerzeugungswiderstandsschicht 65 über die Leitungselektroden 64 gelegt, wodurch die Wärmeerzeugungswiderstandsschicht 65, die zwischen den Leitungselektroden 64 angeordnet ist, auf rasche Weise Wärme erzeugt. Bei jeder vorhergehenden Ausführungsform besitzt das angelegte Antriebssignal, um das Wärmeerzeugungselement so zu betreiben, daß die Flüssigkeit, d. h.. die Tinte, von der Ausstoßöffnung über den vorstehend erwähnten Vorgang ausgestoßen werden kann, eine Spannung von 24 V, eine Impulsbreite von 7 μsec, eine Stromstärke von 150 mA und eine Frequenz von 6 kH. Die Spezifikationen des Antriebssignales sind jedoch hierauf nicht beschränkt. Jedes beliebige Antriebssignal ist akzeptabel, so lange es auf geeignete Weise Blasen in der Blasenerzeugungsflüssigkeit erzeugen kann.
(Kopfherstellverfahren)
Als nächstes wird ein Herstellverfahren für den Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Das Herstellverfahren für den Flüssigkeitsausstoßkopf mit den beiden Flüssigkeitsströmungsbahnen ist generell das folgende. Zuerst werden die Wände der zweiten Flüssigkeitsströmungsbahn 4 auf dem Elementsubstrat 1 ausgebildet, und eine Trennwand 5 wird auf der Oberseite der Wände angeordnet. Dann wird ein mit Rillen o. ä., die die erste Flüssigkeitsströmungsbahn 3 bilden, versehenes Rillenelement auf der Oberseite der Trennwände 5 angeordnet. Die Trennwand 5 kann auf dem Rillenelement angeordnet werden. In einem solchen Fall wird, nachdem die Wände der zweiten Flüssigkeitsströmungsbahn 4 ausgebildet worden sind, das Rillenelement mit den Trennwänden 5 mit der Oberseite dieser Wände verklebt.
Als nächstes wird das Herstellverfahren für die zweite Flüssigkeitsströmungsbahn 4 beschrieben.
Die 24A-24E sind schematische Schnittansichten, die die Schritte des Flüssigkeitsausstoßkopfherstellverfahrens der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen.
Wie in 24A gezeigt, wird der elektrothermische Wandler, der ein Heizelement 2 aus Hafniumborid, Tantalnitrid u. ä. umfaßt, auf dem Elementsubstrat 1 ausgebildet, d. h.. einem individuell gedruckten Abschnitt eines Siliconwafers, unter Verwendung von Herstellvorrichtungen, die denen entsprechen, die bei Halbleiterherstellprozessen eingesetzt werden. Dann wird die Oberfläche des Elementsubstrates 1 gereinigt, um deren Haftvermögen am lichtempfindlichen Harz, das im folgenden Schritt eingesetzt wird, zu verbessern. Um das Haftvermögen weiter zu verbessern, werden die Eigenschaften der Elementsubstratoberfläche mit einer Kombination aus UV-Strahlen und Ozon oder einer ähnlichen Kombination modifiziert und dann beispielsweise mit einer 1 gew.%igen Methylalkohollösung eines Silankopplers A189 (Produkt der Firma NIPPON UNICA) schleuderbeschichtet.
Wie in 24B gezeigt, wird als nächstes ein Trockenfilm Odyl SY-318 (Produkt der Firma Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.), d. h.. ein UV-empfindlicher Harzfilm DF, auf das Elementsubstrat 1, dessen Oberfläche gereinigt wurde, um das Haftvermögen zu verbessern, laminiert.
Wie in 24C gezeigt, wird als nächstes eine Photomaske PM auf dem Trockenfilm DF angeordnet. Der mit der Photomaske PM bedeckte Trockenfilm DF wird mit UV-Strahlen in einem vorgegebenen Muster bestrahlt, wodurch die Bereiche des Trockenfilmes DF, die nicht durch die Photomaske PM geschützt sind, den W-Strahlen ausgesetzt werden. Diese belichteten Bereiche sollen zu den Wänden der zweiten Flüssigkeitsströmungsbahn werden. Dieses Belichtungsverfahren wird unter Verwendung eines MPA-600 (Produkt der Firma Canon Inc.) durchgeführt, wobei die Belichtungsrate etwa 600 mJ/cm² beträgt.
Wie in 24D gezeigt, wird als nächstes der Trockenfilm DF unter Verwendung eines Entwicklers BMRC-3 (Produkt der Firma Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.), bei dem es sich um ein Gemisch aus Xylol und Butylcellosolveacetat handelt, entwickelt. Die nichtentwickelten Bereiche werden gelöst, wobei die belichteten und ausgehärteten Bereiche als Wände der zweiten Flüssigkeitsströmungsbahn 4 zurückbleiben. Dann wird der auf der Oberfläche des Elementsubstrates 1 zurückbleibende Rest durch Behandeln der Oberfläche des Elementsubstrates 1 über etwa 90 sec mit einer Sauerstoffplasmanaßpoliervorrichtung MAS-800 (Produkt der Firma Alcan-Tech Co., Ltd.) entfernt. Als nächstes werden die belichteten Bereiche weiter mit W-Strahlen einer Stärke von 100 mJ/cm² über zwei Stunden bei einer Temperatur von 150°C bestrahlt, um eine vollständige Aushärtung zu erreichen.
Mit dem vorstehend beschriebenen Verfahren wird die zweite Flüssigkeitsströmungsbahn auf jeder der Heizplatten auf dem Siliciumsubstrat gleichmäßig und genau geformt.
Als nächstes wird ein Goldkontaktstück an der elektrischen Verbindung der Heizplatte unter Verwendung eines Kontaktstückklebers (Produkt der Firma Kushu Matsushita Electric Co., Ltd.) geformt. Danach wird das Siliconwafer unter Verwendung einer Schneidmaschine AWD-4000 (Produkt der Firma Tokyo Seimitsu), die mit einem 0,05 mm dicken Diamantmesser versehen war, zerschnitten, um jede Heizplatte 1 abzutrennen. Dann werden ein TAB-Band und die Heizplatte 1 miteinander verbunden. Als nächstes wird ein durch Verbinden des Rillenelementes 14a und der Trennwand 5 geformtes Verbundelement genau auf der Heizplatte 1 angeordnet und mit dieser verklebt.
Bei Anwendung des vorstehend beschriebenen Verfahrens kann nicht nur die Flüssigkeitsströmungsbahn genau geformt werden, sondern diese kann auch angeordnet werden, ohne daß sie relativ zum Heizelement der Heizplatte fehlausgerichtet wird. Da das Rillenelement 14a und die Trennwand 5 in einem vorhergehenden Schritt miteinander verbunden werden, kann die Genauigkeit in der Lagebeziehung zwischen der ersten Flüssigkeitsströmungsbahn 3 und dem flexiblen Element 6 verbessert werden. Durch Anwendung dieser mit hoher Präzision arbeitenden Herstellverfahren wird es möglich, einen Flüssigkeitsausstoßkopf herzustellen, der einen beständigen Ausstoß durchführen kann, was für die Verbesserung der Druckqualität wesentlich ist. Ferner ermöglichen diese Techniken die gleichzeitige Ausbildung einer großen Zahl von Köpfen am Wafer, so daß es möglich wird, eine große Zahl von Köpfen mit niedrigen Kosten herzustellen.
Bei dieser Ausführungsform wurde ein Trockenfilm, der mit UV-Strahlen ausgehärtet werden kann, verwendet, um die zweite Flüssigkeitsströmungsbahn 2 zu formen. Es kann jedoch auch ein Harzmaterial, dessen Absorptionsband im UV-Spektrum liegt und insbesondere nahe bei 248 nm, Verwendung finden.
Im letztgenannten Fall wird das Harz gehärtet, nachdem es laminiert worden ist, wonach die zweite Flüssigkeitsströmungsbahn durch direktes Entfernen der Abschnitte, die zur zweiten Flüssigkeitsströmungsbahn werden sollen, aus dem ausgehärteten Harz unter Verwendung eines Excimer-Lasers geformt wird.
Die 25A–25E sind schematische Schnittansichten, die die Schritte des Herstellverfahrens für das Rillenelement des Flüssigkeitsausstoßkopfes gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen.
Wie in 25A gezeigt, wird bei dieser Ausführungsform ein 0,5 μm dicker Resist 22 in einem vorgegebenen Muster, das den gleichen Abstand wie die Ausstoßöffnung besitzt, auf einem Substrat 21 aus rostfreiem Stahl (SUS) angeordnet. Bei dieser Ausführungsform wird ein Resist mit einem Durchmesser von 59 μm ausgebildet, um eine Ausstoßöffnung mit einem Durchmesser von 30 μm zu erhalten.
Als nächstes läßt man, wie in 25B gezeigt, eine Nickelschicht 23 auf dem SUS-Substrat 21 durch Elektroplattieren bis zu einer Dicke von 15 μm wachsen. Als Plattierungslösung findet ein Gemisch aus Sulfaminsäurenickel, einem Spannungsreduziermittel Zero Ohru (Produkt der Firma World Metal Inc.), Borsäure, einem Mittel gegen Lochfraß NP-APS (Produkt de Firma World Metal Inc.) und Nickelchlorid Verwendung. Als Einrichtung zum Anlegen eines elektrischen Feldes wird eine Elektrode an der Anodenseite befestigt, und das SUS-Substrat 21, auf dem die Musterung durchgeführt werden soll, wird an der Kathodenseite befestigt. Die Temperatur der Plattierungslösung und die Stromdichte werden auf 50°C und 5 A/cm² gehalten. Auf diese Weise läßt man die Nickelschicht nicht nur in Dickenrichtung des Resistes, sondern auch in der Richtung des Durchmessers des Resistmusters mit der gleichen Geschwindigkeit wachsen. Als Folge davon wird ein bevorzugter Durchmesser für die Ausstoßöffnung erreicht.
Wie in 25C gezeigt, wird als nächstes ein Trockenfilm Ordyl SY-318 (Produkt der Firma Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.), d. h., ein in bezug auf UV-Strahlung empfindlicher Harzfilm 24, auf dem nickelplattierten Substrat 21 laminiert.
Dann wird, wie in 25D gezeigt, eine Photomaske 25 auf dem Trockenfilm 24 angeordnet, und der mit der Photomaske 25 in dem vorgegebenen Muster versehene Trockenfilm 24 wird mit UV-Strahlen bestrahlt. Die Bereiche, die als Flüssigkeitsbahnwände zurückbleiben sollen, werden der W-Strahlung ausgesetzt. Dieses Belichtungsverfahren wird unter Verwendung einer Belichtungsvorrichtung MPA-600 (Produkt der Firma Canon Inc.) durchgeführt, wobei die Belichtung etwa 600 mJ/cm² beträgt.
Wie in 25E gezeigt, wird als nächstes der Trockenfilm 24 entwickelt, wobei ein Entwickler BMCR-3 (Produkt der Firma Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.) verwendet wird, bei dem es sich um ein Gemisch aus Xylol und Butylcellosolveacetat handelt. Die unbelichteten Bereiche werden gelöst, und die durch das Belichten ausgehärteten Bereiche werden als Wände der Flüssigkeitsströmungsbahnen zurückgelassen. Der auf der Oberfläche des Substrates verbleibende Rest wird entfernt, indem die Oberfläche des Substrates etwa 90 sec lang mit einer Sauerstoffplasma-Naßpoliervorrichtung MAS-800 (Produkt der Firma Alcan-Tech Co., Ltd.) behandelt wird. Als nächstes werden die belichteten Bereiche weiter mit UV-Strahlen mit einer Stärke von 100 mJ/cm² über zwei Stunden bei einer Temperatur von 150°C bestrahlt und auf diese Weise vollständig ausgehärtet. Somit werden 15 μm hohe Wände geformt. Als nächstes wird die Nickelschicht 24 vom SUS-Substrat 21 durch Aufbringen von Ultraschallvibrationen auf das SUS-Substrat 21 getrennt, um ein Rillenelement in der vorgegebenen Form zu erhalten.
Bei dieser Ausführungsform wurde die Flüssigkeitsströmungsbahn aus Harzmaterial geformt. Das Rillenelement kann jedoch auch aus Nickel allein geformt werden. Im letztgenannten Fall werden die Bereiche des Trockenfilmes 24, die nicht zu den Flüssigkeitsbahnwänden werden sollen, in dem in 25D gezeigten Schritt entfernt, und eine Nickelschicht wird durch Plattieren auf der durch die Entfernung der nicht die Wände bildenden Bereiche erzeugten Oberfläche ausgebildet. Dann wird der Resist entfernt. Wenn die Oberfläche des Nickelschichtabschnittes des Rillenelementes mit Gold versehen wird, wird das Rillenelement mit einer viel besseren Lösungsmittelfestigkeit ausgestattet.
Die 26A-26D sind schematische Schnittansichten, die die Schritte des Flüssigkeitsausstoßkopfherstellverfahrens der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen.
Wie in 26A gezeigt, wird bei dieser Ausführungsform ein 15 μm dicker Resist 101 auf einem Substrat 100 aus rostfreiem Stahl (SUS) im Muster der zweiten Flüssigkeitsströmungsbahn angeordnet.
Wie in 26B gezeigt, läßt man als nächstes eine Nickelschicht auf der freiliegenden Oberfläche des SUS-Substrates 100 durch Plattieren bis zu einer Dicke von 15 μm wachsen, wobei diese Dicke der Dicke des Resistes 101 entspricht. Was die Plattierungslösung anbetrifft, so findet ein Gemisch aus Sulfaminsäurenickel, einem Spannungsreduziermittel Zero Ohru (Produkt der Firma World Metal Inc.), Borsäure, einem Antilochfraßmittel NP APS (Produkt der Firma World Metal Inc.) und Nickelchlorid Verwendung. Als Einrichtung zum Anlegen eines elektrischen Feldes wird eine Elektrode an der Anodenseite befestigt, und das SUS-Substrat 21, auf dem die Musterung durchgeführt werden soll, wird an der Kathodenseite befestigt. Die Temperatur der Plattierungslösung und die Stromdichte werden auf 50°C und 5 A/cm² gehalten.
Wie in 26C gezeigt, wird als nächstes nach Beendigung des vorstehend beschriebenen Plattierungsprozesses der Abschnitt der Nickelschicht 102 vom SUS-Substrat durch Aufbringen von Ultraschallvibrationen auf das SUS-Substrat getrennt, um die zweite Flüssigkeitsströmungsbahn mit vorgegebenen Spezifikationen fertigzustellen. Wenn die Oberfläche des Nickelschichtabschnittes nach der Trennung des Nickelschichtabschnittes 102 mit Gold plattiert wird, wird die zweite Flüssigkeitsströmungsbahn mit einer höheren Lösungsmittelbeständigkeit versehen.
In der Zwischenzeit werden die die elektrothermischen Wandler aufweisenden Heizplatten auf einem Siliciumwafer unter Verwendung einer Herstellvorrichtung, die ein Halbleiterherstellvorrichtung entspricht, geformt. Das Wafer, auf dem die Heizplatten geformt worden sind, wird mit einer Trennmaschine durchtrennt, wobei einzelne Heizplatten abgetrennt werden, wie vorstehend beschrieben. Die abgetrennte Heizplatte 1 wird mit einem TAB-Band verbunden, um einen elektrischen Anschluß vorzusehen. Wie in 26D gezeigt, wird als nächstes das die zweite Flüssigkeitsströmungsbahn aufweisende, vorstehend beschriebene Element genau auf der Heizplatte 1 angeordnet, die in der vorstehend beschriebenen Weise hergestellt wurde, und daran fixiert. Während dieses Positionier- und Fixierschrittes muß die Festigkeit, mit der das die zweite Flüssigkeitsströmungsbahn aufweisende Element an der Heizplatte 1 fixiert wird, nur ausreichend sein, um eine Verschiebung der Elemente relativ zueinander zu verhindern, wenn die Deckplatte damit verbunden wird. Dies deshalb, weil während der späteren Schritte die Deckplatte, an der die Trennwände fixiert worden sind, auf der auf diese Weise zusammengebauten Heizplatte fixiert wird und sämtliche Komponenten unter Verwendung einer Druckfeder fest aneinander fixiert werden.
Bei dieser Ausführungsform wird ein durch UV-Strahlung aushärtender Kleber (Produkt der Firma GRACE JAPAN, Amicon UV-300) auf die Verbindung aufgebracht und mit einer UV-Bestrahlungsvorrichtung ausgehärtet. Die Belichtungsstärke beträgt 100 mJ/cm², und die Dauer der Belichtung beträgt etwa drei Sekunden.
Gemäß dem bei dieser Ausführungsform beschriebenen Herstellverfahren kann nicht nur die zweite Flüssigkeitsströmungsbahn mit hoher Genauigkeit hergestellt werden, sondern sie kann auch ohne Fehlausrichtung relativ zum Wärmeerzeugungselement positioniert werden. Des weiteren wird die Wand der Flüssigkeitsströmungsbahn aus Nickel geformt. Es ist daher möglich, einen besonders zuverlässigen und besonders alkaliresistenten Kopf zu schaffen.
Die 27A–27D sind schematische Schnittansichten, die die Schritte des Flüssigkeitsausstoßkopfherstellverfahrens der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen.
Wie in 27A gezeigt, wird ein Resist 103 auf beide Oberseiten eines 15 μm dicken Substrates 100 aus rostfreiem Stahl (SUS) aufgebracht, das mit Ausrichtungslöchern oder Markierungen 104 versehen ist. Als Resist findet das Produkt PMERP-AR900 der Firma Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd. Verwendung.
Wie in 27B gezeigt, wird als nächstes das mit dem Resist beschichtete Substrat 100 unter Verwendung einer Belichtungsvorrichtung MPA-600 (Produkt der Firma Canon Inc.) belichtet, wonach der Resist 103 von den Bereichen entfernt wird, die den zweiten Flüssigkeitsströmungsbahnen und den Ausrichtungslöchern 104 entsprechen. Die Belichtungsstärke beträgt 800 mJ/cm2.
Wie in 27C gezeigt, wird als nächstes das SUS-Substrat 100, das auf beiden Seiten einen gemusterten Resist 103 aufweist, in eine Ätzflüssigkeit (wäßrige Lösung aus Ferrichlorid oder Kupfer(II)chlorid eingetaucht, wobei die Abschnitte weggeätzt werden, die nicht vom Resist 103 bedeckt sind. Dann wird der Resist entfernt.
Wie in 27D gezeigt, wird als nächstes das geätzte SUS-Substrat 100 auf der Heizplatte 1 angeordnet und daran fixiert, so daß auf diese Weise ein die zweite Flüssigkeitsströmungsbahn 4 aufweisender Flüssigkeitsausstoßkopf in der gleichen Weise wie mit dem in der vorhergehenden Ausführungsform beschriebenen Herstellverfahren hergestellt wird.
Bei dieser Ausführungsform kann nicht nur die zweite Flüssigkeitsströmungsbahn mit hoher Genauigkeit geformt werden, sondern diese kann auch positioniert werden, ohne relativ zur Heizeinrichtung fehlausgerichtet zu werden. Ferner wird die Flüssigkeitsströmungsbahn aus rostfreiem Stahl hergestellt. Es ist daher möglich, einen besonders zuverlässigen sowie besonders alkaliresistenten Flüssigkeitsausstoßkopf zu schaffen.
Bei dem vorstehend beschriebenen Herstellverfahren des Kopfes werden die Wände der zweiten Flüssigkeitsströmungsbahn vorher auf dem Elementsubstrat geformt, so daß es möglich wird, den elektrothermischen Wandler und die zweite Flüssigkeitsströmungsbahn relativ zueinander genau zu positionieren. Ferner kann die zweite Flüssigkeitsströmungsbahn auf einer großen Zahl von Elementsubstraten, die zusammen auf dem Substratwafer geplottet werden, geformt werden, bevor das Substratwafer in separate Teile der Elementsubstrate durchtrennt wird. Daher kann eine große Zahl von Flüssigkeitsausstoßköpfen mit niedrigen Kosten hergestellt werden.
Bei dem Flüssigkeitsausstoßkopf, der mit dem in dieser Ausführungsform beschriebenen Herstellverfahren hergestellt wird, werden das Wärmeerzeugungselement und die zweite Flüssigkeitsströmungsbahn mit hoher Genauigkeit relativ zueinander angeordnet. Daher wird der durch die Blasenerzeugung, die durch die Wärmeerzeugung des elektrothermischen Wandlers bewirkt wird, erzeugte Druck auf wirksame Weise übertragen, so daß der Kopf eine besonders gute Ausstoßeffizienz besittz.
(Flüssigkeitsausstoßkopfkartusche)
Als nächstes wird eine Flüssigkeitsausstoßkopfkartusche, in der der Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß der vorhergehenden Ausführungsformen montiert ist, genau beschrieben.
28 ist eine auseinandergezogene schematische Ansicht der Flüssigkeitsausstoßkopfkartusche, die den vorstehend erwähnten Flüssigkeitsausstoßkopf aufweist. Im wesentlichen umfaßt die Flüssigkeitsausstoßkopfkartusche einen Flüssigkeitsausstoßkopfabschnitt 200 und einen Flüssigkeitsbehälter 80.
Der Flüssigkeitsausstoßkopfabschnitt 200 umfaßt ein Elementsubstrat 1, eine Trennwand 30, ein Rillenelement 50, einen Flüssigkeitsbehälter 90, eine Schaltungsplatte (TAB-Band) 70 zum Zuführen eines elektrischen Signales u.ä. Auf dem Elementsubstrat 1 ist eine Reihe von Wärmeerzeugungswiderständen zur Aufbringung von Wärme auf die Blasenerzeugungsflüssigkeit ausgerichtet. Ebenfalls ist auf dem Elementsubstrat 1 eine Reihe von Funktionselementen zum wahlweisen Antreiben dieser Wärmeerzeugungswiderstände vorgesehen. Eine Flüssigkeitsströmungsbahn ist zwischen dem Elementsubstrat 1 und der Trennwand 30, die das flexible Element umfaßt, ausgebildet, und die Blasenerzeugungsflüssigkeit fließt durch diese Flüssigkeitsströmungsbahn. Die Ausstoßflüssigkeitsbahn (nicht dargestellt), d. h.. die Flüssigkeitsbahn, durch die die auszustoßende Flüssigkeit fließt, wird geformt, wenn die Trennwand 30, das Rillenelement 50 und das Flüssigkeitszuführelement 80 miteinander verbunden werden. Beide Flüssigkeiten werden durch das Flüssigkeitszuführelement 80 zugeführt, das hinter dem Substrat 1 angeordnet ist.
Der Flüssigkeitsbehälter 90 enthält auf getrennte Weise die Flüssigkeit, wie Tinte, und die Blasenerzeugungsflüssigkeit zur Erzeugung von Blasen, wobei beide Flüssigkeiten dem Flüssigkeitsausstoßkopf zugeführt werden. Auf der Außenfläche des Flüssigkeitsbehälters 90 ist ein Positionierelement 94 vorgesehen, um ein Verbindungselement anzuordnen, das den Flüssigkeitsausstoßkopf und den Flüssigkeits- behälter verbindet. Das TAB-Band 70, das befestigt wird, nachdem der Kopfabschnitt am Flüssigkeitsbehälter 90 positioniert worden ist, wird unter Verwendung eines Doppelklebebandes an der Oberseite des Flüssigkeitsbehälters 90 fixiert. Die Ausstoßflüssigkeit wird über den Ausstoßflüssigkeitszuführweg 92 des Flüssigkeitsbehälters, den Zuführweg 84 des Verbindungselementes und den Ausstoßflüssigkeitszuführweg des Flüssigkeitszuführelementes 80 in dieser Reihenfolge der ersten gemeinsamen Flüssigkeitskammer zugeführt. Die Blasenerzeugungsflüssigkeit wird der zweiten gemeinsamen Flüssigkeitskammer über den Zuführweg 93 des Flüssigkeitsbehälters, den Zuführweg des Verbindungselementes und den Blasenerzeugungsflüssigkeitsweg 82 des Flüssigkeitszuführelementes 80 in dieser Reihenfolge zugeführt.
Vorstehend wurde eine Kombination der Flüssigkeitsausstoßkopfkartusche und des Flüssigkeitsbehälters beschrieben, die in der Lage ist, die Blasenerzeugungsflüssigkeit und die Ausstoßflüssigkeit separat zuzuführen oder aufzunehmen, wenn die Blasenerzeugungsflüssigkeit und die Ausstoßflüssigkeit verschieden sind. Wenn jedoch die Ausstoßflüssigkeit und die Blasenerzeugungsflüssigkeit identisch sind, ist es nicht erforderlich, separate Zuführwege und Behälter für die Blasenerzeugungsflüssigkeit und die Ausstoßflüssigkeit vorzusehen.
Der vorstehend beschriebene Flüssigkeitsbehälter kann wieder aufgefüllt werden, nachdem jede Flüssigkeit verbraucht worden ist. Um dies zu bewerkstelligen, wir bevorzugt, den Flüssigkeitsbehälter mit einer Flüssigkeitseinfüllöffnung zu versehen. Des weiteren können der Flüssigkeitsausstoßkopf und der Flüssigkeitsbehälter untrennbar oder trennbar angeordnet sein.
29 ist eine schematische Darstellung einer zusammen mit dem vorstehend beschriebenen Flüssigkeitsausstoßkopf verwendeten Flüssigkeitsausstoßvorrichtung. Bei dieser Ausführungsform ist die Ausstoßflüssigkeit Tinte, und bei der Vorrichtung handelt es sich um eine Tintenausstoßaufzeichnungsvorrichtung. Die Flüssigkeitsausstoßvorrichtung umfaßt einen Schlitten HC, an dem die Kopfkartusche, die einen Flüssigkeitsbehälterabschnitt 90 und einen Flüssigkeitsausstoßkopfabschnitt 200 umfaßt, die lösbar miteinander verbindbar sind, montierbar ist. Der Schlitten HC ist in Breitenrichtung des Aufzeichnungsmateriales 150, beispielsweise eines Aufzeichnungsbogens o. ä., der von einer Aufzeichnungsmaterialfördereinrichtung zugeführt wird, hin und her bewegbar.
Wenn ein Antriebssignal der Flüssigkeitsausstoßeinrichtung am Schlitten von einer nichtgezeigten Antriebssignalzuführeinrichtung zugeführt wird, wird die Aufzeichnungsflüssigkeit vom Flüssigkeitsausstoßkopf in Abhängigkeit von diesem Signal auf das Aufzeichnungsmaterial ausgestoßen.
Die Flüssigkeitsausstoßvorrichtung dieser Ausführungsform umfaßt einen Motor 111 als Antriebsquelle zum Antreiben der Aufzeichnungsmaterialfördereinrichtung und des Schlittens, Zahnräder 112, 113 zur Übertraguang der Antriebskraft von der Antriebsquelle zum Schlitten und einen Schlittenschaft 115 etc. Mit dieser Aufzeichnungsvorrichtung und dem Flüssigkeitsausstoßverfahren unter Verwendung dieser Aufzeichnungsvorrichtung können gute Drucke hergestellt werden, indem die Flüssigkeit auf diverse Aufzeichnungsmaterialien ausgestoßen wird.
30 ist ein Blockdiagramm zum Beschreiben der generellen Funktionsweise einer Tintenausstoßaufzeichnungsvorrichtung, bei der das Flüssigkeitsausstoßverfahren und der Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß der vorliegenden Erfindung Anwendung finden.
Die Aufzeichnungsvorrichtung empfängt Druckdaten in der Form eines Steuersignales von einem Wirtcomputer 300. Diese Druckdaten werden zeitweise in einer Eingangsschnittstelle 301 der Druckvorrichtung gespeichert und gleichzeitig in verarbeitbare Daten umgewandelt, die einer CPU 302 zuzuführen sind, welche als Einrichtung zur Zuführung eines Kopfantriebssignales dient. Die CPU 302 verarbeitet die vorstehend erwähnten, in diese eingegebenen Daten zu druckfähigen Daten (Bilddaten) durch Verarbeitung derselben mit Hilfe von peripheren Einheiten, wie RAMs 304 o. ä., in Abhängigkeit von in einem ROM 303 gespeicherten Steuerprogrammen.
Um die Bilddaten auf einer geeigneten Stelle auf einem Aufzeichnungsbogen aufzuzeichnen, erzeugt die CPU 302 Antriebsdaten zum Antreiben eines Antriebsmotors, der den Aufzeichnungsbogen und den Aufzeichnungskopf synchron zu den Bilddaten bewegt. Die Bilddaten und die Motorantriebsdaten werden über einen Kopftreiber 307 und einen Motortreiber 305 auf einen Kopf 200 und einen Antriebsmotor 306 übertragen, wobei die Treiber mit den geeigneten Zeiten zur Ausbildung eines Bildes gesteuert werden.
Was das Aufzeichnungsmedium betrifft, auf dem die Flüssigkeit, wie Tinte, haftet und das mit der vorstehend beschriebenen Aufzeichnungsvorrichtung verwendbar ist, so sind beispielsweise die folgenden Materialien geeignet: diverse Papierbögen, OHP-Bögen, Kunststoffmaterial, das für die Herstellung von CDs verwendet wird, Ornamentplatten o. ä., textiles Gewebe, metallisches Material, wie Aluminium, Kupfer o. ä., Leder, wie Rindsleder, Schweinsleder, synthetisches Leder o. ä., Holz, wie Massivholz, Sperrholz u. ä., Bambus, Keramik, wie Fliesen, und Material, wie Schwammaterial, das eine dreidimensionale Struktur besitzt.
Die vorstehend erwähnte Aufzeichnungsvorrichtung besitzt eine Druckvorrichtung für diverse Papierbögen oder OHP-Bögen, eine Aufzeichnungsvorrichtung für Kunststoffmaterial, wie Kunststoffmaterial, das zur Herstellung von CDs o. ä. verwendet wird, eine Aufzeichnungsvorrichtung für eine Metallplatte o. ä., eine Aufzeichnungsvorrichtung für Leder, eine Aufzeichnungsvorrichtung für Holz, eine Aufzeichnungsvorrichtung für keramisches Material, eine Aufzeichnungsvorrichtung für ein dreidimensionales Aufzeichnungsmedium, wie Schwamm o. ä., eine Textildruckvorrichtung zur Aufzeichnung von Bildern auf textilem Material und ähnliche Aufzeichnungsvorrichtungen.
Was die Flüssigkeit anbetrifft, die in Verbindung mit diesen Flüssigkeitsausstoßvorrichtungen verwendet wird, so ist jede beliebige Flüssigkeit geeignet, so lange sie mit dem verwendeten Aufzeichnungsmedium und den angewendeten Aufzeichnungsbedingungen kompatibel ist.
(Aufzeichnungssystem)
Als nächstes wird ein beispielhaftes Tintenstrahlaufzeichnungssystem beschrieben, das Bilder auf einem Aufzeichnungsmedium unter Verwendung des erfindungsgemäß ausgebildeten Flüssigkeitsausstoßkopfes als Ausstoßkopf aufzeichnet.
31 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Tintenstrahlaufzeichnungssystems, bei dem der vorstehend erwähnte Flüssigkeitsausstoßkopf 201 gemäß der vorliegenden Erfindung Anwendung findet, wobei dessen generelle Konstruktion dargestellt ist. Der Flüssigkeitsausstoßkopf dieser Ausführungsform ist ein Kopf vom Vollzeilentyp, der mehrere Ausstoßöffnungen aufweist, die mit einer Dichte von 360 dpi ausgerichtet sind, so daß sie den gesamten aufzeichenbaren Bereich des Aufzeichnungsmediums 150 abdecken. Der Kopf umfaßt vier Köpfe, die den vier Farben Gelb (Y), Magenta (M), Cyan (C) und Schwarz (Bk) entsprechen. Diese vier Köpfe werden von einem Halter 1202 parallel zueinander und mit vorgegebenen Intervallen fest gelagert.
Diese Köpfe werden in Abhängigkeit von den von einem Kopftreiber 307, der eine Einrichtung zum Zuführen eines Antriebssignales zu jedem Kopf bildet, zugeführten Signalen angetrieben.
Jede der vier farbigen Tinten (Y, M, C und Bk) wird einem entsprechenden Kopf von einem Tintenbehälter 204a, 304b, 204c oder 204d zugeführt. Mit 204e ist ein Blasenerzeugungsflüssigkeitsbehälter bezeichnet, von dem die Blasenerzeugungsflüssigkeit jedem Kopf zugeführt wird.
Unter einem jeden Kopf ist eine Kopfkappe 203a, 203b, 203c oder 203d angeordnet, die ein Tintenabsorptionselement enthält, das aus Schwammaterial o. ä. besteht. Die Kappen decken die Ausstoßöffnungen der entsprechenden Köpfe ab, schützen diese und halten die Kopffunktion während einer aufzeichnungsfreien Periode aufrecht.
Mit 206 ist ein Förderband bezeichnet, das eine Einrichtung zum Fördern der verschiedenen Aufzeichnungsmedien, wie sie bei den vorhergehenden Ausführungsformen beschrieben wurden, bildet. Das Förderband 206 ist über diverse Rollen entlang einer vorgegebenen Bahn geführt und wird von einer Antriebsrolle angetrieben, die an einen Motorantrieb 305 angeschlossen ist.
Das Tintenstrahlaufzeichnungssystem dieser Ausführungsform umfaßt eine Vordruckbehandlungsvorrichtung 251 und eine Nachdruckbehandlungsvorrichtung 252, die aufstromseitig und abstromseitig der Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung entlang der Förderbahn des Aufzeichnungsmediums angeordnet sind. Diese Behandlungsvorrichtungen 251 und 252 behandeln das Aufzeichnungsmedium auf diverse Weisen, bevor oder nachdem die Aufzeichnung durchgeführt wird.
Der Vordruckprozeß und der Nachdruckprozeß hängen von der Art des Aufzeichnungsmediums oder der Art der Tinte ab. Wenn beispielsweise das Aufzeichnungsmedium aus metallischem Material, Kunststoff, keramischem Material o. ä. besteht, wird das Aufzeichnungsmedium vor dem Drucken UV-Strahlen und Ozon ausgesetzt, um dessen Oberfläche zu aktivieren.
Bei einem Aufzeichnungsmaterial, das dazu neigt, elektrische Ladungen anzusammeln, wie Kunstharzmaterial, neigt Staub dazu, sich auf der Oberfläche durch statische Elektrizität abzulagern, wobei dieser Staub die gewünschte Aufzeichnung behindern kann. In einem solchen Fall wird von einem Ionisator Gebrauch gemacht, um die statische Aufladung des Aufzeichnungsmateriales und auf diese Weise den Staub vom Aufzeichnungsmaterial zu entfernen. Wenn ein textiles Material als Aufzeichnungsmaterial verwendet wird, kann zum Verhindern eines Verlaufens und zur Verbesserung der Fixierung o. ä. eine Vorbehandlung durchgeführt werden, bei der eine Substanz mit alkalischen Eigenschaften, eine wasserlösliche Substanz, ein polymeres Material, ein wasserlösliches Metallsalz, Harnstoff oder Thioharnstoff auf das textile Material aufgebracht werden. Die Vorbehandlung ist auf diese Art der Vorbehandlung nicht beschränkt. Es kann sich auch um eine solche handeln, mit der das Aufzeichnungsmaterial auf eine geeignete Temperatur gebracht wird.
Bei der Nachbehandlung handelt es sich um einen Prozeß, um das Aufzeichnungsmaterial, das die Tinte empfangen hat, mit einer Wärmebehandlung, UV-Bestrahlung zur Förderung der Fixierung der Tinte oder einer Reinigungsbehandlung zum Entfernen des für die Vorbehandlung verwendeten Materiales, das infolge einer nicht stattfindenden Reaktion zurückbleibt, zu versehen.
Bei dieser Ausführungsform handelt es sich bei dem Kopf um einen Vollzeilenkopf. Die vorliegende Erfindung ist natürlich auch anwendbar bei einem seriellen Typ, bei dem der Kopf über die Breite des Aufzeichnungsmateriales bewegt wird.
(Kopfbaugruppe)
Hiernach wird eine Kopfbaugruppe beschrieben, die den Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt. 32 ist eine schematische Ansicht einer derartigen Kopfbaugruppe. Diese Kopfbaugruppe hat die Form einer Kopfbaugruppenpackung 501 und enthält einen Kopf 510 gemäß der vorliegenden Erfindung, der einen Tintenausstoßabschnitt 511 zum Ausstoßen von Tinte umfaßt, einen Tintenbehälter 520, d. h., einen Flüssigkeitsbehälter, der vom Kopf trennbar oder nichttrennbar ist, und eine Tinteneinfülleinrichtung 530, die die in den Tintenbehälter 520 einzufüllende Tinte aufnimmt .
Nach vollständiger Entleerung der Tinte im Tintenbehälter 520 wird die Spitze 530 (in der Form einer hypodermischen Nadel o.ä.) der Tinteneinfülleinrichtung in eine Entlüftung 521 des Tintenbehälters, die Verbindung zwischen dem Tintenbehälter und dem Kopf oder ein durch die Tintenbehälterwand gebohrtes Loch eingesetzt, und die Tinte innerhalb der Tinteneinfülleinrichtung wird durch diese Spitze 531 in den Tintenbehälter eingefüllt.
Wenn der Flüssigkeitsausstoßkopf, der Tintenbehälter, die Tinteneinfülleinrichtung u. ä. in der Form einer Baugruppe zur Verfügung stehen, die die Baugruppenpackung enthält, kann die Tinte in einfacher Weise in den leeren Tintenbehälter eingefüllt werden, wie vorstehend beschrieben. Daher kann eine Aufzeichnung rasch wiedergestartet werden.
Bei dieser Ausführungsform enthält die Kopfbaugruppe die Tinteneinfülleinrichtung. Dies ist jedoch nicht zwingend. Die Baugruppe kann auch einen mit der Tinte gefüllten Tintenbehälter vom austauschbaren Typ und einen Kopf enthalten.
Obwohl 32 nur die Tinteneinfülleinrichtung zum Einfüllen der Drucktinte in den Tintenbehälter zeigt, kann die Kopfbaugruppe auch zusätzlich zur Drucktinteneinfülleinrichtung eine Einrichtung zum Einfüllen der Blasenerzeugungsflüssigkeit in den Blasenerzeugungsflüssigkeitsbehälter aufweisen.
Obwohl die Erfindung vorstehend in Verbindung mit den hier offenbarten Ausführungsformen beschrieben wurde, ist sie nicht auf die angegebenen Einzelheiten beschränkt. Die Erfindung soll vielmehr auch solche Modifikationen oder Änderungen abdecken, die unter den Schutzumfang der nachfolgenden Patentansprüche fallen.

Claims

Flüssigkeitsausstoßkopf mit: einer Wärme erzeugenden Oberfläche (2) zur Erzeugung von Wärme zur Erzeugung einer Blase in einer Flüssigkeit; einem beweglichen Element (6) mit einem freien Ende (6a) und einem fixierten Ende, welches einen Gelenkpunkt (6b) zur Verfügung stellt, wobei die Wärme erzeugende Oberfläche (2) und das bewegliche Element (6) dazwischen einen Raum für einen Blasenerzeugungsbereich abgrenzen; und einem Ausstoßauslass (11) zum Ausstoß von Flüssigkeit in Antwort auf die Erzeugung einer Blase, gekennzeichnet durch: der Ausstoßauslass (11) ist gegenüber der Wärme erzeugenden Oberfläche mit dem beweglichen Element (6) dazwischen angeordnet; ein gegenüberliegendes Element (6; 15a) ist gegenüber und so angeordnet, um mit dem beweglichen Element (6) zusammenzuwirken, um eine Blase auf den Ausstoßauslass (11) in einer Richtung im Wesentlichen senkrecht zu der Wärme erzeugenden Oberfläche (2) zu führen; und wobei die Wärme erzeugende Oberfläche im Wesentlichen bündig oder kontinuierlich glatt mit einer Oberfläche oberhalb der Wärme erzeugenden Oberfläche eines Substrats ist, in welchem die Wärme erzeugende Oberfläche gebildet wird.
Flüssigkeitsausstoßkopf nach Anspruch 1, wobei die Wärme erzeugende Oberfläche (2) und der Ausstoßauslass (11) im Wesentlichen parallel zueinander sind.
Flüssigkeitsausstoßkopf nach Anspruch 1 oder 2, wobei das gegenüberliegende Element ein zweites bewegliches Element mit einem freien Ende (6a) ist, und die freien Enden (6a) der beweglichen Elemente (6) sich mit einem Spalt dazwischen (8) einander gegenüberliegen.
Flüssigkeitsausstoßkopf nach Anspruch 1 oder 2, wobei das gegenüberliegende Element eine Wand ist (15a).
Flüssigkeitsausstoßkopf nach Anspruch 3, wobei die Wärme erzeugende Oberfläche und die ersten und zweiten beweglichen Elemente (6) derartig angeordnet sind, dass eine erste Linie, die senkrecht zu der Wärme erzeugenden Oberfläche (2) ist und durch den Mittelpunkt der Wärme erzeugenden Oberfläche (2) geht, und eine zweite Linie, die senkrecht zu dem Spalt (8) ist und durch den Mittelpunkt des Spalts geht, nahe beieinander sind.
Flüssigkeitsausstoßkopf nach Anspruch 5, wobei die Linien im Wesentlichen einander überlappen.
Flüssigkeitsausstoßkopf nach Anspruch 5, wobei die Wärme erzeugende Oberfläche und das bewegliche Element (6) derartig angeordnet sind, dass die erste Linie das bewegliche Element (6) durchdringt.
Flüssigkeitsausstoßkopf nach einem der Ansprüche 5, 6 oder 7, wobei die Wärme erzeugende Oberfläche und der Ausstoßauslass derartig angeordnet sind, dass die erste Linie den Ausstoßauslass (11) durchdringt.
Flüssigkeitsausstoßkopf nach Anspruch 8, wobei die Wärme erzeugende Oberfläche und der Ausstoßauslass derartig angeordnet sind, dass sich die erste Linie und eine Linie, die senkrecht zu dem Ausstoßauslass (11) ist und die durch den Mittelpunkt des Austoßauslasses geht, im Wesentlichen überlappen.
Flüssigkeitsausstoßkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die entsprechenden Flüssigkeitsdurchflusswege (3 und 4) auf beiden Seiten des beweglichen Elements gebildet sind.
Flüssigkeitsausstoßkopf nach Anspruch 10, wobei das bewegliche Element (6) ein Teil einer Trennwand zwischen den Flüssigkeitsdurchflusswegen (3 und 4) ist.
Flüssigkeitsausstoßkopf nach Anspruch 10, wobei die Flüssigkeitsdurchflusswege (3 und 4) im Wesentlichen hermetisch voneinander getrennt sind.
Flüssigkeitsausstoßkopf, nach Anspruch 10, 11 oder 12, mit verschiedenen Flüssigkeitszufuhren für die Flüssigkeitsdurchflusswege.
Flüssigkeitsausstoßkopf nach Anspruch 10, 11 oder 12, mit Zufuhren der gleichen Flüssigkeit für die Flüssigkeitsdurchflusswege.
Flüssigkeitsausstoßkopf nach einem der Ansprüche 10 bis 14, ferner mit gemeinsamen Flüssigkeitskammern zum Enthalten der den Flüssigkeitsdurchflusswegen zuzuführenden Flüssigkeiten.
Flüssigkeitsausstoßkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei die Fläche des beweglichen Elements (6) größer als die Fläche der Wärme erzeugenden Oberfläche (2) ist.
Flüssigkeitsausstoßkopf nach Anspruch 1, wobei der Flüssigkeitsdurchflussweg zu dem Blasenerzeugungsbereich auf beiden Seiten der Wärme erzeugenden Oberfläche (2) Verengungsabschnitte (9) hat.
Flüssigkeitsausstoßkopf nach Anspruch 1, wobei das gegenüberliegende Element (6) ebenfalls ein bewegliches Element ist, und wenigstens ein weiteres bewegliches Element (6) gegenüber der Wärme erzeugenden Oberfläche (2) vorgesehen ist.
Flüssigkeitsausstoßkopf nach Anspruch 18, wobei eine symmetrische Anordnung der drei, vier oder sechs beweglichen Elemente (6) vorgesehen ist.
Flüssigkeitsausstoßkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das oder jedes bewegliches Element (6) einen verengten Basisabschnitt (6b) hat.
Flüssigkeitsausstoßkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 20, wobei das bewegliche Element (6) in der Form einer Platte ist.
Flüssigkeitsausstoßkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 21, wobei das bewegliche Element (6) aus Metall ist.
Flüssigkeitsausstoßkopf nach Anspruch 22, wobei das Metall Nickel oder Gold ist.
Flüssigkeitsausstoßkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 21, wobei das bewegliche Element (6) aus einem Harzmaterial hergestellt ist.
Flüssigkeitsausstoßkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 21, wobei das bewegliche Element (6) aus einem keramischen Material hergestellt ist.
Flüssigkeitsausstoßkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 21, wobei die Wärme erzeugende Oberfläche (2) einen elektrothermischen Wandler zur Umwandlung elektrischer Energie in Wärme zur Verursachung von Blasenerzeugung umfasst.
Flüssigkeitsausstoßkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer Mehrzahl von Ausstoßauslassen (11), jeder verbunden mit einer entsprechenden Wärme erzeugenden Oberfläche (2) und einem beweglichen Element (6) und einem gegenüberliegenden Element (6), welches mit der Wärme erzeugenden Oberfläche einen Raum für einen Blasenerzeugungsbereich abgrenzt.
Flüssigkeitsausstoßkopf nach Anspruch 27, wobei verschiedene Ausstoßauslasse (11) zum Ausstoß von verschiedenfarbigen Flüssigkeiten angepasst sind.
Flüssigkeitsausstoßkopf nach Anspruch 27 oder 28, dafür angepasst, sich über die gesamte Breite eines Aufzeichnungsmediums zu erstrecken.
Flüssigkeitsausstoßkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Wärme erzeugende Oberfläche einen Teil eines Wärme erzeugenden Elements mit einer Widerstandsschicht und einem Elektrodenpaar verbunden mit der Widerstandsschicht bildet, wobei die Wärme erzeugende Oberfläche (2) zwischen den Elektroden angeordnet ist.
Flüssigkeitsausstoßkopf nach Anspruch 30, wobei das Wärme erzeugende Element ferner eine Schutzschicht zum Schutz der Widerstandsschicht und des Elektrodenpaares einschließt.
Kartusche mit einem Flüssigkeitsausstoßkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 29 und einen Flüssigkeit enthaltenden Abschnitt zum Enthalten von dem Flüssigkeitsausstoßkopf zuzuführender Flüssigkeit.
Kartusche nach Anspruch 32, wobei der Flüssigkeitsausstoßkopf und der Flüssigkeit enthaltende Abschnitt abtrennt sind.
Kartusche nach Anspruch 32 oder 33, wobei der Flüssigkeit enthaltende Abschnitt wiederbefüllbar ist.
Kartusche nach Anspruch 32 oder 33, wobei der Flüssigkeit enthaltende Abschnitt (520) mit einer Flüssigkeitseinspritzöffnung (521) zum Wiederbefüllen des Flüssigkeit enthaltenden Abschnitts versehen ist.
Flüssigkeitsausstoßgerät mit einem Flüssigkeitsausstoßkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 31 oder einer Kartusche nach einem der Ansprüche 32 bis 35; und Steuerungssignalzufuhreinrichtungen für die Zufuhr eines Steuerungssignals damit der Flüssigkeitsausstoßkopf Flüssigkeit ausstößt.
Flüssigkeitsausstoßgerät mit einem Flüssigkeitsausstoßkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 31 oder einer Kartusche nach einem der Ansprüche 32 bis 35; und Transporteinrichtungen zum Transportieren eines Aufzeichnungsmaterials für den Empfang der aus dem Flüssigkeitsausstoßkopf ausgestoßenen Flüssigkeit.
Aufzeichnungssystem mit: einem Flüssigkeitsausstoßkopf, wie in einem der Ansprüche 1 bis 31 definiert oder einer Kartusche, wie in einem der Ansprüche 32 bis 35 definiert, für die Aufzeichnung auf einem Aufzeichnungsmedium durch Verursachen des Ausstoßes von Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsausstoßkopf; und einer Nachverarbeitungsvorrichtung zur Unterstützung der Fixierung der Flüssigkeit auf dem Aufzeichnungsmedium.
Aufzeichnungssystem mit: einem Flüssigkeitsausstoßkopf, wie in einem der Ansprüche 1 bis 31 definiert oder einer Kartusche, wie in einem der Ansprüche 32 bis 35 definiert, für die Aufzeichnung auf einem Aufzeichnungsmedium durch Verursachen des Ausstoßes von Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsausstoßkopf; und einer Vorverarbeitungsvorrichtung zur Unterstützung der Fixierung der Flüssigkeit auf dem Aufzeichnungsmedium.
Baugruppe mit einem Flüssigkeitsausstoßkopf (510) nach einem der Ansprüche 1 bis 31 und einem Flüssigkeitsbehälter (520), der dem Flüssigkeitsausstoßkopf zuzuführende Flüssigkeit enthält.
Baugruppe nach Anspruch 40, ferner mit einer Nachfülleinrichtung (530) zum Nachfüllen des Flüssigkeitsbehälters (520) des Flüssigkeitsausstoßkopfs (510).
Verfahren zur Herstellung eines bedruckten Produkts, welches die Verwendung eines Flüssigkeitsausstoßkopfs nach einem der Ansprüche 1 bis 31, einer Kartusche nach einem der Ansprüche 32 bis 35, eines Flüssigkeitsausstoßgerät nach Ansprüchen 36 oder 37, oder ein Aufzeichnungssystem nach Ansprüchen 38 oder 39 umfasst, um Flüssigkeit auf ein Druckmedium auszustoßen, um ein bedrucktes Produkt zu erzeugen.