DE2944005A1

DE2944005A1 - Fluessigkeitsstrahl-aufzeichnungsvorrichtung

Info

Publication number: DE2944005A1
Application number: DE19792944005
Authority: DE
Inventors: Toshitami Hara; Yasushi Sato; Yoshiaki Shirato; Yasushi Takatori
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1978-10-31
Filing date: 1979-10-31
Publication date: 1980-05-08
Also published as: DE2944005C2; US4459600A; US4330787A

Description

- BOHUNG - Kinne Grupe - Pellmann

ÖQ/ / Ω HE Dipl.-lng. P Grupe

4 34HUUb Dipl.-lng. B. Pellmann

Bavariaring 4, Postfach 20 2403 8000 München 2

Tel.: 089-539653

Telex: 5-24 845 tipat

cable: Germaniapatent München

31. Oktober 1979 B 9986

Canon Kabushiki Kaisha

Tokyo, Japan

Flüssigkeitsstrahl- Aufzeichnungsvorrichtung

Die Erfindung betrifft eine Aufzeichnungsvorrichtung, bei der Flüssigkeit über eine oder mehrere Düsen durch Wärmeeinwirkung ausgetragen bzw. ausgestoßen wird, und bezieht sich insbesondere auf eine Verbesserung des Wirkungsgrades und Ansprechverhaltens beim Flüssigkeitsausstoß sowie auf eine Vereinfachung der Herstellung einer solchen Aufzeichnungseinrichtung.

In jüngster Zeit haben sog. anschlaglose bzw. nichtmechanische Aufzeichnungsverfahren verstärkt Beachtung gefunden, da bei ihnen das bei der Aufzeichnung entstehende Geräusch auf vernachlässigbare Werte verringert werden kann. Unter diesen Verfahren ist das sog. Tintenstrahl-Aufzeichnungsverfahren von besonderer Bedeutung, da es eine Hochgeschwindigkeitsaufzeichnung auf einfachem unbeschichtetem Papier ermöglicht, ohne daß eine besondere Fixierbehandlung erforderlich ist. Auf diesem Gebiet sind bisher verschiedene Lösungswege beschritten worden, von denen einige bereits Eingang in die Praxis gefunden haben, während sich andere noch in der Entwicklung befinden.

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INSPECTED

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Diese Tintenstrahlaufzeichnung, bei der Tröpfchen eines flüssigen Aufzeichnungsmittels, das gewöhnlich als "Tinte" bezeichnet wird, abgespritzt werden und sich auf einem Aufzeichnungsmaterial niederschlagen, läßt sich in Abhängigkeit von dem jeweils verwendeten Verfahren zur Bildung der Tröpfchen und dem angewandten Verfahren zur Steuerung der Richtung des Fluges der Tröpfchen in mehrere Verfahren einteilen.

So ist z. B. aus der US-Patentschrift 3 060 429 ein Verfahren (Fernschreib-Verfahren) bekannt, bei dem die Flüssigkeitströpfchen durch elektrostatische Zugkräfte erzeugt und auf einem Aufzeichnungsmaterial niedergeschlagen werden, wobei darüber hinaus eine Steuerung ihrer Flugrichtung durch ein elektrisches Feld in Erwägung gezogen werden kann.

Diese elektrische Feldsteuerung wird durch Anlegen eines elektrischen Feldes zwischen der in einer eine Ausstoßöffnung aufweisenden Düse befindlichen Flüssigkeit und einer Beschleunigungselektrode erzielt, wodurch bewirkt wird, daß die Flüssigkeit aus der Düsenöffnung ausgestoßen und zwischen X-Y-Ablenkelektroden gespritzt wird, die derart angeordnet sind, daß sie ein elektrisches Feld in Abhängigkeit von den Aufzeichnungssignalen steuern können und dadurch wahlweise die Flugrichtung der Tröpfchen in Abhängigkeit von Änderungen der elektrischen Feldstärke zur Erzielung eines Flüssigkeitsniederschlages an gewünschten Positionen steuern.

Obwohl ein solcher Aufzeichnungskopf einen einfachen Aufbau aufweist, bedeutet dies nicht, daß auch das System in seiner Gesamtheit einfach aufgebaut ist, so daß es meist verschiedene Nachteile dahingehend aufweist, daß ein erheblicher technischer Aufwand und eine hohe Präzision für die elektrische Steuerung der Erzeugung und Abspritzrichtung der Tröpfchen erforderlich sind, wobei darüber hinaus die für eine Hochgeschwindigkeitsaufzeich-

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nung unerläßliche Mehrfach-Düsenöffnungsanordnung des Aufzeichnungskopfes Schwierigkeiten mit sich bringt.

Darüber hinaus ist z. B. aus der US-Patentschrift 3 596 275 (Sweet-Verfahren) und der US-Patentschrift 3 298 030 (Lewis und Braun-Verfahren) ein Verfahren bekannt, bei dem ein Strom von Flüssigkeitstropfchen mit gesteuerten elektrostatischen Ladungen durch kontinuierliche Vibration erzeugt und zwischen Ablenkelektroden gerichtet wird, die zur Erzielung einer Aufzeichnung auf einem Aufzeichnungsmaterial zwischen sich ein gleichförmiges elektrisches Feld bilden.

Im einzelnen ist gemäß diesem Verfahren eine Aufzeichnungssignale erhaltende Ladeelektrode in einem bestimmten Abstand vor der Ausstoßöffnung einer Düse angeordnet, die ein Teil eines mit einem piezoelektrischen Vibrationselement ausgestatteten Aufzeichnungskopfes bildet, wobei eine unter Druck stehende Flüssigkeit in die Düse eingeleitet wird, während dem piezoelektrischen Vibrationselement ein elektrisches Signal einer bestimmten Frequenz zugeführt wird, um es in mechanische Schwingungen zu versetzen, was zur Folge hat, daß über die Düsenöffnung ein Strom aus Flüssigkeitströpfchen ausgestoßen wird. Da die emittierte Flüssigkeit durch elektrostatische Induktion über die Ladeelektrode aufgeladen wird, erhält jedes Tröpfchen eine dem Aufzeichnungssignal entsprechende Ladung. Die derart mit gesteuerten Ladungen versehenen

Tröpfchen werden während ihres Fluges durch ein gleichen

förmiges elektrisches Feld zwischen den Ablenkelektroden entsprechend dem Betrag der Ladungen abgelenkt, so daß nur die Aufzeichnungssignale tragenden Tröpfchen auf dem Aufzeichnungsmaterial niedergeschlagen werden können.

Ein Aufzeichnungskopf dieser Art weist jedoch im

wesentlichen die gleichen Nachteile wie der Aufzeichnungskopf des vorstehend beschriebenen Standes der Technik

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auf.

Bei einem weiteren Aufzeichnungskopf wird Flüssigkeit durch mechanische Vibrationen ausgestoßen und in Form von Tröpfchen abgespritzt. Hierbei handelt es sich um einen Aufzeichnungskopf des sog. "Bedarfs- bzw. Anforderungstyps". Bei einem Aufzeichnungskopf dieser Art wird das Volumen einer Flüssigkeitskammer, in die die Flüssigkeit eingeleitet wird, in Abhängigkeit von einem Signal durch mechanische Schwingungen eines piezoelektrischen Vibrationselementes verändert, wodurch die Flüssigkeit in Form von Tröpfchen ausgestoßen wird. Der konkrete Aufbau eines solchen Aufzeichnungskopfes ist z. B. der US-Patentschrift 3 747 120 sowie der Literaturstelle "IEEE Transactions on Industrial Applications, Vol. IA-13, Nr. 1, zu entnehmen.

Obwohl ein solcher Aufzeichnungskopf einen äußerst einfachen Aufbau des gesamten Aufzeichnungssystems er-

möglicht, ist er bezüglich seines Aufbaus und seiner Leistungsfähigkeit nicht frei von Nachteilen. Da nämlich die Tröpfchen durch mechanische Schwingungen des Piezo-Vibrationselementes erzeugt werden, ist das Ansprechverhalten bei Hochgeschwindigkeitsaufzeichnung problematisch.

^ZJ Darüber hinaus treten verschiedene Herstellungsprobleme bei der Bildung der Flüssigkeitskammer, der Anbringung des Piezo-Vibrationselementes und dgl. auf. Da weiterhin eine Miniaturisierung des Aufzeichnungskopfes mit Schwierigkeiten verbunden ist, ist eine hohe Dichte der Mehr-

fach-Düsenöffnungsanordnung des Aufzeichnungskopfes mit einer Düsenöffnungsdichte von einer oder mehr Düsenöffnungen je Abstand bzw. Zeileneinheit äußerst schwer zu erzielen, was ebenfalls Schwierigkeiten in bezug auf eine

Hochgeschwindigkeitsaufzeichnung mit sich bringt. 35

Die meisten bekannten Aufzeichnungsköpfe weisen somit

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' bezüglich ihres Aufbaus und ihrer Leistungsfähigkeit verschiedene Nachteile auf und sind insbesondere hinsichtlich einer sehr dichten Mehrfach-Düsenöffnungsanordnung und in bezug auf eine Hochgeschwindigkeitsaufzeichnung sowie bezüglich des Aufbaus des gesamten Systems verbesserungsbedürftig.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungseinrichtung zu schaffen, die in bezug auf Gleichförmigkeit, Ansprechverhalten und Wirkungsgrad des Flüssigkeitsausstoßes sowie bezüglich einer kontinuierlichen Aufzeichnungsleistung über eine große Anzahl von Stunden ausgezeichnete Eigenschaften

aufweist.
15

Darüber hinaus soll mit der Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungseinrichtung eine Hochgeschwindigkeitsaufzeichnung durchführbar sein.

Weiterhin soll eine Flüssigkeitsstrahl-AufZeichnungseinrichtung geschaffen werden, die bei einfacher Herstellung die Realisierung einer für die Praxis eine hohe Bedeutung aufweisenden äußerst dichten Mehrfach-Düsen-

öffnungsanordnung des Aufzeichnungskopfes ermöglicht. 25

Diese Aufgabe wird mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Mitteln gelöst, gemäß den die erfindungsgemäß vorgeschlagene Fiüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung einen Aufzeichnungskopf mit einer Flüssigkeitsausstoßöffnung zum Ausstoß von Flüssigkeit in eine vorgegebene Richtung, einem Heizelement, einer Wärme-Wirkzone, in der die von dem Heizelement erzeugte Wärmeenergie auf die Flüssigkeit einwirkt, sowie einer Flüssigkeitszuleitungsstrecke zur Zufuhr von Flüssigkeit zu der Wärme-Wirkzone und eine Ansteuereinrichtung zur Erzeugung von Treibersignalen für die Ansteuerung des Heizelementes zum Ausstoß der Flüssigkeit in die vorgegebene Richtung auf-

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weist, wobei sich die Richtung der von der Flüssigkeitszuleitungsstrecke in die Wärme-Wirkzone strömenden Flüssigkeit von der Richtung der aus der Wärme-Wirkzone zu der Flüssigkeitsausstoßöffnung strömenden Flüssigkeit unterscheidet.

Die erfindungsgemäße Aufzeichnungseinrichtung ermöglicht ein effektives Ausstoßen und Abspritzen von Flüssigkeit in Form von Tröpfchen durch Zufuhr von Wärmeenergie und weist äußerst vorteilhafte Eigenschaften in bezug auf den Wirkungsgrad und das Ansprechverhalten beim Flüssigkeitsausstoß sowie ein kontinuierliches Aufzeichnungsvermögen über eine große Anzahl von Stunden auf. Die Mehrfach-Düsenöffnungsanordnung des Aufzeichnungskopfes verhindert nicht nur fast vollständig gegenseitige Beeinflussungen zwischen den aus den jeweiligen Düsenöffnungen ausgestoßenen Tröpfchen, so daß sich eine ausgezeichnete Gleichförmigkeit beim Flüssigkeitsausstoß ergibt, sondern weist auch einen sehr einfachen Aufbau auf, ™ was schwierige Herstellungsschritte wesentlich vereinfacht. Aufgrund dieser Tatsache läßt sich der Aufzeichnungskopf im Vergleich zu üblichen Ausführungsformen von Aufzeichnungsköpfen auf wesentlich geringere Abmessungen verkleinern. Außerdem weist der erfindungsgemäße Aufzeichnungskopf weitere beträchtliche Vorteile dahingehend auf, daß die für eine Hochgeschwindigkeitsaufzeichnung unerläßliche äußerst dichte Mehrfach-Düsenöf fnungsanordnung aufgrund des einfachen Aufbaus und der einfachen Arbeitsschritte bei der Herstellung sehr leicht

realisierbar ist, daß eine Entfernung der Elektroden zur Steuerung des Heizelementes bzw. Heizkörpers auf sehr einfache Weise erfolgen kann, und daß die konstruktive Anordnung der Ausstoßöffnungen des Aufzeichnungskopfes im Rahmen der Mehrfach-Düsenöffnungsanordnung je nach den Erfordernissen und Wünschen beliebig vorgenommen werden kann, so daß sich der Aufzeichnungskopf auf sehr einfache Weise in Stabform bzw. in geschlossener,

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ganzzeiliger Ausführung herstellen läßt.

In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung wiedergegeben.

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

Es zeigen:

Fig. 1A, 1B und 1C schematische Darstellungen, die jeweils das Aufbauprinzip des bei der Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung verwendeten Aufzeichnungskopfes

veranschaulichen,

Fig. 2A, 2B und 2C eine auseinandergezogene Darstellung sowie zwei Seitenaufrisse, die den Grundaufbau des bei der Flüssig

keitsstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung verwendeten Aufzeichnungskopfes veranschaulichen,

Fig. 3 eine schematische perspektivische Ansicht

der gesamten Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung,

Fig. 4A bis 4F verschiedene Ausführungsbeispiele des Aufzeichnungskopfes,

Fig. 5A und 5B eine perspektivische Ansicht

und eine auseinandergezogene Darstellung des Hauptteils eines Aufzeichnungskopfes

° bei einer für Farbaufzeichnung geeigneten

Flussigkeitsstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung,

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Fig. 6 eine Draufsicht auf die Heiz-Grund-

platte und

Fig. 7 eine perspektivische Ansicht eines Teiles des Aufzeichnungskopfes der Flüssigkeits

strahl-Aufzeichnungsvorrichtung.

Gemäß Fig. 1A, in der das der Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung zugrundeliegende Prinzip veranschaulicht ist, wird eine Flüssigkeit 3 einem Aufzeichnungskopf 1 über verschiedene Einrichtungen, wie einer. (nicht dargestellten) externen Flüssigkeitstank bzw. Flüssigkeitsbehälter, ein (nicht dargestelltes) Flüssigkeitszuleitungsrohr und ein (ebenfalls nicht dargestelltes) Filter zugeführt. Im vorliegenden Fall wird die Flüssigkeit durch eine Pumpe oder eine andere geeignete Einrichtung einem Druck P ausgesetzt, der von sich aus nicht stark genug ist, um die Flüssigkeit aus einer Ausstoßöffnung 2 auszustoßen bzw. abzuspritzen.

Wie in der Zeichnung dargestellt ist, ist ein Heizelement bzw. Heizkörper 4 zur Erzeugung von Wärmeenergie in einer Wärme-Wirkzone 5 angeordnet, in der die erzeugte Wärmeenergie auf die Flüssigkeit 3 einwirkt. Die *■·* Wärme-Wirk ζ one 5 ist ein Bereich, in dem zumindest die von dem Heizkörper 4 abgegebene Wärmeenergie der Flüssigkeit 3 zugeführt wird, wodurch die in der Wärme-Wirkzone 5 befindliche Flüssigkeit Zustandsänderungen (Ausdehnung des Flüssigkeitsvolumens oder Bildung von Bläschen)

erfährt, durch die ein Ausstoßen von Flüssigkeitströpfchen bewirkt wird.

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OFWQtNALiNSPECTfD

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Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, beruht ein wesentliches Merkmal der Erfindung darin, daß die Richtung der über die Flüssigkeitszuleitungsstrecke in die Wärme-Wirkzone 5 strömenden Flüssigkeit 3 und die Richtung der aus der Wärme-Wirkzone 5 zu der Flüssigkeitsausstoßöffnung 2 strömenden Flüssigkeit durch eine Biegung der Flüssigkeitsströmungsstrecke unterschiedlich verlaufen und daß die Heizfläche S_, des Heizkörpers 4 der Flüssigkeitsausstoßöffnung zugewandt ist. Die angestrebte Wirkung wird insbesondere durch diese Charakteristik erreicht.

Die Wärme-Wirkzone 5, die Flüssigkeitszuleitungsstrecke 6 und die Flüssigkeitsausstoßöffnung 2 sind derart angeordnet, daß sie einen Winkel θ bilden können. Im einzelnen bildet eine Mittelachse XO (die zu der Strömungsrichtung der von der Flüssigkeitszuleitungsstrecke 6 in die Wärme-Wirkzone 5 strömenden Flüssigkeit parallel verläuft) an einem Punkt in der Nähe der Wärme-Wirkzone 5 in der Flüssigkeitszuleitungsstrecke 6 einen bestimmten Winkel θ in bezug auf eine Achse YO, die parallel zu der Strömungsrichtung der aus der Wärme-Wirkzone 5 heraus zu der Flüssigkeitsausstoßöffnung 2 strömenden Flüssigkeit verläuft (wobei sich die Achse YO in der in der Zeichnung dargestellten Weise erhalten läßt, indem der Mittellinienabschnitt XO um den Mittelpunkt O über einen Winkel θ nach rechts gedreht wird).

Die Achse YO kann hierbei die Mittelachse in der Nähe der Wärme-Wirkzone in der Flüssigkeitsausstoßstrecke 7 sein.

Der Heizkörper 4, der der Flüssigkeit in der Wärme-Wirkzone 5 Wärmeenergie zuführt, sollte vorzugsweise derart in der Wärme-Wirkzone 5 angeordnet sein, daß seine

Heizfläche im wesentlichen der Flüssigkeitsausstoßöffnung

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2 zugewandt ist. Zweckmäßigerweise ist hierbei die Heizfläche des Heizkörpers 4 im wesentlichen parallel zu einer Querschnittsebene A-B der Flüssigkeitsführungsstrecke an der Wärme-Wirkζone 5 auf der Seite der Ausstoßöffnung 2 angeordnet, wobei der Heizkörper 4 in der Wärme-Wirkzone 5 derart angeordnet sein sollte, daß er im wesentlichen senkrecht zu der Mittelachse (die in der Zeichnung mit der Achse YO der Ausstoßöffnung 2 identisch ist) verläuft.
10

Es versteht sich jedoch von selbst, daß der vorstehend beschriebene Winkel θ und die Neigungsrichtung der Oberfläche des Heizkörpers bei der Konstruktion des Aufzeichnungskopfes auch verschiedene andere Werte

als den in der Zeichnung dargestellten Winkel annehmen können. Wenn jedoch der Winkel θ sehr nahe bei dem Wert 0° oder dem Wert 180° liegt, treten nicht nur Schwierigkeiten bei der Anordnung und Ausbildung des Heizkörpers, der Wärme-Wirkzone, der Flüssigkeitszuleitungsstrecke

*Q und der Ausstoßöffnung auf, sondern auch die erstrebte Wirkung wird hierdurch in Frage gestellt. Zweckmäßig sollte der Winkel θ daher üblicherweise einen Wert von 30°^ θ L· 150°, vorzugsweise von 45°^= θ *· 135° oder optimal einen Wert von etwa 90° aufweisen (da der Winkel θ von der Genauigkeit bei der Herstellung des Aufzeichnungskopfes abhängt, wird er im allgemeinen mit 90° +_ angegeben). Bezüglich der Neigungsrichtung des Heizkörpers ist es dagegen zweckmäßig, daß in der in Fig. 1B dargestellten Weise ein von einem Vektor YO an der

Achse YO und einem am Schnittpunkt der Achse YO (oder ihrer Verlängerung) mit der Heizfläche des Heizkörpers 4 errichteter senkrechter Vektor N zu der Heizfläche gebildeter, eingeschriebener Winkel ψ derart gewählt wird, daß er üblicherweise 45° oder kleiner, vorzugsweise 30° oder kleiner oder insbesondere im wesentlichen o° ist

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(da der Winkel von der Genauigkeit bei der Herstellung des Aufzeichnungskopfes abhängt, hat er gewöhnlich den Wert 5° oder ist kleiner). Insbesondere wenn der Winkel θ den Wert 90° und der Winkel ψ den Wert 0° aufweisen, läßt sich bei der Anordnung und Ausbildung des Heizkörpers, der Wärme-Wirkzone sowie der Flüssigkeitszuleitungsstrecke das beste Ergebnis erzielen und die Flüssigkeitsausstoßöffnung kann in der Praxis auf einfache Weise gebildet werden.

Wenn nun ein Signal von außen an den Heizkörper angelegt wird, erzeugt der Heizkörper augenblicklich Wärmeenergie, die auf die in der Wärme-Wirkzone 5 befindliche Flüssigkeit einwirkt. Dies hat zur Folge, daß Zustandsänderungen der Flüssigkeit auftreten (Ausdehnung des

Flüssigkeitsvolumens oder Erzeugung von Bläschen), wodurch eine vorgegebene Menge an Flüssigkeit über die Ausstoßöffnung 2 in eine vorgegebene Richtung ausgestoßen wird.
20

Bei diesem Flüssigkeitsausstoß sind Wirkungsgrad und Gleichmäßigkeit erheblich verbessert, wenn die Flüssigkeitsströmungsstrecke im Bereich der Wärme-Wirkzone einen gebogenen Abschnitt aufweist und die Heizfläche des die Wärmeenergie für die in der Wärme-Wirkzone befindliche Flüssigkeit erzeugenden Heizkörpers der Flüssigkeitsausstoßöffnung gegenüberliegend angeordnet ist. Hierfür können verschiedene Ursachen in Betracht gezogen

werden nämlich:
30

(1) In der Flüssigkeitsausstoßrichtung erfolgt eine effektive übertragung einer abrupten Druckänderung, wodurch die auf der Zustandsänderung der Flüssigkeit innerhalb der Wärme-Wirkzone beruhende und keinen Beitrag

für den Ausstoß der Tröpfchen liefernde Übertragungswirkung der Druckänderung (die sog. "Gegendruckwirkung") in bezug auf die Richtung der Flüssigkeitszuleitungs-

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strecke unterdrückt wird.

(2) Bei einer Mehrfach-Düsenöffnungsanordnung lassen sich gegenseitige Interferenzerscheinungen bzw. Beeinflussungen der Flüssigkeit zwischen den benachbarten Wärme-Wirkzonen aufgrund der Beaufschlagung der gemeinsamen Flüssigkeitskammer mit dem Gegendruck verhindern, was demzufolge zu einer Verbesserung der Gleichförmigkeit des Flüssigkeitsausstoßes führt. Da ferner eine wirtschaftliche Ausnutzung der für den Flüssigkeitsausstoß verwendeten Wärmeenergie erfolgt, kann die Treiberleistung des Heizkörpers verringert werden, was Vorteile in bezug auf Energieeinsparung, ein kontinuierliches Aufzeichnungsvermögen über eine große Anzahl von Stunden, die Lebensdauer des Heizelementes bzw. Heizkörpers usw. mit sich bringt.

Im Hinblick auf die Verbesserung von Wirkungsgrad, Ansprechverhalten usw. beim Flüssigkeitsausstoß kann zumindest ein Teil der Heizfläche des Heizkörpers unterhalb einer Bezugsachse an einem in der Nähe der Wärme-Wirkzone in der Flüssigkeitszuleitungsstrecke gelegenen Abschnitt in der in Fig. 1C dargestellten Weise

angeordnet werden.
25

In Fig. 1C bezeichnet die Linie C-D eine Achse, die eine Bezugsebene darstellt, welche von einem Teil der Flüssigkeitszuleitungsstrecke 6 in der Nähe der Wärme-Wirkzone 5 gebildet wird. Der Heizkörper 4 ist derart

angeordnet, daß sich zumindest ein Teil der Heizfläche S_G in einem unter der Bezugsachse C-D gelegenen Bereich befinden kann. Hierdurch läßt sich eine in Richtung der Flüssigkeitszuleitungsstrecke fortpflanzende (jedoch keinen Beitrag zu dem Flüssigkeitsausstoß liefernde)

Druckkomponente der in der Wärme-Wirkzone auftretenden

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abrupten Druckänderungen beträchtlich verringern.

Bezüglich der praktischen Herstellung der Fiüssigkeitsstrahl-AufZeichnungsvorrichtung lassen sich vorteilhafte konstruktive Ergebnisse insbesondere dann erzielen, wenn die Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung aus einer Vielzahl von Biockbauteilen in Form einer mit dem Heizkörper versehenen Grundplatte, einer die Flüssigkeitszuleitungsstrecke tragenden Platte, einer die Flüssigkeitsausstoßstrecke tragenden Platte usw. in der in Fig. 2A dargestellten Weise aufgebaut wird. Das heißt, der Aufbau erfolgt derart, daß die Richtung der Flüssigkeitsausstoßstrecke von der mit dem Heizkörper versehenen Grundplattenfläche abweicht, wodurch der Heizkörper in einer zu der Flüssigkeitsausstoßöffnung versetzten Stellung angeordnet werden kann. Die Elektrodenanordnung für die Signalzuführung zu dem Heizkörper kann daher beliebig ausgebildet werden, und zwar derart, daß auch ein Ausbau bzw. Austausch von Elektroden auf einfache Weise möglich ist, wobei sich darüber hinaus weitere Vorteile verschiedener Art erzielen lassen. Der Aufzeichnungskopf kann z. B. in der in Fig. 2A dargestellten Weise aufgebaut sein und zumindest die Heizgrundplatte 8, die einen Heizkörper 11, eine Stromzuführungseinrichtung zum Anlegen elektrischer Signale an den

^ZJ Heizkörper (in der Figur ist dies durch eine Vielzahl selektiver Elektroden 12 und eine gemeinsame Elektrode 13 veranschaulicht) usw. aufweist, eine Zuleitungsstreckenplatte (oder Block) 9 zur Bildung eines Strömungsweges für die Zuführung der Flüssigkeit, eine Ausstoßstrecken-

platte (oder Block) 10 zur Bildung eines Strömungsweges für den Flüssigkeitsausstoß usw. umfassen. Die Figur veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel der Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung, bei dem die sehr charakteristische Mehrfach-Düsenöffnungsanordnung des

Aufzeichnungskopfes realisiert ist. Das Basismaterial für

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die Heizgrundplatte wird gewöhnlich aus Glas, Aluminiumoxid oder Keramikmaterial ausgewählt. Das für den Heizkörper verwendete Material wird aus Widerstandswerkstoffen, wie ZrB-, HfB₂f ^Ti^ß ₂' TaB-, NbB- und dgl. ausgewählt. Für die Platten oder Blöcke, die als Flüssigkeitszuleitungsstrecke und Flüssigkeitsausstoßstrecke usw. Verwendung finden, können Glas, keramische Werkstoffe und - in Abhängigkeit von den Umständen - auch verschiedene wärmebeständige Kunststoffe verwendet werden.

Im einzelnen sind eine Vielzahl feiner Nuten 14 in der Zuleitungsstreckenplatte 9 an Positionen ausgebildet, die jeweils einem aus einer Vielzahl von Heizkörpern 11 entsprechen. In der gleichen Weise ist eine Vielzahl feiner Nuten 15 in der Ausstoßstreckenplatte 10 an Positionen ausgebildet, die den vorstehend genannten Nuten 14 in der Zuleitungsstreckenplatte 9 entsprechen. Wenn diese beiden Blockbauteile einstückig zusammengefügt werden, ergibt sich eine Anordnung, deren Querschnitt in Fig. 2B dargestellt ist. Das heißt, die dort dargestellte Flüssigkeitszuleitungsstrecke 20 wird von der Oberfläche der Heizgrundplatte 3 und den Nuten der Zuleitungsstreckenplatte 9 gebildet, während die dargestellte Flüssigkeitsausstoßstrecke 21 von der Stirnfläche der Zuleitungsstreckenplatte 9 und den Nuten der Ausstoßstreckenplatte 10 gebildet wird. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel veranschaulicht, bei dem der Winkel θ auf 90° und der Winkel ψ auf 0° eingestellt sind. Zwischen der Flüssigkeitszuleitungsstrecke 20 und

^ou der Flüssigkeitsausstoßstrecke 21 ist die durch eine gestrichelte Linie dargestellte Wärme-Wirkzone 22 ausgebildet, wobei der Heizkörper 11 derart angeordnet ist, daß die Wärmeenergie in effizienter Weise auf die in der Wärme-Wirkzone 22 befindliche Flüssigkeit einwirkt. In

der Zuleitungsstreckenplatte 9 ist eine Einrichtung vorge-

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sehen, die die Flüssigkeit von außen in die Flüssigkeitszuleitungsstrecke 20 einspeist und je nach den Verhältnissen z. B. aus einem Blockbauteil 16 zur Bildung der Zuleitungsflüssigkeitskammer 23 bestehen kann. In diesem Blockbauteil 16 ist ein Rohr 17 zum Einleiten der Flüssigkeit von einem Außentank in die Zuleitungsflüssigkeitskammer 23 vorgesehen. Die Bezugszahl 18 bezeichnet eine Ausstoßöffnungsplatte (gen.der Zeichnung sind Löcher für die Ausstoßöffnungen entsprechend den feinen Nuten 15 ausgebildet). Die Bezugszahl 19 bezeichnet ein Entlüftungsrohr.

In Fig. 2C ist ein Ausführungsbeispiel veranschaulicht, bei dem ein Teil der Heizfläche des Heizkörpers 11 in einer unter der Bezugsachse S gelegenen Position in einem in der Nähe der Wärme-Wirkzone 22 befindlichen Bereich der Flüssigkeitszuleitungsstrecke 20 angeordnet ist. Falls der Aufzeichnungskopf in der vorstehend beschriebenen Weise aus einer Vielzahl von Blockbauteilen aufgebaut ist, kann die Anordnung des Heizkörpers unterhalb der Bezugsachse S relativ einfach dadurch erfolgen, daß eine Ausnehmung an derjenigen Stelle der Heizgrundplatte ausgebildet wird, an der der Heizkörper angeordnet wird.
25

Fig. 3 ist eine schematische perspektivische Ansicht des Gesamtsystems der Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung mit einem Aufzeichnungskopf, wie er unter Bezugnahme auf die Fig. 2A bis 2C vorstehend beschrieben

^ow ist. In Fig. 3 bezeichnet die Bezugszahl 24 eine (in den Fig. 2A bis 2C nicht dargestellte) Elektroden-Verbindungsgrundplatte, an der Verbindungsdrähte 25, 26 für die selektiven Elektroden und die gemeinsame Elektrode vorgesehen sind. Je nach den Erfordernissen ist an der unteren

Fläche der Heizgrundplatte 8 ein Kühlkörper 27 vorgesehen.

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Der Verbindungsdraht 25 für die selektiven Elektroden und der Verbindungsdraht 26 für die gemeinsame Elektrode sind elektrisch mit einer nachstehend als Treiberschaltung bezeichneten Ansteuereinrichtung verbunden, die Treibersignale, wie z. B. eine Impulsspannung oder dgl., den jeweiligen Heizkörpern zuführt und dadurch einen jeden der Vielzahl von Heizkörpern 11 erregt. Die Treiberschaltung P ist derart aufgebaut, daß ein Signal S für die aufzuzeichnende Information als Eingangssignal eingegeben werden kann. Bei Eingabe des Signals S in die Treiberschaltung gibt diese ein Treiberausgangssignal ab, durch das jeder auf der Basis dieses Treibersignals ausgewählte Heizkörper zum selektiven Ausstoßen der Flüssigkeit über die jeweilige Ausstoßöffnung angesteuert wird, wodurch die Informationsaufzeichnung erfolgt.

Das Endteil des Rohres 17 kann verlängert oder mit einem weiteren Zuführungsrohr C verbunden sein, vorausgesetzt, daß dies mit der Flüssigkeit L in dem Flüssigkeitsreservoir R verbunden ist. Die über die jeweiligen Ausstoßöffnungen abgegebene Flüssigkeit wird daher den jeweiligen Wärme-Wirkzonen über das Rohr 17 zugeführt.

Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform ist ein Aufbau erläutert worden, bei dem die Stirnfläche der Zuleitungsstreckenplatte 9 im wesentlichen unter einem Winkel von 90° zu der Bezugsachse C-D der Flüssigkeitszuleitungsstrecke angeordnet ist, während der Winkel

θ einen Wert von 90° und der Winkel ψ einen Wert von 0° aufweisen. Es ist jedoch auch möglich, daß die Winkel θ und ψ in der in den Fig. 4A und 4B veranschaulichten Weise verändert werden, oder daß zumindest ein Teil der Heizfläche des Heizkörpers unterhalb der Bezugslinie

S in der Flüssigkeitszuführungsstrecke angeordnet wird, während die Winkel θ und H? in der in den Fig. 4C und 4D

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dargestellten Weise verändert werden. In Fig. 4A bezeichnet die Bezugszahl 28 ein Bauteil zur Einstellung des Positionierungswinkel Jf des Heizkörpers 11.

Wenn zur Minimierung des Druckverlustes (Gegendruckes) in der Flüssigkeitszuleitungsstrecke ferner ein vorspringender Abschnitt 2 9 in der Nähe der Wärme-Wirkzone 22 der Zuleitungsstreckenplatte 9 in der in Fig. 4E oder 4F dargestellten Weise vorgesehen wird, läßt sich in bezug auf den Wirkungsgrad des Flüssigkeitsausstoßes eine weitere Verbesserung erzielen.

Bei den in den Fig. 2A bis 2C dargestellten, vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen ist ein Aufbau erläutert worden, bei dem die die Flüssigkeitszuleitungsstrecke 20 bildenden Nuten 14 auf der Seite der Zuleitungsstreckenplatte 9 ausgebildet sind, während die die Flüssigkeitsausstoßstrecke 21 bildenden Nuten 15 auf der Seite der Ausstoßstreckenplatte 10 ausgebildet sind. Hierbei ist es jedoch auch möglich, daß die Nuten 14 in der Heizgrundplatte 8 und die Nuten 15 in der Stirnfläche auf der Seite der Zuleitungsstreckenplatte 9 ausgebildet sind. Wenn möglich, bestehen darüber hinaus sowohl die Zuleitungsstreckenplatte 9 als auch die Ausstoßstreckenplatte 10 aus gleichem Material, in dem

die Flüssigkeitszuleitungsstrecke und die Flüssigkeitsausstoßstrecke durch Anwendung von Arbeitsverfahren, wie z. B. Ätzen, Elektronenstrahlbearbeitung oder Laserstrahlbearbeitung ausgebildet werden können. 30

Aufgrund ihrer charakteristischen Eigenschaften eignet sich die vorstehend beschriebene Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung auch hervorragend für eine Mehrfarben-Aufzeichnung unter Verwendung mehrfarbi-

ger Flüssigkeiten. Wie bereits erwähnt, können die Anordnung der Flüssigkeitsausstoßöffnungen, bei der eine Vielzahl von Düsenöffnungen mit sehr hoher Dichte je

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Abstand bzw. Zeileneinheit angeordnet sind, der Heizkörper und die Ansteuereinrichtung zur Zuführung von Treibersignalen zu dem Heizkörper in jeweils gewünschten Κοητ figurationen aufgebaut werden. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, die Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung für den Ausstoß von mehrfarbigen Flüssigkeiten in sehr kompakter Bauweise zu konstruieren.

Bei Verwendung eines Aufzeichnungskopfes üblicher Bauart können die Aufzeichnungsköpfe für mehrfarbige Flüssigkeiten nicht in hoher Dichte angeordnet werden, so daß eine Verzögerung bei der zeitlichen Ansteuerung in Abhängigkeit von der Anordnungsfolge der Aufzeichnungsköpfe in bezug auf das Aufzeichnungspapier erforderlich ist, was verschiedene Nachteile dahingehend zur Folge hat, daß die Signalsteuerung (insbesondere im Hochgeschwindigkeitsbetrieb) schwierig ist, daß mit hoher Wahrscheinlichkeit Farbverfälschungen auftreten und

dgl.
20

Im allgemeinen wird bei einem aus einer Vielzahl von Bildpunkten bestehenden mehrfarbigen Bild die Wiedergabe von Zwischentönen geringer und die Farbverfälschung unerträglich, wenn die Positionsverschiebung der BiIdpunkte Werte von 150 bis 170 μπι oder dgl. überschreitet. Bei der vorstehend beschriebenen Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungseinrichtung können die Ausstoßöffnungen mit einer Dichte von 10 Düsenöffnungen je mm oder dichter angeordnet werden, da sich die Ausstoßöffnungen inner-

halb dieses Bereiches kritischer Werte ausbilden lassen, so daß sich äußerst vorteilhafte Ergebnisse in bezug auf die Wiedergabe von Zwischentönen usw. erzielen lassen.

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In Fig. 5A ist ein Teil einer Flüssigkeitsstrahl-Farbauf Zeichnungsvorrichtung veranschaulicht. Das heißt, der zur Anpassung der Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung für Farbaufzeichnungszwecke erforderliche Aufbau ist im wesentlichen der gleiche wie im Falle der Ausführungsbeispiele gemäß den Fig. 2A bis 2C, mit der Ausnahme, daß Blockbauteile 16A, 16B und 16C, die die Flüssigkeitszuführungskammern für die jeweiligen Farbflüssigkeiten (z. B. A, B und C) bilden, und Flüssigkeitszuleitungsrohre 17A, 17B und 17C vorgesehen sind. Wie in Fig. 5B dargestellt ist, ist eine Vielzahl von Löchern H in den Nuten 14 der Flüssigkeitszuleitungsstrecke in der Zuleitungsstreckenplatte 9 für jeweils zwei Nuten derart ausgebildet, daß dieselbe Farbflüssigkeit hindurchgeführt werden kann (bei der dargestellten Ausführungsform ist dies z. B. die Farbflüssigkeit C). Die Auswahl des Farbtones und der Art der Farbfiüssigkeit erfolgt korrekt in Abhängigkeit von der Art der Aufzeichnung, d. h., zum Beispiel in Abhängigkeit von einer graphischen Aufzeichnung (der sog. "unechten Aufzeichnung bzw. Falschfarbenaufzeichnung"), einer natürlichen Farbaufzeichnung (der sog. "echten Farbaufzeichnung") oder - als Spezialfall - in Abhängigkeit von der Aufzeichnung eines zweifarbig geschriebenen Schriftstückes, das z. B. ein in den Farben Schwarz und Rot korrigierter Entwurf sein kann, usw.

Obwohl in der Figur nicht dargestellt, kann außerdem

eine geeignete photoempfindliche Detektoreinrichtung

(Filter, Lichtempfangselement usw.) zur Gewinnung von Mehrfarben-Informationen als Eingangssignale für das System der Aufzeichnungsvorrichtung vorgesehen sein.

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Hierbei ist ausreichend, daß die Anordnungsdichte der FlUssigkeitsausstoßöffnungen und die Bildauflösur.gsdichte des Lichtempfangselementes der photoempfindlichen Detektoreinrichtung in bezug auf ein aus einer Vielzahl von Bildpunkten bestehendes einzelnes Bildelement einander entsprechen. Wenn z. B. eine natürliche Farbaufzeichnung mit Flüssigkeiten in den drei Pimärfarben durchgeführt wird, kann die Bildauflösungsdichte des Lichtempfangselementes 4 je mm betragen, wenn die Aus-Stoßöffnungsdichte 10 je mm beträgt.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 5 ist zwar als Beispiel eine Vielzahl von Blockbauteilen 16A, 16B und 16C auf der Zuleitungsstreckenplatte dargestellt, jedoch ist die Zuführung der Flüssigkeit zu dem Aufzeichnungskopf nicht auf dieses Verfahren beschränkt, sondern kann auch durch Anwendung verschiedener anderer Verfahren erfolgen.

Nachstehend sind einige praktische Ausführungsbeispiele für die vorstehend beschriebene Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung aufgeführt:

Beispiel 1 :
25

Der Aufzeichnungskopf für die Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung gemäß Fig. 3 wurde folgendermaßen hergestellt:

Eine Vielzahl von Nuten mit jeweils einer Breite von 60 um, einer Tiefe von 60 um und einer Ganghöhe bzw. einem Abstand von 260 μπι wurde zur Bildung der Zuleitungsstreckenplatte 9 gemäß Fig. 2A mittels eines Mikrofräsers auf einer Glasplatte ausgebildet, die z. B.

die Abmessungen Breite: 5 mm, Länge: 10 mm und Dicke: 0,8 mm aufwies. In der gleichen Weise wurde eine Viel-

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zahl von Nuten mit jeweils einer Breite von 70 um, einer Tiefe von 80 μΐη und einer Ganghöhe bzw. einem Abstand von 250 um zur Bildung der Ausstoßstreckenplatte 10 auf einer die gleichen Abmessungen aufweisenden Glasplatte ausgebildet.

Die Heizgrundplatte 8 besteht im wesentlichen aus einer Wärmespeicher- bzw. Temperatur-Aufrechterhaltungseigenschaften und Flächenglätte aufweisenden Basisschicht 29, einem Heizkörper 11, Elektroden 12, 13 und einer isolierenden Schutzschicht 30. Hierzu wurde SiO₂ als Basisschicht auf ein eine Dicke von 0,6 mm aufweisendes Al₂O,-Substrat bis auf eine Dicke von 3 um (im Vakuum) aufgedampft, woraufhin sich eine aufeinanderfolgende Laminierung von ZrB₂ in einer Dicke von 0,08 um und die Elektroden bildendem Aluminium in einer Dicke von 0,5 um anschloß. Daraufhin wurde der eine Breite von 65 iim und eine Länge von 75 um aufweisende Heizkörper 11 mit einer Ganghöhe bzw. in einem Abstand von 250 um durch selektive Photo-Ätzung ausgebildet. Sodann wurde SiO₂ zur Bildung der isolierenden Schutzschicht in einer Dicke von 1 um (im Vakuum) aufgedampft, woraufhin der Kühlkörper 27 an der Rückseite des Substrats angebracht wurde, womit der Aufbau der Heizgrundplatte 8 abgeschlossen war.

Fig. 6 stellt eine Draufsicht auf die derart erhaltene Heizgrundplatte 8 dar. In Fig. 6 bezeichnen die Bezugszahlen 11-1 bis 11-7 eine Vielzahl von Heizkörpern, die Bezugszahlen 12-1 bis 12-7 die selektiven Elektroden und die Bezugszahl 13 die gemeinsame Elektrode. (Bei diesem Ausführungsbeispiel sind sieben Heizkörper und sieben selektive Elektroden vorgesehen.) Die selektiven Elektroden 12-1 bis 12-7 und die gemeinsame Elektrode

*" 13 verlaufen bis zu einem Endabschnitt der Heizgrundplatte 8 und sind mit der Ansteuereinrichtung bzw. Treiberschaltung P elektrisch verbunden. Zur Herstellung der Ausstoßöffnungsplatte 18 wurden jeweils einen

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Durchmesser von 60 um aufweisende Löcher mit einer Ganghöhe bzw. in einem Abstand vcn 250 μια in ein eine Dicke von 100 um aufweisendes Molybdänteil gebohrt. Die Ausstoßöffnungsplatte 18 muß jedoch nicht immer vcr-

gesehen werden, sondern kann entfallen, wenn die Ausstoßstrecke eine gewünschte Form aufweist und die Tröpfchen über diese Strecke gleichmäßig ausgestoßen werden können. Außerdem wurden das zur Einleitung der von einem externen Flüssigkeitstank zugeführten Flüssigkeit in die

" Flüssigkeitszuleitungsstrecke dienende Blockbauteil 16, das Flüssigkeitszuleitungsrohr 17 und das Entlüftungsrohr 19 hergestellt.

Die Zuleitungsstreckenplatte 9, die Ausstoßstreckenplatte 10, die Heizgrundplatte 8, die Ausstcßöffnungsplatte 18 und das Blockbauteil 16 wurden sodann zur Bildung der Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung gemäß Fig. 3 einstückig zusammengefügt. In Fig. 7 ist ein Teil des Aufzeichnungskopfes dieser Flüssigkeits-

strahl-Aufzeichnungsvorrichtung veranschaulicht.

Unter Verwendung des den vorstehend beschriebenen Aufbau aufweisenden Aufzeichnungskopfes und einer die nachstehend wiedergegebene Zusammensetzung aufweisenden

Aufzeichnungsflüssigkeit wurden sodann Flüssigkeitsausstoßversuche durchgeführt.

Hierbei wurden folgende Aufzeichnungsbedingungen vorgegeben:

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2 9 A 4 ϋ Ο

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Signalspannung	15	V
Frequenz	1	,5 kHz
Impulsdauer	20	US

Der Aufzeichnungsbetrieb wurde kontinuierlich über 40 Stunden fortgesetzt. Das Ergebnis zeigte, daß die Gleichmäßigkeit des Tröpfchenausstoßes überhaupt keine Veränderungen aufwies und sich eine hervorragende Aufzeichnung ohne das Auftreten von fehlerhaften BiIdpunkten erzielen ließ- Ein ausgezeichnetes Ergebnis konnte auch mit einer Frequenz von 5 kHz erhalten werden.

Zusammensetzung der Flüssigkeit; 15

(I) Wasser	68 g
A'thylenglykol	30 g
Direktechtschwärζ	2 g
(II) Toluol	70 g
Äthylenglykol	28 g
ölruß (ölschwarz) HBB	2 g
Beispiel 2:

In der gleichen Herstellungsweise, wie vorstehend in Verbindung mit dem Ausführungsbeispiel 1 beschrieben, wurden verschiedene Aufzeichnungsköpfe hergestellt, bei denen sich der Winkel θ und der von der Normallinie

zu der Heizfläche und der Bezugslinie in Flüssigkeitsausstoßrichtung gemäß Fig. 1 gebildete Winkel ψ gemäß der nachstehend wiedergegebenen Tabelle 1 jeweils voneinander unterschieden.

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Tabelle 1

Vergleichsbeispiel

θ 180°

SP 90°

A 100 us

B 15 V

Beispiel	2	O	US
135°	90	O	V
45°	0
77 με	61
12 V	11

Die Aufzeichnungsvorgänge wurden ebenfalls in der gleichen Weise wie bei dem Ausführungsbeispiel 1 durch-

•ic geführt. In Tabelle 1 sind außerdem die Treibersoanr.ung, die Impulsdauer und die Frequenz für die Aufzeichnungsvorgänge wiedergegeben. Hierbei bezeichnet die Zeile "A" in Tabelle 1 eine Impulsdauer für einen stabilen, gleichmäßigen Tröpfchenausstoß/ wenn ein Signal mit einer Treiberspannung von 15 V und einer Frequenz von 2 kHz angelegt wird, während die Zeile "B" die minimale Treiberspannung für den Tröpfchenausstoß angibt, wenn ein Signal mit einer Impulsdauer von 100 us und einer Frequenz von 2 kHz angelegt wird.

Insbesondere konnten vorteilhafte Ergebnisse

in bezug auf den Wirkungsgrad beim Flüssigkeitsausstoß erzielt werden, wenn die Ausstoßrichtung und die Zuführungsrichtung der Flüssigkeit wie bei der vorstehend beschriebenen Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung in einem gekrümmten Verhältnis zueinander standen.

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Beispiel 3:

Im wesentlichen in der gleichen Weise wie beim Beispiel 1 wurde ein Mehrfachdüsen-Aufzeichnungskopf für eine volle Zeile hergestellt, bei dem die Ausstoßöffnungen mit einer Dichte von 1728 Öffnungen in einer Ganghöhe bzw. einem Abstand von 125 μΐη vorgesehen waren. Die Aufzeichnungsvorgänge wurden auf einem Aufzeichnungspapier des Formates A4 unter folgenden Aufzeichnungsbedingungen durchgeführt:

Treiberspannung: 15 V

Impulsdauer: 20 us Frequenz: 1,2 kHz

Bewegungsgeschwindigkeit

des Aufzeichnungspapiers: 10 cm/s

Die für die Aufzeichnung erforderliche Zeit betrug annähernd 3 s, so daß eine sehr hohe Aufzeichnungsgeschwindigkeit erzielt wurde.

Beispiel 4:

Die Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung der in Fig. 5A dargestellten Art wurde in der nachstehend beschriebenen Weise hergestellt.

SiO- wurde als Wärme-Regenerierschicht 21 auf ein eine Dicke von 0,6 mm aufweisendes Al₀O,-Substrat

on * ^J

° in einer Dicke von 3 um (im Vakuum) aufgedampft, woraufhin eine aufeinanderfolgende Laminierung bzw. Beschichtung mit ZrB» als Heiz-Widerstandskörper in einer Dicke von 0,08 um und die Elektroden bildendem Aluminium in einer Dicke von 0,5 um vorgenommen wurde. Sodann wurden hierauf 1000 Heiz-Widerstandskörper, die jeweils eine Breite von 50 um und eine Länge von 300 um aufwiesen.

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mit einer Ganghöhe bzw. in einem Abstand von 111 um durch selektive Photo-Ätzung ausgebildet. Daraufhin wurde SiO₂ zur Bildung einer isolierenden Schutzschicht in einer Dicke von 1 um (im Vakuum) aufgedampft, wodurch der elektro-thermische Wandlerabschnitt vollständig hergestellt war.

Sodann wurde eine Nutenplatte mit einer Vielzahl von Nuten, die jeweils eine Breite von 60 μπι, eine Tiefe von 60 μπι und eine Ganghöhe bzw. einen Abstand von 111 μΐη (was einer Ausstoßöffnungsdichte von 9 je mm entspricht) aufwiesen, mittels eines Mikrofräsers auf einer Glasplatte ausgebildet, woraufhin aus Glas bestehende Flüssigkeitszuleitungsblocks 16A, 16B und 16C an deir.

Substrat 8 angebracht wurden, auf dem der elektro-thermische Wandlerabschnitt vorgesehen war. Sodann wurde der aus Aluminium bestehende Kühlkörper 27 auf der gegenüberliegenden Seite des Substrates 8 durch Herstellen einer Klebverbindung befestigt.

Da bei diesem Ausführungsbeispiel die Ausstoßöffnungen ausreichend klein sind, wurden keine speziellen Maßnahmen dahingehend ergriffen, auch die Ausstoßöffnungsplatte am Vorderende der derart ausgestalteten Aus-" stoßöffnungen zur Bildung von öffnungen eines gewünschter. Durchmessers anzuordnen.

Der auf diese Weise hergestellte Aufzeichnungskopf (mit einer Ausstoßöffnungsdichte von 9 je mm und

einer Gesamtanzahl von 1000 Ausstoßöffnungen) wurde mit einer Steuerschaltung, einer photoempfindlichen Detektoreinrichtung usw. verbunden, woraufhin die gesamte Anordnung in Betrieb genommen wurde, indem eine Impulsspannur.g an die 1000 elektro-thermischen Wandlerelement in Ab-

hängigkeit von Bildsignalen angelegt wurde, während die

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1 Flüssigkeit unter einem derartigen Truck zugeführt

wurde, daß kein Austritt der Flüssigkeit aus den Ausstoßöffnungen 18 erfolgte, bevor nicht der Heiz-Widerstandskörper Wärmeenergie erzeugte. Als Ergebnis konnte 5 ein Farbbild mit ausgezeichneter Bildauflösung und hervorragenden Zwischentönen erhalten werden. Darüber hinaus ergab sich eine sehr hohe Aufzeichnungsgeschwindigkeit .

10 Die Aufzeichnungsbedingungen sind in der nachstehend wiedergegebenen Tabelle 2 aufgeführt.

Treiberspannung Impulsdauer Wiederholfrequenz Aufzeichnungsmaterial

Tabelle	2
35	V
10	US
5	kHz

Qualitativ hochwertiges Papier (A-Format 28,5 kg, hergestellt und vertrieben von Hokuetsu Seishi K.K. unter dem Handelsnamen "Seven Star")

Flüssigkeit (Tinte) Gelb

Rot (Magenta)

Blau (Cyan)

Ospi Gelb RY 2,0 g (Produkt der Orient Chemical Industries Ltd.)

Äthanol 80,0 g

Diäthylenglykol 18,Og

Ospi Pot BT 3,0 g

(Produkt der Orient

Chemical Industries

Ltd.)

Äthanol 80,0 g

Diäthylenglykol 17,0 g

Ospi Blau RL
(Produkt der Orient

Chemical Industries

Ltd.)

Äthanol 80,0 g

Diäthylenglykol 18,0 g

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Für die Aufzeichnungsflüssigkeit wurden außerdem folgende Zusammensetzungen verwendet, die im wesentlichen zu dem gleichen vorteilhaften Ergebnis führten:

Gelb Suminol Milling Gelb G (Produkt der Sumitomo Chemical Co., Ltd.)

2,0 g

	Wasser	80,0	g
	Äthylenglykol	18,0	g
Rot (Magenta)	Suminol Levelling Brilliant Rot (Produkt der Sumitomo Chemical Co., Ltd.)	1,0	g
	Wasser	80,0	g
	Äthylenglykol	19,0	g
Blau (Cyan)	Suminol Milling Brilliant Blau GW (Produkt der Sumitomo Chemical Co., Ltd.)	1,0	g
	Wasser	80,0	g
	Äthylenglykol	19,0	g
Beispiel 5:

Die in Fig. 2C im Querschnitt dargestellte Aufzeichnungsvorrichtung wurde folgendermaßen hergestellt:

In der gleichen Weise, wie vorstehend unter Bezugnahme auf Fig. 2A beschrieben, wurde eine Vielzahl von Nuten, die jeweils eine Breite von 60 um, eine Tiefe von 60 um und eine Ganghöhe bzw. einen Abstand von 250 μΐη aufwiesen, mittels eines Mikrofräsers auf einer Glasplatte ausgebildet, wodurch die Zuleitungsstreckenplatte 9 erhalten wurde. Ferner wurde eine Vielzahl von Nuten, die jeweils eine Breite von 70 um, eine Tiefe von 80 um und eine Ganghöhe bzw. einen Abstand vor 250 um aufwiesen, in der gleichen Weise ausgebildet, wobei darüber hinaus eine Stufe von 10 um ausgebildet wurde, indem die Oberfläche dort abgeätzt wurde, wo sie

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' mit der Heiz-Grundplatte in Berührung steht, so daß sie mit einer Ausnehmung in der Heiz-Grundplatte in Eingriff treten kennte. Hierdurch wurde die Ausstoßstreckenplatte 10 erhalten.
5

Die Heiz-Grundplatte 8 umfaßte eine Basisschicht zur Wärmespeicherung bzw. Temperaturaufrechterhaltung und Erzielung einer Oberflächenglätte, einen Heizkörper,

Elektroden, eine isolierende Schutzschicht usw. 10

Eine Ausnehmung 30 von 10 um Tiefe und 80 um Breite wurde in einem eine Dicke von 0,6 mm aufweisenden Al-O^-Substrat ausgebildet, auf das SiO₂ als Basisschicht in einer Dicke von 3 um (im Vakuum) aufgedampft wurde, worauf eine aufeinanderfolgende Beschichtung mit ZrB- in einer Dicke von 0,08 um und die Elektroden bildendem Aluminium in einer Dicke von 0,5 um erfc^jte. Sodann wurde der Heizkörper 11 mit einer Dicke von 65 um und einer Länge von 75 um durch selektive Photo-

Ätzung mit einer Ganghöhe bzw. in einem Abstand von 250 um ausgebildet. Daraufhin wurde SiO₂ zur Bildung einer isolierenden Schutzschicht in einer Dicke von 1 um (im Vakuum) aufgedampft, woraufhin ein Kühlkörper an der Hinterseite des Substrates angebracht wurde.

Nach Herstellung und Anbringung dieser Heiz-Grundplatte war die Herstellung der Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung abgeschlossen.

Die Aufzeichnungsvorgänge wurden unter Verwendung dieser Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung in der gleichen Weise wie im Falle des vorstehend beschriebenen Beispiels 1 durchgeführt, wobei ebenfalls hervorragende Ergebnisse erzielt wurden.

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Die vorstehend beschriebene Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung umfaßt somit einen Aufzeichnungskopf, der Flüssigkeitsausstoßöffnungen zum Ausstoßen von Flüssigkeit in eine vorgegebene Richtung, eine Heizeinrichtung, eine Wärme-Wirkzone, in der die von der Heizeinrichtung erzeugte Wärmeenergie auf die Flüssigkeit einwirkt, und eine Flüssigkeitstransportstrecke zur Zuführung der Flüssigkeit zu der Wärme-Wirkzone aufweist, und eine Ansteuereinrichtung bzw. Treiberschaltung zur Erzeugung von Treibersignalen zur Ansteuerung der Heizeinrichtung für den Ausstoß der Flüssigkeit in der vorgegebenen Richtung, wobei die Richtung der aus der Flüssigkeitstransportstrecke in die Wärme-Wirkzone strömenden Flüssigkeit sich von der Richtung der aus der Wärme-Wirkzone zu den Flüssig keitsausstoßöffnungen hin strömenden Flüssigkeit unter scheidet.

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-JC'

L e e r s e i t e

Claims

10 Patentansprüche

f 1J Flüssigkeitsstrahl -Aufzeichnungsvorrichtung, gekennzeichnet durch einen Aufzeichnungskopf (1), der eine Flüssigkeitsausstoßöffnung (2) zum Ausstoßen von Flüssigkeit in eine vorgegebene Richtung, ein Heizelement (4), eine Wärme-Wirkzone (5), in der von dem Heizelement erzeugte Wärmeenergie auf die Flüssigkeit einwirkt, und eine Flüssigkeitszuleitungsstrecke (6) zur Zuführung der Flüssigkeit zu der Wärrae-Wirkzone aufweist, und durch eine Ansteuereinrichtung

(P) zur Erzeugung von Treibersignalen zum Ansteuern des Heizelementes für den Ausstoß der Flüssigkeit in die vorgegebene Richtung/ wobei die Richtung der aus der Flüssigkeitszuleitungsstrecke in die Wärme-Wirkzone strömenden Flüssigkeit sich von der Richtung der aus der Wärme-Wirkzone zu der Flüssigkeitsausstoßöffnung hinströmenden Flüssigkeit unterscheidet.

2. Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizfläche (S_G) des Heizelementes auf die Ausstoßöffnung gerichtet ist.

X/rs

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3. Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Ausstoßöffnungen und zugehörigen Wärme-Wirkzonen vorgesehen ist.

4. Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einer jeden Wärme-Wirkzcne ein Heizelement zugeordnet ist.

5. Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Vielzahl von Ausstoßöffnungen entsprechende Anzahl von Heizelementen und Flüssigkeitszuleitungsstrecken vorgesehen ist.

6. Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein von der Richtung der aus der Flüssigkeitszuleitungsstrecke in die Wärme-Wirkzone strömenden Flüssigkeit und der Richtung der aus der Wärme-Wirkzone zu der Ausstoßöffnung hinströmenden Flüssigkeit gebildeter Winkel (Θ) im Bereich von 30°^. θ 4=. 150° liegt.

7. Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein von der Richtung der aus der Flüssigkeitszuleitungsstrecke in die Wärme-Wirkzone strömenden Flüssigkeit und der Richtung der aus der Wärme-Wirkzone zu der Ausstoßöffnung hinströmenden Flüssigkeit gebildeter Winkel (Θ) im Bereich von 45°έβ 9^-135° liegt.

8. Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein von der Richtung der aus der Flüssigkeitszuleitungsstrecke in die Wärme-Wirkzone strömenden Flüssigkeit

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und der Richtung der aus der Wärme-Wirkzone zu der Ausstoßöffnung hinströmenden Flüssigkeit gebildeter Winkel (Θ) im Bereich von 80°^s9i=100^o liegt.

9. Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein von einer Senkrechten zu der Heizfläche des Heizelementes und der Richtung des aus der Wärme-Wirkzone zu der Ausstoßöffnung hinströmenden Flüssigkeit eingeschlossener Winkel { ψ ) kleiner als 45° ist.

0O. Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein von einer Senkrechten zu der Heizfläche des Heizelementes und der Richtung des aus der Wärme-Wirkzone zu der Ausstoßöffnung hinströmenden Flüssigkeit eingeschlossener Winkel ( ψ ) kleiner als 30° ist.

11. Flüssigkeitsstrahl-AufZeichnungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein

von einer Senkrechten zu der Heizfläche des Heizelementes und der Richtung des aus der Wärme-Wirkzone zu der Ausstoßöffnung hinströmenden Flüssigkeit eingeschlossener Winkel ( ψ ) kleiner als 5° ist. 25

12. Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein von der Richtung der aus der Flüssigkeitszuleitungsstrecke in die Wärme-Wirkzone strömenden Flüssigkeit _Und der Richtung der aus der Wärme-Wirkzone zu der

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Ausstoßöffnung hinströmenden Flüssigkeit gebildeter Winkel (Θ) einen Wert von 90° +_ 10° aufweist und daß ein von einer Senkrechten zu der Heizfläche des Heizelementes und der Richtung der aus der Wärme-Wirkzone zu der Ausstoßöffnung hinströmenden Flüssigkeit eingeschlossener Winkel ( ψ ) einen Wert von 5° oder weniger aufweist.

13. Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der Heizfläche des Heizelementes unterhalb einer Bezugsachse (S; C-D) eines Bereiches in der Nähe der Wärme-Wirkzone in der Flüssigkeitszuleitungsstrecke angeordnet ist, die im wesentlichen parallel zu der Richtung der aus der Flüssigkeitszuleitungsstrecke in die Wärme-Wirkzone strömenden Flüssigkeit verläuft.

1 4 . Flüssigkeitsstrahl-Auf zeichnungsvorrichtunr- ^O nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufzeichnungskopf zumindest eine Heizgrundplatte (8), auf der das Heizelement (11) vorgesehen ist, eine Zuleitungsstreckenplatte (9) und eine Ausstoßstreckenplatte (10) aufweist, wobei die Zuleitungs-

streckenplatte und die Ausstoßstreckenplatte jeweils mit einer Vielzahl feiner Nuten (14; 15) zur jeweiligen Bildung der Flüssigkeitsausstoßöffnung (21), der Flüssigkeitszuleitungsstrecke (20) und

der Wärme-Wirkzone (22) versehen sind. 30

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15. Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufzeichnungskopf mit einem Tintenzuführungskammerblock (16) zur Einspeisung von Tintenflüssigkeit in die

** Flüssigkeitszuleitungsstrecke (20) versehen ist.

16. Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Ausstoßöffnungen (H) zum unabhängig voneinander erfolgenden

" Ausstoßen einer Flüssigkeit aus einer Vielzahl von mehrfarbigen Flüssigkeiten (A, B, C) mit unterschiedlichen Farbtönen, Heizelemente (11) und Wärme-Wirkzonen (22), über die der Vielzahl von Flüssigkeiten Wärmeenergie zuführbar ist, und Flüssigkeitszuleitungsstrecken (20) zur Zuführung der Vielzahl von Flüssigkeiten zu den Wärme-Wirkzonen vorgesehen sind.

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