DE69725067T2

DE69725067T2 - Flüssigkeitsausstosskopf, Kassette für einen Flüssigkeitsausstosskopf und Flüssigkeitsausstossapparat

Info

Publication number: DE69725067T2
Application number: DE69725067T
Authority: DE
Inventors: Yoshiyuki Ohta-ku Imanaka; Toshio Ohta-ku Kashino; Shuji Ohta-ku Koyama; Masashi Ohta-ku Shimizu; Yoshie Azumi-Gun Asakawa
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1996-07-09
Filing date: 1997-07-09
Publication date: 2005-02-17
Anticipated expiration: 2017-07-10
Also published as: EP0819531B1; EP0819531A3; EP0819531A2; JPH1076662A; DE69725067D1; US5992984A; US6264302B1

Description

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Flüssigkeitsausstoßkopf zum Ausstoß einer gewünschten Flüssigkeit durch Blasenbildung, die hervorgerufen wird, indem einer Flüssigkeit thermischer Energie zugeführt wird, sowie auf eine Kartusche und ein Flüssigkeitsausstoßgerät unter Verwendung des Flüssigkeitsausstoßkopfes, und insbesondere auf einen Flüssigkeitsausstoßkopf mit einem beweglichen Glied, das in der Lage ist, durch Blasenerzeugung einen Versatz hervorzurufen, und auf eine Kopfkartusche und ein Flüssigkeitsausstoßgerät unter Verwendung eines derartigen Flüssigkeitsausstoßkopfes.
Die vorliegende Erfindung läßt sich anwenden bei einem Gerät, wie beispielsweise einem Drucker, der verschiedene Aufzeichnungsmedien bedruckt, wie Papier, Garngewebe, Fasergewebe, Textilien, Leder, Metall, Plastikmaterialien, Glas, Holz, Keramiken und so weiter, bei einem Kopierer, einem Faxgerät, das ausgestattet ist mit einem Übertragungssystem oder einem Wortprozessor, der in einer Druckereinheit vorgesehen ist, und auch bei einem industriellen Druckergerät, das zusammengebaut ist als Einheit mit verschiedenen Verarbeitungsgeräten.
In der vorliegenden Erfindung bedeutet das Wort "Aufzeichnung" nicht nur das Bereitstellen eines bedeutungsvollen Bildes, wie ein Zeichen oder Graphiken, auf einem Aufzeichnungsmedium, sondern auch das Bereitstellen bedeutungsloser Bilder, wie beispielsweise eines Musters.
Zum Stand der Technik
Bereits bekannt ist ein Tintenstrahldruckverfahren, das sogenannte Blasenstrahldruckverfahren, welches eine Bilderzeugung schafft durch Bereitstellen von Tinte mit Energie, wie beispielsweise Wärme, um eine Zustandsänderung in der Tinte herbeizuführen, verbunden mit einer schnellen Volumenänderung (Erzeugung einer Blase), Ausstoß von Tinte aus einem Ausstoßport durch eine Wirkungskraft auf der Grundlage einer derartigen Zustandsänderung und Auftragen solchermaßen ausgestoßener Tinte auf ein Aufzeichnungsmedium. Im Drucker, der ein solches Blasenstrahldruckverfahren anwendet, sind allgemein vorgesehen, wie beispielsweise in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 61-59911 und Nr. 61-59914 offenbart, ein Ausstoßport zum Tintenausstoß und ein Tintenflußweg, der mit dem Ausstoßport kommuniziert, und ein Wärmeerzeugungsglied (ein elektrothermisches Umsetzglied), das vorgesehen ist im Tintenlaufweg und ein Energieerzeugungsmittel bildet, um Energie zum Ausstoß der Tinte zu erzeugen.
Ein derartiges Druckverfahren stellt verschiedene Vorteile bereit, wie beispielsweise das Drucken eines Bildes mit hoher Qualität und hoher Geschwindigkeit bei geringer Geräuschentwicklung, und erzielt ein Druckbild mit hoher Auflösung, selbst ein Farbbild, mit einem kompakten Gerät, da der Druckkopf unter Verwendung eines derartigen Druckverfahrens Tintenausstoßports in hoher Dichte anzuordnen gestattet. Aus diesem Grund wird ein derartiges Blasenstrahldruckverfahren seit kurzem nicht nur in verschiedenen Büroeinrichtungen, wie in Druckern, Kopierern, Faxgeräten, verwendet, sondern auch in industriellen Systemen, wie beispielsweise in Textilbedruckungsgeräten.
Mit einer derartigen Verbreitung der Blasenstrahldrucktechnologie in Produkten verschiedener Gebiete sind verschiedene Erfordernisse unbedingt nachstehend zu erläutern.
Für das Erfordernis des Verbesserns der Energieeffizienz ist beispielsweise eine Optimierung des Wärmeerzeugungsgliedes berücksichtigt worden, wie das Einstellen der Stärke des Schutzfilms. Diese Technologie ist effektiv beim Verbessern der Effizienz der Ausbreitung der erzeugten Wärme in die Flüssigkeit.
Zur Erzielung des Bildes höherer Qualität ist auch bereits ein Ansteuerzustand vorgeschlagen worden zu einem befriedigenden Flüssigkeitsausstoß, womit eine höhere Tintenausstoßgeschwindigkeit und eine stabile Blasenerzeugung realisiert wird, und eine verbesserte Form des Flüssigkeitslaufweges zum Realisieren eines Flüssigkeitsausstoßkopfes mit höherer Nachfüllgeschwindigkeit der ausgestoßenen Tinte in den Flüssigkeitslaufweg.
Zum Vermeiden des Verlustes von Ausstoßenergie, die sich ergibt aus einer Rückwärtswelle, die eine Druckwelle ist, die beim Blasenerzeugen durch das Ausstoßenergieerzeugungselement im Tintenweg aufkommt und übertragen wird in die Richtung hin zur Flüssigkeitskammer gegenüber der Richtung hin zum Ausstoßport, sind Erfindungen unter Verwendung eines Wellenmechanismus als Flüssigkeitswiderstandselement in den japanischen offengelegten Patentanmeldungen mit den Nummern 63-197652 und 63-199972 offenbart.
Die 49A und 49B sind eine externe perspektivische Ansicht beziehungsweise eine Querschnittsansicht, womit die Flüssigkeitswegstruktur eines herkömmlichen Flüssigkeitsausstoßkopfes gezeigt wird.
Wie in den 49A und 49B gezeigt, ist ein Rückwärtswellenvermeidungsventil 1010 auf der Aufwärtsstromseite in Tintenflußrichtung vorgesehen, nämlich auf der Seite einer gemeinsamen Flüssigkeitskammer 1012, in Hinsicht auf einen Wärmewirkungsbereich (ein Raum, der aus dem elektrothermischen Umsetzelement senkrecht zur Ebene hervorsteht) in der Nähe eines Wärmeerzeugungsgliedes 1002, vorgesehen in einem Tintenweg 1003 zum Erzeugen einer Blase. Ein derartiges Rückwärtswellenvermeidungsventil 1010 dient der Vermeidung des Verlustes der Ausstoßenergie durch derartiges Funktionieren zum Verhindern der Bewegung der Tinte hin zur Stromaufwärtsseite durch die Rückwärtswelle.
Bei einer derartigen Konfiguration ist jedoch das Unterdrücken eines Teils der Rückwärtswelle durch das Vermeidungsventil 1010 für den Flüssigkeitsausstoß unpraktisch, wie sich aus der Betrachtung einer Situation der Blasenerzeugung im Tintenweg 1003 ergibt, der die auszustoßende Flüssigkeit führt.
Die Rückwärtswelle selbst trägt grundsätzlich nicht direkt zum Tintenausstoß bei. Wenn die Rückwärtswelle im Tintenweg 1003 erzeugt wird, hat ein Abschnitt des Blasendrucks mit direktem Bezug auf den Flüssigkeitsausstoß bereits die ausstoßbare Flüssigkeit aus dem Tintenweg 1003 heruntergebracht, wie in 49B gezeigt. Folglich ist es offensichtlich, daß das Unterdrücken der Vorwärtswelle, insbesondere eines Teiles dieser, keinen signifikanten Einfluß auf den Flüssigkeitsausstoß hat.
Obwohl der zuvor erläuterte herkömmliche Kopf mit dem Ventilmechanismus zum Vermeiden der Rückwärtswelle bei der Blasenerzeugung die Flüssigkeitsausstoßeffizienz um einen gewissen Betrag verbessern kann durch Vermeiden der Rückwärtswelle, die sich hin zur Stromaufwärtsseite ausbreitet, beabsichtigt eine derartige Konfiguration nur die Vermeidung des Rettens eines Abschnitts hin zur Stromaufwärtsseite von der Ausstoßenergie, die erzeugt wird bei der Blasenerzeugung und noch nicht ausreichend ist zum Erzielen einer signifikanten Verbesserung der Ausstoßeffizienz und der Ausstoßleistung.
Andererseits wird beim Tintenstrahldruckverfahren ein Auftrag auf der Oberfläche des Wärmeerzeugungsgliedes erzeugt durch Verschrumpeln oder Gerinnen der Tinte, da das Erwärmen in einem Zustand wiederholt wird, bei dem das Wärmeerzeugungsglied mit der Tinte in Kontakt ist, und abhängig von der Art der Tinte wird eine derartige Auftragung in einem großen Umfang erzeugt, die die Blasenerzeugung instabil hält, wodurch befriedigender Tintenausstoß schwierig werden kann. Aus diesem Grund ist ein Verfahren wünschenswert zum Erzielen eines befriedigenden Ausstoßes, ohne die auszustoßende Flüssigkeit zu denaturieren, selbst in einem Falle einer Flüssigkeit, die gegenüber Wärme empfindlich ist oder nicht zur hinreichenden Blasenbildung in der Lage ist.
In Hinsicht auf die vorstehenden Punkte ist ein Verfahren des Konstituierens der Flüssigkeit zum Erzeugen von Blasen durch Wärme (Blasenerzeugungsflüssigkeit) und der Flüssigkeit, die auszustoßen ist (Ausstoßflüssigkeit) durch unterschiedliche Flüssigkeiten und Ausstoßen solcher Ausstoßflüssigkeit durch Übertragen des Druckes der Blasenerzeugung zu einer solchen Ausstoßflüssigkeit offenbart beispielsweise in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 61-59916 und den japanischen offengelegten Patentanmeldungen mit den Nummern 55-81172 und 59-26270. In diesen Patenten wird eine Konfiguration vollständiger Trennung der Tinte oder Ausstoßflüssigkeit von der Blasenerzeugungsflüssigkeit mit einer flexiblen Membran, wie beispielsweise einem Silikongummi, verwendet, wodurch der direkte Kontakt mit der Ausstoßflüssigkeit mit dem Wärmeerzeugungsglied vermieden wird und der Druck der Blasenerzeugung in der Blasenerzeugungsflüssigkeit zur Ausstoßflüssigkeit durch Deformieren der flexiblen Membran übertragen wird. Beabsichtigt ist durch eine solche Konfiguration das Vermeiden eines Auftrags auf der Oberfläche des Wärmeerzeugungsgliedes und die Erhöhung des Freiheitsgrades bei der Auswahl der Ausstoßflüssigkeit.
Im Kopf der oben erläuterten Konfiguration, bei der die Ausstoßflüssigkeit und die Blasenerzeugungsflüssigkeit vollständig voneinander getrennt sind, wird der Druck der Blasenerzeugung, zu übertragen auf die Ausstoßflüssigkeit durch die Verlängerungsdeformierung der flexiblen Membran, eine beträchtliche Absorption durch eine derartige flexible Membran erfolgen. Wenn der Betrag der Deformation der flexiblen Membran auch nicht so groß ist, wird es im Ergebnis einen Verlust der Energieeffizienz und auch bei der Ausstoßkraft geben, so daß der gewünschte befriedigende Flüssigkeitsausstoß schwer zu erreichen ist, obwohl die Wirkung der Trennung der Ausstoßflüssigkeit und der Blasenerzeugungsflüssigkeit erzielbar ist.
Mit der neusten Verbreitung der Blasenstrahltechnologie in verschiedenen Gebieten, wie im Vorstehenden erläutert, ist es erwünscht gewesen, einen Flüssigkeitsausstoßkopf zu schaffen, während der Freiheitsgrad der Auswahl der Ausstoßflüssigkeit in Hinsicht auf die Viskosität und die thermischen Eigenschaften erweitert wird.
In Hinsicht auf diese Punkte hat der vorliegende Anmelder bereits vorgeschlagen:
einen Flüssigkeitsausstoßkopf, der versehen ist mit einem Flüssigkeitsweg, der über einen Ausstoßport verfügt zum Ausstoß einer Flüssigkeit; ein Wärmeerzeugungsglied zum Erzeugen einer Blase in der Flüssigkeit durch Wärmebeaufschlagung; und ein bewegliches Glied, das sich gegenüber diesem Wärmeerzeugungsglied befindet, und das ein freies Ende auf der Seite des Ausstoßports hat und eingerichtet ist zum Versetzen des freien Endes durch einen Druck, der aus der Blasenerzeugung resultiert, wodurch der Druck geführt wird, was zu einer Blasenerzeugung auf der Seite des Ausstoßports führt, oder ein Flüssigkeitsausstoßkopf mit einem ersten Flüssigkeitsweg, der mit einem Ausstoßport kommuniziert, einem zweiten Flüssigkeitsweg, der vorgesehen ist mit einem Wärmeerzeugungsglied zum Erzeugen einer Blase in der Flüssigkeit durch Wärmezuführung; und ein bewegliches Glied, das sich zwischen dem ersten und dem zweiten Flüssigkeitsweg befindet und ein freies Ende hat auf der Seite des Ausstoßports und eingerichtet ist, das freie Ende hin zum ersten Flüssigkeitsweg zu versetzen durch einen Druck, der sich aus der Blasenerzeugung im zweiten Flüssigkeitsweg ergibt, wodurch der Druck übertragen wird, der aus der Blasenerzeugung resultiert, hin zum ersten Flüssigkeitsweg.
Die zuvor beschriebene Konfiguration läßt sich erreichen durch einen Flüssigkeitsausstoß mit hoher Ausstoßeffizienz und hohem Ausstoßdruck, das ein Hauptabschnitt des Druckes, resultierend aus der Blasenerzeugung, übertragen werden kann durch das bewegliche Glied, das direkt an der Seite des Ausstoßports sitzt.
In der Konfiguration, in der der zweite Flüssigkeitsweg mit dem Wärmeerzeugungsglied getrennt ist vom ersten Flüssigkeitsweg, der mit dem Ausstoßport kommuniziert, kann insbesondere der Druck (Druckwelle), erzeugt im zweiten Flüssigkeitsweg, konzentriert werden auf das bewegliche Glied. Dieser Druck kann weiter gerichtet werden durch das bewegliche Glied hin zum Ausstoßport, so daß die Ausstoßeffizienz und der Ausstoßdruck weiter erhöht werden können. Auch kann in einer solchen Konfiguration die Flüssigkeitsnachfüllung in befriedigender Weise erreicht werden, da ein Hauptabschnitt der Druckwelle, übertragen auf den ersten Flüssigkeitsweg, hin zum Ausstoßport gerichtet ist und der Umfang der Rückwärtswelle im ersten Flüssigkeitsweg ziemlich beschränkt ist.
Auch im Falle unterschiedlicher Flüssigkeiten, die ausgewählt werden als Ausstoßflüssigkeit im ersten Flüssigkeitsweg und der Blasenerzeugungsflüssigkeit im zweiten Flüssigkeitsweg am Kopf der zuvor erläuterten Konfiguration, wird es für möglich gehalten, einen Auftrag auf dem Wärmeerzeugungsglied zu erzeugen und in befriedigender Weise selbst eine Flüssigkeit auszustoßen, die keine Blase erzeugt oder auf die Blasenerzeugung beschränkt ist oder auf wärmeempfindliche Flüssigkeit.
Der Flüssigkeitsausstoßkopf derartiger Konfiguration mit einer Teilwand, die versehen ist mit einem beweglichen Glied und einem zweiten Flüssigkeitsweg, der die Blasenerzeugungsflüssigkeit enthält, kann vorbereitet werden beispielsweise durch Bilden der Wände der zweiten Flüssigkeitswegen mit Photolack, beispielsweise als ein Trockenfilm, auf einer Heiztafel, die die wärmeerzeugenden Glieder trägt, und durch Ankleben der Trennwand mit den beweglichen Gliedern zur Heiztafel oder durch Bilden der Wände von den zweiten Flüssigkeitswegen im voraus auf der Trennwand, die vorgesehen ist mit den beweglichen Gliedern, und dann Ankleben einer derartigen Trennwand an die Heiztafel.
Das grundlegende Ziel der vorliegenden Erfindung ist das Anheben der grundlegenden Ausstoßeigenschaften des Flüssigkeitsausstoßverfahrens durch Erzeugen einer Blase (insbesondere Blase, die durch Filmsieden erzeugt wird) im Flüssigkeitslaufweg zu einem herkömmlichen unerwarteten Niveau auf der Grundlage eines Gesichtspunktes, der in der Vergangenheit nicht zu erwarten war.
Ein Teil der vorliegenden Erfinder hat intensive Forschung durchgeführt auf der Grundlage des grundlegenden Prinzips von Flüssigkeitströpfchenausstoß, um ein in herkömmlicher Weise unerreichbares Flüssigkeitsausstoßverfahren bereitzustellen und einen Kopf, der dabei zu verwenden ist. Bei den Forschungen sind technische erste Analysen durchgeführt worden, die gerichtet waren auf die Funktion des beweglichen Gliedes vom Flüssigkeitsweg und enthielten die Analyse des Arbeitsprinzips vom beweglichen Glied im Flüssigkeitsweg, eine zweite technische Analyse, die gerichtet war auf das Prinzip des Flüssigkeitsausstoßes durch die Blase und durch eine dritte technische Analyse, die gerichtet war auf den Blasenerzeugungsbereich des Wärmeerzeugungsgliedes.
Diese Analysen haben geführt zum Einrichten einer völlig neuen Technologie durch Positionieren des Drehpunkts und des freien Endes vom beweglichen Glied in solch einer Weise, daß das freie Ende sich an der Seite des Ausstoßports befindet oder an der Stromabwärtsseite und auch durch Positionieren des beweglichen Gliedes, um so dem Wärmeerzeugungsglied oder dem Blasenerzeugungsbereich gegenüber zu stehen.
Unter Berücksichtigung der Energie, die der Blase für den Flüssigkeitsausstoß gegeben wird, wurde dann eine Erkenntnis gewonnen, daß die Wachstumskomponente auf der Stromabwärtsseite der Blase der größte Faktor für das signifikante Verbessern der Ausstoßeigenschaften ist. Es ist dann herausgefunden worden, daß die effektive Umsetzung der Wachstumskomponente auf der Stromabwärtsseite der Blase ein Schlüsselfaktor zur Verbesserung der Ausstoßeffizienz und der Ausstoßgeschwindigkeit ist. Basierend auf diesen Fakten haben die vorliegenden Erfinder das extrem hohe technische Niveau erreicht, verglichen mit dem Herkömmlichen, von aktiven Versetzens der Wachstumskomponente der Blase auf der Stromabwärtsseite hin zur freien Seite des beweglichen Gliedes.
Auch herausgefunden wurde, daß es vorzuziehen ist, die strukturellen Komponenten in Betracht zu ziehen, wie das bewegliche Glied und den Flüssigkeitsweg bezüglich des Wachstums der Blase auf der Stromabwärtsseite in Flüssigkeitslaufrichtung von der Mittellinie, die durch den Bereich der Mitte vom elektrothermischen Umsetzglied verläuft, oder in der Stromabwärtsseite der Flächenmitte von den Oberflächen, die die Blasenerzeugung beherrschen.
Ebenfalls herausgefunden wurde, daß die Flüssigkeitsnachfüllgeschwindigkeit signifikant verbessert werden kann durch die Berücksichtigung der Anordnung des beweglichen Gliedes und der Struktur des Flüssigkeitsanlieferweges.
Im Lichte der oben erläuterten neuen Konfiguration ist die Feststellung der Zustände der Flüssigkeiten im Kopf, wie der An- oder Abwesenheit nicht nur der Ausstoßflüssigkeit für die Aufzeichnung, sondern auch die Blasenerzeugungsflüssigkeit und die Anwesenheit der Blase darin, eines der wesentlichen Faktoren zum Erzielen eines stabilen Flüssigkeitsausstoßes.
Weiterhin vorzuziehen ist die Feststellung des Zustandes der Flüssigkeiten in jedem der mehrfach vorhandenen Flüssigkeitswege, sowie die An- oder Abwesenheit der Ausstoßflüssigkeit und der Blasenerzeugungsflüssigkeit und der Anwesenheit von Blasen.
Verschiedene Vorschläge sind bereits gemacht worden bezüglich der Mittel zur Feststellung der An- oder Abwesenheit von Tinte, einschließlich eines in der japanischen offengelegten Patentanmeldung mit der Nummer 4-41251.
Die in der zuvor genannten Patentanmeldung beschriebene Mittel sind integriert im Elementsubstrat und vorgesehen in der gemeinsamen Flüssigkeitskammer zum Feststellen der An- oder Abwesenheit von Tinte dort, aber sie sind vorgesehen in der gemeinsamen Flüssigkeitskammer und können nicht die An- oder Abwesenheit von Tinte eines jeden der Vielzahl von Flüssigkeitswegen feststellen unter Berücksichtigung der Größe und Empfindlichkeit des Feststellelements. Auch die Feststellempfindlichkeit ist ungenügend, es sei denn, die Größe der Elektrode wird beträchtlich groß ausgelegt, und der Abstand zwischen den beiden Elektroden wird beträchtlich kurz ausgelegt.
Das Dokument EP-A-0 443 798 offenbart einen Tintenstrahldruckerkopf mit einem Ausstoßkopf, der ein Ausstoßport besitzt, um Flüssigkeit auszustoßen, mit:
einem ersten Flüssigkeitsweg, der mit dem Ausstoßkopf kommuniziert;
einem Flüssigkeitsweg, der vom ersten Flüssigkeitsweg durch eine Trennwand getrennt ist, und darin eine Bläschenerzeugungseinrichtung zur Erzeugen eines Bläschens in der Flüssigkeit aufweist, wodurch der Druck beim Erzeugen des Bläschens auf der Seite des ersten Flüssigkeitswegs zur Übertragung kommt, um die Flüssigkeit aus der Ausstoßöffnung auszustoßen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung ist erreicht worden unter Berücksichtigung des Vorstehenden, und eine erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Flüssigkeitsausstoßkopf zu schaffen, der in der Lage ist, festzustellen, ob eine Blase in der Nähe des Wärmerzeugungsgliedes präsent ist (An- oder Abwesenheit von blasenerzeugender Flüssigkeit) in jedem der Vielzahl von Flüssigkeitswegen zum Zwecken des Bewirkens stabilen Flüssigkeitsausstoßes, und eine Kopfkartusche und ein Flüssigkeitsausstoßgerät unter Verwendung eines derartigen Flüssigkeitsausstoßkopfes.
Nach der vorliegenden Erfindung ist der Ausstoßkopf dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand ein bewegliches Teil mit einem beweglich freien Ende auf der Seite der Ausstoßöffnung über der Blasenerzeugungseinrichtung im zweiten Flüssigkeitsweg aufweist, und daß
die Trennwand eine elektrische Leitfähigkeit in zumindest einem Teil davon aufweist und der leitende Teil der Trennwand als eine Elektrode zum Erfassen des Zustands der Flüssigkeit im Flüssigkeitsausstoßkopf Verwendung findet.
Eine zweite Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Flüssigkeitsausstoßkopf zu schaffen, der in der Lage ist, die An- oder Abwesenheit von Blasenerzeugungsflüssigkeit in einem kleinen Bereich festzustellen, und eine Kopfkartusche und ein Flüssigkeitsausstoßgerät unter Verwendung eines derartigen Flüssigkeitsausstoßkopfes.
Eine dritte Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Flüssigkeitsausstoßkopf bereitzustellen, der in der Lage ist, festzustellen, ob eine Blase in der Nähe des Wärmeerzeugungsgliedes präsent ist (An- oder Abwesenheit von Blasenerzeugungsflüssigkeit) in jedem der Vielzahl von Flüssigkeitswegen, ohne signifikantes Erhöhen der Anzahl von Endstellen, und eine Kopfkartusche und ein Flüssigkeitsausstoßgerät unter Verwendung eines derartigen Flüssigkeitsausstoßkopfes.
Eine vierte Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Flüssigkeitsausstoßkopf zu schaffen, der in der Lage ist, die An- oder Abwesenheit einer Blasenerzeugungsflüssigkeit festzustellen, fast ohne irgendeine Kostenerhöhung, durch Inkorporieren von Mitteln zur Feststellung der Blasenerzeugungsflüssigkeit in einem Elementsubstrat gemeinsam mit herkömmlich verwendeten Elementen, wie den Wärmeerzeugungsgliedern, Treibern und Steuerlogikelementen, und einer Kopfkartusche und einem Flüssigkeitsausstoßgerät unter Verwendung eines derartigen Flüssigkeitsausstoßkopfes.
Eine noch andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Beurteilung des Ausstoßzustandes von Flüssigkeit in einem Flüssigkeitsausstoßverfahren zu ermöglichen, das auf einem neuen Ausstoßprinzip beruht, unter Verwendung eines beweglichen Gliedes, wodurch der Flüssigkeitsausstoß in sicherer Weise erfolgen kann.
Noch andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung und Merkmale dieser werden vollkommen deutlich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die in Verbindung mit der anliegenden Zeichnung erfolgt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
1A, 1B, 1C und 1D sind schematische Querschnittsansichten, die einen Flüssigkeitsausstoßkopf zeigen, der eine erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung bildet;
2 ist eine teilweise geschnittene perspektivische Ansicht des Flüssigkeitsausstoßkopfes vom ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
3 ist eine schematische Ansicht, die die Druckausbreitung im herkömmlichen Kopf zeigt;
4 ist eine schematische Ansicht, die die Druckausbreitung in einem Kopf nach der vorliegenden Erfindung zeigt;
5 ist eine schematische Ansicht, die den Flüssigkeitslauf nach der vorliegenden Erfindung zeigt;
6 ist eine teilweise geschnittene perspektivische Ansicht des Flüssigkeitsausstoßkopfes, der ein zweites Ausführungsbeispiel nach der vorliegenden Erfindung bildet;
7 ist eine teilweise geschnittene perspektivische Ansicht eines Flüssigkeitsausstoßkopfes, der ein drittes Ausführungsbeispiel nach der vorliegenden Erfindung bildet;
8 ist eine Querschnittsansicht eines Flüssigkeitsausstoßkopfes, der ein viertes Ausführungsbeispiel nach der vorliegenden Erfindung bildet;
9A, 9B und 9C sind schematische Querschnittsansichten eines Flüssigkeitsausstoßkopfes, der ein fünftes Ausführungsbeispiel nach der vorliegenden Erfindung bildet;
10 ist eine Querschnittsansicht eines Flüssigkeitsausstoßkopfes (zwei Flüssigkeitswege), der ein sechstes Ausführungsbeispiel nach der vorliegenden Erfindung bildet;
11 ist eine teilweise geschnittene perspektivische Ansicht des Flüssigkeitskopfes vom sechsten Ausführungsbeispiel nach der vorliegenden Erfindung;
12A und 12B sind Ansichten, die die Funktion eines beweglichen Gliedes vom Flüssigkeitsweg zeigen;
13 ist eine Ansicht, die den Aufbau des beweglichen Gliedes und einen ersten Flüssigkeitsweg zeigt;
14A, 14B und 14C sind Ansichten, die die Struktur des beweglichen Gliedes und des Flüssigkeitsweges zeigen;
15A, 15B und 15C sind Ansichten, die andere Formen des beweglichen Gliedes zeigen;
16 ist ein Ablaufdiagramm, das die Beziehung zwischen dem Bereich des Wärmerzeugungsgliedes und der Tintenausstoßmenge zeigt;
17A und 17B sind Ansichten, die die Lagebeziehung zwischen dem beweglichen Glied und dem Wärmeerzeugungsglied zeigen;
18 ist ein Ablaufdiagramm, das die Beziehung zwischen der Entfernung von der Kante des Wärmerzeugungsgliedes und dem Drehpunkt desselben sowie dem Umfang des Versatzes vom beweglichen Glied zeigt;
19 ist eine Ansicht, die die Lagebeziehung zwischen dem Wärmeerzeugungsglied und dem beweglichen Glied zeigt;
20A und 20B sind Querschnittsansichten der Länge nach eines Flüssigkeitsausstoßkopfes nach der vorliegenden Erfindung;
21 ist ein Diagramm, das die Form eines Ansteuerimpulses zeigt;
22 ist eine Querschnittsansicht, die die Anlieferwege des Flüssigkeitsausstoßkopfes nach der vorliegenden Erfindung zeigt;
23 ist eine perspektivische Explosionsansicht des Kopfes nach der vorliegenden Erfindung;
24A, 24B, 24C, 24D und 24E sind Ansichten, die die fortschreitenden Schritte eines Herstellverfahrens für den Flüssigkeitsausstoßkopf nach der vorliegenden Erfindung zeigen;
25A, 25B, 25C und 25D sind Ansichten, die die fortschreitenden Schritte beim Herstellverfahren für den Flüssigkeitsausstoßkopf nach der vorliegenden Erfindung zeigen;
26A, 26B, 26C und 26D sind Ansichten, die die fortschreitenden Schritte beim Herstellverfahren für den Flüssigkeitsausstoßkopf nach der vorliegenden Erfindung zeigen;
27 ist eine perspektivische Explosionsansicht einer Flüssigkeitsausstoßkopfkartusche;
28 ist eine schematische Ansicht, die die Konfiguration eines Flüssigkeitsausstoßgerätes zeigt;
29 ist ein Blockdiagramm des Gerätes;
30 ist eine Ansicht, die ein Flüssigkeitsausstoßaufzeichnungssystem zeigt;
31 ist eine schematische Ansicht eines Kopfsatzes;
32 ist eine Ansicht, die ein Ausführungsbeispiel des Flüssigkeitsausstoßkopfes nach der vorliegenden Erfindung zeigt;
33 ist eine Querschnittsansicht längs einer Linie 33-33 in 32;
34 ist eine Ansicht, die die Verbindung einer Trennwand und einer leitenden Schicht im in den 32 und 33 gezeigten Flüssigkeitsausstoßkopf zeigt;
35 ist ein Schaltbild, das ein Beispiel der Schaltung zeigt, die verwendet wird zum Feststellen des Flüssigkeitszustandes, wie des Druckens, oder des Fehlens von Flüssigkeit in einem Flüssigkeitsweg im Flüssigkeitsausstoßkopf, der in den 32 und 33 gezeigt ist;
36 ist ein Schaltbild für den Fall der in 35 gezeigten verbesserten Schaltung, versehen mit einer Vielzahl von Flüssigkeitswegen;
37 ist ein Wellenformdiagramm, das ein Beispiel der Feststelloperation für einen Flüssigkeitszustand zeigt, wie beispielsweise die An- oder Abwesenheit von Flüssigkeit im Flüssigkeitsweg in der in 36 gezeigten Schaltung;
38A und 38B sind Ansichten, die ein weiteres Ausführungsbeispiel des Flüssigkeitsausstoßkopfes nach der vorliegenden Erfindung zeigen;
39A und 39B sind Diagramme, die Beispiele vom Ausgangssignal der in den 38A und 38B gezeigten Schaltung darstellen;
40 ist ein Ablaufdiagramm, das den Vorbereitungsprozeß für den in 33 gezeigten Flüssigkeitsausstoßkopf darstellt;
41A und 41B sind Ansichten, die die Wirkungen eines Ausführungsbeispiels vom Flüssigkeitsausstoßkopf nach der vorliegenden Erfindung zeigen;
42 ist eine Teilquerschnittsansicht, die das Prinzip zur Feststellung des Versatzes vom beweglichen Glied in einem Flüssigkeitsausstoßkopf nach der vorliegenden Erfindung zeigt;
43 ist eine perspektivische Teilansicht, die ein Beispiel der Konfiguration einer beweglichen Elektrode und einer feststehenden Elektrode zeigt, die in 42 dargestellt ist;
44 ist eine perspektivische Teilansicht, die ein Beispiel der Konfiguration von der in 42 dargestellten beweglichen Elektrode zeigt;
45 ist ein Diagramm, das Ansteuerimpulse zum Veranlassen der Wärmeerzeugung im Wärmeerzeugungsglied zeigt;
46 ist ein Schaltbild einer in 42 dargestellten Feststellschaltung;
47 ist ein Zeitdiagramm, das die Zeitvorgabe des in 46 dargestellten Signals zeigt;
48 ist ein Diagramm, das Variationen des in 46 gezeigten Stromes darstellt; und
49A und 49B sind Ansichten, die die Konfiguration von Flüssigkeitswegen in einem herkömmlichen Flüssigkeitsausstoßkopf zeigen.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Vor der Beschreibung der Ausführungsbeispiele für die vorliegende Erfindung werden unter Bezug auf die beiliegende Zeichnung Ausführungsbeispiele der Konfiguration vom Flüssigkeitsausstoßkopf erläutert, bei dem die vorliegende Erfindung angewendet wird. Keines der nachstehenden sogenannten "Ausführungsbeispiele" ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, sondern lediglich ein Beispiel, das dem Verständnis der Erfindung dient.
Der Ausdruck "stromaufwärts" oder "stromabwärts", der im vorliegenden Text verwendet wird, bezieht sich auf die Richtung des Flusses des Stromes der Flüssigkeit von der Lieferquelle hin zum Ausstoßport durch den Blasenerzeugungsbereich (oder das bewegliche Glied) oder zur Richtung im selben Sinn wie bei der Konfiguration.
Auch der Ausdruck "Stromabwärtsseite", der sich auf die Blase selbst bezieht, stellt einen Teil der Blase dar auf der Seite des Ausstoßports, gesehen zum direkten Beitrag des Ausstoßes vom Flüssigkeitströpfchen. Genauer gesagt, die Bedeutung ist ein Teil der erzeugten Flüssigkeit auf der Stromabwärtsseite in der Flüssigkeitsfließrichtung oder in der zuvor erwähnten Konfiguration in Hinsicht auf die Mitte der Blase oder die Blase, erzeugt im Bereich der Stromabwärtsseite in Hinsicht auf die Mitte des Bereichs vom Wärmeerzeugungsglied.
Auch der Ausdruck "im wesentlichen geschlossen", der im vorliegenden Text Verwendung findet, bedeutet einen Zustand, bei dem im Verlauf des Wachsens der Blase die Blase nicht durch einen Schlitz um das bewegliche Glied vor dem Versatz desselben kommt.
Auch der Ausdruck "Trennwand", der im vorliegenden Text verwendet wird, bedeutet im weitesten Sinne eine Wand (die das bewegliche Glied enthalten kann), die so positioniert ist, daß sie den Blasenerzeugungsbereich vom Bereich trennt, der direkt mit dem Ausstoßport kommuniziert, und im engeren Sinne ein Glied, das den Flüssigkeitsweg einschließlich des Blasenerzeugungsbereichs vom Flüssigkeitsweg trennt, der direkt mit dem Ausstoßport kommuniziert, wodurch das Vermischen der Flüssigkeiten vermieden wird, die in den jeweiligen Bereichen präsent sind.
Erstes Ausführungsbeispiel
Das erste Ausführungsbeispiel erläutert die Verbesserung bei der Ausstoßleistung und der Ausstoßeffizienz durch Steuern der Ausbreitungsrichtung des Druckes, der sich aus der Blasenerzeugung oder der Blasenwachstumsrichtung ergibt, für den Flüssigkeitsausstoß.
1A bis 1D sind schematische Querschnittsansichten eines Flüssigkeitsausstoßkopfes von einem ersten Ausführungsbeispiel nach der vorliegenden Erfindung, und 2 ist eine teilweise geschnittene perspektivische Ansicht.
Im Flüssigkeitsausstoßkopf nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist ein Wärmeerzeugungsglied 2 (ein Wärmeerzeugungswiderstandsglied einer Größe von 40 × 105 μm im vorliegenden Ausführungsbeispiel), womit thermische Energie an die Flüssigkeit gebracht wird und das Element zum Erzeugen der Energie für den Flüssigkeitsausstoß gebildet wird, vorgesehen auf einem Elementsubstrat 1, und ein Flüssigkeitsweg 10 ist gebildet auf dem Elementsubstrat 1 gemäß dem Wärmeerzeugungsglied 2. Der Flüssigkeitsweg 10 kommuniziert mit einem Ausstoßport 18 und kommuniziert auch mit einer gemeinsamen Flüssigkeitskammer 13 zum Beliefern einer Vielzahl von Flüssigkeitswegen 10 mit der Flüssigkeit, und nimmt aus der gemeinsamen Flüssigkeitskammer 13 die Flüssigkeit in einer Menge auf, die derjenigen entspricht, die aus dem Ausstoßport 18 ausgestoßen wird.
Auf dem Elementsubstrat 1 vom Flüssigkeitsweg 10 ist ein plattenförmiges ebenes bewegliches Glied 31, das sich zusammensetzt aus einem elastischen Material, wie Metall, vorgesehen in der Form eines an einem Ende gestützten Strahls, um so dem Wärmeerzeugungsglied 2 gegenüberzustehen. Ein Ende des beweglichen Gliedes 31 ist auf einem Stützglied 34 befestigt, das gebildet ist durch Mustern eines lichtempfindlichen Harzes oder dergleichen auf der Wand des Flüssigkeitsweges 10 oder auf dem Elementsubstrat 1. Ein derartiges Stützglied stützt das bewegliche Glied 31 und bildet einen Drehpunktabschnitt 33.
Das bewegliche Glied 31 ist an einer Stelle vorgesehen, die dem Wärmeerzeugungsglied 2 in einem Abstand von etwa 15 μm gegenübersteht, um so das Wärmeerzeugungsglied 2 in einer solchen Weise zu überdecken, daß der Drehpunkt (feststehendes Ende) 33 auf der Seite stromabwärts vom Hauptfluß aus der gemeinsamen Flüssigkeitskammer 13 zum Ausstoßport 18 durch das bewegliche Glied 31 entsteht, induziert durch die Flüssigkeitsausstoßoperation und ein freies Ende 32 auf der Stromabwärtsseite des Drehpunktes 33. Ein Raum zwischen dem Wärmeerzeugungsglied 2 und dem beweglichen Glied 31 bildet den Blasenerzeugungsbereich. Die Art, Gestalt und Anordnung des Wärmeerzeugungsgliedes 2 und des beweglichen Gliedes 31 sind nicht auf diese zuvor erläuterte Art beschränkt, sondern können beliebig ausgewählt werden, um so das Blasenwachstum und die Druckausbreitung zu steuern, wie nachstehend zu erläutern ist. Auch zur Vereinfachung der nachstehenden Beschreibung des Flüssigkeitslaufs wird der Flüssigkeitsweg eingeteilt durch das bewegliche Glied 31 in einen ersten Flüssigkeitsweg 14, der einen Teil bildet, der direkt mit dem Ausstoßport 18 kommuniziert, und einen zweiten Flüssigkeitsweg 16, der den Blasenerzeugungsbereich 11 und die Flüssigkeitslieferkammer 12 enthält.
Vom Wärmeerzeugungsglied 2 erzeugte Wärme wird der Flüssigkeit zugeführt, die im Blasenerzeugungsbereich 11 zwischen dem beweglichen Glied 31 und dem Wärmeerzeugungsglied 2 präsent ist, womit eine Blase in der Flüssigkeit erzeugt wird auf der Grundlage eines Filmsiedephänomens, wie es beispielsweise im U.S.-Patent Nummer 4 723 129 beschrieben ist. Die Blase und der Druck, der sich aus der Erzeugung ergibt, wirken vorzugsweise auf dem beweglichen Glied 31, wodurch das bewegliche Glied 31 zum Öffnen hin zum Ausstoßport 18 über den Drehpunkt 33 versetzt wird, wie in den 1B, 1C und 2 gezeigt. Durch das Versetzen des beweglichen Gliedes 31 oder im Versatzzustand desselben wird die Ausbreitung des Druckes, der sich aus der Blasenerzeugung und dem Wachstum der Blase selbst ergibt, zum Ausstoßport 18 übertragen.
Nachstehend erläutert ist das grundlegende Ausstoßprinzip des vorliegenden Ausführungsbeispiels.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist eines der wichtigsten Prinzipien dasjenige, daß das bewegliche Glied 31 so positioniert ist, daß es der Blase gegenübersteht und versetzt wird mit dem Wachsen der Blase von der ersten Position im stationären Zustand zu einer zweiten Position nach dem Versetzen durch den Druck der Blase oder durch die Blase selbst, wodurch das bewegliche Glied 31 in der Versetzbewegung den Druck führt, der sich aus der Blasenerzeugung und der Blase 40 selbst ergibt, hin zur Stromabwärtsseite, wo sich der Ausstoßport 18 befindet.
Diese Prinzip ist nachstehend in mehr Einzelheiten erläutert im Vergleich zu der Konfiguration des herkömmlichen Flüssigkeitsweges.
3 ist eine schematische Ansicht, die die Druckausbreitung von einer Blase im herkömmlichen Kopf zeigt, während 4 eine schematische Ansicht ist, die die Druckausbreitung von der Blase im Kopf nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel zeigt, wobei V_A für die Drucksausbreitungsrichtung hin zum Ausstoßport 18 steht, und V_B steht für die in Stromaufwärtsseite.
Dem herkömmlichen Kopf, wie er in 3 gezeigt ist, mangelt es an einer Konfiguration, die die Ausbreitungsrichtung des Druckes beschränkt, der sich aus der erzeugten Blase 40 ergibt. Folglich breitet sich der Druck in verschiedenen Richtungen aus, jeweils senkrecht zur Oberfläche der Blase 40, wie durch V₁–V₈ aufgezeigt. Unter diesen Richtungen werden jene mit einer Komponente in der Druckausbreitungsrichtung V_A, die den größten Einfluß auf den Flüssigkeitsausstoß zeigen, mit V₁–V₄ bezeichnet, die erzeugt werden in etwa der Hälfte näher am Ausstoßport von der Blase, und die einen wichtigen Abschnitt bilden, der direkt zur Flüssigkeitsausstoßeffizienz, der Flüssigkeitsausstoßleistung und der Flüssigkeitsausstoßgeschwindigkeit beiträgt. Die Richtung V₁ ist die effizienteste, da sie der Ausstoßrichtung V_A am nächsten liegt, aber V₄ enthält eine relativ kleine Komponente in Richtung V_A.
In der Konfiguration des in 4 gezeigten vorliegenden Ausführungsbeispiels ist andererseits das bewegliche Glied 31 in Druckausbreitungsrichtung V₁–V₄ ausgerichtet, die in verschiedenen Richtungen in der Konfiguration verlaufen, wie sie in 3 gezeigt ist, hin zur Stromabwärtsseite (hin zum Ausstoßport 18), nämlich in Ausbreitungsrichtung V_A, wodurch der Druck der Blase zum Flüssigkeitsausstoß direkt und in effizienter Weise beiträgt. Auch das Wachstum der Blase selbst wird hin zur Stromabwärtsseite geführt, wie die Druckausbreitungsrichtungen V₁–V₄, wodurch die Blase größer in Stromabwärtsseite wächst als in Stromaufwärtsseite. Eine derartige Steuerung der Wachstumsrichtung selbst von der Blase und der Druckausbreitungsrichtung durch das bewegliche Glied 31 ermöglicht grundlegende Verbesserungen der Ausstoßeffizienz, der Ausstoßleistung und der Ausstoßgeschwindigkeit.
Erneut wird Bezug genommen auf die 1A bis 1D zur Erläuterung der Ausstoßoperation des Flüssigkeitsausstoßkopfes vom vorliegenden Ausführungsbeispiel.
1A zeigt einen Zustand vor der Wärmeerzeugung des Wärmeerzeugungsgliedes 2 durch das Zuführen von Energie, wie beispielsweise elektrischer Energie.
In diesem Zustand ist es wichtig, daß das bewegliche Glied 31 an einer Stelle vorgesehen ist, die wenigstens dem Stromabwärtsabschnitt der Blase gegenübersteht, die erzeugt ist durch die Wärme aus dem Wärmeerzeugungsglied 2. Anders gesagt, das Bewegungsglied 31 ist vorgesehen in der Konfiguration des Flüssigkeitsweges wenigstens an einer Stelle des Wärmeerzeugungsgliedes 2 stromabwärts von der Flächenmitte 3 des Wärmeerzeugungsgliedes 2 (nämlich in einem Bereich auf der Stromabwärtsseite einer Linie, die durch die Flächenmitte 3 des Wärmeerzeugungsgliedes 2 und senkrecht zur Längsrichtung des Flüssigkeitsweges verläuft), wodurch die Stromabwärtsseite der Blase als bewegliches Glied 31 fungiert.
1B zeigt einen Zustand, bei dem das Wärmeerzeugungsglied 2 Wärme erzeugt hat durch Zuführen beispielsweise elektrischer Energie zur Erwärmung eines Teiles der Flüssigkeit, die sich im Blasenerzeugungsbereich 11 befindet, wodurch eine Blase 40 durch Filmsieden erzeugt wird.
Im Zustand des beweglichen Gliedes 31 beginnt das Versetzen von der ersten Position durch den Druck, der aus der Erzeugung der Blase 40 resultiert, zur zweiten Position, um so die Ausbreitungsrichtung des Druckes der Blase 40 hin zum Ausstoßport 18 zu führen. In diesem Zustand ist es wichtig, wie zuvor schon erläutert, daß das freie Ende 32 des beweglichen Gliedes 31 sich auf der Stromabwärtsseite befindet (Seite des Ausstoßports 18), während der Drehpunkt 33 sich auf der Stromaufwärtsseite befindet (Seite der gemeinsamen Flüssigkeitskammer 13) und daß wenigstens ein Teil des beweglichen Gliedes 31 dem Stromabwärtsabschnitt des Wärmeerzeugungsgliedes 2 oder dem Stromabwärtsabschnitt der Blase 40 gegenübersteht.
1C zeigt einen Zustand, bei dem die Blase 40 das Wachsen fortsetzt und das Bewegungsglied 31 weiter versetzt ist gemäß dem Druck, der aus der Erzeugung der Blase 40 resultiert. Die erzeugte Blase 14 wächst größer in Stromabwärtsseite als in Stromaufwärtsseite und setzt das Wachstum hinter dem ersten Abschnitt gestrichelter Linie des beweglichen Gliedes 31 fort. Die allmähliche Versetzung des beweglichen Gliedes 31 im Verlauf des Wachsens der Blase 40 wird angesehen als Ausrichten der Druckausbreitungsrichtung von der Blase 40 und der Richtung leichter Volumenbewegung, nämlich der Wachstumsrichtung der Blase hin zur Seite des freien Endes einheitlich hin zum Ausstoßport 18, wodurch die Ausstoßeffizienz verbessert wird. Das bewegliche Glied 31 hindert die Übertragung der Blase 40 selbst und auch den Druck hin zum Ausstoßport kaum und kann in effizienter Weise die Druckausbreitungsrichtung und die Blasewachstumsrichtung gemäß der Stärke des übertragenen Druckes steuern.
10 zeigt einen Zustand, bei dem sich die Blase 40 zusammenzieht und durch den Abfall des Druckes in der Blase nach dem zuvor beschriebenen Filmsieden verschwindet.
Das bewegliche Glied, das einen Versatz zur zweiten Position erfahren hat, kehrt an die erste anfängliche Stelle zurück, die in 1A gezeigt ist, durch negativen Druck, der erzeugt wird durch das Zusammenziehen der Blase und die elastische Rückkehrkraft des beweglichen Gliedes 31 selbst. Um die Volumenzusammenziehung der Blase, wenn diese verschwindet, im Blaseerzeugungsbereich 11 zu kompensieren und zum Kompensieren des Volumens der ausgestoßenen Flüssigkeit, fließt Flüssigkeit, wie durch die Flüsse V_D1, V_D2 aufgezeigt, aus der Seite der gemeinsamen Flüssigkeitskammer 13 und ein Fluß V_C aus der Seite des Ausstoßports 18.
Im Vorstehenden erläutert wurde die Arbeitsweise des beweglichen Gliedes und die Flüssigkeitsausstoßoperation aufgrund der Blaseerzeugung. Nachstehend erläutert ist das Flüssigkeitsnachfüllen im Flüssigkeitsausstoßkopf nach der vorliegenden Erfindung.
Es wird eine detaillierte Erläuterung bezüglich des Flüssigkeitsnachfüllmechanismus in der vorliegenden Erfindung unter Bezug auf die 1A bis 1D gegeben.
Wenn die Blase 40 in eine Verschwindstufe aus dem Zustand maximalen Volumens eintritt, nach dem in 1D gezeigten Zustand, entspricht die Flüssigkeit eines Volumens der verschwindenden Blase und fließt in den Blaseerzeugungsbereich aus der Seite des Ausstoßports 18 in den erste Flüssigkeitsweg 14 und aus der Seite der gemeinsamen Flüssigkeitskammer 13 in den zweiten Flüssigkeitsweg 16. In der Konfiguration des herkömmlichen Flüssigkeitsweges ohne das bewegliche Glied 31 fließt die Menge der Flüssigkeit in die Stelle der verschwundenen Blase aus der Seite des Ausstoßports 18, und derjenige aus der gemeinsamen Flüssigkeitskammer 13 ist bestimmt durch den Fließwiderstand (basierend auf dem Widerstand der Flüssigkeitswege und der Schwerkraft der Flüssigkeit) in Abschnitten, die dem Ausstoßport 18 und der gemeinsamen Flüssigkeitskammer näher liegen.
Wenn folglich der Fließwiderstand geringer auf der Seite ist, die näher am Ausstoßport 18 liegt, fließt ein größerer Betrag der Flüssigkeit in den Blasenverschwindabschnitt aus der Seite des Ausstoßports 18, womit der Rückziehbetrag vom Meniskus ansteigt. Wenn ein geringerer Fließwiderstand auf der Seite vorgesehen ist, die näher am Ausstoßport 18 liegt, führt dies zu einem größeren Rückziehbetrag vom Meniskus M beim Blasenverschwinden, um die Ausstoßeffizienz zu verbessern, womit die Nachfüllzeit verlängert wird und Hochgeschwindigkeitsdrucken behindert.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel, das das bewegliche Glied 31 enthält, stoppt andererseits das Rückziehen des Meniskus M, wenn das bewegliche Glied 31 die Originalposition im Verlauf des Verschwindens der Blase erreicht, und wenn das Blasenvolumen W geteilt ist durch die erste Position des beweglichen Gliedes 31 in ein Volumen W1 an der obersten Seite und W2 an der Seite des Blasenerzeugungsbereichs 11, wird das Restvolumen W2 danach prinzipiell vom Flüssigkeitslauf V_D2 im zweiten Flüssigkeitsweg 13 nachgefüllt. Die Umfang des Rückziehens vom Meniskus M, der etwa der Hälfte des Blasenvolumens W in der herkömmlichen Konfiguration entsprochen hat, kann folglich auf die Hälfte des kleineren Volumens W1 reduziert werden.
Auch das Flüssigkeitsnachfüllen vom Volumen W2 läßt sich in erzwungener Weise durch den Druck der verschwindenden Blase erzielen prinzipiell aus der Stromaufwärtsseite (V_D2) vom zweiten Flüssigkeitsweg längs einer Fläche des beweglichen Gliedes 31 auf der Seite des Wärmeerzeugungsgliedes 2, wodurch ein schnelleres Nachfüllen erzielbar ist.
Die Nachfülloperation im herkömmlichen Kopf unter Verwendung des Druckes der verschwindenden Blase verursacht eine signifikante Vibration im Meniskus, was zu einer Verschlechterung der Bildqualität führt. Im Gegensatz dazu kann das Hochgeschwindigkeitsnachfüllen im vorliegenden Ausführungsbeispiel die Meniskusvibration minimieren, da das bewegliche Glied 31 die Flüssigkeitsbewegung zwischen dem ersten Flüssigkeitsweg auf einer Seite des Ausstoßports 18 und des Blasenerzeugungsbereichs 11 unterdrückt.
Wie im Vorstehenden erläutert, erreicht die vorliegende Erfindung eine zwangsweise Nachfüllung zum Blasenerzeugungsbereich durch den Flüssigkeitsweg 12 vom zweiten Flüssigkeitsweg 16 und das Hochgeschwindigkeitsnachfüllen durch das oben erläuterte Unterdrücken der Meniskusrückziehung und der Meniskusvibration, wodurch ein stabiler Ausstoß, wiederholte Hochgeschwindigkeitsausstöße und eine Verbesserung der Bildqualität und der Druckgeschwindigkeit vom Druck erreicht werden.
Die Konfiguration der vorliegenden Erfindung hat auch folgende Wirkungsfunktion, die das Unterdrücken der Ausbreitung vom blasenerzeugten Druck hin zur Stromaufwärtsseite (Rückwärtswelle) ist. Im Druck, der sich aus der Blase ergibt, die erzeugt ist auf dem Wärmeerzeugungsglied 2, basierend auf der Blase auf der Seite der gemeinsamen Flüssigkeitskammer 13 (Stromaufwärtsseite) bildet eine Kraft (Rückwärtswelle), die die Flüssigkeitswelle zur Stromabwärtsseite zurückschiebt. Eine derartige Rückwärtswelle schafft einen Druck auf der Stromaufwärtsseite, eine resultierende Flüssigkeitsbewegung und eine Schwerkraft, zugehörig zur Flüssigkeitsbewegung, die das Flüssigkeitsnachfüllen im Flüssigkeitsweg retardiert und den Hochgeschwindigkeitsbetrieb behindert.
In der Konfiguration des vorliegenden Ausführungsbeispiels unterdrückt andererseits das bewegliche Glied 31 diese Aktionen hin zur Stromaufwärtsseite, wodurch eine weitere Verbesserung der Nachfüllfähigkeit aufkommt.
Nachstehend erläutert sind andere Merkmale in der Konfiguration und andere Vorteile des vorliegenden Ausführungsbeispiels.
Der zweite Flüssigkeitsweg 16 nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist versehen mit einem Flüssigkeitslieferweg 12 mit einer Innenwand, die verbunden ist mit der Stromaufwärtsseite vom Wärmeerzeugungsglied 2 in im wesentlichen flacher Weise (ohne signifikantes Rücksetzen im Abschnitt des Wärmeerzeugungsgliedes 2). Die Flüssigkeit in einer solchen Konfiguration wird geliefert an den Blasenerzeugungsbereich 11 und an die Oberfläche des Wärmeerzeugungsgliedes 2 durch einen Fluß V_D2 längs einer Fläche des beweglichen Gliedes 31 nahe am Blasenerzeugungsbereich 11. Ein derartiger Modus der Flüssigkeitslieferung unterdrückt die Stagnation der Flüssigkeit auf der Oberfläche des Wärmeerzeugungsgliedes 2, wodurch das Trennen des in der Flüssigkeit gelösten Gases verhindert wird und auch das Beseitigen der sogenannten Restblase vermieden wird, die nicht total verschwinden konnte, und ebenfalls vermieden wird exzessive Wärmeerzeugungsakkumulation in der Flüssigkeit. Folglich kann die Blasenerzeugung mit hoher Geschwindigkeit wiederholt werden, und zwar in stabilerer Weise. Das vorliegende Ausführungsbeispiel offenbart eine Konfiguration mit dem Flüssigkeitsweg 12 mit einer im wesentlichen flachen Innenwand, aber es kann auch irgendein beliebiger anderer Flüssigkeitslieferweg verwendet werden, der eine glatte Innenwand hat, die glatt mit der Oberfläche des Wärmeerzeugungsgliedes 2 verbunden ist, um so keine Flüssigkeitsstagnation dort zu verursachen oder signifikante Turbulenz in der Flüssigkeitsanlieferung.
Die Flüssigkeitslieferung an den Blasenerzeugungsbereich 11 wird auch durch einen Weg V_D1 geführt, durch eine Seite (Schlitz 35) vom beweglichen Glied 31. Der Flüssigkeitsweg des Blasenerzeugungsbereichs 11 durch eine solchen Weg V_D1 wird jedoch im Falle des beweglichen Gliedes 31 behindert und erzeugt, um den ganzen Blasenerzeugungsbereich oder den gesamten Bereich des Wärmeerzeugungsgliedes abzudecken, wie in 1A gezeigt, um eine effektiverer Führung des Druckes der Druckerzeugung zum Ausstoß Port 18 zu erreichen, der so gebildet ist, daß nach Rückkehr zur ersten Position ein Anstieg im Flüssigkeitswiderstand der Flüssigkeit zwischen dem Blasenerzeugungsbereich 11 und dem Bereich des ersten Flüssigkeitsweg 14 näher am Ausstoßport 18 aufkommt. Ungeachtet dessen realisiert die Kopfkonfiguration nach der vorliegenden Erfindung eine sehr hohe Flüssigkeitsnachfüllmöglichkeit, weil die Anwesenheit des Flüssigkeitsweges V_D2 zum Blasenerzeugungsbereich gegeben ist, so daß die Flüssigkeitslieferleistung nicht verschlechtert wird, selbst wenn das bewegliche Glied 31 so geformt ist, daß sie den gesamten Blasenerzeugungsbereich 11 zur Verbesserung der Ausstoßeffizienz abdeckt.
5 ist eine schematische Ansicht, die den Flüssigkeitslauf im vorliegenden Ausführungsbeispiel zeigt.
Das bewegliche Glied 31 ist so aufgebaut, wie in 5 gezeigt, daß das freie Ende 32 sich auf der Stromabwärtsseite in Hinsicht auf den Drehpunkt 33 befindet. Eine derartige Konfiguration gestattet es auch zu realisieren, bei der Blasenerzeugung die zuvor genannten Funktionen und Wirkungen in der Art, daß die Druckausbreitungsrichtung der Blase und die Wachstumsrichtung hin zum Ausstoßport 18 ausgerichtet sind. Auch die Lagebeziehung erreicht zusätzlich zu den Funktionen und Wirkungen bezüglich des Flüssigkeitsausstoßes einen geringeren Fließwiderstand für die Flüssigkeit, die im Flüssigkeitsweg 10 fließt, wodurch Hochgeschwindigkeitsnachfüllen möglich wird. Dies liegt daran, daß das freie Ende 32 und der Drehpunkt 30 so positioniert sind, wie in 5 gezeigt, daß das bewegliche Glied 31 nicht gegen den Fluß S1, S2 und S3 im Flüssigkeitsweg (einschließlich des ersten Flüssigkeitsweges 14 und des zweiten Flüssigkeitsweges 16) bei der Rückkehr des zurückgezogenen Meniskus M zum Ausstoßport 18 durch die Kapillarkraft der Flüssigkeitsnachfüllung für die verschwindende Blase ist.
Genauer gesagt, im vorliegenden Ausführungsbeispiel, wie es in den 1A bis 1D gezeigt ist, tritt das freie Ende 32 des beweglichen Gliedes 31 so in Hinsicht auf das Wärmeerzeugungsglied 2 heraus, wie bereits im vorstehenden erläutert, so daß es der Position gegenüber steht, die die Stromabwärtsseite der Bereichsmitte 3 ist (eine Linie, die durch die Flächenmitte des Wärmeerzeugungsgliedes 2 senkrecht zur Längsrichtung des Flüssigkeitsweges verläuft), die das Wärmeerzeugungsglied 2 in den Stromaufwärtsbereich und in den Stromabwärtsbereich teilt. Aufgrund dieser Struktur wird der Druck oder die Blase, erzeugt auf der Stromabwärtsseite der Bereichsmittenposition 3 des Wärmeerzeugungsgliedes 2 und dem signifikanten Beitrag zum Flüssigkeitsausstoß aufgenommen durch das bewegliche Glied 31 und kann somit hin zum Ausstoßport 18 gerichtet sein, wodurch eine grundlegende Verbesserung in der Ausstoßeffizienz und in der Ausstoßleistung realisierbar ist.
Die Stromaufwärtsseite der Blase wird darüber hinaus verwendet, um verschiedene Wirkungen zu erzielen.
Auch in der Konfiguration des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist der plötzliche mechanische Versatz des freien Endes vom beweglichen Glied 31 angesehen als wirksamen Beitrag zum Flüssigkeitsausstoß.
Zweites Ausführungsbeispiel
6 ist eine teilweise geschnittene perspektivische Ansicht eines Flüssigkeitsausstoßkopfes, der ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung bildet, wobei A einen Zustand aufzeigt, bei dem das bewegliche Glied 31 versetzt ist (Blasen sind aus der Darstellung fortgelassen), während B einen Zustand aufzeigt, bei dem das bewegliche Glied 31 die Anfangsposition (erste Position) ist. In diesem Zustand B wird der Blasenerzeugungsbereich 11 angesehen als im wesentlichen geschlossen gegenüber dem Ausstoßport 18. (Obwohl nicht dargestellt, ist eine Flüssigkeitswegewand zum Trennen der Wege A und B vorhanden.)
Das bewegliche Glied 31 in 6 ist vorgesehen mit zwei Querstützgliedern 34, zwischen denen der Flüssigkeitslieferweg 12 gebildet ist. Auf diese Weise kann längs der Oberfläche des beweglichen Gliedes 31 auf der Seite des Wärmeerzeugungsgliedes 2 durch den Flüssigkeitsweg 12 angeliefert werden, der eine Fläche hat, die im wesentlichen flach mit der Oberfläche des Wärmeerzeugungsgliedes verläuft oder glatt mit diesem verbunden ist.
In der Anfangsposition (ersten Position) befindet sich das Bewegungsglied 31 nahe an oder in unmittelbarem Kontakt mit der Stromabwärtswand 36 und einer Querwand 37 des Wärmeerzeugungsgliedes 2, das sich auf der Stromabwärtsseite und der Querseite befindet, wodurch im wesentlichen der Blasenerzeugungsbereich 11 an der Seite des Ausstoßports 18 abgeschlossen ist. Bei der Blasenerzeugung leckt folglich der Blasendruck, insbesondere derjenige auf der Stromabwärtsseite der Blase nicht, kann aber konzentriert sein auf dem freien Endabschnitt des beweglichen Gliedes 31.
Auch beim Verschwinden der Blase kehrt das bewegliche Glied 31 zur ersten Position im wesentlichen nahe dem Blasenerzeugungsbereich 11 auf der Seite des Ausstoßports 18 zurück, wodurch verschiedene Wirkungen erzielt werden, die im vorstehenden Ausführungsbeispiel erläutert wurden, wie beispielsweise das Unterdrücken des Zurückziehens vom Meniskus bei der Flüssigkeitslieferung auf das Wärmeerzeugungsglied 2 beim Verschwinden der Blase. Auch lassen sich Funktionen und Wirkungen bezüglich der Flüssigkeitsnachfüllung in gleicher Weise, wie im vorstehenden Ausführungsbeispiel erläutert, erreichen.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel, wie es in den 2 und 6 gezeigt ist, ist das Stützglied 34 für das bewegliche Glied 31 vorgesehen auf der Stromabwärtsposition, getrennt vom Wärmeerzeugungsglied 2, und ist aufgebaut mit geringerer Breite im Vergleich zum Flüssigkeitsweg 10, um die Flüssigkeitslieferung in den zuvor genannten Flüssigkeitslieferweg 12 zu realisieren. Die Gestalt des Stützgliedes 34 ist jedoch nicht auf die Erläuterte beschränkt, sondern kann beliebig ausgewählt werden, sofern das Flüssigkeitsnachfüllen stufenlos erreicht werden kann.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Abstand zwischen dem beweglichen Glied 31 und dem Wärmeerzeugungsglied 2 mit etwa 15 μm gewählt, kann aber beliebig ausgewählt werden innerhalb eines Bereichs, der eine hinreichende Übertragung des Blasenerzeugungsdrucks zum Bewegungsglied 31 ermöglicht.
Drittes Ausführungsbeispiel
7 ist eine teilweise geschnittene perspektivische Ansicht eines Flüssigkeitsausstoßkopfes, der in drittes Ausführungsbeispiel bildet.
7 stellt die Lagebeziehung des Blasenerzeugungsbereichs, der dort erzeugten Blase und dem Bewegungsglied 31 in einem Flüssigkeitsweg dar, um das Verständnis des Flüssigkeitsausstoßverfahrens und des Flüssigkeitsnachfüllverfahrens nach der vorliegenden Erfindung zu vereinfachen.
Die vorstehenden Ausführungsbeispiele erreichen das Konzentrieren der Blasenbewegung hin zum Ausstoßport 18 gleichzeitig mit dem abrupten Versetzen des beweglichen Gliedes 31 durch Konzentrieren des Druckes der erzeugten Blase an den freien Endabschnitt des beweglichen Gliedes 31.
Während andererseits das vorliegende Ausführungsbeispiel einen gewissen Freiheitsgrad für die erzeugte Blase schafft, beschränkt es der Stromabwärtsabschnitt der Blase, der sich auf der Seite des Ausstoßports 18 befindet und direkt zum Flüssigkeitsausstoß mittels des freien Endabschnitts vom beweglichen Glied 31 beiträgt.
Im Vergleich mit dem vorherigen ersten Ausführungsbeispiel, das in 2 gezeigt ist, fehlt der Konfiguration, die in 7 gezeigt ist, ein vorstehender Abschnitt (aufgezeigt durch Strichelung), der auf dem Elementsubstrat 1 gebildet ist und als Barriere auf dem Stromabwärtsende des Blasenerzeugungsbereichs dient. Der Bereich am freien Ende und an beiden Seiten des Bewegungsgliedes 31 im vorliegenden Ausführungsbeispiel schließt somit nicht, sondern hält den Blasenerzeugungsbereich offen zum Bereich des Ausstoßports 18.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel kann im Stromabwärtsabschnitt der Blase ein direkter Beitrag zum Flüssigkeitsausstoß gegeben werden, die Blase kann wachsen im Endabschnitt der Stromabwärtsseite, und die Druckkomponente eines derartigen Abschnitts wird in effektiver Weise beim Flüssigkeitsausstoß verwandt. Darüber hinaus arbeitet der freie Endabschnitt des beweglichen Gliedes 31 als Beitrag zum Aufwärtsdruck (Komponenten von V2, V3, V4, die in 3 gezeigt sind) wenigstens bei einem derartigen Stromabwärtsabschnitt zum Blasenwachstum und den zuvor genannten Endabschnitten der Stromabwärtsseite, wodurch die Ausstoßeffizienz in den vorstehenden Ausführungsbeispielen verbessert ist. Im Vergleich zu den vorherigen Ausführungsbeispielen ist das vorliegende Ausführungsbeispiel hervorragend in Hinsicht auf das Ansteuern des Wärmeerzeugungsgliedes 2.
Das vorliegende Ausführungsbeispiel ist darüber hinaus vorteilhaft bei der Herstellung, weil eine einfache Struktur vorliegt.
Der Drehpunkt vom beweglichen Glied 31 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel mit dem Stützglied 34 einer Breite befestigt, die geringer ist als diejenige des Flächenabschnitts vom beweglichen Glied 31. Die Flüssigkeitslieferung an den Blasenerzeugungsbereich 11 bei verschwindender Blase wird folglich durch beide Seiten eines derartigen Stützgliedes 34 erfolgen (wie durch Pfeile in der Figur aufgezeigt). Das Stützglied 34 kann eine beliebige Konfiguration haben, sofern die Flüssigkeitslieferung sichergestellt ist.
Das Flüssigkeitsnachfüllen beim Verschwinden der Blase ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel die Hauptsache, so daß bei der herkömmlichen Konfiguration, die nur das Wärmeerzeugungsglied enthält, wegen des beweglichen Gliedes 31 die Steuerung des Flüssigkeitslaufs in den Blasenerzeugungsbereich von oben gegeben. Natürlich verringert solch eine Steuerung auch den Betrag des Rückziehens vom Meniskus.
In einer bevorzugten Abwandlung des dritten Ausführungsbeispiels sind beide Querseiten (oder eine dieser) am freien Endabschnitt des beweglichen Gliedes 31 so aufgebaut, daß sie den Blasenerzeugungsbereich 11 im wesentlichen schließen. Eine derartige Konfiguration gestattet auch die Verwendung des Druckes direkt zur Querrichtung des beweglichen Gliedes 31 für das Wachstum der Blase am Querendabschnitt des Ausstoßports 18, wodurch die Ausstoßeffizienz weiter verbessert wird.
Viertes Ausführungsbeispiel
Das vorliegende Ausführungsbeispiel offenbart eine Konfiguration, die die Flüssigkeitsausstoßleistung durch das zuvor genannte mechanische Versetzen weiter verbessert.
8 ist eine Querschnittsansicht in Längsrichtung von einer derartigen Kopfkonfiguration, wobei das bewegliche Glied 31 sich weiter erstreckt als das freie Ende 32, das sich an einer Stelle weiter stromabwärts vom Wärmeerzeugungsglied 2 befindet. Eine solche Konfiguration gestattet das Erhöhen der Versatzgeschwindigkeit vom beweglichen Glied 31 an der freien Endposition, wodurch die Ausstoßleistung durch das Versetzen des beweglichen Gliedes 31 weiter erhöht wird.
Auch im Vergleich mit dem vorstehenden Ausführungsbeispiel ist das freie Ende 32 näher am Ausstoßport 18 gelegen, wodurch das Blasenwachstum in einer stabileren Richtungskomponente erreicht wird, und ein befriedigenderer Flüssigkeitsausstoß.
Das bewegliche Glied 31 bewirkt auch die Rückkehrbewegung von der zweiten Position maximalen Versatzes mit einer Rückkehrgeschwindigkeit R1 durch die elastische Rückkehrkraft, während das freie Ende 32, das weiter entfernt vom Drehpunkt 33 ist, mit einer größeren Rückkehrgeschwindigkeit R3 zurückkommt. Das freie Ende 32 arbeitet folglich mit einer höheren Geschwindigkeit bezüglich der Blase 40 im Verlauf oder nach dem Wachsen, um einen Fluß der Flüssigkeit zu induzieren, die sich stromabwärts der Blase 40 befindet, hin zum Ausstoßport 18, wodurch die Bündelung des Flüssigkeitsausstoßes und die Ausstoßeffizienz verbessert werden.
Das freie Ende kann senkrecht zum Flüssigkeitslauf gebildet sein, wie im Falle von 7, wodurch der Druck der Blase 40 und die mechanische Aktion des beweglichen Gliedes 31 zu höherer Effizienz beim Flüssigkeitsausstoß beitragen.
Fünftes Ausführungsbeispiel
9A, 9B und 9C sind schematische Querschnittsansichten, die einen Flüssigkeitsausstoßkopf eines fünften Ausführungsbeispiels nach der vorliegenden Erfindung zeigen.
Im Gegensatz zum vorherigen Ausführungsbeispiel kommuniziert im Flüssigkeitsweg des vorliegenden Ausführungsbeispiels der Bereich nicht direkt mit dem Ausstoßport 18 auf der Seite der Flüssigkeitskammer, wodurch die Konfiguration einfacher wird.
Die Flüssigkeitslieferung geschieht lediglich durch den Flüssigkeitslieferweg 12 längs der Fläche des beweglichen Gliedes 31, das dem Blasenerzeugungsbereich gegenüber steht, während die Lagebeziehung vom freien Ende 32 und dem Drehpunkt 33 des beweglichen Gliedes 31 relativ zum Ausstoßport 18 und dem Wärmeerzeugungsglied 2 dieselben sind wie im vorherigen Ausführungsbeispiel.
Das vorliegende Ausführungsbeispiel erreicht die vorbeschriebenen Wirkungen der Ausstoßeffizienz und der Flüssigkeitslieferung, ist aber insbesondere effektiv beim Unterdrücken des Zurückziehens vom Meniskus, wodurch fast die gesamte Flüssigkeitsnachfüllung in einer erzwungenen Weise durch den Druck des Blasenverschwindens erreicht wird.
9 zeigt einen Zustand, bei dem die Blase in der Flüssigkeit durch das Wärmeerzeugungsglied 2 erzeugt wurde, während 9B einen Zustand zeigt, bei dem die Blase im Verlauf der Zusammenziehung der Rückkehrbewegung des beweglichen Gliedes 31 an die Ausgangsposition und die Flüssigkeitslieferung durch 53 erfolgt.
9C zeigt einen Zustand, bei dem eine leichte Rückziehung vom Meniskus, induziert durch die Rückkehrbewegung des beweglichen Gliedes 31 zur Anfangsposition, nachgefüllt wird, nachdem die Blase verschwunden ist, durch die Kapillarkraft in der Nähe des Ausstoßports 18.
Sechstes Ausführungsbeispiel
Die vorliegende Erfindung ist dieselbe wie bei den vorstehenden Ausführungsbeispielen im Ausstoßprinzip der prinzipiellen Flüssigkeit, verwendet aber eine Konfiguration doppelten Flüssigkeitsweges, wodurch die verwendete Flüssigkeit geteilt wird in eine Blasenerzeugungsflüssigkeit, die eine Blase durch Wärmezufuhr erzeugt, und Ausstoßflüssigkeit, die prinzipiell ausgestoßen wird.
10 ist eine Querschnittsansicht des Flüssigkeitsausstoßkopfes vom vorliegenden Ausführungsbeispiel längs des Flüssigkeitsweges, und 11 ist eine teilweise geschnittene perspektivische Ansicht eines derartigen Flüssigkeitsausstoßkopfes.
Der Flüssigkeitsausstoßkopf vom vorliegenden Ausführungsbeispiel ist vorgesehen auf dem Elementsubstrat 1, auf dem das Wärmeerzeugungsglied 2 zum Belieferung der Flüssigkeit mit thermischer Energie zur Blasenerzeugung gebildet ist, mit einem Flüssigkeitsweg 16 für eine zweite Flüssigkeit als Blasenerzeugungsflüssigkeit, und mit einem Flüssigkeitsweg 14 für die erste Flüssigkeit als Ausstoßflüssigkeit, die direkt mit dem Ausstoßport 18 kommuniziert.
Die Stromaufwärtsseite des Flüssigkeitsweges 14 kommuniziert mit einer ersten Flüssigkeitskammer 15 zum Liefern der Ausstoßflüssigkeit an die mehrfach vorhandenen ersten Flüssigkeitswege 14, während die Stromaufwärtsseite des zweiten Flüssigkeitsweges 16 mit einer zweiten Flüssigkeitskammer 17 kommuniziert, um die Blasenerzeugungsflüssigkeit an die Vielzahl zweiter Flüssigkeitswege 16 anzuliefern.
Wenn jedoch die Blasenerzeugungsflüssigkeit und die Ausstoßflüssigkeit dieselben sind, können die gemeinsamen Flüssigkeitskammern 15, 17 vereint werden zu einer einzigen Kammer.
Zwischen dem ersten und dem zweiten Flüssigkeitsweg 14, 16 vorgesehen ist eine Trennwand 30, die aufgebaut ist aus einem elastischen Material, wie beispielsweise Metall, um die Wege 14 und 16 voneinander zu trennen. Im Falle, daß die Blasenerzeugungsflüssigkeit und die Ausstoßflüssigkeit ein wenig gemischt sind, ist die Trennung der Flüssigkeit vom ersten Flüssigkeitsweg 14 und derjenigen vom zweiten Flüssigkeitsweg 16 durch die Trennwand 30 so weit wie möglich wünschenswert, aber im Falle der Blasenerzeugungsflüssigkeit und der Ausstoßflüssigkeit können diese zu einem gewissen Maß gemischt werden, die Trennwand muß nicht die Funktion einer vollständigen Trennung ausführen.
In einem Raum, der festgelegt ist durch Hervorstehen des Wärmeerzeugungsgliedes 2 nach oben (Raum gemäß einem Bereich A und dem Blasenerzeugungsbereich B (11) in 10, und wird danach als Ausstoßdruckerzeugungsbereich bezeichnet), bildet die Trennwand des beweglichen Gliedes 31 in der Form eines Strahls, der an einem Ende gestützt ist, mit einem freien Ende durch einen Schlitz 35 an der Seite des Ausstoßports 18 (auf der Stromabwärtsseite im Flüssigkeitslauf) und ein Drehpunkt an der Seite der gemeinsamen Flüssigkeitskammern 15, 17. Das bewegliche Glied 31, das so positioniert ist, daß es dem Blasenerzeugungsbereich 11 (B) gegenüber steht, ist hin zum Ausstoßport 18 des ersten Flüssigkeitsweges 14 geöffnet (wie aufgezeigt durch einen Pfeil in 10), durch die Blasenerzeugung in der Blasenerzeugungsflüssigkeit. Auch in 11 versteht es sich, daß die Trennwand 30 sich über einem Raum befindet, der den zweiten Flüssigkeitsweg 16 bildet, über dem Elementsubstrat 1, das auf sich einen Wärmeerzeugungswiderstand trägt (elektrothermisches Umsetzglied), das das Wärmeerzeugungsglied 2 und eine Elektrode 5 bildet zum Beliefern des Wärmeerzeugungswiderstands mit einem elektrischen Signal.
Die Anordnung des Drehpunkts 33 und des freien Endes 32 vom Bewegungsglied 31 und die Lagebeziehung dieser zum Lageerzeugungsglied 2 sind dieselben wie jene des vorstehenden Ausführungsbeispiels.
Die konfigürliche Beziehung vom zweiten Flüssigkeitsweg 16 und dem Wärmeerzeugungsglied 2 ist dieselbe wie diejenige im Flüssigkeitsweg 12 und im Wärmeerzeugungsglied 2, wie in den vorstehenden Ausführungsbeispielen erläutert.
Nun wird Bezug genommen auf die 12A und 12B zur Erläuterung der Arbeitsweise des Flüssigkeitsausstoßkopfes vom vorliegenden Ausführungsbeispiel.
Der Kopf vom vorliegenden Ausführungsbeispiel wurde angesteuert mit einer wäßrigen Tinte als Ausstoßflüssigkeit zur Lieferung an den ersten Flüssigkeitsweg 14, und der Blasenerzeugungsflüssigkeit, die an den zweiten Flüssigkeitsweg 16 zu liefern ist.
Die vom Wärmeerzeugungsglied 2 erzeugte Wärme wird der Blasenerzeugungsflüssigkeit zugeführt, die im Blasenerzeugungsbereich vom zweiten Flüssigkeitsweg enthalten ist, um eine Blase 40 dort zu erzeugen durch ein Filmsiedephänomen, wie es offenbart ist im U.S. Patent Nr. 4 723 129.
Da im vorliegenden Ausführungsbeispiel der Blasenerzeugungsdruck nicht aus dem Blasenerzeugungsbereich in drei Richtungen entweichen kann, mit Ausnahme der Stromaufwärtsseite, wird ein solcher Druck sich auf das bewegliche Glied 31 konzentrieren, das vorgesehen ist im Ausstoßdruckerzeugungsbereich, und mit dem Wachsen der Blase versetzt sich das bewegliche Glied 31 vom in 12A gezeigten Zustand hin zum ersten Flüssigkeitsweg 14, wie in 12B gezeigt. Durch eine derartige Funktion des beweglichen Gliedes 31 kommuniziert der erste Flüssigkeitsweg 14 weitestgehend mit dem zweiten Flüssigkeitsweg 16, und der Blasenerzeugungsdruck wird prinzipiell hin zum Ausstoßport 18 (Richtung A) übertragen, im ersten Flüssigkeitsweg 14. Die Flüssigkeit wird ausgestoßen aus dem Ausstoßport 18 durch die Ausbreitung eines derartigen Druckes in Verbindung mit dem mechanischen Versatz des beweglichen Gliedes 31.
Mit der Zusammenziehung der Blase kehrt dann das bewegliche Glied 31 zur in 12A gezeigten Position zurück, und im ersten Flüssigkeitsweg 14 wird die Ausstoßflüssigkeit eines Betrages gemäß der ausgestoßenen Flüssigkeit nachgefüllt von der Stromaufwärtsseite. Auch im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Nachfüllen der Ausstoßflüssigkeit nicht behindert durch das bewegliche Glied 31, da der Versatz desselben in Schließrichtung verläuft, wie in den vorherigen Ausführungsbeispielen.
Das vorliegende Ausführungsbeispiel ist dasselbe wie das vorstehende erste Ausführungsbeispiel hinsichtlich der Funktionen und Wirkungen der prinzipiellen Komponenten, wie der Druckausbreitung, Wachstumsrichtung der Blase, Verhindern der Rückwärtswelle usw., realisiert durch den Versatz des beweglichen Gliedes 31, sondern stellt auch noch die zusätzlichen Vorteile bereit aufgrund der Zweiwegekonfiguration.
In der oben erläuterten Konfiguration kann die Ausstoßflüssigkeit der Blasenerzeugungsflüssigkeit getrennt werden, und die Ausstoßflüssigkeit kann ausgestoßen werden durch den Druck, der gewonnen wird durch die Blasenerzeugung in der Blasenerzeugungsflüssigkeit. Es wird folglich für möglich gehalten, den Ausstoß befriedigend auszuführen, selbst bei viskoser Flüssigkeit, die hinsichtlich der Ausstoßleistung unbefriedigend ist, weil die Blasenerzeugung unter Wärmeanwendung nicht ausreichend ist, wie bei Polyäthylenglykol, durch Liefern einer solchen Flüssigkeit in den ersten Flüssigkeitsweg und auch durch Beliefern des zweiten Flüssigkeitswegs mit einer Flüssigkeit, die in der Lage ist, die Blasenerzeugung befriedigend zu erledigen (beispielsweise eine Mischung aus Ethanol : Wasser = 4 : 6 mit einer Viskosität von 1–2 cp) oder niedrigsiedende Flüssigkeit als Blasenerzeugungsflüssigkeit.
Auch kann eine Flüssigkeit ausgewählt werden, die keine Ablagerung, wie Verklumpung auf der Oberfläche des Wärmeerzeugungsgliedes 2 unter Wärmeeinwirkung erzeugt, ausgewählt werden als Blasenerzeugungsflüssigkeit oder zum Stabilisieren der Blasenerzeugung, wodurch ein befriedigender Flüssigkeitsausstoß erzielt wird.
Die Kopfkonfiguration vom vorliegenden Ausführungsbeispiel, die in der Lage ist, die Wirkungen zu erreichen, die in den vorherigen Ausführungsbeispielen erläutert wurden, kann verschiedene Flüssigkeiten ausstoßen, wie Hochviskoseflüssigkeit, mit höherer Ausstoßeffizienz und höherer Ausstoßleistung.
Auch Flüssigkeit kann ausgestoßen werden ohne thermische Beschädigung, wenn diese gegenüber Wärme anfällig ist, durch Anliefern derartiger Flüssigkeit als Ausstoßflüssigkeit in den ersten Flüssigkeitsweg 14 und durch Beliefern des zweiten Flüssigkeitsweges mit einer Flüssigkeit, die in der Lage ist, in befriedigender Weise zur Blasenbildung beizutragen und gegenüber Wärme hitzebeständig zu sein, mit hoher Ausstoßeffizienz und hoher Ausstoßleistung, wie im Vorstehenden schon erläutert.
Andere Ausführungsbeispiele
Im Vorstehenden erläutert sind Ausführungsbeispiele prinzipieller Teile des Flüssigkeitsausstoßkopfes und des Flüssigkeitsausstoßverfahrens nach der vorliegenden Erfindung. Nachstehend erläutert sind andere Ausführungsbeispiele, die vorteilhaft sind bei Anwendungen wie derartigen der vorstehenden Ausführungsbeispiele, unter Bezug auf die beiliegende Zeichnung. Es ist nicht angemerkt worden, daß die folgenden Ausführungsbeispiele sich beziehen entweder auf die Konfiguration mit einem Weg oder auf die Konfiguration mit zwei Wegen, sind aber allgemein verwendbar für beide Konfigurationen, es sei denn, es wird anders spezifiziert.
Deckenform des Flüssigkeitsweges
13 ist eine Ansicht, die die Konfiguration eines beweglichen Gliedes und eines ersten Flüssigkeitsweges zeigt.
Wie in 13 gezeigt, ist auf der Trennwand 30 ein mit einer Rille versehenes Glied 50 vorgesehen, das Rillen hat zum Bilden des ersten Flüssigkeitsweges 14 (oder Flüssigkeitsweg 10 in 1). In diesem Ausführungsbeispiel ist die Decke des Flüssigkeitsweges höher in der Nähe des freien Endes vom beweglichen Glied 31, um den Bewegungswinkel
zu erhöhen. Der Bewegungswinkel des beweglichen Gliedes 31 kann bestimmt werden unter Berücksichtigung der Struktur des Flüssigkeitsweges, der Haltbarkeit des Flüssigkeitsweges 31, der Blasenerzeugungsleistung usw., deckt aber wünschenswerter Weise eine Position ab, die den Winkel des Ausstoßport 18 in axialer Richtung einschließt.
Auch kann die Ausstoßleistung in befriedigenderer Weise übertragen werden durch Auswahl in der in 13 gezeigten Weise, wobei die Höhe des Versatzes des freien Endes vom beweglichen Glied 31 größer ist als der Durchmesser des Ausstoßports 18. Wie des weiteren in 13 gezeigt, ist die Decke des Flüssigkeitsweges niedriger am Drehpunkt 33 vom Bewegungsglied 31 als an dessen freien Ende 32, wodurch das Lecken von der Druckwelle hin zur Stromaufwärtsseite in effizienterer Weise verhindert werden kann.
Lagebeziehung vom zweiten Flüssigkeitsweg und zum beweglichen Glied 31
14A bis 14C veranschaulichen die Lagebeziehung des beweglichen Gliedes 31 und des zweiten Flüssigkeitsweges 16. 14A ist eine Aufsicht auf die Trennwand 30 und das bewegliche Glied 31, von oben gesehen, während 14B eine Aufsicht des zweiten Flüssigkeitsweges 16 ohne die Trennwand 30 ist, gesehen von oben, und 14C ist eine schematische Ansicht der Lagebeziehung vom beweglichen Glied 31 zum zweiten Flüssigkeitsweg 16, dargestellt in wechselweise überlagerter Art. In diesen Figuren ist die untere Seite die Vorderseite mit dem Ausstoßport 18.
Der zweite Flüssigkeitsweg 16 im vorliegenden Ausführungsbeispiel hat einen zusammengezogenen Abschnitt 19 in Stromaufwärtsseite des Wärmeerzeugungsgliedes 2 (die Stromaufwärtsseite ist festgelegt durch den Hauptstrom aus der zweiten gemeinsamen Flüssigkeitskammer zum Ausstoßport 18 durch das Wärmeerzeugungsglied 2, das bewegliche Glied 31 und durch den ersten Flüssigkeitsweg), wodurch eine Kammerstruktur (Blasenerzeugungskammer) gebildet wird, um ein leichtes Entweichen des Druckes bei der Blasenerzeugung zur Stromaufwärtsseite des zweiten Flüssigkeitsweges 16 zu vermeiden.
Im Falle des verengten Abschnitts 19 zum Vermeiden des Entweichens vom Druck, erzeugt in der Flüssigkeitskammer durch das Wärmeerzeugungsglied 2, hin zur gemeinsamen Flüssigkeitskammer ist im herkömmlichen Kopf gebildet, indem der Blasenerzeugungsflüssigkeitsweg derselbe ist wie der Flüssigkeitsausstoßweg, der Querabschnitt des Flüssigkeitsweges in einem solch eingeengten Abschnitt 19 kann nicht sehr eng gemacht werden in Hinsicht auf die Flüssigkeitsnachfüllung.
Die meiste der ausgestoßenen Flüssigkeit im vorliegenden Ausführungsbeispiel kann andererseits Ausstoßflüssigkeit sein, die im ersten Flüssigkeitsweg präsent ist, und der Verbrauch der Blasenerzeugungsflüssigkeit im zweiten Ausführungsbeispiel, wobei das Wärmeerzeugungsglied präsent ist, kann klein gehalten werden. Folglich kann die Nachfüllmenge der Blasenerzeugungsflüssigkeit in den Blasenerzeugungsbereich 11 vom zweiten Flüssigkeitsweg klein gehalten werden. Aus diesem Grund kann der Spalt des oben erwähnten eingeengten Abschnitts 19 so eng gemacht werden, daß er nur mehrere Mikrometer beträgt oder weniger als 20 Mikrometer, so daß der Blasendruck, erzeugt im zweiten Flüssigkeitsweg, weiter daran gehindert werden kann, zu entweichen und sich hin zum beweglichen Glied 31 zu konzentrieren. Solch ein Druck kann verwendet werden durch das bewegliche Glied 31 als Ausstoßleistung, wodurch eine höhere Ausstoßeffizienz und eine höhere Ausstoßleistung erreicht wird. Der erste Flüssigkeitsweg 16 ist nicht auf die zuvor erläuterte Gestalt beschränkt, sondern kann in dieser Hinsicht beliebig sein, um in effizienter Weise den blaseninduzierten Druck auf das bewegliche Glied 31 zu übertragen.
Wie in 14C gezeigt, bedecken die Querabschnitte des beweglichen Gliedes 31 einen Teil der Wand, die den zweiten Flüssigkeitsweg bildet, und eine derartige Konfiguration hindert das bewegliche Glied 31 daran, in den zweiten Flüssigkeitsweg zu fallen, wodurch die zuvor genannten Trennung der Ausstoßflüssigkeit und der Blasenerzeugungsflüssigkeit weiter verbessert werden kann. Ebenfalls unterdrückt wird das Lecken der Blase durch den Schlitz, wodurch ein weiterer Anstieg des Ausstoßdruckes und der Ausstoßeffizienz erreicht wird. Die zuvor genannte Flüssigkeitsnachfüllwirkung aus der Stromaufwärtsseite durch den Druck der verschwindenden Blase kann des weiteren noch mehr verbessert werden.
In 12B und in 13 erstreckt sich ein Teil der Blase, erzeugt im Blasenerzeugungsbereich vom zweiten Flüssigkeitsweg 16, in den ersten Flüssigkeitsweg 14 als Ergebnis des Versatzes vom beweglichen Glied 31 hin zum ersten Flüssigkeitsweg 14, und eine solche Höhe des zweiten Flüssigkeitsweges als Zulassung einer solchen Erstreckung der Blase gestattet einen weiteren Anstieg der Ausstoßleistung, im Vergleich mit dem Fall ohne eine solche Erstreckung der Blase. Zum Realisieren einer derartigen Erstreckung der Blase im ersten Flüssigkeitsweg 14 wird die Höhe des zweiten Flüssigkeitsweges 16 vorzugsweise kleiner gemacht als die Höhe der maximalen Blase und wird vorzugsweise ausgewählt innerhalb eines Bereichs von mehreren bis zu 30 Mikrometern. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Höhe mit 15 μm ausgewählt.
Bewegliches Glied und Trennwand
15A bis 15C zeigen andere Formen des beweglichen Gliedes 31. 15A zeigt eine rechteckige Gestalt, während 15B eine Gestalt mit einem engeren Drehabschnitt zeigt, um das Versetzen des beweglichen Gliedes 31 zu erleichtern, und 15C zeigt eine Gestalt mit weiterem Drehabschnitt, um die Haltbarkeit des beweglichen Gliedes 31 zu verlängern.
In diesen Zeichnungen legt ein Schlitz, gebildet in der Trennwand, das bewegliche Glied 31 fest. Zum Realisieren leichten Versatzes und befriedigender Haltbarkeit wird die Breite des Drehabschnitts wünschenswerter Weise in eine Bogengestalt beschränkt, wie in 14A gezeigt, aber die Gestalt des beweglichen Gliedes 31 kann beliebig ausgewählt werden, um so nicht in den zweiten Flüssigkeitsweg zu fallen und um ein leichtes Versetzen und befriedigende Haltbarkeit zu realisieren.
Im vorstehenden Ausführungsbeispiel war die Trennwand 5, die das plattenförmige bewegliche Glied 31 enthält, zusammengesetzt aus Nickel in einer Stärke von 5 μm, aber die Trennwand und das bewegliche Glied können aus einem Material bestehen, das resistent ist gegenüber der Blasenerzeugungsflüssigkeit und der Ausstoßflüssigkeit, und eine Elastizität hat, die ein befriedigendes Arbeiten des beweglichen Gliedes und die Bildung eines feinen Schlitzes ermöglicht.
Die Stärke der Trennwand läßt sich bestimmen unter Berücksichtung des Materials und dessen Gestalt, um so eine erforderliche Widerstandsfähigkeit zu haben und eine befriedigende Funktion vom beweglichen Glied 31 zu erreichen, und wird vorzugsweise ausgewählt innerhalb eines Bereichs von 0,5 bis 10 μm.
Die Breite des Schlitzes 35, die das bewegliche Glied 31 festlegt, ist ausgewählt mit 2 μm im vorliegenden Ausführungsbeispiel. Wenn jedoch die Blasenerzeugungsflüssigkeit und die Ausstoßflüssigkeit wechselweise unterschiedlich sind und daran gehindert werden sollen, sich wechselweise zu vermischen, kann die Breite des Schlitzes so ausgewählt werden, daß sie einen Meniskus zwischen den beiden Flüssigkeiten bildet, wodurch der wechselweise Fluß der Flüssigkeiten vermieden wird. Hat beispielsweise die Blasenerzeugungsflüssigkeit eine Viskosität von etwa 2 cp, während die Ausstoßflüssigkeit eine Viskosität hat, die 100 cp übersteigt, kann das wechselweise Mischen mit einem Schlitz von etwa 5 μm verhindert werden, aber ein Schlitz von 3 μm oder weniger wäre wünschenswert.
Die Stärke des beweglichen Gliedes 31 nach der vorliegenden Erfindung ist nicht in der Ordnung von Zentimetern, sondern in der Ordnung von Mikrometern (t μm). Zur Bildung eines solchen beweglichen Gliedes 31 mit dem Schlitz einer Breite in der Größenordnung von Mikrometern (W μm) ist es wünschenswert, eine gewisse Fluktuation bei der Herstellung in Betracht zu ziehen.
Wenn die Stärke des dem freien Ende und/oder dem Querende des beweglichen Gliedes 31 gegenüber steht, den Schlitz festlegend, ist dies vergleichbar damit, daß das bewegliche Glied 31 (wie in den 12A, 12B und 13 gezeigt) das Mischen der Blasenerzeugungsflüssigkeit mit der Ausstoßflüssigkeit in stabiler Weise unterdrückt werden durch Auswählen der Beziehung von Schlitzbreite zur Dicke innerhalb des nachstehenden Bereichs unter Berücksichtigung der Herstellfluktuation. Obwohl dies eine Beschränkung beim Auslegen vorgibt, ermöglicht ein Zustand W/t ≤ 1 das Unterdrücken der Vermischung der beiden Flüssigkeiten über eine lang ausgedehnte Periode im Falle der Verwendung der Blasenerzeugungsflüssigkeit mit einer Viskosität von 3 cp oder weniger in Verbindung mit der hochviskosen Tinte ( 5 oder 10 cp).
Ein Schlitz in der Größenordnung mehrerer Mikrometer kann den "im wesentlichen geschlossenen Zustand" nach der vorliegenden Erfindung realisieren.
Sind die Funktionen eingeteilt in die Blasenerzeugungsflüssigkeit und die Ausstoßflüssigkeit, bildet das bewegliche Glied praktisch ein Trennglied für diese Flüssigkeiten. Ein leichtes Vermischen der Blasenerzeugungsflüssigkeit in die Ausstoßflüssigkeit kann als Ergebnis des Versatzes vom beweglichen Glied beobachtet werden beim Wachsen der Blase. Da jedoch die Ausstoßflüssigkeit, die das Bild im Tintenstrahldrucken erzeugt, im allgemeinen ein Farbmaterial enthält mit einer Konzentration von 3 bis 5%, wird eine signifikante Variation in der Farbdichte nicht als Ergebnis auftreten, wenn die Blasenflüssigkeit enthalten ist innerhalb eines Bereichs von 20% in dem Tröpfchen der Ausstoßflüssigkeit. Die vorliegende Erfindung umfaßt folglich eine Situation, bei der die Blasenerzeugungsflüssigkeit und die Ausstoßflüssigkeit in einem Bereich vermischt werden, der den Inhalt der Blasenerzeugungsflüssigkeit im ausgestoßenen Tröpfchen 20% nicht übersteigt.
Bei der zuvor erläuterten Konfiguration überstieg das Mischverhältnis der Blasenerzeugungsflüssigkeit 15% nicht, selbst wenn sich die Viskosität geändert hatte, und mit der Blasenerzeugungsflüssigkeit einer Viskosität, die 5 cp nicht übersteigt, überstieg das Mischverhältnis 10% nicht, obwohl dies variabel ist abhängig von der Ansteuerfrequenz.
Derartige Vermischung von Flüssigkeiten läßt sich verringern, beispielsweise auf 5% oder weniger, durch Reduzieren der Viskosität der Ausstoßflüssigkeit von 20 cp.
Im Folgenden erläutert ist die Lagebeziehung des Wärmeerzeugungsgliedes zum Bewegungsglied im Kopf unter Bezug auf die anliegende Zeichnung. Die Gestalt, Abmessung und die Anzahl von beweglichen Gliedern im Wärmeerzeugungsglied sind jedoch nicht auf jene nachstehend erläuterten beschränkt. Die optimale Anordnung vom Wärmeerzeugungsglied und vom beweglichen Glied gestattet das effiziente Anwenden des Druckes von Blasen, die durch das Wärmeerzeugungsglied entstehen, als auch Ausstoßdruck.
16 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Bereich des Wärmeerzeugungsgliedes und der Tintenausstoßmenge zeigt.
In der herkömmlichen Technologie sogenannten Blasenstrahldruckens, das das Tintenstrahldrucken zum Bewirken einer Bilderzeugung ist durch Bereitstellen von Tinte mit einer Energie wie Wärme zum Erzeugen hier eines Änderungszustandes einschließlich einer steilen Volumenänderung (Blasenerzeugung) ist der Ausstoß von Tinte aus dem Ausstoßport durch eine Wirkungskraft, die sich ergibt aus der Zustandsänderung und dem solchermaßen Auftragen von Ausstoßtinte auf das Aufzeichnungsmedium, wobei die Ausstoßmenge an Tinte im Verhältnis zur Fläche des Wärmeerzeugungsgliedes steht, wie in 16 gezeigt, aber es gibt auch einen ineffektiven Bereich S, der nicht zur Blasenerzeugung beiträgt. Auch der Zustand der Verklumpung auf dem Wärmeerzeugungsglied zeigt auf, daß der ineffektive Bereich S im peripheren Bereich des Wärmeerzeugungsgliedes präsent ist. Auf diesen Ergebnissen basierend wird angenommen, daß ein peripherer Bereich, der eine Breite von etwa 4 μm hat, vom Wärmeerzeugungsglied, nicht zur Wärmeerzeugung beitragen kann.
Folglich ist es zur effektiven Nutzung des Druckes bei der Blasenerzeugung unter Berücksichtung genommen, die das bewegliche Glied in einer solchen Weise effektiv zu positionieren, daß das bewegliche Glied einen Bereich abdeckt, unmittelbar über dem effektiven Blasenerzeugungsbereich, der innerhalb des peripheren Bereichs einer Breite von etwa 4 μm vom Wärmeerzeugungsglied liegt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der effektive Blasenerzeugungsbereich angesehen als Bereich innerhalb des peripheren Bereichs einer Breite von etwa 4 μm des Wärmeerzeugungsgliedes, aber eine derartige Konfiguration ist nicht beschränkend abhängig von der Art des Wärmeerzeugungsgliedes und des Herstellverfahrens.
17A und 17B sind Ansichten, die von oben gesehen sind, vom Wärmeerzeugungsglied 2 und von einer Fläche von 58 × 150 μm, jeweils überlagert mit dem beweglichen Glied 301 (17A) und 302 (17B) unterschiedlicher beweglicher Bereiche.
Das bewegliche Glied 301 hat eine Abmessung von 53 × 145 μm, und ist somit kleiner als das Wärmeerzeugungsglied 2, ist aber vergleichbar mit dem effektiven Blasenerzeugungsbereich und ist so positioniert, um einen solchen effektiven Blasenerzeugungsbereich zu überdecken. Andererseits hat das bewegliche Glied 302 eine Abmessung von 53 × 220 μm, womit es größer ist als das Wärmeerzeugungsglied 2 (Abstand vom Drehpunkt zum beweglichen Ende ist größer als die Länge des Wärmeerzeugungsgliedes 2 bei derselben Breite) und ist so positioniert, daß der wirksame Blasenerzeugungsbereich wie im Falle des beweglichen Gliedes 301 abgedeckt wird. Die Haltbarkeit der Ausstoßeffizienz wurde gemessen für derartig bewegliche Glieder 301 und 302, und zwar unter folgenden Bedingungen:

Blasenerzeugungsflüssigkeit: 40% wäßrige Lösung von Ethanol

Ausstoßtinte: farbenthaltene Tinte

Spannung: 20,2 V

Frequenz: 3 kHz
Die Messung unter diesen Bedingungen offenbarte, daß (a) das bewegliche Glied 301 eine Beschädigung im Drehabschnitt zeigte, nachdem das bewegliche Glied 301 eine Beschädigung im Mittelabschnitt nach Anwenden von 1 × 10⁷ Impulsen zeigte, während (b) das bewegliche Glied 302 keinerlei Beschädigung nach Beaufschlagung mit 3 × 10⁸ Impulsen zeigte. Es wurde auch bestätigt, daß die Bewegungsenergie, bestimmt aus der Ausstoßmenge und der Ausstoßgeschwindigkeit relativ zur eingegebenen Energie erhöht wurde auf das 1,5 bis 2,5-Fache.
Basierend auf diesen Ergebnissen ist es vorzuziehen, in Hinsicht auf Haltbarkeit und Ausstoßeffizienz das bewegliche Glied in einer solchen Weise zu positionieren, daß es einen Bereich direkt über dem effektiven Blasenerzeugungsbereich abdeckt und daß der Bereich des beweglichen Gliedes größer ist als der des Wärmeerzeugungsgliedes.
18 zeigt die Beziehung zwischen dem Abstand zwischen der Kante des Wärmeerzeugungsgliedes zum Drehpunkt des beweglichen Gliedes und den Betrag des Versatzes desselben. Auch ist 48 eine Querschnittsansicht, die die Lagebeziehung des Wärmeerzeugungsgliedes 2 und des beweglichen Gliedes 31 zeigt.
Das Wärmeerzeugungsglied 2 hatte eine Abmessung von 40 × 105 μm. Es läßt sich verstehen, daß der Umfang des Versatzes mit dem Anstieg des Abstands von der Kante des Wärmeerzeugungsgliedes 2 zum Drehpunkt 3 des beweglichen Gliedes 31 größer wird. Von daher ist es wünschenswert, den optimalen Betrag des Versatzes zu bestimmen und die Lage des Drehpunktes 33 vom Bewegungsglied gemäß der gewünschten Ausstoßmenge an Tinte zu bestimmen, gemäß der Struktur des Flüssigkeitsweges für den Ausstoß von Flüssigkeit und der Gestalt des Wärmeerzeugungsgliedes.
Wenn der Drehpunkt des beweglichen Gliedes sich direkt über dem wirksamen Blasenerzeugungsbereich vom Wärmeerzeugungsglied befindet, wird die Haltbarkeit des beweglichen Gliedes verschlechtert, da der Drehpunkt direkt den Druck bei der Blasenerzeugung aufnimmt, zusätzlich zur Belastung des Versatzes vom beweglichen Glied. Gemäß den Untersuchungen der gegenwärtigen Erfinder zeigte das bewegliche Glied eine Verschlechterung in der Haltbarkeit, Beschädigungen wurden erzeugt nach Beaufschlagen mit etwa 1 × 10⁶ Impulsen im Falle, bei dem sich der Drehpunkt direkt über dem wirksamen Blasenerzeugungsbereich befand. Das bewegliche Glied einer Gestalt oder eines Materials von mittlerer Haltbarkeit kann ebenfalls eingesetzt werden durch Positionieren des Drehpunktes außerhalb des Bereichs, der direkt über dem wirksamen Blasenerzeugungsbereich vom Wärmeerzeugungsglied liegt. Der Drehpunkt kann jedoch direkt über einem solchen wirksamen Blasenerzeugungsbereich positioniert werden von der Gestalt und dem Material, das in geeigneter Weise ausgesucht ist. Auf diese Weise kann ein Flüssigkeitsausstoßkopf gewonnen werden, der exzellent in der Ausstoßeffizienz und in der Haltbarkeit ist.
Elementsubstrat
Nachstehend erläutert ist die Konfiguration des Elementsubstrats, auf dem das Wärmeerzeugungsglied für eine vorgegebene Wärme für die Flüssigkeit vorgesehen ist.
20A und 20B sind senkrechte Querschnittsansichten des Flüssigkeitsausstoßkopfes nach der vorliegenden Erfindung, mit beziehungsweise ohne einen Schutzfilm, wie später zu erläutern ist.
Über dem Elementsubstrat 1 positioniert ist ein mit Rillen versehenes Glied 50 (Abdeckplatte), die versehen ist mit einem zweiten Flüssigkeitsweg 16, einer Trennwand 30, einem ersten Flüssigkeitsweg 14 und einer Rille zum Bilden des Flüssigkeitsweges 14.
Das Elementsubstrat 1 wird vorbereitet auf einem Substrat 107, wie aus Silizium, durch Erzeugen eines Siliziumoxidfilms oder eines Siliziumnitridfilms 106 zur Isolierung und Wärmeakkumulation, darauf wird, wie in 11 gezeigt, eine elektrische Widerstandsschicht 105 (0,01–0,2 μm dick) gemustert, zusammengesetzt beispielsweise aus Hafniumborid (HfB₂), Tantalnitrid (TaN) oder Tantalaluminium (TaAl) und das Wärmeerzeugungsgliede 2 und Verdrahtungselektroden 104 (0,2–1,0 μm dick), beispielsweise aus Aluminium, werden gebildet. Die Verdrahtungselektroden 104 führen eine Spannung an die elektrische Widerstandsschicht 105, wodurch ein Strom hindurch geschickt wird und Wärme darin erzeugt wird. Die elektrische Widerstandsschicht zwischen den Verdrahtungselektroden trägt auf sich eine Schutzschicht einer Stärke von 0,1 bis 2,0 μm, beispielsweise aus Siliziumoxid oder Siliziumnitrid, und eine Antikavitationsschicht (0,1–0,6 μm), beispielsweise aus Tantal, um die Widerstandsschicht 105 vor Tinte oder anderen Flüssigkeiten zu schützen.
Da der Druck oder die Druckwelle, erzeugt beim Entstehen oder Verschwinden der Blase, sehr hoch ist und in signifikanter Weise die Haltbarkeit des harten und zerbrechlichen Oxidfilms angreift, wird ein metallisches Material wie Tantal (Ta) als Antikavitationsschicht 102 verwendet.
Auf die zuvor genannte Schutzschicht kann verzichtet werden mit der Kombination der Flüssigkeit, wobei die Konfiguration der Flüssigkeitswege und des Widerstandsmaterials die in 20B dargestellten sind. Ein Beispiel des Materials der Widerstandsschicht, die keine Schutzschicht erfordert, ist eine Iridium-Tantal-Aluminium-Verbindung.
Das Wärmeerzeugungsglied in den vorstehenden Ausführungsbeispielen kann lediglich aus einer Widerstandsschicht (Wärmeerzeugungsteil) aufgebaut sein, vorgesehen zwischen den Elektroden, oder kann eine Schutzschicht zum Schutz für die Widerstandsschicht enthalten.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel hat das Wärmeerzeugungsglied den Wärmeerzeugungsteil aus der Widerstandsschicht, die Wärme als Reaktion auf ein elektrisches Signal erzeugt, aber eine derartige Konfiguration ist nicht beschränkend, und verwendet werden können beliebige Glieder, die in der Lage sind, eine Blase in hinreichender Weise zum Ausstoß der Ausstoßflüssigkeit zu erzeugen. Beispielsweise kann das Wärmeerzeugungsglied ein optothermisches Umsetzglied enthalten, das Wärme erzeugt durch Aufnahme von Licht, wie aus einem Laser, oder ein Wärmeerzeugungsteil, das die Wärme durch Aufnahme eines hochfrequenten Signals erzeugt.
Das Elementsubstrat 1 kann des weiteren zusätzlich zum elektrothermischen Umsetzglied vorgesehen sein, und ist aufgebaut aus der Widerstandsschicht 105, die den zuvor genannten Wärmeerzeugungsteil bildet, und den Verdrahtungselektroden 104 zum Beliefern der Widerstandsschicht 105 mit einem elektrischen Signal, mit funktionalen Elementen, wie Transistoren, Dioden, Zwischenspeichern und Schieberegistern, die verwendet werden zum selektiven Ansteuern des elektrothermischen Umsetzelements und integral aufbereitet sind durch einen Halbleiterprozeß.
Zum Ausstoß der Flüssigkeit durch Ansteuern des Wärmeerzeugungsteils vom elektrothermischen Umsetzglied, das auf einem solchen Elementsubstrat vorgesehen ist, wird ein Rechteckimpuls angelegt, wie er in 21 gezeigt ist, an die Widerstandsschicht 105 durch die Verdrahtungselektroden 104, um eine schnelle Wärmeerzeugung in der Widerstandsschicht 105 zu induzieren.
21 ist eine schematische Ansicht, die die Form des Ansteuerimpulses zeigt.
In den Köpfen der vorstehenden Ausführungsbeispiele wurde ein elektrisches Signal einer Spannung von 24 V, einer Impulsdauer von 7 μs und ein Strom von 150 mA mit einer Frequenz von 6 kHz angelegt, um das Wärmeerzeugungsglied anzusteuern, wodurch der Tintenausstoß aus dem Ausstoßport durch die zuvor erläuterten Funktionen erfolgte. Jedoch ist das Ansteuersignal nicht an derartige Bedingungen beknüpft, sondern kann beliebigen Bedingungen unterworden werden, die eine Blase in der Blasenerzeugungsflüssigkeit in adäquater Weise erzeugen können.
Kopfstruktur mit Zwei-Flüssigkeitswege-Konfiguration
Nachstehend erläutert ist ein Beispiel einer Struktur eines Flüssigkeitsausstoßkopfes, die das Einführen unterschiedlicher Flüssigkeiten in die erste und zweite gemeinsame Flüssigkeitskammer mit hinreichender Trennung ermöglichen, und auch eine Verringerung der Anzahl von Komponenten und der Kosten ermöglichen.
22 ist eine schematische Ansicht, die die Struktur eines derartigen Ausstoßkopfes zeigt, wobei Komponenten, die jenen der vorstehenden Ausführungsbeispiele äquivalent sind, mit denselben Bezugszeichen versehen und nicht weiter erläutert sind.
In diesem Ausführungsbeispiel setzt sich ein mit Rillen versehenes Glied 50 prinzipiell zusammen aus einer Öffnungsplatte 51 mit Ausstoßports 18, mehreren Rillen, die mehrere erste Flüssigkeitswege 14 bilden, und eine Vertiefung, die eine erste Flüssigkeitskammer 15 bildet, die gemeinsam mit der Vielzahl erster Flüssigkeitswege 14 kommuniziert zur Anlieferung der Ausstoßflüssigkeit.
Die Vielzahl erster Flüssigkeitswege 14 kann gebildet sein durch Anheften einer Trennwand 30 an die untere Oberfläche des mit Rillen versehenen Gliedes 50. Das mit Rillen versehene Glied 50 ist versehen mit einem ersten Flüssigkeitslieferweg 20, der zur ersten gemeinsamen Flüssigkeitskammer 15 von oben reicht, und mit einem zweiten Flüssigkeitslieferweg 21, der zur zweiten gemeinsamen Flüssigkeitskammer 17 von oben reicht und durch die Trennwand 30 dringt.
Die erste Flüssigkeit (Ausstoßflüssigkeit) wird angeliefert, wie durch einen Pfeil C in 22 gezeigt, durch den ersten Flüssigkeitslieferweg 20 zur ersten gemeinsam Flüssigkeitskammer 15, und dann zum ersten Flüssigkeitsweg 14, während die zweite Flüssigkeit (Blasenerzeugungsflüssigkeit) geliefert wird, wie durch einen Pfeil D in 54 gezeigt, durch den zweiten Flüssigkeitslieferweg 21 zur zweiten gemeinsamen Flüssigkeitskammer 17 geliefert wird und dann zum zweiten Flüssigkeitsweg 16.
In diesem Ausführungsbeispiel ist der zweite Flüssigkeitslieferweg 21 parallel zum ersten Flüssigkeitslieferweg 20 positioniert, aber eine derartige Positionierung ist nicht beschränkend, und sie kann auf beliebige Weise gebildet werden, sofern sie mit der zweiten Flüssigkeitskammer 17 kommuniziert, durch die Trennwand 30 dringt, die außerhalb der ersten Flüssigkeitskammer 15 vorgesehen ist.
Die Stärke (Durchmesser) des zweiten Flüssigkeitslieferweges 21 ist bestimmt unter Berücksichtigung der Liefermenge der zweiten Flüssigkeit. Der zweite Flüssigkeitslieferweg 21 braucht keinen zirkularen Querabschnitt zu haben, sondern kann einen rechteckigen Querschnitt oder dergleichen aufweisen.
Die zweite gemeinsame Flüssigkeitskammer 17 kann gebildet sein durch Trennen des mit Rillen versehenen Gliedes 50 mit der Trennwand 30. Die zweite Flüssigkeitskammer 17 und die zweiten Flüssigkeitswege 16 können gebildet sein, wie in einer perspektivischen Explosionsdarstellung in 23 gezeigt, durch Bilden des Rahmens der gemeinsamen Flüssigkeitskammer und der Wände der zweiten Flüssigkeitswege durch einen Trockenfilm auf dem Elementsubstrat und durch Anheften eines solchen Elementsubstrats mit einem kombinierten Körper des mit Rillen versehenen Gliedes 50 und der Trennwand 30.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Elementsubstrat 1, das versehen ist mit einer Vielzahl elektrothermischer Umsetzelemente, die die Wärmeerzeugungsglieder zum Erzeugen von Wärme für die Erzeugung der Blase in der Blasenerzeugungsflüssigkeit durch Filmsieden hervorrufen, auf einem Stützglied 70 vorgesehen, das aus Metall, wie beispielsweise aus Aluminium, besteht.
Das Elementsubstrat 1 ist mit einer Vielzahl von Rillen versehen, die die Flüssigkeitswege 16 bilden, die festgelegt sind durch die Wände der zweiten Flüssigkeitswege, eine Vertiefung, die die gemeinsame Flüssigkeitskammer 17 zum Beliefern der Blasenerzeugungsflüssigkeitswege mit Blasenerzeugungsflüssigkeit und durch eine Trennwand 30, die mit den zuvor genannten beweglichen Gliedern 31 vorgesehen ist.
Ein mit Rillen versehenes Glied 50 ist mit Rillen versehen und bildet die Flüssigkeitsausstoßwege (erste Flüssigkeitswege) 14 nach Anheften an die Trennwand 30, mit einer Vertiefung, die die erste gemeinsame Flüssigkeitskammer 15 bildet und die mit den Ausstoßflüssigkeitswegen kommuniziert und der Belieferung solcher Wege mit Ausstoßflüssigkeit dient, mit einem ersten Flüssigkeitslieferweg (Ausstoßflüssigkeitslieferweg) 20 zum Beliefern der ersten gemeinsamen Flüssigkeitskammer mit Ausstoßflüssigkeit und mit einem zweiten Flüssigkeitslieferweg (Blasenerzeugungsflüssigkeitslieferweg) 21 zum Beliefern der zweiten gemeinsamen Flüssigkeitskammer mit Blasenerzeugungsflüssigkeit. Der zweite Lieferweg 21 dringt durch die Trennwand 30, die sich außerhalb der ersten gemeinsamen Flüssigkeitskammer 15 befindet, und ist verbunden mit der zweiten gemeinsamen Flüssigkeitskammer 17, wobei die Blasenerzeugungsflüssigkeit dorthin geliefert werden kann, ohne sich mit der Ausstoßflüssigkeit zu vermischen.
Das Elementsubstrat 1, die Trennwand 30 und die mit Rillen versehenen Glieder 31 sind jeweils ausgerichtet gemäß den Wärmeerzeugungsgliedern vom Elementsubstrat 1 und diejenigen der Ausstoßflüssigkeitswege 14 sind zu diesen derartigen beweglichen Gliedern 31 ausgerichtet. Das vorliegende Ausführungsbeispiel hat einen zweiten Lieferweg in dem mit Rillen versehenen Glied, aber dort kann eine Vielzahl zweiter Lieferwege gemäß der Anliefermenge vorgesehen sein. Auch die Querschnittsflächen des Ausstoßflüssigkeitslieferwegs 20 und des Blasenerzeugungsflüssigkeitslieferwegs 21 können Bestimmungsverhältnisse für die Liefermengen haben. Komponenten, die das mit Rillen versehene Glied 50 bilden, können kompakter durch Optimieren der Querschnittsflächen der Lieferwege gebaut werden.
Das zuvor erläuterte vorliegende Ausführungsbeispiel gestattet es, die Anzahl von Komponenten zu verringern, den Herstellprozeß zu vereinfachen und die Kosten zu senken, da der Lieferweg zum Beliefern der zweiten Flüssigkeitswege mit der zweiten Flüssigkeit und der erste Flüssigkeitsweg zum Beliefern der ersten Flüssigkeitswege mit der ersten Flüssigkeit mit einem einzigen mit Rillen versehenen Glied gebildet sind.
Da auch das Beliefern der zweiten Flüssigkeit an die zweite gemeinsame Flüssigkeitskammer, die mit den zweiten Flüssigkeitswegen kommuniziert, erreicht wird durch den zweiten Flüssigkeitslieferweg, der durch die Trennwand zum Trennen der ersten Flüssigkeit und der zweiten Flüssigkeit dringt, kann das Anheften der Trennwand, des mit Rillen versehenen Gliedes und des Elementsubstrats in einem einzigen Schritt erreicht werden, womit der Herstellprozeß erleichtert ist und die Genauigkeit der Anheftung verbessert ist, um einen befriedigenden Flüssigkeitsausstoß zu erreichen.
Die zweite Flüssigkeit, die an die zweite gemeinsame Flüssigkeitskammer geliefert wird, durchdringt die Trennwand, kann sicher an die zweiten Flüssigkeitswege mit einer hinreichenden Liefermenge geliefert werden, wodurch der Flüssigkeitsausstoß in stabiler Weise erfolgt.
Ausstoßflüssigkeit, Blasenerzeugungsflüssigkeit
Wie in den vorstehenden Ausführungsbeispielen erläutert, gestattet die vorliegende Erfindung das Verwenden einer Konfiguration, die ein bewegliches Glied 31 enthält, den Ausstoß der Flüssigkeit mit einer höheren Ausstoßeffizienz und einer höheren Ausstoßgeschwindigkeit, im Vergleich mit dem herkömmlichen Flüssigkeitsausstoßkopf. Wenn unter derartigen Ausführungsbeispielen die Blasenerzeugungsflüssigkeit und die Ausstoßflüssigkeit dieselben sind, können Flüssigkeiten verschiedener Arten verwendet werden, sofern diese nicht durch Wärme aus dem Wärmeerzeugungsglied 2 verschlechtert werden, auch kaum Ablagerungen auf dem Wärmeerzeugungsglied nach Erwärmung erzeugen, in der Lage ist, eine reversible Zustandsänderung der Vergasung und Kondensation durch Wärme zu schaffen und den Flüssigkeitsweg nicht zu verschlechtern, auch nicht das bewegliche Glied 31 und die Trennwand 30.
Unter derartigen Flüssigkeiten kann die Tinte der Zusammensetzung, wie sie beim herkömmlichen Blasenstrahldruckgerät verwendet wird, als Flüssigkeit zum Drucken dienen.
Andererseits kann im Falle der Ausstoßflüssigkeit und der Blasenerzeugungsflüssigkeit, die wechselweise unterschiedlich sind im Kopf der vorliegenden Erfindung mit der Zweiwegekonfiguration die Blasenerzeugungsflüssigkeit die Eigenschaften haben, wie sie vorstehend erläutert wurden, und können bestehen beispielsweise aus Methanol, Ethanol, n-Propanol, Isopropanol, n-Hexan, n-Heptan, n-Oktan, Toluen, Xylen, Methylendichlorid, Trichlen, Freon, TF, Freon BF, Ehtyläther, Dioxan, Cyclohexan, Methylazetat, Ethylazetat, Azeton, Methylethylkethone, Wasser oder eine Mischung dieser.
Als Ausstoßflüssigkeit lassen sich verschiedene Flüssigkeiten verwenden, ungeachtet der Blasenerzeugungseigenschaft oder der thermischen Eigenschaften, und es kann selbst eine Flüssigkeit mit schwacher Blasenerzeugungseigenschaft verwendet werden, eine leicht denaturierte oder durch Wärme verschlechterte Flüssigkeit einer hohen Viskosität, die nicht leicht in der herkömmlichen Art ausgestoßen werden kann.
Die Ausstoßflüssigkeit soll jedoch vorzugsweise nicht den Ausstoß behindern, die Blasenerzeugung oder die Arbeitsweise des beweglichen Gliedes 31 durch eine Reaktion der Ausstoßflüssigkeit selbst oder mit der Blasenerzeugungsflüssigkeit zusammen.
Die Ausstoßflüssigkeit zum Drucken kann beispielsweise eine Tinte hoher Viskosität sein. Auch pharmazeutische Flüssigkeiten und Parfüme, die wärmeempfindlich sind, können als Ausstoßflüssigkeit dienen.
Nach der vorliegenden Erfindung wurde die Druckoperation durchgeführt mit den Tinten folgender Zusammensetzungen als die Druckflüssigkeit, die verwendet werden kann sowohl für die Ausstoßflüssigkeit als auch für die Blasenerzeugungsflüssigkeit. Erreicht werden kann ein sehr befriedigend gedrucktes Bild aufgrund der verbesserten Genauigkeit des Auftreffens vom Tröpfchen, da die Tintenausstoßgeschwindigkeit durch die erhöhte Ausstoßleistung höher ist. Zusammensetzung von Farbtinte (Viskosität 2 cp)

Farbe (C.I. Schwarznährung 2) 3 Gew.-%

Diethylenglykol 10 Gew.-%

Tiodiglykol 5 Gew.-%

Ethanol 3 Gew.-%

Wasser 77 Gew.-%

Die Druckoperation wurde auch durchgeführt mit Kombinationen folgender Flüssigkeiten. Befriedigender Ausstoß konnte erzielt werden nicht nur mit einer Flüssigkeit mit einer Viskosität zwischen 10 und 20 cp, sondern auch mit einer Flüssigkeit einer sehr viel höheren Viskosität von 150 cp, die nicht vom herkömmlichen Kopf ausgestoßen werden kann, wodurch das Drucken hoher Bildqualität möglich wird: Zusammensetzung der Blasenflüssigkeit 1

Ethanol	40 Gew.-%
Wasser	60 Gew.-%

Zusammensetzung der Blasenerzeugungsflüssigkeit 2

Wasser

100 Gew.-%

Zusammensetzung der Blasenerzeugungsflüssigkeit 3

Isopropylalkohol	10 Gew.-%
Wasser	90 Gew.-%

Zusammensetzung der Ausstoßflüssigkeit 1 Pigmenttinte von ca. 15 cp

schwarzer Kohlenstoff	5 Gew.-%
Styrenacrylsäureethylacrylatcopolymer (Säurewert 140, durchschnittliches Molekulargewicht 8000)	1 Gew.-%
Monoethanolamin	0,25 Gew.-%
Glyzerin	69 Gew.-%
Thiodiglykol	5 Gew.-%
Ethanol	3 Gew.-%
Wasser	16,75 Gew.-%

Zusammensetzung der Ausstoßflüssigkeit 2 (55 cp)

Polyethylenglycol 200

100 Gew.-%

Zusammensetzung der Ausstoßflüssigkeit 3 (150 cp)

Polyethylenglycol 600

100 Gew.-%

Im Falle der zuvor genannten Flüssigkeit, die als schwierig zum Ausstoß im herkömmlichen Kopf anzusehen ist, führt die geringe Ausstoßgeschwindigkeit zur Erhöhung der Fluktuation in der Bündelung des Ausstoßes, was wiederum zu einer Ungenauigkeit des Punktauftreffens auf dem Aufzeichnungspapier führt. Die Ausstoßmenge fluktuiert wegen des instabilen Ausstoßes. Ein hochqualitative Bild ist aufgrund dieser Faktoren schwer zu erzielen. In der Kopfkonfiguration der vorstehenden Beispiele jedoch kann die Blasenerzeugung hinreichend und stabil durch die Verwendung der oben beschriebenen Blasenerzeugungsflüssigkeit erreicht werden. Im Ergebnis können Verbesserungen der Genauigkeit und des Tröpfchenauftreffens und die Stabilität der Tintenausstoßmenge erreicht werden, wodurch die Qualität des gedruckten Bildes in signifikanter Weise verbessert wird.
Vorbereitung des Flüssigkeitsausstoßkopfes
Nachstehend erläutert ist der Vorbereitungsprozeß des Flüssigkeitsausstoßkopfes nach der vorliegenden Erfindung.
Ein Flüssigkeitsausstoßkopf, wie er in 2 gezeigt ist, wird vorbereitet durch Bilden des Stützgliedes 34 zum Stützen des beweglichen Gliedes 31 auf dem Elementsubstrat 1 durch Mustern beispielsweise eines Trockenfilms, dann Befestigen des beweglichen Gliedes 31 mit dem Stützglied 34 durch Kleben oder durch Fusion und Ankleben des mit Rillen versehenen Gliedes, das eine Vielzahl von Rillen trägt, die die Flüssigkeitswege 10 bilden, Ausstoßports 18 und die Vertiefung, die die gemeinsame Flüssigkeitskammer 15 bildet, mit dem Elementsubstrat 1 in der Weise, daß die jeweiligen Rillen den beweglichen Gliedern 31 entsprechen.
Nachstehen erläutert ist der Vorbereitungsprozeß des Flüssigkeitsausstoßkopfes von der Zweiwegekonfiguration, wie in 10 und in 23 gezeigt.
23 ist eine perspektivische Explosionsansicht des Kopfes nach der vorliegenden Erfindung.
Kurz gesagt, der Kopf wird vorbereitet durch Bilden der Wände der zweiten Flüssigkeitswege 16 auf dem Elementsubstrat 1, dann durch Montieren der Trennwand und Montieren des mit Rillen versehenen Gliedes 50, das die Rillen trägt, die die ersten Flüssigkeitswege 14 bilden, usw. Andererseits vorbereitet wird nach der Bildung der Wände der zweiten Flüssigkeitswege 16 durch Ankleben des bereits mit der Trennwand 30 verbundenen, mit Rillen versehenen Gliedes 50.
Nachstehend folgt eine detaillierte Erläuterung bezüglich des Verfahrens der Vorbereitung der zweiten Flüssigkeitswege.
24A bis 24E sind schematische Querschnittsansichten, die das Vorbereitungsverfahren des Flüssigkeitskopfes nach der vorliegenden Erfindung zeigen.
Auf dem Elementsubstrat (Siliziumwafer) 1 in diesem Ausführungsbeispiel wurden elektrothermische Umsetzelemente aufbereitet, die die Wärmeerzeugungsglieder 2 enthalten, beispielsweise aus Hafniumborid und Tantalnitrid, wie in 24A gezeigt, mit einem Herstellgerät, das demjenigen gleicht, das bei der Halbleiterherstellung Verwendung findet, und die Oberfläche des Elementsubstrats 1 wurde zum Zwecke des verbesserten Klebens mit einem lichtempfindlichen Lack in einem nächsten Schritt gereinigt. Zur weiteren Verbesserung der Klebefähigkeit wurde eine Oberflächenmodifizierung des Elementsubstrats 1 durch Ultraviolettlicht-Ozonbehandlung erreicht, gefolgt von einer Schleuderbeschichtung mit Flüssigkeit, gewonnen durch Verdünnen eines Silankoppelwirkstoffs (A189 von Nippon Unicar Co.) mit 1 Gew. Ethylalkohol.
Nach dem Oberflächenspülen wurde ultraviolettempfindlicher Lackfilm DF (Trockenfilm Ordil SY-318 von Tokyo Oka Co.) auf das Substrat 1 schichtweise aufgetragen mit solchermaßen verbesserter Klebfähigkeit, wie in 24B gezeigt.
Wie in 24C gezeigt, wurde dann eine Photomaske PM auf den Trockenfilm DF plaziert, und die übriggebliebenen Abschnitte als Wände der zweiten Flüssigkeitswege wurden ausgesetzt dem ultravioletten Licht durch die Photomaske PM. Der Belichtungsschritt wurde durchgeführt mit einem Belichtungsgerät MPA-600 von Canon K. K. mit einer Belichtungsmenge von etwa 600 mJ/cm².
Wie in 24D gezeigt, wurde dann der Trockenfilm DF entwickelt mit Entwickler (BMRC-3 von Tokyo Oka Co.), bestehend aus einer Mischung aus Xylen und Butylcellosolvazetat zum Lösen der nicht belichteten Abschnitte, wodurch die belichteten und gehärteten Abschnitte als Wände der zweiten Flüssigkeitswege 16 übrigblieben. Der auf dem Substrat 1 übriggebliebene Rest wurde beseitigt durch Behandlung über 90 Sekunden mit einem Sauerstoffplasmaablösegerät (MAS-800 von Alcantec Co.). Danach wurde während zwei Stunden eine Ultraviolettlichtbestrahlung bei 150°C mit einer Stärke von 100 mJ/cm² durchgeführt, um die belichteten Abschnitte vollständig zu härten.
Das oben beschriebene Verfahren gestattete das einheitliche Aufbereiten der zweiten Flüssigkeitswege in präziser Weise auf der Vielzahl von Heizelementtafeln (Elementsubstrat 1), die vom Siliziumwafer zu trennen sind. Das Siliziumsubstrat wurde geschnitten und getrennt durch eine Würfelmaschine mit einer Diamantklinge einer Stärke von 0,05 mm in jeweilige Heizelementtafeln 1. Die getrennte Heizelementtafel wurde befestigt auf einer Aluminiumgrundplatte 70 mit einem Klebematerial (SE4400 von Toray Co.) (siehe 27). Dann wurde die Heizelementtafel 1 mit der gedruckten Verdrahtungsplatine 71 verbunden, im voraus auf die Aluminiumgrundplatte 70 geklebt, mit Aluminiumleitungen (nicht dargestellt) eines Durchmessers von 0,05 mm.
Auf der solchermaßen gewonnenen Heizelementtafel 1 wurde dann das angeklebte Glied vom mit Rillen versehenen Glied 50 und die Trennwand 30 ausgerichtet und angeklebt nach dem zuvor beschriebenen Verfahren, wie es in 24E gezeigt ist. Genauer gesagt, nachdem das mit Rillen versehene Glied mit der Trennwand 30 und der Heizelementtafel 1 ausgerichtet und befestigt waren mit der Feder 78, wurden das Tinte/Blaseerzeugungsflüssigkeitslieferglied 80 durch Kleben auf die Aluminiumgrundplatte 70 befestigt, und die Spalte unter den Aluminiumleitungen und zwischen dem mit Rillen versehenen Glied 50, der Heizelementtafel 1 und dem Tinten/Blasenerzeugungsflüssigkeitslieferglied 80 wurden versiegelt mit Silikonversiegelung (TSE399 von Toshiba Silicone Co.).
Die Vorbereitung der zweiten Flüssigkeitswege nach dem zuvor beschriebenen Verfahren ermöglichte es, Flüssigkeitswege mit hinreichender Genauigkeit zu schaffen, ohne Positionsaberration in Hinsicht auf die Wärmeelemente einer jeden Heizelementtafel. Das Ankleben im voraus vom mit Rillen versehenen Glied 50 und der Trennwand 30 ermöglicht insbesondere die Verbesserung der Lagegenauigkeit zwischen den ersten Flüssigkeitswegen 14 und den beweglichen Gliedern 31.
Ein derart hochgenaues Herstellverfahren stabilisiert den Flüssigkeitsausstoß und verbessert die Druckqualität. Kollektive Herstellung des Wafers ermöglicht auch die Herstellung in großer Menge bei geringen Kosten.
Die zweiten Flüssigkeitswege im vorliegenden Ausführungsbeispiel wurden aufbereitet mit dem ultraviolett härtbaren Trockenfilm, aber sie können auch aufbereitet werden durch schichtweises Auftragen und Härten eines Lackes mit dem Absorptionsband im Ultraviolettbereich, insbesondere in der Nähe von 248 nm und durch direktes Eliminieren des Harzes in den Abschnitten, die die zweiten Flüssigkeitswege bilden, mit einem Excimerlaser.
Auch kann ein anderes Verfahren der Vorbereitung angewandt werden.
25A bis 25D sind Ansichten, die die Prozeßschritte eines zweiten Beispiels des Vorbereitungsverfahrens vom Flüssigkeitsausstoßkopf nach der vorliegenden Erfindung zeigen.
In diesem Ausführungsbeispiel, wie es in 25A gezeigt ist, wurde ein Photolack 101 in einer Stärke von 15 μm gemustert in die Form der zweiten Flüssigkeitswege auf einem Edelstahlsubstrat 100.
Das Substrat 100, wie es in 25B gezeigt ist, wurde dann der Elektrogalvanisierung zum Auftragen einer Nickelschicht 102 unterzogen, die eine Stärke von 15 μm aufwies. Das Galvanisierbad enthielt Nickelsulfamat, einen zugvermindernden Wirkstoff (Zero-all von World Metal Co.), einen Antipickelwirkstoff (NP-APS von World Metal Co.) und Nickelchlorid. Das Elektrogalvanisieren wurde durchgeführt durch Befestigen einer Elektrode anodenseitig und dem gemusterten Substrat 100 kathodenseitig mit dem Galvanisierungsbad von 50°C und einer Stromdichte von 5A/cm².
Das Substrat 100, wie es in 25C gezeigt ist, wurde dann nach dem Elektrogalvanisierschritt der Ultraschallbehandlung unterzogen, wodurch die Nickelschicht 102 abgeschält wurde vom Substrat 100 in den Abschnitten der zweiten Flüssigkeitswege.
Die Heizelementtafeln, die die elektrothermischen Umsetzelemente tragen, wurden andererseits auf einem Siliziumwafer aufbereitet mit einem Herstellgerät, das jenem gleicht, das bei der Halbleiterherstellung Verwendung findet, und der Wafer wurde in jeweilige Heizelementtafeln mit einer Würfelmaschine getrennt, wie beim vorherigen Ausführungsbeispiel. Die Heizelementtafel 1 wurde auf die Aluminiumgrundplatte 70 geklebt, auf der die gedruckte Verdrahtungsplatine im voraus angeklebt war, und die elektrischen Verbindungen erfolgten mit der Verdrahtungsplatine durch die Aluminiumleitungen (nicht dargestellt). Auf der Heizelementtafel wurde in einem derartigen Zustand die Nickelschicht 102, die die zweiten Flüssigkeitswege trägt, vorbereitet im vorherigen Schritt, ausgerichtet und befestigt, wie in 25D gezeigt. Diese Befestigung braucht nur ein Niveau zu haben, das keinen Lageversatz beim Kleben der Deckplatte benötigt, da die Deckplatte und die Trennwand mit der Feder in einem nachfolgenden Schritt befestigt werden, wie im vorherigen Ausführungsbeispiel.
Das Ausrichten und Befestigen, wie es zuvor beschrieben wurde, wurde in diesem Ausführungsbeispiel erreicht durch ein ultraviolett härtbares Klebermaterial (Amicon UV-300 von Grace Japan Co.), gefolgt von einer Ultraviolettbestrahlung mit 100 mJ/cm² für etwa 3 Sekunden mit einem Ultraviolettbestrahlgerät.
Das Verfahren dieses Ausführungsbeispiels kann einen hoch zuverlässigen Kopf schaffen, der widerstandsfähig ist gegenüber alkalischen Flüssigkeiten, da die Flüssigkeitswege aus Nickel bestehen, zusätzlich zu der Vorbereitung der hochpräzisen zweiten Flüssigkeitswege ohne Lageaberration bezüglich der Wärmeerzeugungsglieder.
Auch hier kann ein anderes Aufbereitungsverfahren zur Anwendung kommen.
26A bis 26B sind jeweilige Ansichten, die Prozeßschritte des dritten Beispiels vom Aufbereitungsverfahren des Flüssigkeitsausstoßkopfes nach der vorliegenden Erfindung zeigen.
Photolack 1030 (PMERP-AR900 von Tokyo Oka Co.) wurde beidseitig des Edelstahlsubstrats 100 in einer Stärke von 15 μm beschichtet, mit einem Ausrichtungsloch oder einer Markierung 100a, wie in 26A gezeigt.
Dann wurde eine Belichtung durchgeführt, wie in 26B gezeigt, mit einem Belichtungsgerät (MPA-600 von Canon Co.), das das Ausrichtloch 100a vom Substrat 100 benutzt, mit einer Belichtungsmenge von 800 mJ/cm², um den Lack 1030 in den Abschnitten zu beseitigen, bei dem die Flüssigkeitswege zu bilden sind.
Das Substrat 100 mit den gemusterten Lacken wurde dann, wie in 26C gezeigt, auf beiden Oberflächen eingetaucht in ein Ätzbad (wäßrige Lösung von Eisenchlorid oder Kupferchlorid), um die aus dem Lack hervorstehenden Abschnitte zu ätzen, und dann wurde der Lack entfernt.
Wie in 26D gezeigt, wurde das Substrat 100 dann dem Ätzschritt unterzogen und ausgerichtet auf der Heizelementtafel 1 in derselben Weise wie in den vorherigen Ausführungsbeispielen ausgerichtet, um den Flüssigkeitsausstoß mit den zweiten Flüssigkeitswegen 16 zu schaffen.
Das Verfahren vom vorliegenden Ausführungsbeispiel kann die zweiten Flüssigkeitswege 16 auf hochpräzise Weise gewinnen, ohne Positionsaberration in Hinsicht auf die Wärmeerzeugungsglieder, und kann einen hoch zuverlässigen Flüssigkeitskopf schaffen, der widerstandsfähig gegenüber sauren und alkalischen Flüssigkeiten ist, da die Flüssigkeitswege aus Edelstahl sind.
Wie im Vorstehenden erläutert, ermöglicht das Verfahren des vorliegenden Ausführungsbeispiels ein präzises Ausrichten des elektrothermischen Umsetzgliedes und des zweites Flüssigkeitsweges durch Bilden der Wände dieser im voraus auf dem Elementsubstrat 100. Auch können die Flüssigkeitsausstoßköpfe in großer Anzahl aufbereitet werden mit geringen Kosten, da die zweiten Flüssigkeitswege gleichzeitig auf einer Vielzahl der Elementsubstrate aufbereitet werden können, bevor der Wafer geschnitten wird.
Auch kann der nach dem Vorbereitungsverfahren der vorliegenden Erfindung aufbereitete Flüssigkeitsausstoßkopf in effizienter Weise den Druck der Blase aufnehmen, der durch die Wärmeerzeugung vom elektrothermischen Umsetzglied erzeugt wird, wodurch eine hervorragende Ausstoßeffizienz erzielt wird, da das Wärmeerzeugungsglied 2 und der zweite Flüssigkeitsweg hoch präzise ausgerichtet sind.
Flüssigkeitsausstoßkopfkartusche
Nachstehend erläutert ist in schematischer Weise eine Flüssigkeitsausstoßkopfkartusche, die den im Vorstehenden erläuterten Flüssigkeitsausstoßkopf verwendet.
27 ist eine perspektivische Explosionsansicht einer Flüssigkeitsausstoßkopfkartusche, die den Flüssigkeitsausstoßkopf enthält und grundsätzlich aufgebaut ist aus einer Flüssigkeitsausstoßkopfeinheit 200 und dem Flüssigkeitsbehälter 80.
Die Flüssigkeitsausstoßkopfeinheit 200 ist aufgebaut aus einem Elementsubstrat 1, einer Trennwand 30, einem mit Rillen versehenen Glied 50, einer Druckfeder 78, einem Flüssigkeitslieferglied 90, einem Stützglied 70 usw. Das Elementsubstrat 1 ist versehen mit einer Anordnung einer Vielzahl von Wärmeerzeugungswiderstandsgliedern zum Beliefern der Blasenerzeugungsflüssigkeit mit Wärme und einer Vielzahl von Funktionselementen zum selektiven Ansteuern der Wärmeerzeugungswiderstandsglieder. Die Blasenerzeugungsflüssigkeitswege sind gebildet zwischen dem Elementsubstrat 1 und der zuvor genannten Trennwand 30, die die beweglichen Glieder trägt. Die nicht dargestellten Ausstoßflüssigkeitswege, in denen die Ausstoßflüssigkeit fließt, sind gebildet durch Adhäsion der Trennwand 30 und der mit Rillen versehenen Deckplatte 40.
Die Druckfeder 78 übt eine Vorspannkraft auf das mit Rillen versehene Glied 50 hin zum Elementsubstrat 1 aus, und solch eine Vorspannkraft hält in befriedigender Weise das Elementsubstrat 1, die Trennwand 30, das mit Rillen versehene Glied 50 und ein Stützglied 70 zusammen, das später im Zusammenhang zu erläutern ist.
Das Stützglied 70 zum Stützen des Elementsubstrats 1 stützt des weiteren eine Schaltungsplatine 71, die verbunden ist mit dem Elementsubstrat 1 zur elektrischen Signallieferung dorthin und ein Kontaktpunkt 72, der mit dem Hauptgerät zum Signalaustausch zu verbinden ist.
Die Flüssigkeitsbehälter 90 enthält in geteilter Weise die Ausstoßflüssigkeit, wie beispielsweise Tinte, und die Blasenerzeugungsflüssigkeit zur Blasenerzeugung, die zu liefern sind an den Flüssigkeitsausstoßkopf. Auf der Außenseite des Flüssigkeitsbehälters 90 sind Positionierungseinheiten 94 gebildet, um ein Verbindungsglied zum Verbinden des Flüssigkeitsbehälters 90 mit dem Flüssigkeitsausstoßkopf zu positionieren und Befestigungswellen 95, die das Verbindungsglied befestigen. Die Ausstoßflüssigkeit wird geliefert aus einem Ausstoßflüssigkeitslieferweg 92 des Flüssigkeitsbehälters 90 durch einen Lieferweg 84 vom Verbindungsglied an einen Ausstoßflüssigkeitslieferweg 81 eines Flüssigkeitsliefergliedes 90 und weiter an eine erste gemeinsame Flüssigkeitskammer durch Ausstoßflüssigkeitslieferwege 83, 71, 21 verschiedener Glieder. Die Blasenerzeugungsflüssigkeit wird gleichermaßen von einem Flüssigkeitsweg 93 des Flüssigkeitsbehälters durch einen Lieferweg des Verbindungsgliedes geliefert an einen Blasenerzeugungsflüssigkeitslieferweg 82 des Flüssigkeitsliefergliedes 80 und weiter an die zweite gemeinsame Flüssigkeitskammer durch die Blasenerzeugungslieferwege 84, 71, 22.
Die zuvor erläuterte Flüssigkeitsausstoßkopfkartusche hat eine Lieferform und einen Flüssigkeitsbehälter, der in der Lage ist, Flüssigkeit zu liefern, selbst in einem Falle, daß die Blasenerzeugungsflüssigkeit sich von der Ausstoßflüssigkeit unterscheidet, aber wenn sie wechselweise gleich sind, muß die Lieferform des Flüssigkeitsbehälters nicht zwischen Blasenerzeugungsflüssigkeit und Ausstoßflüssigkeit getrennt sein.
Der Flüssigkeitsbehälter 90 läßt sich nach Verwendung der jeweiligen Flüssigkeiten nachfüllen und kann zu diesem Zweck mit Flüssigkeitseinlässen versehen sein. Auch kann der Flüssigkeitsausstoßkopf eine Einheit bilden mit dem Flüssigkeitsbehälter 90 oder kann eine austauschbare Form haben.
Flüssigkeitsausstoßgerät
28 zeigt in schematischer Weise die Konfiguration eines Flüssigkeitsausstoßgerätes, bei dem der Flüssigkeitsausstoßkopf geladen ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird insbesondere ein Tintenausstoßaufzeichnungsgerät erläutert, das die Ausstoßflüssigkeit verwendet.
Ein Schlitten HC führt eine Hin- und Herbewegung in Querrichtung eines Aufzeichnungsmediums auf, wie eines Aufzeichnungspapiers, das transportiert wird, von einem Aufzeichnungsmediumtransportmittel und stützt eine Flüssigkeitstankeinheit 90, die Tinte enthält, und eine Kopfkartusche mit einer austauschbaren Flüssigkeitsausstoßkopfeinheit 200.
Wenn Ansteuersignale an das nicht dargestellte Signalliefermittel zum Flüssigkeitsausstoßmittel auf dem Schlitten geliefert werden, stößt der Flüssigkeitsausstoßkopf als Reaktion die Flüssigkeit auf das Aufzeichnungsmedium aus.
Das Flüssigkeitsausstoßgerät nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist des weiteren ausgestattet mit einem Motor 111 zum Ansteuern des Aufzeichnungsmediumtransportmittels und des Schlittens, Getriebe 112, 113 und einer Schlittenwelle 115 zum Übertragen der Leistung des Motors auf den Schlitten. Befriedigende Drucke können gewonnen werden durch Flüssigkeitsausstoß auf verschiedene Aufzeichnungsmedien mit diesem Aufzeichnungsgerät und dem Flüssigkeitsausstoßverfahren, das dieses Gerät ausführt.
29 ist ein Blockdiagramm des gesamten Tintenausstoßaufzeichnungsgerätes, das das Flüssigkeitsausstoßverfahren und den Flüssigkeitsausstoßkopf der vorliegenden Erfindung verwendet.
Das Aufzeichnungsgerät empfängt als Steuersignal Druckinformationen aus einem Hauptcomputer 300. Die Druckinformationen werden zeitweise in einer Eingangsschnittstelle 301 im Druckgerät gespeichert und zur selben Zeit umgesetzt in Daten, die im Aufzeichnungsgerät verwendet werden können, und geliefert an eine CPU 302, die auch als Kopfansteuersignalliefermittel arbeitet. Die CPU 302 verarbeit die eingegebenen Daten mittels peripherer Einheiten, wie einem ROM 304, auf der Grundlage eines im ROM 303 gespeicherten Programms, wodurch zu druckende Bilddaten gewonnen werden.
Die CPU 302 bereitet auch Ansteuerdaten zum Ansteuern des Motors zum Versetzen des Druckpapiers und des Aufzeichnungskopfes in synchroner Weise mit den Bilddaten auf, um die Bilddaten in einer passenden Stelle auf das Aufzeichnungspapier zu bringen. Die Bilddaten und die Ansteuerdaten werden durch einen Kopftreiber 307 beziehungsweise einen Motor 305 übertragen an den Kopf 200 beziehungsweise an den Motor 306, die solchermaßen mit der gesteuerten Zeitvorgabe zum Erzeugen eines Bildes angesteuert werden.
Das im oben erläuterten Aufzeichnungsgerät verwendbare Aufzeichnungsmedium ist eingerichtet zum Aufnehmen der Flüssigkeit, wie Tinte, enthält verschiedene Papiere, ein OHP-Blatt, Plastikmaterialien, die in einer CD oder in dekorativen Platten, Textilien, Metallen, wie Aluminium und Kupfer, Leder wie beispielsweise Kuhleder, Schweineleder oder Kunstleder, Holz oder Bambus, Keramiken wie Ziegel, dreidimensional strukturierte Materialien, wie ein Schwamm.
Auch enthält das zuvor erläuterte Aufzeichnungsgerät einen Drucker zum Aufzeichnen auf verschiedenen Papieren und auf einem OHP-Blatt, ein Plastikaufzeichnungsgerät zur Aufzeichnung auf Plastikmaterialien, wie auf einer CD, ein Metallaufzeichnungsgerät zum Aufzeichnen auf einer Metallplatte, ein Lederaufzeichnungsgerät zur Aufzeichnung auf Leder, ein Holzaufzeichnungsgerät zur Aufzeichnung auf Holz, ein Keramikaufzeichnungsgerät zur Aufzeichnung auf Keramikmaterialien, ein Aufzeichnungsgerät zur Aufzeichnung auf dreidimensionalen Netzwerkstrukturmaterialien, wie einem Schwamm, und ein Aufzeichnungsgerät zur Aufzeichnung auf Textilien.
Die Ausstoßflüssigkeit, die in einem solchen Flüssigkeitsausstoßgerät zu verwenden ist, läßt sich auswählen gemäß dem jeweiligen Aufzeichnungsmedium und den Aufzeichnungsbedingungen.
Aufzeichnungssystem
Nachstehend erläutert ist ein Beispiel eines Tintenstrahlaufzeichnungssystems, das den Flüssigkeitsausstoßkopf nach der vorliegenden Erfindung verwendet und die Aufzeichnung auf ein Aufzeichnungsmedium ausführt.
25 ist eine schematische Ansicht, die die Konfiguration eines Tintenstrahlaufzeichnungssystem zeigt, das die zuvor beschriebenen Flüssigkeitsausstoßköpfe 201 verwendet.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel werden verwendet Flüssigkeitsausstoßköpfe vom Vollzeilentyp mit einer Vielzahl von Ausstoßports in einem Abstand von 360 dpi über eine Länge gemäß der druckbaren Breite des Druckmediums 150, womit die Ausstoßköpfe über die gesamte Breite (in Y-Richtung) des Aufzeichnungsbereichs vom Aufzeichnungsmedium arbeiten, und vier Köpfe 201a–201d jeweils für Gelb (Y), Magenta (M), Cyan (C) beziehungsweise Schwarz (Bk), werden gestützt von einem Halteelement 202 mit einem vorbestimmten Intervall in X-Richtung.
Diese Köpfe empfangen Signale aus den Kopftreibern 307, die das Ansteuersignalliefermittel bilden, und werden von derartigen Signalen angesteuert.
Die Köpfe nehmen als Ausstoßflüssigkeiten Tinten der Farben Y, M, C und Bk aus Tintenbehältern 204a–204d auf. Ein Blasenerzeugungsflüssigkeitsbehälter 204e enthält und liefert die Blasenerzeugungsflüssigkeit an die Köpfe.
Unter den Köpfen vorgesehen sind Kopfkappen 203a–203d, die dort mit einem tintenabsorbierenden Material, wie einem Schwamm vorgesehen sind und eingerichtet sind zum Abdecken der Ausstoßports vom Kopf, wenn die Druckoperation nicht läuft zum Zwecke der Wartung.
Ein Transportgurt 206 bildet ein Transportmittel, das das Druckmedium transportiert. Es wird aufrecht erhalten entlang eines vorbestimmten Weges durch verschiedene Walzen und angetrieben von einer Antriebswalze, die mit einem Motorantrieb 305 verbunden ist.
Das Tintenstrahlaufzeichnungssystem dieses Ausführungsbeispiels ist ausgestattet mit einer Vorverarbeitungseinrichtung 251 und mit einer Nachverarbeitungseinrichtung 252 zum Anwenden verschiedener Prozesse auf das Druckmedium vor und nach der Aufzeichnung, jeweils auf der Stromaufwärts- beziehungsweise Stromabwärtsseite des Aufzeichnungsmediumtransportweges.
Eine derartige Vorverarbeitung und Nachverarbeitung variiert gemäß der Art des Aufzeichnungsmediums und derjenigen der Tinten. Beispielsweise kann für Metalle, Plastiken und Keramiken die Tintenadhäsion verbessert werden durch Oberflächenaktivierung mit einer Ultraviolett- und Ozonbestrahlung. Auch in einem Aufzeichnungsmedium, das leicht statische Elektrizität erzeugt, wie bei Plastikmaterialien, tragen sich Staube darauf auf und können eine befriedigende Druckoperation verhindern. Folglich ist es vorteilhaft, ein Ionisiergerät als Vorverarbeitungseinrichtung zu verwenden, um die statische Elektrizität aus dem Druckmedium zu beseitigen, womit die Staubauftragung verhindert wird. Im Falle textilen Bedruckens kann zum Zwecke des Vermeidens von Fleckbildung und zur Verbesserung der Farbechtheit ein Vorprozeß ausgeführt werden bezüglich der Textilien, ein Material, ausgewählt aus einer alkalischen Substanz, einer wasserlöslichen Substanz, einem synthetischen Polymer, einem wasserlöslichen Metallsatz, Harnstoff und Thioharnstoff. Der Vorprozeß ist nicht hierauf beschränkt, sondern kann auch ein Prozeß des Beibehaltens vom Aufzeichnungsmedium bei einer Temperatur sein, die zur Aufzeichnung geeignet ist.
Andererseits kann die Nachverarbeitung beispielsweise ein Fixierprozeß zur Beschleunigung der Tintenverfestigung durch eine Wärmebehandlung oder eine UV-Bestrahlung sein, oder Waschen oder ein Verarbeitungsmaterial, das angewandt wird im Vorprozeß und ohne Reaktion im Aufzeichnungsmedium verbleibt.
Das vorliegende Ausführungsbeispiel wendet Vollzeilenköpfe an, aber eine solche Konfiguration ist nicht beschränkend, und das System kann auch von einer Konfiguration sein, die nicht beschränkend ist, und das System kann eine Konfiguration zum Bewirken der Druckoperation durch Transportieren eines kleinen Kopfes in Querrichtung des Druckmediums sein.
Kopfsatz
Nachstehend erläutert ist ein Kopfsatz mit einem Flüssigkeitsausstoßkopf nach der vorliegenden Erfindung.
31 zeigt in schematischer Weise einen Kopfsatz.
Der in 31 gezeigte Kopfsatz besteht aus einem Kopf 510 nach der vorliegenden Erfindung mit einer Tintenausstoßeinheit 511, einem Tintenbehälter 520, der eine Einheit bildet mit einem Kopf 510 oder trennbar ist vom Kopf 510, und ein Tintenfüllmittel, das Tinte enthält, oder Tinte in einen Tintenbehälter 520 füllt, die sich alle in einem Bausatzbehälter 501 befinden.
Ist alle Tinte verbraucht, wird ein Teil des Einfügungsteiles (wie beispielsweise eine Injektionsnadel) 531 des Tintenfüllmittels eingefügt in eine Außenöffnung 521 des Tintenbehälters, ein Verbindungsabschnitt desselben mit dem Kopf oder ein Loch, das gebildet ist in der Wand des Tintenbehälters, und die Tinte wird vom Füllmittel in den Tintenbehälter 520 durch ein solch in den Tintenbehälter eingefügtes Teil gefüllt. Der zuvor erläuterte Bausatz, der den Flüssigkeitsausstoßkopf nach der vorliegenden Erfindung enthält, den Tintenbehälter und das Tintenfüllmittel in einem Bausatzbehälter ermöglicht leichtes und schnelles Nachfüllen der Tinte in den Tintenbehälter, wenn dort die Tinte verbraucht ist, wodurch das Starten der Druckoperation unmittelbar möglich ist.
Der zuvor erläuterte Kopfbausatz wird angenommen, das Tintenfüllmittel zu enthalten, kann aber auch von einer Form sein, die einen austauschbaren Tintenbehälter enthält, der mit Tinte gefüllt ist, und einen Kopf im Bausatzbehälter 501 ohne ein derartiges Tintenfüllmittel.
Auch der in 31 gezeigte Bausatz enthält nur das Tintenfüllmittel zur Tintenfüllung für den Tintenbehälter, kann aber auch Blasenerzeugungsflüssigkeitsfüllmittel enthalten, um den Blasenerzeugungsflüssigkeitsbehälter mit der Blasenerzeugungsflüssigkeit zu füllen.
Beispiele nach der vorliegenden Erfindung
Die folgenden "Beispiele" sind Ausführungsbeispiel nach der Erfindung.
Nachstehend angegeben ist eine detaillierte Erläuterung eines Beispiels nach der vorliegenden Erfindung, und zwar unter Bezug auf die beiliegende Zeichnung. Nachfolgende Beispiele lassen sich anwenden bei jedem der zuvor erläuterten Ausführungsbeispiele.
Erstes Beispiel
41A und 41B sind Ansichten zur Erläuterung der Wirkung eines Beispiels vom Flüssigkeitsausstoßkopf nach der vorliegenden Erfindung, wobei 41A die herkömmliche Konfiguration zeigt und 41B die Konfiguration nach der vorliegenden Erfindung.
In der herkömmlichen Konfiguration, wie sie in 41A gezeigt ist, sind zwei Elektroden 4101 auf derselben Ebene vorgesehen mit einem gegenseitigen Abstand d dazwischen, so daß der Widerstand zwischen den Elektroden hoch ist, selbst wenn sich Flüssigkeit im Flüssigkeitsweg befindet. Um den Widerstand bei Anwesenheit der Flüssigkeit zu verringern, wird die Fläche der Elektroden größer gemacht. Im Falle des Feststellens der An- oder Abwesenheit von Flüssigkeit in jedem der mehrfach vorhandenen Flüssigkeitswege ist es somit schwierig bei der herkömmlichen Konfiguration, zwei Elektroden hinreichender Größe in jedem Flüssigkeitsweg zu bilden. Zusätzlich ist es erforderlich, die Verdrahtung für die beiden Elektroden zu schaffen, so daß die Feststellung eines jeden Flüssigkeitsweges zu realisieren schwierig ist.
Im Ausführungsbeispiel nach der vorliegenden Erfindung, wie es in 41B gezeigt ist, sind andererseits eine Trennwand 709 und ein separierter Elektrodenabschnitt 710, der als die beiden Elektroden dient, gegeneinander durch die Höhe h getrennt. Auf diese Weise sind die beiden Elektroden in einander gegenüberstehender Weise mit einem geringen Spalt von mehreren zehn Mikrometern bis zu mehreren Mikrometern im Flüssigkeitsweg gebildet. Da somit der Widerstand zwischen den Elektroden bestimmt wird durch h/S, wird der Widerstand geringer als bei der herkömmlichen Konfiguration, insbesondere im Falle, bei dem sich Flüssigkeit im Flüssigkeitsweg befindet. Die Miniaturisierung ist folglich möglich, weil es nur erforderlich ist, eine kleinere Elektrode zu verwenden, da der Widerstand zwischen den Elektroden in signifikanter Weise zwischen den Fällen variiert, bei denen die Flüssigkeit im Flüssigkeitsweg vorhanden oder nicht vorhanden ist, und weil es lediglich erforderlich ist, eine einzige Elektrode zu bilden. Die 32 und 33 zeigen ein Beispiel der Konfiguration des Flüssigkeitsausstoßkopfes, bei dem die vorliegende Erfindung anwendbar ist, und 34 ist eine Ansicht, die die Verbindung zwischen der Trennwand und der zweiten leitenden Schicht im Flüssigkeitsausstoßkopf zeigt, und zwar in den 32 und 33.
Unter Bezug auf 34 ist die Trennwand 709 des vorliegenden Beispiels zur Trennung des ersten und vom zweiten Flüssigkeitsweg aufgebaut aus Nickel zur Verwendung als Elektrode. Wie auch in 34 gezeigt, wird ein externes Signal durch einen Bondungsdraht 732 direkt übertragen an die Trennwand 709 durch eine Antikavitationsschicht 708, beispielsweise aus Tantal oder aus Chrom, und einer Adhäsionsschicht 730.
Die Adhäsionsschicht 730 besteht aus Gold in Hinsicht auf die befriedigende Adhäsion zum Bondungsdraht 732 und einem Fixierabschnitt 733.
In diesem Beispiel ist die Trennwand 709, die als Elektrode Verwendung findet, aus Nickel bestehend, dies ist aber nicht beschränkend, und die Elektrode kann aus einem beliebigen anderen Material bestehen, das eine Wärmeleitfähigkeit und eine Haltbarkeit zur Verwendung als Trennwand hat. Die gesamte Trennwand 709 arbeitet als die Elektrode, da sie aus Nickel besteht, aber die Trennwand kann auch aus einem nicht leitenden Material bestehen, das auf der Oberfläche mit einem leitfähigen Glied, wie beispielsweise mit Nickel beschichtet ist. Ebenfalls verwendet als Trennwand kann ein aus einem leitfähigen Material bestehendes, oberflächenbeschichtetes, mit einem nicht leitenden Material bestehenden Materials, sein, solange die Oberflächenbeschichtung so dünn ist, daß ein Wechselstromsignal hin oder weg nach außen oder von außen herein übertragen werden kann. Des weiteren verwendet werden kann eine Trennwand aus einem nicht leitenden Material, dessen Teil aus einem leitfähigen Glied besteht.
Auch in diesem Fall sind der Bondungsdraht 732 und die Trennwand 709 elektrisch verbunden in direkter Weise, aber der Austausch der elektrischen Signale zwischen dem Bondungsdraht 732 und der Trennwand 709 kann auch durch das Elementsubstrat 701 erfolgen.
Auch ist in diesem Beispiel die Trennwand 709 elektrisch nach außen durch den Antikavitationsfilm 708 und die Adhäsionsschicht 730 verbunden, aber eine solche Konfiguration der Verbindung ist nicht beschränkend, und eine beliebige Konfiguration, die die Verwendung der Trennwand 709 als Elektrode benutzt, gehört zur vorliegenden Erfindung.
Nachstehend erläutert ist ein Beispiel zur Feststellung des Zustandes der Ausstoßflüssigkeit und der Blasenerzeugungsflüssigkeit in einem Tintenstrahlaufzeichnungskopf, der die Trennwand nach der vorliegenden Erfindung verwendet, die die Elektrode bildet.
37 veranschaulicht ein Beispiel des Flüssigkeitsausstoßkopfes nach der vorliegenden Erfindung, und ist insbesondere eingerichtet zum Feststellen des Zustands der Blasenerzeugungsflüssigkeit, und 33 ist eine Querschnittsansicht längs der Linie 33-33 in 32.
Im in den 32 und 33 gezeigten Beispiel ist zwischen einem Flüssigkeitsweg 714, der mit einem Ausstoßport 718 kommuniziert, und ein zweiter Flüssigkeitsweg 716 (Blasenerzeugungsflüssigkeit) für das Erzeugen der Blase ist in einer Trennwand 709 vorgesehen, um diese Flüssigkeitswege zu trennen, und auf einer Seite des zweiten Flüssigkeitsweges, der der Trennwand 709 gegenüber steht, ist ein Elementsubstrat 701, bestehend aus einem Halbleitermaterial, wie beispielsweise Si, darauf in Aufeinanderfolge der ersten leitenden Schicht 703 vorgesehen, ein Zwischenisolationsfilm 704, eine Widerstandsschicht 705, eine zweite leitende Schicht 706, die elektrisch mit der Trennwand 709 verbunden ist, ein Passivierungsfilm 707 und ein Antikavitationsfilm 708, der aus Tantal oder Chrom besteht. Ein Teil der Trennwand 701 bildet ein bewegliches Glied 731, das eingerichtet ist zum Versetzen hin zum ersten Flüssigkeitsweg 714, wodurch ein Kommunikationsweg zwischen dem ersten und dem zweiten Flüssigkeitsweg 714 und 716 gebildet wird. Auch ein Abschnitt des Elementsubstrats 701 entsprechend dem beweglichen Glied 731 trägt die zweite leitende Schicht 706 nicht, sondern bildet ein Wärmeerzeugungsteil 702, das die Blase 740 erzeugt. Auch der Antikavitationsfilm ist darauf vorgesehen, und zwar auf der Stromaufwärtsseite des Blasenerzeugungsbereichs mit einem getrennten Elektrodenabschnitt 710, der elektrisch mit der ersten leitenden Schicht 703 oder mit der zweiten leitenden Schicht 706 verbunden ist. Der separierte Elektrodenabschnitt 710 muß in der obig erwähnten Position nicht vorgesehen sein, sondern kann auch vorgesehen sein auf dem Wärmeerzeugungsabschnitt 702, und in einem solchen Falle wird die Feststellung nicht durchgeführt, während Wärme im Wärmeerzeugungsabschnitt 702 erzeugt wird.
Selbst im Falle, der den getrennten Elektrodenabschnitt 702 in der zweiten gemeinsamen Flüssigkeitskammer anstelle des zweiten Flüssigkeitsweges 716 vorsieht, kann eine höhere Feststellempfindlichkeit als in herkömmlicher Weise erzielt werden durch Verwenden der Trennwand 709 als eine der Elektroden.
Ebenfalls möglich ist es, einen Abschnitt gemäß dem separierten Elektrodenabschnitt 710 auf eine auf einem mit Rillen versehenen Glied (Deckplatte) zu bilden, die den ersten Flüssigkeitsweg 714 darstellt, und den Zustand der Flüssigkeit im ersten Flüssigkeitsweg 714 in Zusammenarbeit mit der Elektrode 720 der Trennwand festzustellen.
Es ist auch möglich, eine Elektrode gemäß dem getrennten Elektrodenabschnitt 710 auf dem mit Rillen versehenen Glied (Deckplatte) in der ersten gemeinsamen Flüssigkeit zu bilden und den Zustand der Flüssigkeit in der ersten gemeinsamen Flüssigkeitskammer in Zusammenarbeit mit der Elektrode 720 der Trennwand festzustellen.
Des weiteren ist es möglich, eine Elektrode gemäß dem getrennten Elektrodenabschnitt 710 auf dem mit Rillen versehenen Glied (Deckplatte) in der ersten gemeinsamen Flüssigkeitskammer zu bilden und den Zustand der Flüssigkeit der ersten und der zweiten gemeinsamen Flüssigkeitskammer zum Flüssigkeitsbehälter in Zusammenarbeit mit der Elektrode 720 von der Trennwand festzustellen.
Nachstehend erläutert ist das Feststellprinzip vom Zustand der Flüssigkeit im Tintenstrahlkopf von der oben erläuterten Konfiguration, insbesondere die An- oder Abwesenheit der Flüssigkeit im zweiten Flüssigkeitsweg.
35 ist ein Schaltbild, das ein Beispiel der zur Feststellung des Zustands der Flüssigkeit verwendeten Schaltung zeigt, beispielsweise deren An- oder Abwesenheit im Flüssigkeitsweg des in 32 gezeigten Flüssigkeitsausstoßkopfes in den 32 und 33 gezeigten Flüssigkeitsausstoßkopfes.
Ein Feststellimpuls wird an die Elektrode 709 der Trennwand (DP-IN) geliefert, und ein Signal, das die An- oder Abwesenheit der Flüssigkeit repräsentiert, wird gewonnen als Ausgangssignal vom Computer 750 (OUTPUT-D).
Wenn der Feststellimpuls zur Feststellung des Zustands der Flüssigkeit, wie deren An- oder Abwesenheit, im zweiten Flüssigkeitsweg 716 eingegeben wird in DP-IN von außen her, erfolgt die Übertragung durch die Bondungsleitung und den Antikavitationsfilm, und die gesamte Trennwand wird eine Impulserzeugungsquelle.
Der Widerstand R1 zwischen dem getrennten Elektrodenabschnitt 710 und der Trennwandelektrode 709, der fast unendlich groß ist bei Abwesenheit der Flüssigkeit zwischen den Elektroden, wird beträchtlich kleiner als beim herkömmlichen Feststellverfahren bei Anwesenheit der Flüssigkeit, was herausgefunden wurde. Folglich ist ein Widerstand R2 von mehreren hundert kΩ, der hinreichend größer als der zuvor genannte Widerstand bei Anwesenheit der Flüssigkeit ist, aber kleiner als der Widerstand bei Abwesenheit der Flüssigkeit, vorgesehen zwischen der Trennwand und Massepotential (GND) vom Substrat, und das Potential des getrennten Elektrodenabschnitts (pointA) während der Emission des Feststellimpulses aus der Trennwand wird verglichen mit einem vorbestimmten Schwellwert in einem Vergleicher 750, der das erste Feststellmittel bildet. Auf diese Weise wird der Zustand der Flüssigkeit, wie die An- oder Abwesenheit derselben oder eine Blase aus dem Ergebnis eines solchen Vergleichs festgestellt.
Die Trennwandelektrode bildet in diesem Beispiel die Impulserzeugungsquelle, kann aber natürlich auch als Feststellelektrode dienen. In einem solchen Fall kann das Potential der Trennwandelektrode durch die Heizelementtafel (Substrat) verarbeitet werden oder übertragen werden durch die Bondungsleitung und außerhalb des Kopfes verarbeitet werden.
Das vorliegende Beispiel verwendet einen Vergleicher 750 mit einem einzelnen Schwellwert, aber es ist auch möglich, mehrere Schwellwerte beispielsweise mit einem Fenstervergleicher anzuwenden, wodurch der Zustand der Flüssigkeit in feinerer Weise festgestellt wird oder der Zustand der Vermischung der Ausstoßflüssigkeit mit der Blasenerzeugungsflüssigkeit abhängig von der Art der Ausstoßflüssigkeit.
Wie in 35 gezeigt, ist es auch möglich, das Potential zu steuern, das dem Vergleicher 750 eingegeben wird, und das Ausgangssignal desselben durch Verwenden eines Schieberegisters, welches herkömmlicherweise zur Bildübertragung bei der Bestimmung der Ein/Aus-Operation des Wärmeerzeugungsgliedes und des Flüssigkeitsausstoßes verwendet wird, Bereitstellen analoger Schalter 751, 752, die betätigt werden durch ein Ausgangssignal eines derartigen Schieberegisters und Eingeben und Übertragen vorbestimmter Daten in das Schieberegister bei der Feststelloperation.
Die Flüssigkeitsfeststellung läßt sich erreichen durch eine Gleichstrommessung, aber die Gleichstrommessung mit einem Wechselstromsignal (Impulssignal) von 1 kHz oder höher wird bevorzugt genommen, weil ein Gleichstrom einen Isolierfilm bilden kann durch Oberflächenoxidation vom Antikavitationsfilm 708 oder der Trennwand 709.
36 ist ein Schaltbild im Falle der Schaltung, die in 35 gezeigt ist, versehen mit einer Vielzahl von Flüssigkeitswegen, wobei Feststelleinheiten D1, D2, ..., Dn vorgesehen sind jeweils gemäß der Flüssigkeitswege P1, P2, ..., Pn und Vergleichern 750-1, 750-2, ..., 750-n gemäß den Feststelleinheiten.
Wie in 36 gezeigt, wird ein Schieberegister 760, das herkömmlicherweise in ein Elementsubstrat 701 eingebaut ist (siehe 33) zur Bildübertragung verwendet, um Taktsignale und Datensignale gemeinsam für alle Flüssigkeitswege zu erzeugen, und die Feststelloperation wird auf Zeitmultiplexbasis ausgeführt. Somit kann ein signifikanter Anstieg in der Anzahl von Anschlüssen vermieden werden, selbst im Falle der Feststellung eines Zustands der Flüssigkeit in mehreren Flüssigkeitswegen.
Nachstehend erläutert ist die Feststelloperation für den Zustand der Flüssigkeit, wie die An- oder Abwesenheit derselben in den Flüssigkeitswegen, unter Verwendung der in 36 gezeigten Schaltung.
37 ist ein Zeitdiagramm, das ein Beispiel der Feststelloperation für den Zustand der Flüssigkeit in den Flüssigkeitswegen zeigt, und zwar in der in 36 gezeigten Schaltung.
Wie in 37 gezeigt, gibt das Schieberegister 760 als Reaktion auf Taktsignale, eingegeben zu vorbestimmten Zeiten, ein Aktivierungsausgangssignal an die jeweiligen Flüssigkeitswege zu unterschiedlichen Zeitvorgaben ab.
Als Reaktion auf das Anlegen des Feststellimpulses an die Trennwände der Flüssigkeitswege wird dann der Feststellimpuls in einem Flüssigkeitsweg, der aktiviert ist zur Feststellung, durch das Schieberegister 760, verglichen mit dem Bezugspotential, und zwar im Vergleicher 750, und der Zustand der Flüssigkeit, wie die An- oder Abwesenheit derselben im Flüssigkeitsweg, festgestellt vom Ergebnis des Vergleichs.
Die Vergleichsergebnisse werden seriell abgegeben, und der Zustand wird als normal identifiziert, wenn Impulse einer vorbestimmten Anzahl festgestellt sind, aber als anomal, wenn die Anzahl der Impulse geringer ist.
Die zuvor erläuterte Operation läßt sich nicht nur im Flüssigkeitsausstoßkopf steuern, sondern auch im Flüssigkeitsausstoßgerät, in dem sich ein derartiger Kopf befindet.
Zweites Beispiel
Im vorstehenden ersten Beispiel wird der Zustand der Flüssigkeit, wie die An- oder Abwesenheit derselben im Flüssigkeitsweg, festgestellt durch das Ergebnis des Vergleichs vom Potential des getrennten Elektrodenabschnitts 710 (siehe 33) mit dem Potential des Feststellimpulses, der die Trennwand 709 beaufschlagt (siehe 33), aber eine solche Feststellung kann auch erreicht werden durch Vergleich der Phasen, festgestellt am getrennten Elektrodenabschnitt 710 und mit derjenigen des an die Trennwand 709 angelegten Feststellimpulses.
38A und 38B sind ein Schaltbild beziehungsweise ein Äquivalentschaltbild zur Feststellung des Zustands der Flüssigkeit, wie der An- oder Abwesenheit derselben, im Flüssigkeitsweg durch die Aberration in der Phase im zweiten Ausführungsbeispiel des Flüssigkeitsausstoßkopfes nach der vorliegenden Erfindung.
Wie in den 38A und 38B gezeigt, verwendet dieses Beispiel einen Phasendetektor 770, der ein zweites Feststellmittel bildet, und beurteilt die An- oder Abwesenheit der Flüssigkeit im Flüssigkeitsweg durch Vergleich der am getrennten Elektrodenabschnitt 710 festgestellten Phase (siehe 33) mit der Phase des an die Trennwand 709 angelegten Feststellimpulses (siehe 33).
Unter Bezug auf 38A wird ein Feststellsignal an einen Eingang 3801 geliefert, und das Ausgangssignal vom Phasendetektor wird am Ausgang 3802 gewonnen. Ebenfalls unter Bezug auf 38B wird ein Feststellsignal an einen Eingang 3801 geliefert, und die An- oder Abwesenheit der Flüssigkeit im Flüssigkeitsweg wird festgestellt von einem Ausgang 3803. In der in 38B gezeigten Konfiguration wird der Widerstand R kleiner oder größer, abhängig von der An- beziehungsweise Abwesenheit der Flüssigkeit.
39A und 39B zeigen ein Beispiel vom Ausgangssignal der in den 38A und 38B gezeigten Schaltung bei Ab- beziehungsweise Anwesenheit der Flüssigkeit im Flüssigkeitsweg.
Wie in den 39A und 39B gezeigt, sind die am getrennten Elektrodenabschnitt 710 (siehe 33) festgestellte Phase und die Phase des Feststellimpulses, die die Trennwandelektrode 709 (siehe 33) beaufschlagt, wechselweise bei Abwesenheit der Flüssigkeit im Flüssigkeitsweg versetzt, aber sie stimmen bei Anwesenheit der Flüssigkeit miteinander überein.
Die Flüssigkeit wird als abwesend beurteilt oder als anwesend im Flüssigkeitsweg, wenn die am getrennten Elektrodenabschnitt 710 (siehe 33) beziehungsweise die Phase des an die Trennwandelektrode 709 angelegten Impulses (siehe 33) untereinander unterschiedlich oder miteinander übereinstimmend sind. In der vorstehenden Beschreibung wird der Feststellimpuls angenommen als Sinuswelle, kann aber natürlich andere Impulsformen haben, wie beispielsweise rechteckförmig.
Wie auch schon bei der Feststellung auf der Grundlage der Phasendifferenzen erläutert, ist die Impulsemissionsquelle nicht auf die Trennwand beschränkt, sondern kann der getrennte Elektrodenabschnitt sein.
Nachstehend erläutert sind die Schritte der Vorbereitung des Flüssigkeitsausstoßkopfes von der zuvor erläuterten Konfiguration.
40 ist eine Ansicht, die die Prozeßschritte zum Aufbereiten des in 33 gezeigten Flüssigkeitsausstoßkopfes zeigt.
Zuerst wird ein Elementsubstrat 701 aus Halbleitermaterial, wie beispielsweise aus Silizium (Schritt S1) vorbereitet.
Dann wird eine Treiberschaltung und ein Steuerelement von BiCMOS- oder CMOS-Struktur auf dem Elementsubstrat 701 vorbereitet (Schritt S2).
Auf dem Elementsubstrat 701, das die Treiberschaltung und das Steuerelement trägt, wird dann eine erste leitende Schicht 703 beispielsweise aus Aluminium oder Gold aufgetragen (Schritt S3).
Dann wird ein Zwischenisolationsfilm 704, beispielsweise aus Siliziumdioxid oder Siliziumnitrid auf der ersten leitenden Schicht 703 gebildet (Schritt S4).
Dann wird eine Widerstandsschicht 705 bestehend aus Hafniumborid oder Tantalnitrid auf dem Zwischenisolationsfilm 704 gebildet (Schritt S5).
Dann wird eine zweite leitende Schicht 706 beispielsweise aus Aluminium auf der Widerstandsschicht 705 gebildet, mit Ausnahme des Wärmeerzeugungsabschnitts (Schritt S6).
Dann wird ein Passivierungsfilm 704 beispielsweise aus Siliziumdioxid oder Siliziumnitrid auf dem gesamten Bereich gebildet (Schritt S7).
Dann wird eine Vertiefung zum Verbinden der zweiten leitenden Schicht nach außen geschaffen (Schritt S8).
Dann wird ein Antikavitationsfilm 708 beispielsweise aus Tantal oder aus Chrom geschaffen (Schritt S9).
Dann wird eine Adhäsionsschicht 730 beispielsweise aus Aluminium oder Gold im Verbindungsabschnitt der zweiten leitenden Schicht 706 und der Trennwand 709 gebildet (Schritt S10).
Dann wird die Trennwand 709, die beispielsweise aus Nickel besteht, befestigt (Schritt S11).
Das zuvor erläuterte Beispiel beabsichtigt, die An-/Abwesenheit eines Zustands der Flüssigkeit im zweiten Flüssigkeitsweg festzustellen, aber es versteht sich, daß selbst im Falle des Erzeugens des getrennten Elektrodenabschnitts 710, der in 33 gezeigt ist, im gemeinsamen Flüssigkeitsweg eine höhere Feststellempfindlichkeit erreicht werden kann durch Verwenden der Trennwand als Elektrode, wie im Vorstehenden schon erläutert, und diese Situation gilt auch für einen Falle, bei dem ein der Trennwand äquivalentes Glied auf der Deckplatte vorgesehen ist.
Die Konfiguration vom ersten und zweiten Beispiel, die vorstehend erläutert wurde, hat die folgenden Wirkungen:

(1) Bei diesen Konfigurationen werden elektrische Leitfähigkeit wenigstens einen Teil der Trennwand gegeben, um das elektrische Signal abzugeben oder aufzunehmen nach oder von außen, während ein elektrisch leitender getrennter Elektrodenabschnitt auf der Oberfläche oder in einem Teil des Substrats vorgesehen ist, und ein vorbestimmter Feststellimpuls wird an eine solche Trennwand oder an einen getrennten Elektrodenabschnitt angelegt, um die Potentialdifferenz oder die Variation der Kapazität zwischen dem getrennten Elektrodenabschnitt und der Trennwand nachzuweisen, wodurch der Zustand der Flüssigkeit, wie die An- oder Abwesenheit derselben, festgestellt werden kann in einem beschränkten kleinen Abschnitt innerhalb des Tintenstrahlaufzeichnungskopfes (vorzugsweise in dessen Flüssigkeitsweg);
(2) Das zum Steuern der Wärmeerzeugung verwendete Schieberegister im Heizelementteil wird auch verwendet zur Feststellung der An- oder Abwesenheit von Flüssigkeit in der Vielzahl von Flüssigkeitswegen auf Zeitmultiplexbasis, wodurch die Anzahl von Anschlüssen nicht signifikant ansteigt, selbst wenn die Anzahl von Feststellabschnitten größer wird (beispielsweise zur Feststellung in jedem Flüssigkeitsweg); und
(3) In diesen Konfigurationen wird das erste und das zweite Feststellmittel auf dem Substrat gleichzeitig mit den Elementen zum Steuern der Wärmeerzeugung im Wärmeerzeugungsabschnitt aufbereitet, wodurch die vorstehenden Wirkungen fast ohne Kostenanstieg erreichbar sind.

Drittes Beispiel
Nachstehend erläutert anhand der beiliegenden Zeichnung ist ein drittes Beispiel nach der vorliegenden Erfindung.
In diesem Beispiel liegt der Vorschlag eines neuen Flüssigkeitsausstoßverfahrens unter Verwendung eines beweglichen Gliedes zugrunde, ein Verfahren zum Feststellen des Versatzes des beweglichen Gliedes zum Zwecke sicherer Beurteilung des Ausstoßzustandes von der Flüssigkeit.
In diesem Beispiel, wie es in 43 gezeigt ist, sind eine bewegliche Elektrode 701 und eine feststehende Elektrode 702 als Versatzfeststellmittel zum Feststellen des Versatzes vom beweglichen Glied 31 vorgesehen.
Die bewegliche Elektrode 701 ist auf dem beweglichen Isolierglied 31 vorgesehen, während die feststehende Elektrode 702 außerhalb des ersten Flüssigkeitsweges 14 in einem Kopf H vorgesehen ist, wodurch, wie in 42 gezeigt, der Abstand zwischen den Elektroden 701, 702 um den Versatz des beweglichen Gliedes 31 variiert. Diese Elektroden 701, 702 bilden eine Kapazität mit der Flüssigkeit, die im ersten Flüssigkeitsweg präsent ist, als das dielektrische Material, und die Elektrodenkapazität eines solchen Kondensators variiert gemäß dem Versatz des beweglichen Gliedes 31.
Die elektrostatische Kapazität C eines Kondensators wird angegeben mit: C = ε0 × εS × S/Dwobei ε₀ die dielektrische Konstante vom Vakuum, ε_S die elektrische Konstante des dielektrischen Materials S die Fläche der Elektrode und d der Abstand zwischen den Elektroden ist.
Das dielektrische Material ist das Isolierglied, das sich zwischen der beweglichen Elektrode 701 und der feststehenden Elektrode 702 befindet. Die Flüssigkeit und die Wand des Flüssigkeitsweges 14 dienen als das dielektrische Glied und bedecken die bewegliche Elektrode 701 mit einem nicht leitenden Film um den Strom, der das bewegliche Elektrodenglied 701 beaufschlagt, nicht in die Tinte fließen zu lassen. Da die Fläche S der Elektrode und die dielektrische Konstante ε_S konstant sind, ist die elektrostatische Kapazität C umgekehrt proportional zum Abstand d zwischen den Elektroden. Der Versatz des beweglichen Gliedes 31 kann somit durch die Feststellung der Variation in der elektrostatischen Kapazität C beurteilt werden.
Auch im Falle des Lufteintritts vom Ausstoßport 18 her oder im Falle der Abwesenheit von Tinte im Flüssigkeitsweg 14 bleiben die bewegliche Elektrode 701 und die feststehende Elektrode 702 in einem elektrisch isolierten Zustand, so daß der Versatz des beweglichen Gliedes 31 feststellbar ist.
43 und 44 sind schematische perspektivische Teilansichten, die Beispiele der Anordnung von den Elektroden 701, 702 zeigen. In diesem Beispiel ist die bewegliche Elektrode 701 aus einer Metallplatte und befestigt mit dem beweglichen Glied 31 und elektrisch verbunden mit einem Leitungsmuster 703, das im beweglichen Glied 31 gebildet ist. Das Leitungsmuster 703 erstreckt sich auf einen vorspringenden Abschnitt 31A des beweglichen Gliedes 31 und ist verbunden mit einem externen Verbindungsanschluß 704 des Kopfes H. Die bewegliche Elektrode 701 kann aus einem Dünnfilm auf dem beweglichen Glied 31 gebildet sein, das eine Ein-Glied-Struktur annimmt, die über den Drehpunkt 33 gebogen ist oder eine zusammengesetzte Struktur, in der zwei Glieder mit dem Drehpunkt 33 verbunden sind. Die feststehende Elektrode 702 ist andererseits aus einer Metallplatte bestehend, die mit der Außenseite des Kopfes H über dem ersten Flüssigkeitsweg 14 befestigt ist und elektrisch verbunden ist mit einem Verbindungsanschluß 706 durch eine externe Verdrahtung 705. Auch kann die feststehende Elektrode 702 innen von der Isolationswand des Kopfes H oder als Dünnfilm auf der Außen- oder Innenoberfläche der isolierenden Wand befestigt sein.
Die Verbindungsanschlüsse 703, 706 sind mit einer Feststellschaltung 800 verbunden, die später zu erläutern ist. Der Kopf H ist versehen mit einer Vielzahl von Düsen, die jeweils eine in 43 gezeigte Struktur aufweisen, und das Verdrahtungsmuster 703 und die externen Muster 705 dieser Düsen können ein gemeinsames Teil bilden.
45 ist eine Ansicht, die einen Ansteuerimpuls zeigt, der geliefert wird zum Veranlassen der Wärmeerzeugung im Wärmeerzeugungsglied 2. Die Wärmeerzeugung des Wärmeerzeugungsgliedes 2 wird verursacht durch Erregung desselben für eine Zeit t1 in jedem vorbestimmten Zeitzyklus T. Die erzeugte Wärme schafft die Blase 14 durch Induzieren, wobei der Versatz des beweglichen Gliedes 31 induziert wird und die auszustoßende Flüssigkeit aus dem Ausstoßport 18 verursacht wird. Die elektrostatische Kapazität zwischen den Elektroden 701, 702 wird in einer nachstehend erläuterten Weise gemessen, wenn das Wärmeerzeugungsglied 2 eine hinreichende Wärmeerzeugung bewirkt.
46 ist ein Schaltbild der Feststellschaltung 800, die in 43 gezeigt ist, wobei C den Kondensator bedeutet, der aufgebaut ist aus den Elektroden 701, 702. Der Kondensator ist in Serie geschaltet mit einer Stromversorgungsquelle 1202 und einem Widerstand 1205 (Widerstand R), und eine Spannung E wird beaufschlagt, die Anschlüsse 1202a und 1202b während einer Feststellperiode, in der ein Feststellperiodensignal 101 den Zustand "H" annimmt. Diese Spannung E verursacht einen Ladestrom 2 gemäß der elektrostatischen Kapazität des Kondensators C, wobei der Widerstand 1204 eine Anschlußspannung RI bereitstellt. In einer Nichtfeststellperiode, in der das Feststellperiodensignal 1001 den Zustand L annimmt, werden die Anschlüsse 1202a, 1202b wechselnd leitend gehalten, um den Kondensator C hinreichend zu entladen, und werden dann gegeneinander isoliert. Die Anschlußspannung IR am Widerstand 1204 erfährt eine Verstärkung vom Verstärker 1205, um eine verstärkte Feststellspannung 1003 bereitzustellen, die ein A/D-Umsetzer 1206 digital umsetzt. Ein digitales Signal 1005, das solchermaßen erzeugt ist, gelangt in ein Register 1207 beim Runterschieben des AD-Taktsignals 1004 und wird gelesen von einer CPU 302 (siehe 29) durch einen CPU-Bus 1208. Im vorliegenden Beispiel ist die CPU 302 bereitgestellt mit einem Beurteilungsmittel zum Beurteilen des Entladezustands von der Flüssigkeit basierend auf dem Variationsumfang des Stromes 2.
47 ist eine Zeittafel, die die Zeitvorgaben der Signale 1001 bis 1006 zeigt, wie in 46 dargestellt, wobei die Feststellspannung 1003 (RI) (c) längs einer Kurve gemäß der elektrostatischen Kapazität vom Kondensator C oder der Position des Versatzes des beweglichen Gliedes 31 variiert.
48 ist ein Diagramm, das die Variation des Ladestromes I gemäß der elektrostatischen Kapazität des Kondensators C oder der Position des Versatzes vom beweglichen Glied 31 zeigt. Im normalen Flüssigkeitsausstoßzustand, in dem das bewegliche Glied 31 die normal obere Position durch die hinreichende Erzeugung der Blase 40 ersetzt, variiert der Ladestrom I, der als Kurve A dargestellt ist. Im Falle eines Fehlens vom Flüssigkeitsausstoß, bei dem das bewegliche Glied 31 nicht in die normale obere Stellung versetzt wird durch die nicht ausreichende Erzeugung der Blase 14 wird andererseits der Abstand zwischen den Elektroden 701, 702 groß, um die elektrostatische Kapazität des Kondensators C zu verringern, wodurch der Ladestrom in der in der Kurve B gezeigten Art variiert. Der Umfang des Versatzes vom beweglichen Glied 31 oder der Entladezustand der Flüssigkeit kann folglich aus den Kurven A und B beurteilt werden.
Da derartige Kurven A, B der Feststellspannung 1003 in (c) von 47 entsprechen, beurteilt die CPU 302 den Entladezustand der Flüssigkeit aus dem digitalen Signal 1005 in (e) von 47 mittels des nicht dargestellten Beurteilungsmittels und erzeugt einen Alarm durch ein nicht dargestelltes Alarmmittel im Falle des Fehlens vom Flüssigkeitsausstoß. Der Nutzer kann das Ausbleiben des Flüssigkeitsausstoßes durch einen solchen Alarm wahrnehmen und kann Gegenmaßnahmen treffen, wie beispielsweise das Ersetzen des Kopfes H. Im Ergebnis kann der Anwender sofort das Ausbleiben des Ausstoßes von Aufzeichnungstinte feststellen, wodurch eine Korrekturarbeit für das Drucken entfallen kann, und die hohe Genauigkeit bei der Aufzeichnung beibehalten werden, und eine solche Konfiguration ist vorteilhaft hinsichtlich der Kosten als Mechanismus einer großen Amplitude, die von außen nicht erforderlich ist. Das digitale Signale 1005, das die CPU 302 beurteilt, ist vorbereitet als Beurteilungsdaten zur Beurteilung des Ausstoßzustandes der Flüssigkeit und gespeichert in einem Register 1207.
Wie vorstehend erläutert, ermöglichen die Konfigurationen der Beispiele im Flüssigkeitsausstoßverfahren auf der Grundlage des neuen Ausstoßprinzips unter Verwendung des beweglichen Gliedes, nämlich des Flüssigkeitsausstoßverfahrens, das in der Lage ist, in effizienter Weise die Flüssigkeit in der Nähe des Ausstoßports durch Multiplizierwirkung der erzeugten Blase und des Bewegungsgliedes dadurch zu versetzen, die Beurteilung des Ausstoßzustands der Flüssigkeit durch Feststellen des Versatzes vom beweglichen Glied, wodurch der sichere Flüssigkeitsausstoß realisiert wird.

Claims

Flüssigkeitsausstoßkopf mit einer Ausstoßöffnung (18, 718) zum Ausstoß von Flüssigkeit, mit einem ersten Flüssigkeitsweg (14, 714), der mit dem Ausstoßkopf kommuniziert, einem zweiten Flüssigkeitsweg (16, 716), der von dem ersten Flüssigkeitsweg durch eine Trennwand (30, 709) getrennt ist, und darin eine Bläschenerzeugungseinrichtung (2, 709) zur Erzeugung eines Bläschens (40) in der Flüssigkeit aufweist, wodurch der Druck bei der Erzeugung des Bläschen auf die Seite des ersten Flüssigkeitswegs übertragen wird, um die Flüssigkeit aus der Ausstoßöffnung auszustoßen, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennwand ein bewegliches Teil (31, 731) mit einem beweglichen freien Ende (32) auf der Seite der Ausstoßöffnung über der Bläschenerzeugungseinrichtung (2) in dem zweiten Flüssigkeitsweg aufweist, und die Trennwand eine elektrische Leitfähigkeit in zumindest einem Teil davon aufweist und der leitende Teil (720) der Trennwand als eine Elektrode zur Erfassung des Zustands der Flüssigkeit in dem Flüssigkeitsausstoßkopf verwendet wird.
Flüssigkeitsausstoßkopf nach Anspruch 1, wobei die Bläschenerzeugungseinrichtung ein Wärmeerzeugungsteil (2, 702) zur Erwärmung der Flüssigkeit aufweist, um ein Bläschen darin zu erzeugen.
Flüssigkeitsausstoßkopf nach Anspruch 2, mit einem Substrat (1, 701) in dem zweiten Flüssigkeitsweg mit dem Wärmeerzeugungsteil (2, 702) zur Erwärmung der Flüssigkeit, wobei das Substrat in zumindest einem Teil (710) davon ebenfalls eine elektrische Leitfähigkeit aufweist, und einer Erfassungseinrichtung zur Erfassung einer Potentialdifferenz zwischen dem Substrat und der Trennwand, wenn ein vorbestimmter Impuls an den leitenden Teil der Trennwand oder des Substrats angelegt wird, wobei der Zustand der Flüssigkeit in dem zweiten Flüssigkeitsweg auf der Grundlage der durch die erste Erfassungseinrichtung erfassten Potentialdifferenz erfasst wird.
Flüssigkeitsausstoßkopf nach Anspruch 2, mit einem Substrat (1, 701) in dem zweiten Flüssigkeitsweg mit dem Wärmeerzeugungsteil (2, 702) zur Erwärmung der Flüssigkeit, einem separaten Elektrodenabschnitt (710), der elektrische Leitfähigkeit aufweist und in der Nähe des Wärmeerzeugungsteils des Substrats vorgesehen ist, und einer Erfassungseinrichtung zur Erfassung einer Potentialdifferenz zwischen dem Substrat und der Trennwand, wenn ein vorbestimmter Impuls an den leitenden Teil der Trennwand oder dem Elektrodenabschnitt angelegt wird, wobei der Zustand der Flüssigkeit in dem zweiten Flüssigkeitsweg auf der Grundlage der durch die Erfassungseinrichtung erfassten Potentialdifferenz erfasst wird.
Flüssigkeitsausstoßkopf nach Anspruch 2, mit einem Substrat (1, 701) in dem zweiten Flüssigkeitsweg mit dem Wärmeerzeugungsteil (2, 702) zur Erwärmung der Flüssigkeit, einer Abdeckplatte (50), die aus einem genuteten Teil besteht, das in dem ersten Flüssigkeitsweg vorgesehen ist, wobei zumindest ein Teil der Abdeckplatte und der Trennwand eine elektrische Leitfähigkeit aufweist, und einer Erfassungseinrichtung zur Erfassung einer Potentialdifferenz zwischen der Trennwand und der Abdeckplatte, wenn ein vorbestimmter Impuls an den leitenden Teil der Trennwand oder den leitenden Teil der Abdeckplatte angelegt wird, wobei der Zustand der Flüssigkeit in dem zweiten Flüssigkeitsweg auf der Grundlage der durch die Erfassungseinrichtung erfassten Potentialdifferenz erfasst wird.
Flüssigkeitsausstoßkopf nach Anspruch 2, mit einem Substrat (1, 701) in dem zweiten Flüssigkeitsweg mit einem Wärmeerzeugungsteil (2, 702) zur Erwärmung der Flüssigkeit, einer Flüssigkeitskammer, die mit den ersten und zweiten Flüssigkeitswegen kommuniziert und die Flüssigkeit speichert, wobei die Flüssigkeitskammer und die Trennwand eine elektrische Leitfähigkeit in zumindest einem Teil davon aufweisen, und einer Erfassungseinrichtung zur Erfassung einer Potentialdifferenz zwischen der Trennwand und der Flüssigkeitskammer, wenn ein vorbestimmter Impuls an den leitenden Teil der Trennwand oder den leitenden Teil der Flüssigkeitskammer angelegt wird, wobei der Zustand der Flüssigkeit in dem zweiten Flüssigkeitsweg auf der Grundlage der durch die Erfassungseinrichtung erfassten Potentialdifferenz erfasst wird.
Flüssigkeitsausstoßkopf nach Anspruch 2, mit einem Substrat (1, 701) in dem zweiten Flüssigkeitsweg, das ein Wärmeerzeugungsteil (2, 702) zur Erwärmung der Flüssigkeit aufweist und das eine elektrische Leitfähigkeit in zumindest einem Teil davon aufweist, und einer Erfassungseinrichtung zur Erfassung der Variation in der Kapazität zwischen der Trennwand (709) und dem Substrat, wenn ein vorbestimmter Impuls an den leitenden Teil (720) der Trennwand oder den leitenden Teil (710) des Substrats angelegt wird, wobei der Zustand der Flüssigkeit in dem zweiten Flüssigkeitsweg auf der Grundlage der durch die Erfassungseinrichtung erfassten Variation in der Kapazität erfasst wird.
Flüssigkeitsausstoßkopf nach Anspruch 7, wobei die durch die Erfassungseinrichtung erfasste Variation in der Kapazität die Variation der Phase ist.
Flüssigkeitsausstoßkopf nach Anspruch 2, mit einem Substrat (1, 701) in dem zweiten Flüssigkeitsweg, das ein Wärmeerzeugungsteil (2, 702) zur Erwärmung der Flüssigkeit aufweist und das einen separaten Elektrodenabschnitt (710) in der Nähe des Wärmeerzeugungsteils aufweist, und einer Erfassungseinrichtung zur Erfassung der Variation in der Kapazität zwischen der Trennwand und dem separaten Elektrodenabschnitt, wenn ein vorbestimmter Impuls an den leitenden Teil (720) der Trennwand oder den separaten Elektrodenabschnitt (710) angelegt wird, wobei der Zustand der Flüssigkeit in dem zweiten Flüssigkeitsweg auf der Grundlage der durch die Erfassungseinrichtung erfassten Variation in der Kapazität erfasst wird.
Flüssigkeitsausstoßkopf nach einem der Ansprüche 2 bis 8, wobei die Erfassungseinrichtung gleichzeitig auf dem Substrat mit einem Element zur Steuerung der Wärmeerzeugung des Wärmeerzeugungsteils ausgebildet ist.
Flüssigkeitsausstoßkopf nach Anspruch 7 oder 9, wobei die Ausstoßöffnung (18) in vielen Einheiten vorgesehen ist, und die ersten und zweiten Flüssigkeitswege in vielen Einheiten jeweils entsprechend zu den vielen Ausstoßöffnungen vorgesehen ist, der separate Elektrodenabschnitt in vielen Einheiten jeweils entsprechend zu den vielen Ausstoßöffnungen vorgesehen ist, und die Erfassungseinrichtung eingerichtet ist, die Erfassung der Variation der Kapazität auf einer zeitlich verschachtelten Basis in jedem der Flüssigkeitswege entsprechend den vielen Flüssigkeitsanschlüssen zu bewirken.
Flüssigkeitsausstoßkopf nach Anspruch 11, weiterhin mit einem Schieberegister (1207) zur Steuerung der Wärmeerzeugung des Wärmeerzeugungsteils, wobei die Erfassung der Variation der Kapazität auf einer zeitlich verschachtelten Basis in jedem der Flüssigkeitswege unter Verwendung des Schieberegisters durchgeführt wird.
Flüssigkeitsausstoßkopf nach Anspruch 9, wobei die durch die Erfassungseinrichtung erfasste Variation in der Kapazität die Variation der Phase ist.
Flüssigkeitsausstoßkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 13, weiterhin mit einem Flüssigkeitsbehälter, der die Flüssigkeit enthält, wobei der Flüssigkeitsausstoßkopf eine Kopfpatrone ist, die einstückig mit dem Flüssigkeitsbehälter aufgebaut ist.
Flüssigkeitsausstoßkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 14, weiterhin mit einem Flüssigkeitsbehälter, der die Flüssigkeit enthält, wobei der Flüssigkeitsbehälter separat von dem Flüssigkeitsausstoßkopf aufgebaut ist.
Flüssigkeitsausstoßkopf nach Anspruch 1, wobei der auf der Erzeugung eines Bläschens (40) durch die Bläschenerzeugungseinrichtung (2) beruhende Druck durch den Versatz des beweglichen Teils zu dem Ausstoßöffnung (18) geführt wird, wodurch die Flüssigkeit aus der Ausstoßöffnung ausgestoßen wird, und eine Versatzerfassungseinrichtung zur Erfassung des Versatzes des beweglichen Teils vorgesehen ist.
Flüssigkeitsausstoßkopf nach Anspruch 16, wobei das bewegliche Teil (31) derart vorgesehen ist, dass es einem Bereich (11) der Erzeugung des Bläschens durch die Bläschenerzeugungseinrichtung zugewandt ist, eingerichtet ist, sich zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position zu versetzen, die weiter als die erste Position von dem Bläschenerzeugungsbereich entfernt ist, und von der ersten Position zu der zweiten Position hin durch einen Druck versetzt wird, der auf die Erzeugung des Bläschens in dem Bläschenerzeugungsbereichs beruht, um das Bläschen größer auf der stromabwärtigen Seite als auf der stromaufwärtigen Seite in einer Richtung zu der Ausstoßöffnung auszudehnen, wodurch die Flüssigkeit aus der Ausstoßöffnung ausgestoßen wird.
Flüssigkeitsausstoßkopf nach Anspruch 16 oder 17, weiterhin mit einem Flüssigkeitsweg für die Flüssigkeit, wobei die Bläschenerzeugungseinrichtung ein Wärmeerzeugungsteil (2) ist, das in dem Flüssigkeitsweg vorgesehen ist und eingerichtet ist, thermische Energie der Flüssigkeit zu beaufschlagen, und die Flüssigkeit entlang dem Wärmeerzeugungsteil von der stromaufwärtigen Seite des Wärmeerzeugungsteils zugeführt wird, und das bewegliche Teil (31) derart vorgesehen ist, dass es dem Wärmeerzeugungsteil zugewandt ist, mit einem freien Ende (32) auf der Seite einer Ausstoßöffnung (18) für die Flüssigkeit versehen ist, und eingerichtet ist, den auf der Erzeugung des Bläschens beruhenden Druck durch den Versatz der freien Endseite zu führen, wodurch die Flüssigkeit ausgestoßen wird.
Flüssigkeitsausstoßkopf nach Anspruch 16, weiterhin mit einem ersten Flüssigkeitsweg, der mit einer Ausstoßöffnung kommuniziert, und einem zweiten Flüssigkeitsweg einschließlich eines Flüssigkeitserzeugungsbereichs, wobei das bewegliche Teil (31) mit einem freien Ende (32) auf der Seite der Ausstoßöffnung vorgesehen ist und zwischen dem ersten Flüssigkeitsweg und dem Bläschenerzeugungsbereich vorgesehen ist, und das freie Ende des beweglichen Teils zu dem ersten Flüssigkeitsweg hin versetzt wird, um den Druck zu der Ausstoßöffnung des ersten Flüssigkeitswegs zu führen, wodurch die Flüssigkeit aus der Ausstoßöffnung ausgestoßen wird.
Flüssigkeitsausstoßkopf nach einem der Ansprüche 16 bis 19, wobei die Versatzerfassungseinrichtung eine bewegliche Elektrode (701), die dem Versatz des beweglichen Teils nachfolgt, und eine feste Elektrode (702) aufweist, die der beweglichen Elektrode über die Flüssigkeit gegenüberliegt, und eingerichtet ist, den Versatz auf der Grundlage einer elektrostatischen Kapazität zwischen der beweglichen Elektrode und der festen Elektrode zu erfassen, die entsprechend dem Versatz des beweglichen Teils variiert.
Flüssigkeitsausstoßkopf nach Anspruch 20, wobei die bewegliche Elektrode an dem beweglichen Teil vorgesehen ist.
Flüssigkeitsausstoßkopf nach Anspruch 20, wobei das bewegliche Teil darauf mit einem Verdrahtungsmuster (703) versehen ist, das elektrisch mit der beweglichen Elektrode verbunden ist.
Flüssigkeitsausstoßkopf nach Anspruch 19, wobei die dem ersten Flüssigkeitsweg zugeführt Flüssigkeit und die dem zweiten Flüssigkeitsweg zugeführte Flüssigkeit dieselben sind.
Flüssigkeitsausstoßkopf nach Anspruch 19, wobei die dem ersten Flüssigkeitsweg zugeführt Flüssigkeit und die dem zweiten Flüssigkeitsweg zugeführte Flüssigkeit unterschiedlich sind.
Flüssigkeitsausstoßkopf nach Anspruch 19, wobei die dem zweiten Flüssigkeitsweg zugeführt Flüssigkeit der dem ersten Flüssigkeitsweg zugeführten Flüssigkeit zumindest entweder in Bezug auf einer geringere Viskosität, Bläschenerzeugungsfähigkeit und thermische Stabilität überlegen ist.
Flüssigkeitsausstoßkopf nach einem der Ansprüche 16 bis 25, wobei das Bläschen durch ein Filmsiedephänomen der Flüssigkeit erzeugt wird.
Flüssigkeitsausstoßgerät mit dem Flüssigkeitsausstoßkopf nach einem der Ansprüche 16 bis 26, das eingerichtet ist, die Flüssigkeit aus der Ausstoßöffnung durch Erzeugung eines Bläschens in dem Bläschenerzeugungsbereich auszustoßen, mit einer Beurteilungsdaten-Erzeugungseinrichtung zur Erzeugung von Beurteilungsdaten zur Beurteilung des Ausstoßzustands der Flüssigkeit auf der Grundlage des Erfassungsergebnisses durch die Versatzerfassungseinrichtung.
Flüssigkeitsausstoßgerät mit dem Flüssigkeitsausstoßkopf nach Anspruch 20, das eingerichtet ist, die Flüssigkeit aus der Ausstoßöffnung durch Erzeugung eines Bläschens in dem Bläschenerzeugungsbereich (11) auszustoßen, mit einer Beurteilungsdaten-Erzeugungseinrichtung zur Erzeugung von Beurteilungsdaten zur Beurteilung des Ausstoßzustands der Flüssigkeit auf der Grundlage der Variation der elektrostatischen Kapazität zwischen der beweglichen Elektrode und der festen Elektrode, die durch die Versatzerfassungseinrichtung erfasst wird.
Flüssigkeitsausstoßgerät nach Anspruch 27, wobei die Beurteilungsdaten-Erzeugungseinrichtung eingerichtet ist, als die Beurteilungsdaten eine zeitabhängige Variation der Erfassungswerts der Versatzerfassungseinrichtung zu erzeugen.
Flüssigkeitsausstoßgerät nach Anspruch 27, weiterhin mit einer Speichereinrichtung zum Speichern der durch die Beurteilungsdaten-Erzeugungseinrichtung erzeugten Beurteilungsdaten.
Flüssigkeitsausstoßgerät nach Anspruch 27, weiterhin mit einer Beurteilungseinrichtung zur Beurteilung eines fehlerhaften Ausstoßes der Flüssigkeit auf der Grundlage der Beurteilungsdaten.
Flüssigkeitsausstoßgerät nach Anspruch 31, weiterhin mit einer Warneinrichtung zur Erzeugung einer Warnung, wenn die Beurteilungseinrichtung einen fehlerhaften Ausstoß der Flüssigkeit beurteilt.
Untersuchungsverfahren zur Untersuchung des Flüssigkeitsausstoßkopfs nach Anspruch 16, mit einem Ausstoßschritt zum Ausstoßen der Flüssigkeit aus der Ausstoßöffnung (18) durch Erzeugung eines Bläschens in der Bläschenerzeugungseinrichtung (11), und einem Beurteilungsschritt zur Beurteilung des Ausstoßzustands der Flüssigkeit auf der Grundlage des Erfassungsergebnisses der Versatzerfassungseinrichtung in dem Ausstoßschritt.
Untersuchungsverfahren nach Anspruch 33, weiterhin mit einem Schritt zur Erzeugung einer Warnung in dem Fall, dass der Ausstoßzustand der Flüssigkeit als fehlerhaft identifiziert wird.