DE2943164C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Tintenstrahl-Aufzeichnungsgerät gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

In der nicht vorveröffentlichten DE 28 43 064 A 1 ist ein dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 entsprechendes Tintenstrahl-Aufzeichnungsgerät beschrieben, bei dem die Ausstoßenergie über Heizwiderstände oder bestrahlbare Wandler bereitgestellt wird, die an den Tintenkanälen angebracht sind. Mit dieser Technik ist eine langzeitstabile Aufzeichnung mit hoher Aufzeichnungsge­ schwindigkeit und guten Aufzeichnungsergebnissen erzielbar.

Aus der US-PS 31 79 042 ist ein Tintenstrahl-Aufzeichnungs­ gerät bekannt, bei dem in die Aufzeichnungsflüssigkeit zwei Elektroden eingetaucht sind, die bei gewünschter Aufzeich­ nung mit Spannung verbunden werden. Hieraus resultiert ein die Tinte durchquerender und diese aufheizender Stromfluß, so daß die Tinte in Form von Tröpfchen ausgestoßen wird. Durch den direkten Stromdurchgang durch die Tinte können in dieser allerdings Dissoziationserscheinungen und dergleichen auftreten, die die Aufzeichnungseigenschaften der Tinte verfälschen können.

In der DE 26 47 939 A 1 ist ein Tintenstrahl-Aufzeichnungs­ gerät diskutiert, bei dem die Tintenausstoßung durch im wesentlichen simultane Erregung zweier elektromechanischer Druckwandler, deren Druckwellen sich an der Ausstoßöffnung überlagern, bewirkt wird. Der Einsatz elektromechanischer Druckwandler führt allerdings zu Beschränkungen des minimalen Abstands, mit dem benachbarte, Tintenkanäle bzw. Ausstoßöffnungen angeordnet werden können, da einerseits die elektromechanischen Wandler nicht - bei Sicherstellung aus­ reichender Druckwellenerzeugung - stark verkleinert werden können und zudem bei zu dichter Packung Übersprecherscheinungen, d. h. Auswirkungen der Oberflächenschwingungen auf benachbarte Tintenkanäle, auftreten können. Auch fertigungs­ technisch ist die dichte Packung von elektromechanischen Schwingern problematisch.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Tintenstrahl- Aufzeichnungsgerät zu schaffen, das eine Aufzeichnung hoher Qualität mit hoher Geschwindigkeit auch im Dauerbetrieb ermöglicht und eine sehr dichte Anordnung von Düsen­ öffnungen erlaubt.

Diese Aufgabe wird mit den im Patentanspruch 1 genannten Merkmalen gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Das Aufzeichnungsgerät kann hinsichtlich der Größe des wesentlichen Teilbereichs außerordentlich verkleinert werden, da sein Aufbau beträchtlich ver­ einfacht ist sowie auch auf einfache Weise eine genaue Herstellung möglich ist. Ferner ist die für die Aufzeichnung mit hoher Geschwin­ digkeit unentbehrliche Mehrfachanordnung von Düsen bzw. Düsenöffnungen aufgrund des vereinfachten Aufbaus und der einfachen Herstellung außerordentlich leicht zu erzielen. Die Anordnung der Düsenöffnungen bzw. Aus­ stoßdüsen kann nach Wunsch beliebig ausgelegt werden, daß es daher sehr leicht möglich ist, einen Aufzeichnungs­ kopfteil in der Form eines Vollzeilen-Streifens herzu­ stellen. Zusätzlich zu diesen Vorteilen sind selbst dann, wenn die Aufzeichnung kontinuierlich über eine lange Zeitdauer erfolgt, die zu dieser Zeit geformten Tinten­ tröpfchen immer im wesentlichen gleichförmig und in ihrer Größe konstant. Selbst wenn ein Wärmeerzeugungs­ element bzw. Heizelement im Aufzeichnungsgerät in einem hohen Frequenzbereich betrieben bzw. ange­ steuert wird, werden die Tintentröpfchen bei einem ausreichend hohen Pegel bei der entsprechenden Frequenz gebildet. Das heißt, das Frequenz-Ansprechvermögen bei der Tintentröpfchen-Bildung ist hervorragend, so daß daher die Aufzeichnung mit hoher Geschwindigkeit kontinu­ ierlich unter gleichmäßigen Bedingungen über eine lange Zeitdauer vorgenommen werden kann und ferner das aufge­ zeichnete Bild ausreichend getreu der Originalinformation entspricht.

Darüber hinaus kann als Zusatzwirkung, die aus den vorstehend angeführten Eigenschaften entsteht, der Freiheitsgrad hinsichtlich der Wahl der Aufzeichnungsflüssigkeit bzw. Tinte außer­ ordentlich erweitert werden. Ferner kann die Tinte gleichförmig in die Flüssigkeitskammer strömen, so daß daher das Aufzeichnungsgerät sehr gut auf die Frequenz von wiederholt eingegebenen Spannungsimpulsen anspricht. Die vorteilhaften Eigenschaften des Aufzeich­ nungsgeräts zeigen sich insbesondere bei einer sehr dichten Mehrfachanordnung von Düsen.

Der Abstand zwischen einem Wärmeerzeugungs- bzw. Heizelement und der Aufzeichnungsflüssigkeit bzw. Tinte kann unter Berücksichtigung unterschiedlicher Bedingungen festgelegt werden, wie beispielsweise dem Wärmeansprech­ vermögen bei der Tintentröpfchen-Bildung und der Energie­ nutzung; allgemein beträgt der Abstand 0 bis 100 µm; vorzugsweise ist der Abstand mit 1 nm bis 100 µm zu wählen; noch günstiger ist ein Abstand von 10 nm bis 20 µm. Das Optimum liegt zwischen 20 nm und 10 µm.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 ist eine erläuternde Ansicht des prinzipiellen Aufbaus bei einem Ausführungs­ beispiel der Aufzeichnungsvorrichtung.

Fig. 2 (a), 2 (b) und 2 (c) sind erläuternde Ansichten, die die Zeitsteuerung zum Anlegen von Signalen an Elemente zeigen.

Fig. 3 ist eine erläuternde Ansicht eines Ausführungsbeispiels, bei dem eine Mehrzahl von Einheiten gemäß der Darstellung in Fig. 1 vorgesehen ist.

Fig. 4, 5 (a) und 5 (b) sind schematische Ansichten, die weitere Ausführungsbeispiele der Aufzeichnungsvorrichtung zeigen.

Das Ausführungsbeispiel stellt ein Tintenstrahl- Aufzeichnungsgerät zur Aufzeichnung durch Ausstoß von Tintentröpfchen über eine Ausstoßdüse unter Ein­ wirkung von Wärmeenergie dar, das einen Aufzeichnungs­ kopf mit einer Ausstoßdüsenöffnung zum Ausstoß von Tröpfchen einer Aufzeichnungsflüssigkeit wie einer Tinte, einem Einlaßkanal für die Einführung der Aufzeichnungs­ flüssigkeit, einer Flüssigkeitskammer für die Aufnahme der Aufzeichnungsflüssigkeit und einem Heizelement für die Wärmeenergie-Zufuhr zu der Aufzeichnungsflüssigkeit, eine Vorrichtung zur Erzeugung einer mechanischen Druck­ änderung in der in die Flüssigkeitskammer eingeführten Aufzeichnungsflüssigkeit, eine Einrichtung zur Synchroni­ sierung der Wärmeenergie-Einwirkung auf die Aufzeich­ nungsflüssigkeit mit der Erzeugung der Druckänderung und eine Einrichtung zur Zufuhr von Spannungsimpulsen für die Ansteuerung des Heizelements zur Wärmeabgabe aufweist.

Bei dieser Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung ist das jeder Ausstoßdüse zugeordnete Element weit­ gehend verkleinert, so daß es möglich ist, ein Mehrfach­ düsensystem hoher Dichte herzustellen, ohne den ganzen Systemaufbau zu komplizieren und zu vergrößern. Ferner sind der Ausstoßwirkungsgrad und das Ausstoßansprech­ vermögen verbessert, wobei das Mehrfachdüsen-System leicht hergestellt werden kann, so daß daher leicht eine Aufzeichnung mit hoher Geschwindigkeit vorgenommen werden kann.

In Fig. 1 ist die grundsätzliche Anordnung dieses Ausführungsbei­ spiels gezeigt. Von einem durch einen Vorratstank, einem (nicht gezeigten) Zufuhrrohr und gewünschtenfalls ein Filter und dgl. gebildeten Zufuhrabschnitt 159 wird über einen Einlaß 155 Tinte in den Kopfabschnitt eingeführt.

Der Kopfabschnitt hat eine Flüssigkeitskammer 152, Wärmezufuhr-Abschnitte 153 a und 153 b für die Wärmeenergie- Zufuhr und Ausstoßdüsen 156 a und 156 b, die jeweils an den Wärmezufuhr-Abschnitten angeordnet sind.

Die Flüssigkeitskammer 152 ist beispielsweise mittels Leitungen 154 a und 154 b, die gemeinsam oder gesondert sein können, mit den Wärmezufuhr-Abschnitten 153 a und 153 b verbunden; falls der Wärmezufuhr-Abschnitt in der Flüssigkeitskammer 152 angeordnet wird, sind die Lei­ tungen nicht notwendig.

Die Innenwand oder die Außenwand der Flüssigkeitskammer 152 ist mit einer Vorrichtung 157 für die Erzeugung einer mechanischen Druckänderung in der Tinte in der Flüssigkeitskammer 152 versehen. Diese Vorrichtung 157 kann eine Vorrichtung sein, die eine Druckänderung durch Änderung des Volumens der Flüssigkeitskammer 152 herbei­ führt, oder aber eine Vorrichtung, die die Flüssigkeits­ kammer in der Ausstoßrichtung in Schwingung versetzt.

Die Wärmezufuhr-Abschnitte 153 a und 153 b sind mit Wärmeenergie-Erzeugungsvorrichtungen 158 a und 158 b ver­ sehen.

Als Vorrichtung 157 für die Erzeugung einer mechani­ schen Druckänderung können beispielsweise ein elektro­ mechanischer Wandler wie ein piezoelektrisches Element, eine Vorrichtung zum Erzeugen einer Schwingung einer mit einer Spule zusammengebauten Metallplatte durch elektromagnetische Induktion oder dgl. verwendet werden.

Als Wärmeenergie-Erzeugungsvorrichtung 158 a und 158 b wird beispielsweise ein elektrothermischer Wandler z. B. gemäß der DE 28 43 064 A 1 verwendet, der ein sehr genaues Ele­ ment mit einer Dichte von mindestens 10 Linien je 1 mm darstellt.

Als Wärmeenergie-Quelle kann auch Strahlung hoher Energie, wie beispielsweise Laser-Strahlung, verwendet werden. In diesem Fall sind die Vorrichtungen 158 a und 158 b geeignete optische Systeme mit einer aus elektro­ optischen Elementen, akustooptischen Elementen oder dgl. gewählten Ablenkvorrichtung zum selektiven Zuführen von Wärmeenergie zu den Wärmeenergie-Zufuhrabschnitten 153 a und 153 b. In diesem Fall ist ein Mehrfachdüsen- System hoher Dichte sehr vorteilhaft.

Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die Vorrichtung mit einem Steuerabschnitt 160 zur Betätigung der Druckänderungs-Erzeugungsvorrichtung 157 und der Wärmeenergie-Erzeugungsvorrichtung 158 a bzw. 158 b unter Synchronisierung vorgesehen.

Der Steuerabschnitt 160 hat beispielsweise eine Leistungsverstärkerschaltung und eine Zeitgeberschal­ tung und arbeitet in der Weise, daß die Wärmeenergie- Erzeugungsvorrichtungen 158 a und 158 b angewählt werden, die im Ansprechen auf Bildsignale betrieben werden, die Wärmeenergie-Erzeugungsvorrichtungen 158 a und 158 b zusammen mit der Druckänderungs-Erzeugungsvorrichtung 157 unter präziser Zeitsteuerung betätigt werden, ge­ eignete Signalspannungen an die Elemente angelegt werden, die Bedingungen für die Erzeugung der Tinten­ tröpfchen auf optimale Bedingungen gebracht werden usw.

In Fig. 1 ist ein Beispiel gezeigt, bei dem eine Flüs­ sigkeitskammer mit zwei Wärmeenergie-Zufuhrabschnitten und Ausstoßdüsen versehen ist; im allgemeinen werden jedoch mehr Wärmeenergie-Zufuhrabschnitte und Ausstoß­ düsen vorgesehen.

Das Funktionsprinzip der vorstehend beschriebenen Vorrichtung wird nachstehend kurz erläutert.

Wenn ein Aufzeichnungssignal SN wie beispielsweise ein Signal zur Anforderung des Ausstoßens der Tinte aus der Ausstoßdüse ankommt, wählt der Steuerabschnitt 160 die mechanische Druckänderungs-Erzeugungsvorrich­ tung 157 und die Wärmeenergie-Erzeugungsvorrichtung 158 a an, wobei deren Wirkungen synchronisiert werden. Wenn in diesem Fall nur eine dieser Vorrichtungen betätigt wird, tritt kein Tintenausstoß auf; wenn jedoch beide Vorrichtungen betätigt werden, treten im wesentlichen gleichzeitig die durch die Volumensänderung der Flüssig­ keitskammer 152 verursachte Druckänderung und die auf der Zustandsänderung (wie beispielsweise der Volumens­ ausdehnung oder der Bläschenbildung aufgrund der Wärmeenergie) beruhende Druckänderung auf, was einen Tintenausstoß ergibt.

Die Ausdrücke "Synchronisierung", "Auftreten zur gleichen Zeit" oder dgl. bedeuten nicht immer, daß die Druckänderungs-Erzeugungsvorrichtung 157 und die Wärmeenergie-Erzeugungsvorrichtung 158 a (bzw. 158 b) völlig und genau synchronisiert sind oder genau zur gleichen Zeit arbeiten. Vielmehr ist damit auch erfaßt, daß für den Tintenausstoß die durch diese Vorrichtungen verursachte Druckänderung auf die Tinte in der Umgebung der Ausstoßdüse übertragen wird.

Im allgemeinen dauert es eine bestimmte festgelegte Zeit, die durch die Volumensänderungsvorrichtung verur­ sachte Druckänderung in Richtung zur Ausstoßdüse zu übertragen. Daher wird die Wärmeenergie-Erzeugungsvorrich­ tung 158 a nach einer vorbestimmten Zeitdauer betätigt. Beispielsweise wird gemäß der Darstellung in Fig. 2 (a) an die Druckänderungs-Erzeugungsvorrichtung 157 ein Signal SA und im wesentlichen gleichzeitig an die Wärmeenergie-Erzeugungseinrichtung 158 a (oder 158 b) ein Signal SB angelegt. Anderenfalls wird gemäß der Darstellung in Fig. 2 (b) das Signal SB später als das Signal SA angelegt.

Der Zeitunterschied zwischen dem Anlegen des Signals SA und dem Anlegen des Signals SB wird in Abhängigkeit von folgenden Faktoren bestimmt:
Physikalische Eigenschaften der Tinte (Viskosität, Oberflächenspannung, Wärmeausdehnung, spezifische Wärme und dgl.), mittels der Vorrichtung 157 verur­ sachte Volumensänderung der Flüssigkeitskammer 152, Ausmaß der mittels der Vorrichtungen 158 a und 158 b er­ zeugten Wärmeenergie, Ausmaß der Signalenergie für die Betätigung der Vorrichtungen 157, 158 a und 158 b (Spannung, Zeitdauer), Kurvenform des Signals, Durch­ messer der Leitungen und Düsenöffnungen und Parameter ähnlicher Art.

In den Fig. 2 (a), (b) und (c) haben die Signale SA und SB Rechteckform. Es können jedoch mancherlei andere Formen wie Trapezoid-Form, Dreiecks-Form, Sinuskurven-Form oder dgl. angewandt werden.

Als Verfahren zur Betätigung der Vorrichtung 157 für die Erzeugung der mechanischen Druckänderung in der Tinte und der Vorrichtung 158 a bzw. 158 b für die Erzeugung der Wärmeenergie können diese entweder gemäß der Dar­ stellung in Fig. 2 (a) und (b) nur bei dem Tinten­ ausstoß betätigt werden oder es kann gemäß der Darstellung in Fig. 2 (c) mittels eines Signals SA die Vorrichtung 157 für die Erzeugung der Druckänderung nach der Inbe­ triebnahme der Aufzeichnungsvorrichtung kontinuierlich betrieben werden (d. h. eine Druckänderung erzeugt wer­ den, die nicht für den Ausstoß der Tinte ausreichend ist), während mittels eines Signals SB die Vorrichtung 158 a (oder 158 b) für die Erzeugung der Wärmeenergie nur betrieben wird, wenn die Tinte ausgestoßen werden soll; im Endergebnis bewirkt die Summe dieser Druckänderungen den Ausstoß der Tintentröpfchen.

Die vorstehend beschriebene Aufzeichnungsvorrichtung ist außerordentlich gut für ein Mehrfachdüsen-System hoher Dichte oder Aufzeichnung mit hoher Geschwindigkeit geeignet.

Bisher konnte die Größe der herkömmlichen Vorrich­ tungen dieser Art wie einer Vorrichtung zum Ausstoß von Tinte mittels eines piezoelektrischen Elements nicht so klein gewählt werden, da die kleine Vorrichtung nicht eine ausreichende Energie für den Ausstoß erzeugen konnte; daher war es schwierig, eine derartige Vorrich­ tung in Form eines Mehrfachdüsen-Systems anzuwenden. Im allgemeinen war es sogar sehr schwierig, je eine Ausstoßdüse auf einigen Millimetern anzubringen.

Im Gegensatz dazu sind bei dem Aufzeichnungsgerät gemäß dem Ausführungsbeispiel die an jede Aus­ stoßdüse angebrachten Elemente (wie elektrothermische Elemente usw.) so klein und genau, daß es einfach ist, ein Mehrfachdüsen-System hoher Dichte mit mehreren zehn Ausstoßdüsen je Millimeter zu bilden, so daß daher die Aufzeichnungsbild-Dichte gesteigert werden kann.

Zusätzlich zu den vorstehend angeführten Vorteilen ergeben sich noch folgende Vorteile:
Da die für den Ausstoß der Tintentröpfchen notwendige Energie sowohl mittels der Vorrichtung für die Volumens­ änderung der Flüssigkeitskammer als auch mittels der Vorrichtung für die Erzeugung der Wärmeenergie an dem Wärme-Wirkbereich aufgebracht wird, können die zu er­ zeugende Wärmemenge und die Erwärmungstemperatur niedri­ ger als im Falle des Ausstoßens der Tintentröpfchen allein durch die Wärmeenergie sein, wobei bei Aufzeich­ nung mit hoher Geschwindigkeit das Ansprechvermögen verbessert wird.

Wenn die Betätigung der Vorrichtung für die Erzeugung der Druckänderung und die Betätigung der Vorrichtung für die Erzeugung der Wärmeenergie zeitlich gut auf­ einander abgestimmt sind, kann die einem Element zuge­ führte Energiemenge verringert werden, wodurch die Lebensdauer des Elements und des Aufzeichnungsgeräts verlängert werden kann.

Wenn die Bedingungen geeignet gewählt werden, kann die Vorrichtung zur Erzeugung der Druckänderung für sich als eine Pumpe zur Übertragung der Tinte zu dem Wärme-Wirkbereich arbeiten, so daß nicht immer eine Pumpe für die Tintenzufuhr notwendig ist und der Aufbau des Tintenzufuhr-Abschnitts vereinfacht werden kann.

Wenn gemäß der Darstellung in Fig. 3 mehrere der in Fig. 1 gezeigten Köpfe zu einer Einheit ange­ ordnet werden, kann auf einfache und genaue Weise eine Mehrfachdüsen-Anordnung erzielt werden, die die ganze Bogenweite bzw. Spannweite erfaßt. Das sich ergebende Aufzeichnungsgerät ist hinsichtlich des Aufbaus, der schnellen Aufzeichnung und der Wartung hervorragend.

In Fig. 3 entsprechen 161 a, 161 b und 161 c je­ weils einer Kopfeinheit nach Fig. 1, während die anderen Bezugszeichen die gleichen Teile wie die Bezugs­ zeichen in Fig. 1 bezeichnen.

In Fig. 3 sind die Vorrichtung für die Erzeugung der mechanischen Druckänderung, die Vorrichtung für die Erzeugung der Wärmeenergie und der Steuerabschnitt nicht gezeigt.

Bei einer Anordnung so vieler Elemente ist es vor­ teilhaft, eine Ansteuerung mittels einer Matrix vorzu­ nehmen.

Bei dem vorstehend beschriebenen Aufzeichnungsgerät können die Form und das Material der Flüssig­ keitskammer und die Arten, Formen und Anordnungs­ lagen der Vorrichtung für die Erzeugung der mechanischen Druckänderung und der Vorrichtungen für die Erzeugung der Wärmeenergie auf vielerlei Weise verändert werden. Beispielsweise kann der elektromechanische Wandler als ein Teil der Flüssigkeitskammer-Wandung verwendet werden, der den Ausstoßdüsen gegenübersteht, und zwi­ schen einer Flüssigkeitskammer und einer Ausstoßdüse ein Wärme-Wirkbereich angeordnet werden, oder es kann der elektromechanische Wandler um eine zylindrische Flüssigkeitskammer herum (beispielsweise als sog. zylindrischer piezoelektrischer Schwinger) angeordnet werden und in der Flüssigkeitskammer mehrere Wärme- Wirkbereiche angebracht werden.

In Fig. 4 ist in schräger Schnittansicht eine Aus­ stoßdüse in Verbindung mit einem Aufbau gezeigt, bei dem als Vorrichtung zur Erzeugung der mechanischen Druckänderung ein piezoelektrisches Element in einer Flüssigkeitskammer angeordnet ist, um damit das Volumen der Flüssigkeitskammer zu ändern. Eine deckelartige Platte mit vielen feinen Nuten ist mit einer Grundplatte zu einer Einheit verbunden, die mit einer Vorrichtung zur Erzeugung von Wärmeenergie und dgl. versehen ist. Von einem Tintenzufuhr-Abschnitt 169 wird über einen Einlaß 165 Tinte in eine Flüssigkeitskammer 162 eingeführt. In der Flüssigkeitskammer 162 ist ein piezo­ elektrisches Element 167 angeordnet (das üblicherweise ein Aufbau aus einem piezoelektrischen Element und einer Schwingplatte ist, die zusammengeschichtet sind, was jedoch in der Figur nicht gezeigt ist), das mittels eines Steuerabschnitts 170 betätigt wird. Zwischen der Flüssigkeitskammer und dem Wärme-Wirkbereich ist eine Leitung 164 vorgesehen.

In einem jeden von Wärme-Wirkbereichen 163, die in einer Mehrzahl von der Flüssigkeitskammer 162 abge­ zweigt sind, ist ein elektrothermischer Wandler 168 ange­ ordnet, der mittels des Steuerabschnitts 170 selektiv betrieben wird.

Der elektrothermische Wandler 168 ist aus einer zwei­ schichtig aufgebauten Grundplatte mit einer Schicht 173 hoher Leitfähigkeit (wie beispielsweise aus Aluminium­ oxid oder Metall) und einer Schicht 174 geringer Wärme­ leitfähigkeit (wie beispielsweise aus Oxiden wie SiO₂ und dgl., Polyimid usw.) zur Verbesserung des Wärme-Ansprechvermögens, einer Widerstandsschicht 175, einer Wähl-Elektrode 176, die für die Stromführung in einer vorbestimmten Form geätzt ist, einer gemeinsamen Elektrode 176′ usw. zusammengesetzt (wobei die Wähl- Elektrode 176 und auch der elektrothermische Wandler 168 jeweils für eine jede Ausstoßdüse vorgesehen sind).

Ein in den Steuerabschnitt 170 eingegebenes Aufzeichnungs­ signal SN wird beispielsweise in ein Impulssignal umge­ formt und über eine Zuleitung R₁ an das piezoelektrische Element 167 angelegt, wodurch in der Tinte eine impuls­ artige Druckänderung hervorgerufen wird.

Andererseits wird unter zweckdienlicher Zeitsteue­ rung, die in Abhängigkeit von den physikalischen Eigen­ schaften der Tinte, dem Volumen der Flüssigkeitskammer und anderen Faktoren gewählt ist, über Zuleitungen R₂ und R₃ ein Signal an den elektrothermischen Wandler 168 an einer dem Aufzeichnungssignal entsprechenden vorbe­ stimmten Stelle angelegt. In dem Wärme-Wirkbereich 163 mit dem angewählten elektrothermischen Wandler 168 wird eine Zustandsänderung der Tinte herbeigeführt, wodurch eine Druckänderung auftritt.

Als Ergebnis wird dann, wenn die durch das piezo­ elektrische Element verursachte Druckänderung und die durch den elektrothermischen Wandler verursachte Druckänderung zusammenfallen, aus der Ausstoßdüse 166 entsprechend dem Aufzeichnungssignal ein Tintentröpfchen 171 ausgestoßen. Das Tintentröpfchen haftet an einem Aufzeichnungs-Empfangsmaterial 172 an, um damit ein Aufzeichnungsbild zu formen.

In Fig. 5 (a) ist ferner ein Ausführungsbeispiel des Aufzeichnungsgeräts dargestellt, bei dem als Vorrichtung zur Erzeugung der mechanischen Druckände­ rung ein zylindrisches piezoelektrisches Element ver­ wendet wird. Bei diesem Aufzeichnungsgerät werden ein um eine zylindrische Flüssigkeitskammer 162 herum angebrachtes zylindrisches piezoelektrisches Element 167′ und ein an einer Grundplatte 178 angebrachter elektrothermischer Wandler 168 unter Synchronisierung betrieben, so daß die Tinte aus einer Ausstoßdüse 166 ausgestoßen wird.

Der elektrothermische Wandler 168, eine gemeinsame Elektrode 176′, eine Wähl-Elektrode 176, die Grundplatte 178 und dgl. sind auf ähnliche Weise wie in Fig. 4 angeordnet, was allgemein in Fig. 5(a) dargestellt ist. Das zylindrische piezoelektrische Element 167′ und der elektrothermische Wandler 168 werden durch Signale betrieben, die von einem Steuerabschnitt 170 über Zuleitungen R′₁ bzw. R₂ und R₃ angelegt werden. Diese Signale sind auf gleiche Weise wie diejenigen bei Fig. 4 synchronisiert, wobei auch die Bezugs­ zeichen denjenigen in Fig. 4 entsprechen.

In Fig. 5(b) ist eine schematische Draufsicht einer Mehrfachdüsen-Ausführung des Kopfes gezeigt, der aus einer Mehrzahl von Kopfeinheiten gemäß der Darstellung in Fig. 5 (a) zusammengesetzt ist. Um eine mit einem Tinteneinlaß 165-1 versehene Flüssig­ keitskammer 162-1 herum ist ein zylindrisches piezo­ elektrisches Element 167′-1 angebracht, während an der Flüssigkeitskammer 162-1 mehrere elektrothermische Wandler 168-1, 168-2 und 168-3 sowie mehrere Wärme- Wirkbereiche 163-1, 163-2 und 163-3 angebracht sind. Ferner sind zwischen der Flüssigkeitskammer 162-1 und den Wärme-Wirkbereichen 163-1, 163-2 und 163-3 eine gemeinsame Kammer 179-1 und Leitungen 164-1, 164-2 und 164-3 angeordnet.

Das Heizelement kann nahe einem an einem Teilbe­ reich der Flüssigkeitskammer angebrachten Substrat so angeordnet sein, daß es in die Tinte taucht. Das Heizelement wird durch Anlegen eines Spannungsimpulses so aufgeheizt, daß die Tinte ihren Zustand ändert. Die Zu­ standsänderung erfolgt durch Ausdehnung der Tinte oder durch Bildung von Bläschen in Form eines dem zugeführten Spannungsimpuls entsprechenden Impulses.

Da das Heizelement in der Tinte angebracht und in diese eingetaucht ist, ist der Wärmeleit-Wirkungsgrad vom Heizelement zu der Tinte hoch, so daß bei dem Ausstoß der Tinten-Tröpfchen das Wärme-Ansprech­ vermögen der Tinte hervorragend ist. Daher ist auch der Wirkungsgrad bei der Formung der Tinten-Tröpfchen sehr gut, so daß eine Aufzeichnung mit hoher Ge­ schwindigkeit bei geringem Energieaufwand möglich wird.

Die zwischen der Düsenöffnung und der von der Düsenöffnung um die Strecke Δ n entfernten Stelle gebildete Fläche wird nachstehend als Stegbereich bezeichnet, der einer Wasserabstoß-Behandlung oder -Beschichtung, wenn die Tinte Wasser als Hauptlösungsmittel enthält, oder einer Ölabstoß-Behandlung oder -Beschichtung unterzogen wird, wenn die Tinte verschiedenerlei organische Verbindungen als Hauptlösungsmittel enthält. Das Heizelement ist in einem Bereich ausgebildet, der vorzugsweise nahe an dem Stegbereich liegt.

Durch die Wasserabstoß- oder Ölabstoß-Behandlung ist es möglich, die Energie für den Ausstoß der Tintentröpfchen zu verringern und einen Aufzeichnungs­ vorgang mit hoher Geschwindigkeit zu erzielen. Ferner wird die Tinte in Form gesonderter Tröpfchen ausgestoßen, ohne daß ein "Verspritzen" oder "Abtropfen" auftritt; dadurch ist eine gute Aufzeichnung ohne Schleierbildung bzw. Verschmierung erzielbar.

Die Wasserabstoß- oder Ölabstoß-Beschichtung erfolgt durch Eintauchen des schon hergestellten Aufzeichnungs­ kopfs in eine Behandlungs- bzw. Vergütungs-Flüssigkeit, durch Aufsprühen einer flüssigen Dispersion von Teflon auf den Kopf oder durch ein ähnliches Verfahren. Bei dem Eintauchverfahren wird im Falle der wasserabstoßenden Beschichtung eine Lösung eines Siliconharzes in Toluol verwendet, während im Falle der ölabstoßenden Beschich­ tung eine wäßrige Lösung von Gummiarabicum und Phosphor­ säure verwendet wird.

Durch ausführliche Untersuchungen wurde festgestellt, daß mit einer Verkleinerung des Kalibers bzw. der Weiter der Ausstoßdüsenöffnung des Aufzeichnungskopfs der Energie-Wirkungsgrad für den Ausstoß der Tintentröpf­ chen verbessert wird und daß die Tintentröpfchen in ihrer Größe gleichförmig werden, wenn die Form des Querschnitts der Düsenöffnung einem Kreis nahe kommt. Hinsichtlich der Herstellung ist es jedoch nicht leicht, für den Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf diese Bedingungen zu er­ füllen. Beispielsweise ist es schwierig, ohne eine Technologie hohen Niveaus einen Düsenabschnitt mit einer feinen Öffnung zu formen und seine Spitze kleiner zu machen. Ferner ist die Herstellungs-Ausbeute nicht hoch. Auf ähnliche Weise bestehen technische Schwierigkeiten in hohem Ausmaß, wenn der Aufzeichnungskopf als Mehrfach­ anordnungs-Kopf auszubilden ist.

Die vorstehend genannten Probleme können dadurch gelöst werden, daß die Ausstoßdüsen­ öffnung mittels einer Schicht aus ausgehärtetem Harz hergestellt wird.

Claims (9)

1. Tintenstrahl-Aufzeichnungsgerät mit mehreren Düsenöffnungen zum Ausstoßen von Tinte, die mit Tintenkanälen in Verbindung stehen, und mehreren im Bereich der Tintenkanäle angebrachten Wärmeerzeugungselementen in Form von elektrisch ansteuerbaren Heizwiderständen oder von bestrahlbaren Wandlern, die bei impulsartiger Erregung eine Erwärmung der Tinte im zugehörigen Tintenkanal bis zur Ausbildung eines Dampfbläschens bewirken, und deren Oberflächen einen Abstand zur Tinte von nicht mehr als 100 µm besitzen, gekennzeichnet durch zumindest einen zusätzlichen elektromechanischen Wandler (157; 167), durch den in mehreren oder allen Tintenkanälen eine mechanische Druckänderung erzeugbar ist, und eine Synchronisationseinrichtung, über die für einen gewünschten Tintentröpfchenausstoß die über zumindest eines der Wärmeerzeugungselemente bewirkte Wärme­ energiezufuhr zur Tinte derart mit der erzeugten mechanischen Druckänderung synchronisierbar ist, daß die Druckwirkungen der Wärmeenergiezufuhr und die mechanische Druckänderung zusammenwirken und erst aufgrund dieser Zusammenwirkung aus der oder den Düsen­ öffnungen, die dem bzw. den jeweils erregten Wärmeerzeu­ gungselementen zugeordnet sind, ein Tröpfchenausstoß erfolgt.

2. Tintenstrahl-Aufzeichungsgerät nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß jeder Heizwiderstand eine Wärmeer­ zeugungs-Widerstandsschicht und elektrisch mit der Wärmeerzeugungs-Widerstandsschicht verbundene Elektroden aufweist.

3. Tintenstrahl-Aufzeichnungsgerät nach einem der vor­ hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ab­ stand zwischen der Oberfläche der Wärmeerzeugungselemente und der Tinte nicht mehr als 10 µm beträgt.

4. Tintenstrahl-Aufzeichnungsgerät nach einem der An­ sprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeerzeu­ gungselemente an der Innenfläche der Tintenkanäle angeordnet sind.

5. Tintenstrahl-Aufzeichnungsgerät nach einem der An­ sprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeerzeu­ gungselemente in die Tinte in den Tintenkanälen eingetaucht sind.

6. Tintenstrahl-Aufzeichnungsgerät nach einem der vor­ hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein zwi­ schen der Düsenöffnung und dem Bereich, an dem das Wärme­ erzeugungselement jeweils angeordnet ist, liegender Teilbe­ reich der Tintenkanal-Wandung einer wasser- oder ölabstoßen­ den Behandlung unterzogen ist.

7. Tintenstrahl-Aufzeichnungsgerät nach einem der vor­ hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dü­ senöffnungen aus einem ausgehärteten Kunststoffilm gebildet sind.

8. Tintenstrahl-Aufzeichnungsgerät nach einem der An­ sprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen­ öffnungen aus einem in der Tinte unlösbaren Material gebil­ det und durch Ablagerung in Form eines Films hergestellt sind.

9. Tintenstrahl-Aufzeichnungsgerät nach einem der vor­ hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zumindest eine zusätzliche elektromechanische Wandler einer Tintenkammer (152; 179-1) zugeordnet ist, mit der die Tintenkanäle kommuni­ zieren.