DE69731335T2

DE69731335T2 - Flüssigkeitsausstossverfahren mit Bewegung eines beweglichen Teils, Flüssigkeitsstrahlkopf und Flüssigkeitsstrahlvorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens

Info

Publication number: DE69731335T2
Application number: DE69731335T
Authority: DE
Inventors: Sadayuki Ohta-ku Sugama; Akira Ohta-ku Asai; Hiroyuki Ohta-ku Ishinaga; Toshio Ohta-ku Kashino; Kiyomitsu Ohta-ku Kudo; Hiroyuki Ohta-ku Sugiyama
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1996-07-12
Filing date: 1997-07-08
Publication date: 2005-10-13
Anticipated expiration: 2017-07-09
Also published as: DE69731335D1; CA2209877C; CA2209877A1; CN1080201C; US20020021335A1; AU2860997A; EP0819528A2; US6595625B2; CN1179383A; JPH1024588A; JP3652016B2; EP0819528A3; EP0819528B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
SACHGEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Flüssigkeitsausstoßverfahren, einen Flüssigkeitsstrahlkopf und eine Flüssigkeitsausstoßvorrichtung zum Ausstoß einer gewünschten Flüssigkeit durch Erzeugung von Blasen, die dadurch hervorgerufen werden, daß thermische Energie auf eine Flüssigkeit einwirkt. Genauer, die Erfindung bezieht sich auf ein Flüssigkeitsausstoßverfahren, einen Flüssigkeitsstrahlkopf und eine Flüssigkeitsausstoßvorrichtung, die mit einem beweglichen Element ausgestattet ist, das sich durch die Ausnutzung der Blasenbildung bewegt.
Die vorliegende Erfindung ist ebenfalls auf einen Drucker zum Aufzeichnen auf ein Aufzeichnungsmedium, wie z.B. Papier, Garn, Gewebe, Stoff, Leder, Plastik, Glas, Holz oder Keramik und einen Kopierer, eine Faksimileeinrichtung, die mit Kommunikationssystemen ausgestattet ist, einen Wortprozessor und andere Vorrichtungen, die eine Druckeinheit aufweisen, anwendbar. Weiterhin kann die vorliegende Erfindung auf ein Aufzeichungssystem für industrielle Anwendung, das komplex mit verschiedenen Verarbeitungsvorrichtungen kombiniert ist, angewendet werden.
Hierbei bedeutet der Begriff "Aufzeichnung" in der Beschreibung der vorliegenden Erfindung nicht nur das Erzeugen von Bildern aus Buchstaben, Grafiken oder anderen sinnvollen Darstellungen, sondern auch die Erzeugung von solchen Bil dern, die keine spezielle Bedeutung aufweisen, wie z.B. Muster.
NÄCHSTLIEGENDER STAND DER TECHNIK
Bekannt ist ein Tintenstrahlaufzeichnungsverfahren, das ein Tintenstrahlaufzeichnungsverfahren darstellt, bei dem Bilder auf einem Aufzeichnungsmedium ausgebildet werden, indem Tinte von Ausstoßöffnungen ausgestoßen wird, wobei die Kraft, die durch Zustandsänderung von Tinte infolge einer abrupten Volumenänderung (Bildung von Blasen) hervorgerufen wird, ausgeübt wird, wenn thermische Energie o.ä. der Tinte in Übereinstimmung mit den Aufzeichnungssignalen zugeführt wird. Für die Aufzeichnungsvorrichtung, die das Tintenstrahlaufzeichnungsverfahren verwendet, ist es üblich, Ausstoßöffnungen, die die Tinte ausstoßen, Tintenkanäle, die durchleitend mit den Ausstoßöffnungen verbunden sind und in jedem der Tintenkanäle angeordnete elektrothermische Wandler als Mittel für die Energieerzeugung zum Ausstoßen von Tinte, vorzusehen, wie es in dem Dokument US 4,723,129 und anderen beschrieben wird.
Durch Verwendung eines solchen Aufzeichnungsverfahrens ist es möglich, Bilder von hoher Qualität bei hoher Geschwindigkeit mit geringerem Geräuschbeitrag aufzuzeichnen. Gleichzeitig macht es der Kopf, der dieses Aufzeichnungsverfahren ausführt möglich, die Ausstoßöffnungen zum Ausstoß der Tinte in hoher Dichte anzuordnen, unter anderem mit dem exzellenten Vorteil, daß Bilder mit hoher Auflösung aufgezeichnet werden können und
daß Farbbilder leichter bei Verwendung einer kleineren Vorrichtung zu erreichen sind. In den letzten Jahren wurde daher das Tintenstrahlaufzeichnungsverfahren weitgehend für viele Arten von Büroausrüstungen, wie z.B. Drucker, Kopierer, Faksimileeinrichtung, angepaßt. Weiterhin wird dieses Aufzeichnungsverfahren selbst für industrielle Systeme, wie unter anderem für Textildruck verwendet.
Zusammen mit der breiteren Anwendung der Tintenstrahltechnologie und der Technik für verschiedene Produkte in vielen unterschiedlichen Anwendungsbereichen gibt es in den letzten Jahren eine steigende Nachfrage, wie nachstehend dargestellt wird.
Zum Beispiel wurde durch die Forderung nach einer Verbesserung der Energieeffektivität die Einstellung der Dicke der Schutzfolie untersucht, um die Leistungsfähigkeit der Wärmeerzeugungselemente zu optimieren. Eine Studie dieser Art hat Auswirkungen auf die Verbesserung der Übertragungseffektivität der erzeugten Wärme auf Flüssigkeiten erbracht.
Auch wurden, um Bilder hoher Qualität zu erhalten, Ansteuerungsbedingungen vorgeschlagen, unter denen ein Flüssigkeitsausstoßverfahren o. Ä. in der Lage ist, gute Tintenausstöße bei hohen Ausstoßgeschwindigkeiten mit einer stabileren Blasenbildung auszuführen. Vom Gesichtspunkt der Hochgeschwindigkeitsaufzeichnung wurde ebenfalls eine verbesserte Konfiguration der Flüssigkeitsströmungskanäle vorgeschlagen, die einen Flüssigkeitsstrahlkopf möglich macht, der in der Lage ist, die Flüssigkeitsströmungskanäle mit höherer Geschwindigkeit zu befüllen, um die ausgestoßene Flüssigkeit zu ersetzen.
Von den verschiedenen Konfigurationen der vorgeschlagenen Flüssigkeitsströmungskanäle ist der Aufbau des Flüssigkeitsströmungskanals und eines Verfahrens zur Herstellung der Köpfe, die in dem Dokument JP 63-199972 dargestellt sind, unter Berücksichtigung der Rückwellen (Druck, der entgegen der Richtung zu den Ausstoßöffnungen gerichtet ist, das heißt ein in Richtung zur Flüssigkeitskammer hin gerichteter Druck) entwickelt worden. Solche Rückwellen ergeben einen Energieverlust, da die Energie nicht in Ausstoßrichtung wirkt.
Dennoch ist es in Hinblick auf den dargestellten Aufbau leicht verständlich, daß die teilweise Unterdrückung der Rückwellen für den Flüssigkeitsausstoß nicht praktisch ist, wenn Studien unter der Bedingung durchgeführt werden bei denen die Blasen in einem Flüssigkeitsströmungskanal erzeugt werden, der die Ausstoßflüssigkeit in sich zurückhält.
Grundsätzlich, die Rückwellen selbst stehen nicht direkt mit dem Ausstoß im Zusammenhang, wie vorstehend beschrieben. Von den durch die Blasenerzeugung ausgeübten Drücke haben diejenigen, die direkt mit dem Ausstoß in Zusammenhang Stehenden bereits auf die Flüssigkeit eingewirkt, so daß die Flüssigkeit gerade aus dem Flüssigkeitsströmungskanal ausgestoßen wird, wenn die Rückwelle im Flüssigkeitsströmungskanal gebildet wird. Daher ist es klar, daß selbst wenn die Rückwellen unterdrückt werden kein wesentlicher Einfluß auf den Flüssigkeitsausstoß ausgeübt wird, ganz zu schweigen von einer teilweisen Unterdrückung, wie sie vorstehend beschrieben wurde.
Andererseits wird bei dem Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungsverfahren jedes der Wärmeerzeugungselemente wiederholt aufgeheizt, während es sich in Kontrakt mit der Tinte befindet. Im Ergebnis sammeln sich Ablagerungen auf der Oberfläche jedes der Wärmeerzeugungselemente durch verbrannte Tinte an. Abhängig von der Art der Tinte können diese Ablagerungen in beträchtlicher Menge auftreten und zu einer unstabilen Blasenerzeugung führen, wodurch es schwierig wird, den Tintenausstoß unter guten Voraussetzungen auszuführen. Ebenso ist es wünschenswert, ein Verfahren zur Ausführung eines Ausstoßes in gutem Zustand bereitzustellen, ohne die Qualität der Ausstoßflüssigkeit zu verändern, selbst wenn die verwendete Flüssigkeit von Natur aus leicht durch Anwendung von Wärme beeinträchtigt wird oder eine genügende Blasenbildung schwierig macht.
Unter diesem Gesichtspunkt wurde ein Verfahren zum Flüssigkeitsausstoß durch Übertragung von durch Blasenbildung ausgeübten Druck auf die Ausstoßflüssigkeit vorgeschlagen, während Mittel zur Trennung der zur Blasenbildung verwendeten Flüssigkeit (Blasenflüssigkeit) und der auszustoßenden Flüssigkeit (Ausstoßflüssigkeit) als unterschiedliche Flüssigkeiten vorgesehen werden, wie in dem Dokumenten JP 61-69467, JP 55-81172, US 4,480,259 unter anderen, dargestellt ist. In Übereinstimmung mit diesen Darstellungen ist der Aufbau so ausgeführt, daß die als Ausstoßflüssigkeit dienende Flüssigkeit und die Blasenflüssigkeit durch Verwendung von Silikongummi oder eine andere flexible Folie vollständig getrennt werden, so daß die Ausstoßflüssigkeit nicht in direkten Kontakt mit den Wärmeerzeugungselementen kommen kann und gleichzeitig den durch die Blasenbildung der Blasenflüssigkeit ausgeübten Druck auf die Ausstoßflüssigkeit mit Hilfe einer Verformung der flexiblen Folie übertragen wird. Bei einem Aufbau dieser Art ist es möglich, zu verhindern, daß sich Ablagerungen auf der Oberfläche jedes der Wärmeerzeugungselemente ansammeln und den Auswahlbereich der Ausstoßflüssigkeiten o.Ä. zu verbessern.
Dennoch ist der Aufbau, der die Ausstoßflüssigkeit und die Blasenflüssigkeit wie vorstehend beschrieben vollständig trennt, ein Aufbau, bei dem der zum Zeitpunkt der Blasenbildung auf die Ausstoßflüssigkeit ausgeübte Druck mit Hilfe einer Verformung der flexiblen Folie durch deren Ausdehnung und Kontraktion übertragen wird. Daher wird der durch die Verformung ausgeübte Druck in beträchtlichem Maße durch die flexible Folie absorbiert. Ebenfalls ist die Höhe der Verformung der flexiblen Folie nicht groß. Im Ergebnis besteht die Gefahr, daß die Energieeffektivität und die Ausstoßleistung an Ende verringert werden, obwohl es möglich ist, eine Trennung der Ausstoßflüssigkeit und der Blasenflüssigkeit zu erreichen.
Das Dokument EP 0819529 , das nach dem Einreichungsdatum der vorliegenden Erfindung publiziert wurde und deshalb nur für die Neuheiten nach Artikel 54(3) EPC zutreffend ist, stellt ein Verfahren zum Schutz eines Flüssigkeitsausstoßkopfes dar. Das Verfahren verwendet einen Flüssigkeitsausstoßkopf, der einen ersten Flüssigkeitsströmungskanal, dem eine erste Flüssigkeit zugeführt wird und der mit der Ausstoßöffnung in Verbindung steht, einen zweiten Flüssigkeitsströmungskanal, dem eine zweite Flüssigkeit zugeführt wird, die sich von der ersten Flüssigkeit unterscheidet, einen Blasenerzeugungsbereich zum Aufheizen der zweiten Flüssigkeit zur Erzeugung von Blasen in dieser Flüssigkeit, der im zweiten Flüssigkeitsströmungskanal angeordnet ist, und ein bewegliches Element aufweist, das zwischen dem Blasenerzeugungsbereich angeordnet ist und ein freies Ende auf der Seite der Ausstoßöffnung des ersten Flüssigkeitsströmungskanals und eine Abstützung auf der anderen des ersten Flüssigkeitsströmungskanals aufweist, wobei das freie Ende des beweglichen Elementes durch den durch die Blasenbildung erzeugten Druck zum ersten Flüssigkeitsströmungskanal hin verschoben wird, wenn die zweite Flüssigkeit erhitzt wird.
Das Dokument US-A-5278585 beschreibt einen thermischen Tintenstrahldruckkopf, der ein Einwegventil, das den Fluß ausrichtet, zur Reduzierung von rückflußgerichteten Kräften aufweist, die durch am Tropfer niedergeschlagene Tintenblasen erzeugt werden. In einer Ausführungsform enthält das Ventil einen freitragenden Finger oder eine Klappe, die dicht am Rückkanal zum Tintenbehälter angeordnet ist. In einer anderen Ausführungsform weist das Einwegventil eine freitragende Klappe auf, die irgendwo im Kanal zu einer Vertiefung, die das Wärmeerzeugungselement enthält, hin angeordnet ist, aber sie wird vorzugsweise mit ihrem entlegenen Ende über die Vertiefung hinaus angeordnet, um den Rückkanal zum Tintenbehälter zu verschließen.
In einer Hinsicht stellt die vorliegende Erfindung einen Flüssigkeitsausstoßkopf zur Verfügung, wie in Anspruch 1 dargestellt.
In einer Hinsicht stellt die vorliegende Erfindung ein Flüssigkeitsausstoßverfahren zur Verfügung, wie in Anspruch 11 dargestellt.
In dem Verfahren, das die Erfindung verkörpert, wird die Komponente der auf der Abströmseite erzeugten Blase auf die Seite des freien Endes des beweglichen Elementes übertragen, um die konventionellen grundsätzlichen Eigenschaften des Flüssigkeitsausstoßes durch ein Blasenerzeugungsverfahren (insbesondere Blasenbildung durch Filmsieden) zu verbessern. Ein Verfahren, das die Erfindung verkörpert, wurde mit der Idee entwickelt, daß die gebildete Komponente der Blase auf der Abströmseite für eine bemerkenswerte Verbesserung der Ausstoßeigenschaften mit einbezogen werden sollte, unter Berücksichtigung des Verhaltens der Energie, die der ausgestoßenen Menge durch die Blasen selbst übergeben wird, und daß die Wachstumskomponente jeder Blase in Ausstoßrichtung wirksam veränderbar gemacht werden sollte.
Das Verfahren und der Flüssigkeitsausstoßkopf, der die vorliegende Erfindung verkörpert, macht es möglich, das Ausstoßprinzip und die funktionellen Wirkungen der epochalen früheren Erfindung noch weiter zu verbessern.
In anderen Worten, ein Verfahren und ein Flüssigkeitsausstoßkopf, der die vorliegende Erfindung verkörpert, macht es möglich, durch Analyse des Phänomens bezüglich des freien Endes des beweglichen Elementes, bevor seine Verschiebung beginnt, die Verschiebungsumgebung noch weiter zu verbessern und dann eine weitere Entwicklung oder Auslösung jeder Blase und den Transport der Flüssigkeit zur Seite der Ausstoßöffnung zu verbessern und dabei effektiv die von jedem der Blasenerzeugungsbereiche erreichbare Energie zu nutzen.
Eine Ausführungsform der Erfindung stellt ein Verfahren und einen Flüssigkeitsausstoßkopf zu Verfügung, der in der Lage ist, die Flüssigkeit unter hervorragenden Bedingungen auszustoßen, indem die auf die Flüssigkeit zum Zeitpunkt Blasenbildung ausgeübte Druckverteilung zur weiteren Verbesserung der Ausstoßeffektivität und durch Verbesserung der Verschiebungsumgebung des freien Endes des beweglichen Elementes zur Leitung der Blasen zur Ausstoßöffnung verbessert werden.
Eine Ausführungsform der Erfindung stellt ein Flüssigkeitsausstoßverfahren und einen Flüssigkeitsausstoßkopf bereit, der in der Lage ist, die Druckgeschwindigkeit o.Ä. durch Unterdrückung der Wirkung der durch die Rückwärtswellen in der Gegenrichtung der Richtung der Flüssigkeitszuführung hervorgerufenen Trägheitskraft zu verbessern und gleichzeitig durch Verringerung des rückwirkenden Wertes des Meniskus durch den Ventilmechanismus des beweglichen Elementes die Nachfüllfrequenz zu verbessern.
In einer Ausführungsform ist der Teil des Blasenerzeugungsbereiches, der dem beweglichen Element gegenüber liegt, so angeordnet, daß er den am weitesten abströmseitig gelegenen Teil des Blasenerzeugungsbereiches einschließt.
In einer Ausführungsform hat der Teil des Blasenerzeugungsbereichs, der dem beweglichen Element gegenüber liegt, eine Länge von 5 μm oder mehr in Bezug auf die vorgenannte Richtung.
In einer Ausführungsform wird der Druckgradient in der Umgebung des freien Endes des beweglichen Elementes mit Hilfe einer Konstruktion zur Reflexion oder Einbringung der zum Zeitpunkt der Blasenbildung im Blasenerzeugungsbereich erzeugten akustischen Wellen verstärkt.
In einer Ausführungsform werden die Blasen im Blasenerzeugungsbereich durch das Phänomen des Filmsiedens erzeugt.
Eine Ausführungsform bezieht sich auf eine Flüssigkeitsausstoßvorrichtung, die den vorgenannten Flüssigkeitsausstoßkopf enthält, die eine Konstruktion aufweist, die in der Lage ist, dieselbe Flüssigkeit dem Flüssigkeitsausstoßkanal und dem Blasenerzeugungsbereich zuzuführen.
In einer Ausführungsform, weist die Flüssigkeitsausstoßvorrichtung, die den vorgenannten Flüssigkeitsausstoßkopf enthält, auf:
eine erste Konstruktion, die eine erste Flüssigkeit dem Flüssigkeitsausstoßkanal zuführt, und
eine zweite Konstruktion, die eine zweite Flüssigkeit, die sich von der ersten Flüssigkeit unterscheidet, dem Blasener zeugungsbereich zuführt, wobei die zweite Flüssigkeit von der ersten Flüssigkeit getrennt ist.
In einer Ausführungsform, weist die Flüssigkeitsausstoßvorrichtung, die den vorgenannten Flüssigkeitsausstoßkopf enthält, auf:
Mittel zum Transport eines Aufzeichnungsmediums in den Druckbereich, um Flüssigkeit, die dazu von einem Kopf ausgestoßen wird, aufzubringen; und
Ansteuerungsmittel, um Ansteuerbedingungen für die elektrothermischen Wandler des Kopfes bereitzustellen.
In dieser Hinsicht bedeutet der Ausdruck "Verschiebungsbereich des freien Endes des beweglichen Elementes" einen Begriff, der den Bereich in der Umgebung des Bereiches des Flüssigkeitskanals einschließt, der den geometrischen Ort darstellt, wenn das freie Ende verschoben ist. Der Begriff "wirksamer Bereich der Blase" bedeutet den Bereich des elektrothermischen Wandlers, wo jede Blase wirklich erzeugt wird, ausschließlich solcher Flächen, wo die Blasenbildung im Anfangszustand nicht stattfindet.
Unter der Bedingung, daß das freie Ende näher zur Ausstoßöffnungsseite angeordnet ist als der Drehpunkt des beweglichen Elementes, machen es das Verfahren und der Flüssigkeitsausstoßkopf, der die vorliegende Erfindung verkörpert, möglich, eine Umgebung, die die Bewegung des freien Endes jedes beweglichen Elementes erleichtert zur Bildung eines Druckgradienten zu verwenden, der die Bewegung des freien Endes bezogen auf den wirkenden Abschnitt der im wirksamen Blasenerzeugungsbereich erzeugten Blase zur Ausstoßöffnung direkt ermöglicht, die im Vorderabschnitt der Abströmseite des zentralen Teils in Richtung vom Drehpunkt des freien Endes des beweglichen Elementes angeordnet ist. In anderen Worten, die im wirksamen Blasenerzeugungsbereich zum Zeitpunkt der Blasenbildung erzeugten akustischen Wellen (Kompressionswellen) pflanzen sich direkt in der Flüssigkeit fort und bilden zuverlässig in der Flüssigkeit im Verschiebungsbereich im Anfangszustand einen Druckgradienten (Verteilung) in Bezug auf den Verschiebungsbereich (Flüssigkeitsströmungskanal). Im Ergebnis wird es möglich, den Verschiebungswert in Richtung der Ausstoßöffnung in der in der Bewegungsrichtung des beweglichen Elementes auf dem freien Ende vorhandenen Flüssigkeit und in der Umgebung des freien Endes des beweglichen Elementes zu vergrößern.
In einer Ausführungsform in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist es ebenfalls möglich, den Flüssigkeitsteilungsbereich, der den Flüssigkeitsstrom in die Drehpunktseite des Oberflächenbereiches des beweglichen Elementes verteilt, in jedem der Verschiebungsbereiche zu verschieben, wodurch die Ausstoßmenge noch weiter stabilisiert wird. Diese Anordnung hat eine Verbesserung der Ausstoßeffektivität und eine rationelle Nachfüllfunktion, wenn Flüssigkeit nachgefüllt wird, zur Folge und führt daher zu einer kürzeren Nachfüllzeit.
Auch kann in Zusammenhang mit der Reflexion der akustischen Wellen oder der Art und Weise der Auslösung selbst der vorgenannte Druckgradient (Verteilung) unabhängig verstärkt werden. Daher ist es möglich, die Flüssigkeit wie gewünscht zu bewegen. Mit dieser Reflexion oder der vorgesehenen Auslösungsart, zusätzlich zu einem wirksamen Blasenerzeugungsbereich, der direkt dem Verschiebungsbereich gegenüber liegt, wird in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung die Ausbildung der vorgenannten Umgebung zuverlässiger und sie erzeugt eine hervorragende Wirkung. Auch wird es durch die Verwendung dieses Aufbaus möglich, die Auslösung der Blasen auf der Seite der Ausstoßöffnung rationeller zu gestalten, um so die allgemeine Ausstoßwirkung zu verbessern.
Die Vorteile und Merkmale dieser Erfindungen und die Beispiele der konstruktiven Varianten werden denjenigen, die in der Technologie erfahren sind, in Verbindung mit den nachfolgenden speziellen Beschreibungen klar werden.
In diesem Zusammenhang beziehen sich die Ausdrücke "zuströmseitig" und "abströmseitig" auf die Richtung des Flüssigkeitsstroms von der Zuführung der Flüssigkeit zur Ausstoßöffnung durch den Blasenerzeugungsbereich (oder das bewegliche Element) oder diese Ausdrücke werden häufig dazu verwendet, deren Aufbaurichtung zu beschreiben.
Auch der Ausdruck "Abströmseite" der Blase selbst stellt einen Abschnitt der Blase auf der Seite der Ausstoßöffnung dar, der hauptsächlich direkt auf das Ausstoßen der Tröpfchen einwirkt. Genauer bedeutet das die Abströmseite bezüglich des Zentrums der Blase in Strömungsrichtung oder die zuvor beschriebene Aufbaurichtung oder die im Bereich auf der Abströmseite des Zentralbereiches des Wärmeerzeugungselementes erzeugte Blase.
Auch der Ausdruck "hauptsächlich geschlossen", der in der Beschreibung der vorliegenden Erfindung verwendet wird, bedeutet einen Zustand, wo die Blase nicht durch die Lücke (Schlitz) auf dem Umfang des beweglichen Elementes entweicht, bevor sich das bewegliche Element zum Zeitpunkt der Bildung der Blase verschiebt.
Weiterhin bedeutet der Ausdruck "Trennwand", der hierbei verwendet wird, eine Wand (die das bewegliche Element einschließen kann), die vorhanden ist, um den Blasenerzeugungsbereich und die Ausstoßöffnung im Allgemeinen zu trennen und bedeutet auch im Speziellen die Trennwand zwischen dem Strömungskanal einschließlich des Blasenerzeugungsbereichs und dem Strömungskanal, der durchleitend direkt mit der Ausstoßöffnung verbunden ist, um so zu verhindern, daß sich Flüssigkeiten in jedem der Bereich vermischen.
Weiterhin schließt der Ausdruck "hauptsächlich in Kontakt", der hier verwendet wird, einen Zustand ein, wo zumindest ein Teil der Blase und das bewegliche Element physisch in Kontakt sind und einen Zustand, wo die Entwicklung der Blase oder die Bewegung des beweglichen Elementes geregelt werden, obwohl ein leichter Flüssigkeitsfilm zwischen der Blase und dem beweglichen Element vorhanden ist.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1A ist eine Schnittansicht, die schematisch ein Beispiel des Flüssigkeitsstrahlkopfes in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung zeigt. 1B und 1C sind Ansichten, die die Druckverteilung im Kopf erläutern.
2A, 2B, 2C und 2D sind Teilschnitte, die Beispiele des Flüssigkeitsstrahlkopfes in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung erläutern.
3A und 3B sind Teilschnittansichten, die ein anderes Beispiel des Flüssigkeitsstrahlkopfes in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung erläutern.
4 ist ein perspektivischer Teilschnitt, der den in 1A, 1B und 1C dargestellten Flüssigkeitsstrahlkopf veranschaulicht.
5 ist eine Ansicht, die schematisch die Druckausbreitung von einer Blase in Verbindung mit einem konventionellen Kopf zeigt.
6 ist eine Ansicht, die schematisch die Druckausbreitung von einer Blase in Verbindung mit einem Kopf in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung zeigt.
7 ist eine Ansicht, die schematisch den Flüssigkeitsstrom in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung zeigt.
8 ist ein perspektivischer Teilschnitt, der einen Flüssigkeitsstrahlkopf in Übereinstimmung mit einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
9 ist ein perspektivischer Teilschnitt, der einen Flüssigkeitsstrahlkopf in Übereinstimmung mit einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
10 ist eine Schnittansicht, die schematisch die Flußrichtung eines Flüssigkeitsstrahlkopfes in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung zeigt.
11 ist ein perspektivischer Teilschnitt, der den in 10 dargestellten Flüssigkeitsstrahlkopf zeigt.
12A und 12B sind Ansichten, die die Arbeitsweise des beweglichen Elementes erläutern.
13A, 13B und 13C sind Ansichten, die das bewegliche Element und den Aufbau des Flüssigkeitsströmungskanals zeigen.
14A, 14B und 14C sind Ansichten, die eine andere Konfiguration des beweglichen Elementes zeigen.
15A und 15B ist eine vertikale Schnittansicht, die einen Flüssigkeitsstrahlkopf in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung zeigt.
16 ist eine Ansicht, die schematisch die Form des Steuerimpulses zeigt.
17 ist eine Schnittansicht, die die Zuführungskanäle eines Flüssigkeitsstrahlkopfes in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung zeigt.
18 ist eine perspektivische Explosionszeichnung, die einen Flüssigkeitsstrahlkopf in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung zeigt.
19 ist eine perspektivische Explosionszeichnung, die schematisch eine Ausführungsform einer Flüssigkeitsstrahlkopfkassette in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung zeigt.
20 ist eine Perspektivansicht, die schematisch ein Beispiel eines Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungssystems in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform einer Flüssigkeitsstrahlvorrichtung der vorliegenden Erfindung zeigt.
20 ist eine Perspektivansicht, die schematisch ein Beispiel eines Tintenstrahlaufzeichnungssystems, das Aufzeich nungen in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ausführt, darstellt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
(Ausführungsform 1)
Hiernach erfolgt eine detaillierte Beschreibung einer ersten Ausführungsform in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 1A bis 1C und 4 bis 7.
Zuerst erfolgt eine Beschreibung eines Beispiels, in dem die Ausstoßkraft und die Ausstoßwirksamkeit durch Steuerung der Ausbreitungsrichtung des durch die Bildung jeder Blase ausgeübten Druckes und der Entwicklungsrichtung der Blase zum Ausstoß von Flüssigkeit in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung verbessert wurden.
1A ist eine Schnittansicht, die den Flüssigkeitsstrahlkopf 1 der vorliegenden Erfindung, gesehen in Richtung des Flüssigkeitsströmungskanals, zeigt. 1B und 1C sind Ansichten, die schematisch den in 1A dargestellten Flüssigkeitsstrahlkopf 1 erläutern. 4 ist eine perspektivische Teilansicht, die den in 1A bis 1C dargestellten Flüssigkeitsstrahlkopf zeigt.
Bei dem Flüssigkeitsstrahlkopf der vorliegenden Erfindung sind auf einer Grundträgerschicht 1 die Wärmeerzeugungselemente 2, durch die Wärmeenergie auf die Flüssigkeit einwirkt (bei der vorliegenden Ausführungsform dienen die elektrothermischen Wandler oder Umformungselemente als wärmeerzeugende Widerstände, wobei jedes einen effektiven Blasenerzeugungsbereich 2H von 40μm × 115 μm aufweist (deren Länge L ist, wie in 1A gezeigt)) angeordnet. Auf der Grundträgerschicht 1 sind Flüssigkeitsströmungskanäle entsprechend den Wärmeerzeugungselementen 2 angeordnet. Wie aus 4 klar wird, weist jeder der Strömungskanäle 10 einen ersten Flüssigkeitsströmungskanal 10 auf, der durchleitend mit einer Ausstoßöffnung 18 (nicht gezeigt) verbunden ist, und mit einer gemeinsamen Flüssigkeitskammer 13 verbunden ist, die vorgesehen ist, um eine Vielzahl von Flüssigkeitsströmungskanälen mit Flüssigkeit zu versorgen. Jeder der Flüssigkeitsströmungskanäle erhält die Flüssigkeit von der gemeinsamen Flüssigkeitskammer 13 in einer Menge, die der Menge entspricht, die durch die Ausstoßöffnung ausgestoßen wurde. Wie in 1A gezeigt, ist das Wärmeerzeugungselement 2 mit den Elektroden 2A zusammen mit einer Schutzschicht 2 versehen, um durch die Elektrode 2A die Steuerimpulse zur Erzeugung des Filmsiedens aufzunehmen und so die Blase 40 zu erzeugen.
Auf der Grundträgerschicht 1, die diesen Flüssigkeitsströmungskanal 10 bildet, ist ein bewegliches Element 31 vom Lamellentyp, das aus einem elastischen Material, wie z.B. Metall ausgebildet ist (für das vorliegende Verfahren aus Ni von 5 μm Dicke) und einen flachen Oberflächenabschnitt aufweist, freitragend angeordnet. Ein Ende des beweglichen Elementes 31 ist an einer Basis (Stützelement) o.Ä. befestigt, das gebildet wird, indem eine Schablone aus lichtempfindlichem Harz o.Ä. auf der Wand des Flüssigkeitsströmungskanals 10 oder der Grundträgerschicht aufgebracht wird. Auf diese Weise wird das bewegliche Element abgestützt und gleichzeitig sein Drehpunkt 33 (Drehpunktabschnitt) ausgebildet.
Das bewegliche Element 31 weist einen Drehpunkt 33 (Drehpunktabschnitt = festes Ende) auf der Zuströmseite des starken Zustroms von der gemeinsamen Flüssigkeitskammer 13 zur Seite der Ausstoßöffnung 18 durch das bewegliche Element 31 hindurch auf. Es ist vom Wärmeerzeugungselement 2 entfernt, mit einem Abstand dazwischen, der das Wärmeerzeugungselement 2 abdeckt, an einer Position angeordnet, wo es dem Wärmeerzeugungselement 2 gegenüber liegt, so daß es ein freies Ende 32 (freier Endabschnitt) auf der Abströmseite bezüglich des Drehpunktes 33 aufweist. In dieser Hinsicht sind die Arten der Anordnung des Wärmeerzeugungselementes 2 und des beweglichen Elementes 31 nicht notwendigerweise auf die vorstehend beschriebenen Arten beschränkt. Es sollte genügen, wenn sie so gestaltet und angeordnet sind, daß sie in der Lage sind, die Entwicklung einer Blase zur Ausstoßöffnung zu veranlassen und die Ausbreitung des Druckes, wie es später beschrieben wird, zu steuern. Hier ist der vorstehend beschriebene Flüssigkeitsströmungskanal 10 zum Zwecke der Beschreibung des Flüssigkeitsstroms, die später erfolgen wird, in zwei Abschnitte geteilt. In anderen Worten, während die entsprechenden in 1A, 1B und 1C gezeigten Zustände des beweglichen Elementes als Grenzlinie angesetzt werden, wird der Abschnitt, der durchleitend direkt mit der Ausstoßöffnung 18 verbunden ist, als erster Flüssigkeitsströmungskanal 14 und der Abschnitt mit dem Blasenerzeugungsbereich 11 und der Flüssigkeitszuführung 12 als zweiter Flüssigkeitsströmungskanal definiert.
Das Wärmeerzeugungselement 2 wird erregt, damit Wärme auf die Flüssigkeit einwirkt, die sich im Blasenerzeugungsbereich 11 zwischen dem beweglichen Element 31 und dem Wärmeerzeugungselement 2 befindet, und so durch das Phänomen des Filmsiedens, wie es in dem Dokument US 4,723,129 veröffentlicht wurde, eine Blase erzeugt wird. Der durch die Bildung der Blase ausgeübte Druck und die Blase wirken vor der Verschiebung des beweglichen Elementes 31, so daß einen weite Öffnung zur Ausstoßöffnungsseite mit der Mitte auf dem Drehpunkt 33 besteht, wie in 4 gezeigt. Durch die Verschiebung des beweglichen Elementes 31 oder durch den Zustand ei ner solchen Verschiebung werden die Ausbreitung des durch die Bildung der Blase ausgeübten Druckes und die Entwicklung der Blase selbst zur Ausstoßöffnungsseite hin gerichtet.
Hier folgt nun eine Beschreibung eines der grundsätzlichen Ausstoßprinzipien, die in der vorliegenden Erfindung angewendet werden. Bei der vorliegenden Erfindung ist eines der wichtigsten Prinzipien, daß das freie Ende des beweglichen Elementes, das auf der Abströmseite des Zentrums CH (3 in 4) so angeordnet ist, daß es dem Blasenerzeugungsbereich gegenüber liegt, zuerst von der ersten Stellung in stationären Zustand in die zweite Stellung nach der maximalen Verschiebung durch die Druckverteilung zum Zeitpunkt der Blasenbildung, die durch einen Teilbereich des Blasenerzeugungsbereiches (in der vorliegenden Form 10 μm lang) verbessert wird, verschoben wird, wobei der Blasenerzeugungsbereich nach der Ausbildung der Blase nicht dem beweglichen Element gegenüber liegt, wodurch sich der Flüssigkeitsaufteilungsbereich, der die unterschiedlichen Richtungen der Flüssigkeitsbewegung aufweist, von der Oberfläche des beweglichen Elementes zum Drehpunkt 33 verschieben kann. Auf diese Weise kann sich mehr Flüssigkeit nach der Ausstoßöffnungsseite verschieben, wodurch es für das bewegliche Element leichter wird, verschoben zu werden und gleichzeitig zuverlässiger die Entwicklungsrichtung der Blase zur Ausstoßöffnungsseite hin zu leiten.
Nun wird dieses Ausstoßprinzip durch Vergleich zwischen 5, die schematisch den konventionellen Aufbau des Flüssigkeitsströmungskanals ohne Verwendung eines beweglichen Elementes zeigt, und 6, die schematisch den Aufbau eines Flüssigkeitsströmungskanals unter Verwendung eines beweglichen Elementes, wie vorstehend beschrieben, zeigt, weiter im Detail beschrieben. Hier wird die Ausbreitungsrichtung des Druckes zur Ausstoßöffnung durch das Bezugszeichen V_A und die Ausbreitungsrichtung des Druckes nach der Zuströmseite mit V_B gekennzeichnet.
Wie in 5 gezeigt, weist der konventionelle Kopf keinerlei Konstruktion auf, die die Ausbreitungsrichtung des durch die erzeugte Blase 40 ausgeübten Druckes regelt. In Ergebnis werden die durch die Blase 40 ausgeübten Druckrichtungen so ausgebildet, wie die normalen Linien auf der Oberfläche der Blase, wie durch die Bezugszeichen V₁ bis V₈ angegeben und der Druck in verschieden Richtungen gerichtet. Von diesen Richtungen enthalten, die mit V₁ bis V₃ bezeichneten Komponenten in den Druckausbreitungsrichtungen in Richtung V_A, die den Flüssigkeitsausstoß am meisten beeinflussen, das heißt Komponenten in den Druckausbreitungsrichtungen näher zur Ausstoßöffnung von einer Lage von ungefähr der Hälfte der Blase aus. Diese befinden sich in den wichtigen Abschnitten, die direkt zur Wirksamkeit der Ausstoßeffektivität, der Ausstoßkraft, der Ausstoßgeschwindigkeit und einigen anderen beitragen. Weiterhin wirkt diejenige, die mit V₁ bezeichnet ist effektiv, da sie in einer Richtung nahe bei V_A liegt. Im Gegensatz dazu enthält die mit V₄ bezeichnete eine verhältnismäßig kleine Richtungskomponente in Richtung VA.
Verglichen mit diesem konstruktiven Aufbau wirkt der in 6 gezeigte Aufbau der vorliegenden Erfindung, der mit einem beweglichen Element 31 einschließlich des freien Endes ausgestattet ist, das zuvor durch das Vorhandensein des vorher beschriebenen Teilbereiches für den Blasenerzeugungsbereich Z bewegt und verschoben wurde, so, daß die Druckausbreitungsrichtungen V₁ bis V₄ der Blase, die verschiedenartig gerichtet sind, wie in dem in 5 gezeigten Fall, wirksam nach der Abströmseite (Ausstoßöffnungsseite) geleitet werden und in die Druckausbreitungsrichtung wechseln, die mit V_A bezeichnet ist. Auf diese Weise wird die Entwicklung der Blase 40 mehr in Richtung Ausstoßöffnung gerichtet und auch die Flüssigkeit kann sich zur Ausstoßöffnungsseite verschieben. Daher steuert die Ausbildung einer Druckverteilung mit Hilfe des Teilbereichs für den Blasenerzeugungsbereich Z zur Ausstoßeffektivität bei. Dann wird die Entwicklungsrichtung der Blase selbst in die Abströmrichtung geleitet wie auch der Druck sich in die Richtungen V₁ bis V₄ ausbreitet. Als Ergebnis entwickelt sich die Blase stärker zu Abströmseite als zur Zuströmseite. Auf diese Weise werden die Entwicklungsrichtung der Blase selbst und die Druckausbreitungsrichtung der Blase mit Hilfe des beweglichen Elementes gesteuert, wodurch es möglich wird eine fundamentale Verbesserung der Ausstoßeffektivität, der Ausstoßkraft und der Ausstoßgeschwindigkeit, unter einigen anderen, zu erreichen.
In 1A bis 1C und 4 ist das bewegliche Element 31 zumindest gegenüber der Abströmseite der Blase hinsichtlich der mit Hilfe der durch das Wärmeerzeugungselement 2 erzeugten Wärme gebildeten Blase angeordnet. In anderen Worten, das bewegliche Element 31 ist in der Konstruktion des Flüssigkeitsströmungskanals zumindest bis zu einer Position abströmseitig eines Bereichszentrums 3 des Wärmeerzeugungselementes 2 angeordnet (abströmseitig einer Linie, die das Bereichszentrum CH (3 in 4) des Wärmeerzeugungselementes 2 durchläuft, und rechtwinklig zur Längsrichtung des Strömungskanals ist), damit die Abströmseite der Blase 40 auf das bewegliche Element 31 einwirken kann, d.h., der Teilbereich für den Blasenerzeugungsbereich Z ist auf der Abströmseite des Bereichszentrums CH (3 in 4) angeordnet, und das freie Ende 32, das diesen Bereich Z definiert, ist ebenfalls gegenüber dem Wärmeerzeugungselement 2 auf der Abströmseite des Zentrums CH (3 in 4) angeordnet.
Wie vorstehend beschrieben, steuert das bewegliche Element eindeutig zur Ausrichtung der Blase und des Blasenbildungsdruckes in die Richtung der Ausstoßöffnung 18 bei und macht es dadurch möglich, die Druckausbreitungsrichtung und die Entwicklungsrichtung der Blase wirksam zu steuern. Danach, wenn sich die Blase 40 aufgrund der Verringerung des Druckes in der Blase im Anschluß auf das zuvor beschriebene Filmsieden zusammenzieht und verschwindet, kehrt das bewegliche Element 31 durch den negativen Druck, der durch das Zusammenziehen der Blase ausgeübt wird, und auch durch die Rückführungskraft, die aus der Elastizität des beweglichen Elementes selbst herrührt, zu seiner in 1B (die erste Position) gezeigten Anfangsposition zurück. Ebenso wird, wenn die Blase verschwindet, die Flüssigkeit veranlaßt, von der Zuführungsseite LB auf der Zuströmseite einzufließen, d.h. einen Flüssigkeitsstrom von der Seite der gemeinsamen Flüssigkeitskammer und auch von der Ausstoßöffnungsseite LF, um das zusammengezogene Volumen der Blase im Blasenerzeugungsbereich 11, sowie den Volumenanteil, der ausgestoßen wurde, aufzufüllen.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist ein bewegliches Element 31 vorgesehen. Wenn also die obere Seite des Volumens W der Blase als W1 und deren Seite zum Blasenerzeugungsbereich 11 als W2 angenommen wird, wobei die erste Position des beweglichen Elementes 31 als Grenze definiert wird, stoppt der Rückzug des Meniskus, wenn das bewegliche Element zu seiner ursprünglichen Position zum Zeitpunkt des Verschwindens der Blase zurückkehrt. Danach wird der Volumenanteil des verbleibenden W2 durch eine Flüssigkeitszufuhr hauptsächlich aus dem zweiten Flüssigkeitsströmungskanal 16 aufgefüllt. Auf diese Weise, in Anbetracht dessen, daß der rückläufige Wert des Meniskus konventionell so groß wie ungefähr die Hälfte des Volumens der Blase W wird, ist es mög lich, den rückläufigen Wert des Meniskus auf ungefähr die Hälfte von W1 zu drücken, was bereits kleiner ist als der konventionelle Wert der Rückentwicklung des Meniskus.
Weiterhin kann die Flüssigkeitszuführung für den Volumenanteil W2 zwangsweise, hauptsächlich von der Zuströmseite des zweiten Flüssigkeitsströmungskanals, entlang dem beweglichen Element 31 auf der Seite des Wärmeerzeugungselementes durchgeführt werden. Daher kann das Nachfüllen mit höherer Geschwindigkeit durchgeführt werden.
Hier wird, wenn das Nachfüllen unter Verwendung des Druckes, der zum Zeitpunkt der Verformung beim konventionellen Kopf ausgeübt wird, ausgeführt wird, die Vibration des Meniskus groß, was zu einer Verschlechterung der Bildqualität führt. Jedoch ist es mit der vorstehend beschriebenen Hochgeschwindigkeitsnachfüllung möglich, die Vibration des Meniskus sehr klein zu machen, da der Flüssigkeitsstrom in Bereich des ersten Flüssigkeitsströmungskanals 14 auf der Seite der Ausstoßöffnung und auch im Blasenerzeugungsbereich 11 auf der Seite der Ausstoßöffnung unterdrückt wird.
Daher ist es bei der vorliegenden Ausführungsform möglich, eine zwangsweise Nachfüllung des Blasenerzeugungsbereichs 11 durch den zweiten Flüssigkeitsströmungskanal 16 des Flüssigkeitszuführungskanales 12 zu erreichen und auch eine Hochgeschwindigkeitsnachfüllung durch Unterdrückung des Zurückweichens und der Vibration des Meniskus, wie zuvor beschrieben, zu erhalten. Im Ergebnis können stabilisierte Ausstöße und in hoher Folgegeschwindigkeit wiederholte Ausstöße zuverlässig ausgeführt werden. Wenn das auch auf die Aufzeichnung angewendet wird, werden eine Verbesserung der Bildqualität und eine Hochgeschwindigkeitsaufzeichnung möglich.
Weiterhin liefert ein Aufbau wie in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung die wirksamen Funktionen doppelt, wie nachfolgend gezeigt wird. In anderen Worten, es ist möglich, die Ausbreitung des Druckes (Rückwellen), der durch die Bildung der Blase nach der Zuströmseite ausgeübt wird, zu unterdrücken. In der auf dem Wärmeerzeugungselement 2 erzeugten Blase wird der meiste Druck, der von der Blase auf der Seite der gemeinsamen Flüssigkeitskammer ausgeübt wird, zu einer Kraft (der Rückwellen) die Flüssigkeit bei der konventionellen Technik in die Zuströmseite zurückdrückt. Die Rückwellen liefern nicht nur einen Druck auf der Zuströmseite sondern auch die Verschiebungsmenge der Flüssigkeit, die unweigerlich die Trägheitskraft, die einer solchen Verschiebung von Flüssigkeit folgt, ausübt. Dieser Umstand ruft auch eine ungünstige Ausführung der Flüssigkeitsnachfüllung in die Flüssigkeitsströmungskanäle hervor, die zu einer Behinderung der Hochgeschwindigkeitsansteuerung führt. In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wird ein solcher Vorgang, der auf der Zuströmseite wirkt, zuerst mit Hilfe des beweglichen Elementes 31, unterdrückt. Dann wird es möglich, die Ausführung der Nachfüllversorgung noch weiter zu verbessern.
Nun folgt eine Beschreibung des Aufbaus und der Wirkungen, die für die vorliegende Erfindung noch charakteristischer sind.
Der zweite Flüssigkeitsströmungskanal 16 der vorliegenden Ausführungsform ist mit einem Flüssigkeitsversorgungskanal 12 versehen, der eine innere Wand aufweist (wo die Oberfläche des Wärmeerzeugungselements nicht bedeutend abfällt), die hauptsächlich mit dem Wärmeerzeugungselement 2 verbunden ist, direkt an der Zuströmseite des Wärmeerzeugungselementes 2. In einem solchen Fall wird die Flüssigkeitszufuhr in den Blasenerzeugungsbereich 11 und an die Oberfläche des Wärmeerzeugungselementes 2 entlang der Oberfläche des beweglichen Elementes 31 auf der Seite, die näher am Blasenerzeugungsbereich 11 liegt, durchgeführt. Im Ergebnis wird der Stillstand von Flüssigkeit auf der Oberfläche des Wärmeerzeugungselementes 2 unterdrückt und es wird leichter die Ablagerung von in der Flüssigkeit verbleibendem Gas, sowie auch die so genannten Restblasen, die noch verschwinden sollen, zu entfernen. Auch gibt es hier keine Möglichkeit, daß die Wärmeaufnahme bei der Flüssigkeit zu hoch wird. Dadurch wird es möglich, eine weiter stabilisierte Erzeugung von Blasen wiederholt bei hoher Geschwindigkeit auszuführen. In dieser Hinsicht wurde die Beschreibung eines Flüssigkeitsströmungskanals 12 gegeben, der eine innere Wand aufweist, die im wesentlichen flach ist, aber die vorliegende Erfindung ist nicht notwendigerweise darauf beschränkt. Es sollte genügen, wenn nur der Flüssigkeitsströmungskanal eine glatte innere Wand, die glatt mit der Oberfläche des Wärmeerzeugungselementes verbunden ist, aufweist und so konfiguriert ist, daß es keine Möglichkeit gibt, daß Flüssigkeit auf jedem der Wärmeerzeugungselemente ins Stocken gerät und daß große Strömungsverwirbelungen bei der Zuführung von Flüssigkeit auftreten.
Was nun die Positionen des freien Endes 32 und des Drehpunktes 33 des beweglichen Elementes anbetrifft, so ist das freie Ende mehr auf der Abströmseite angeordnet als der Drehpunkt, wie in 1A und 7 gezeigt ist. Da der Aufbau so angeordnet ist, wird es möglich, die Funktion, die Druckausbreitungsrichtung und die Entwicklungsrichtung der Blase zur Seite der Ausstoßöffnung hin zum Zeitpunkt der Blasenbildung wirksam einzuführen, wie vorher beschrieben. Weiterhin wird durch diese Lagebeziehung nicht nur ein günstiger Effekt bei den Ausstoßfunktionen erzeugt, sondern es wird auch der Strömungswiderstand für die Flüssigkeit, die im Flüssigkeitsströmungskanal 10 zum Zeitpunkt der Zuführung von Flüssigkeit strömt, verkleinert und dadurch die Wirkung erreicht, daß die Nachfüllung mit höherer Geschwindigkeit arbeitet. Das geschieht, wie in 7 gezeigt, deshalb, weil das freie Ende und der Drehpunkt 33 so angeordnet sind, daß sie keinen Widerstand für die Ströme S1, S2 und S3 darstellen, die im Flüssigkeitsströmungskanal 10 fließen (einschließlich des ersten Flüssigkeitsströmungskanals 14) und des zweiten Flüssigkeitsströmungskanals 16), wenn der Meniskus, der sich infolge des Ausstoßes zurückgezogen hat, durch die Kapillarkraft oder wenn Flüssigkeit in Anschluß an das Verschwinden der Blasen zugeführt wird, zur Ausstoßöffnung 18 zurückkehrt.
Zur Ergänzung, das freie Ende 32 des beweglichen Elementes 31 erstreckt sich über das Wärmeerzeugungselement 2 hinaus und liegt dessen Abströmseite des Bereichszentrums 3 gegenüber (das ist die Linie rechtwinklig zur Längsrichtung des Flüssigkeitsströmungskanals, die über das Bereichszentrum (zentraler Abschnitt) des Wärmeerzeugungselementes geht), das das Wärmeerzeugungselement 2 in eine Zuströmseite und eine Abströmseite teilt. Auf diese Weise wird der auf dem Wärmeerzeugungselement 2 erzeugte Druck auf der Auströmseite von dessen Bereichszentrums 3 durch das bewegliche Element 31 angenommen, das stark zum Flüssigkeitsausstoß oder zur Blasenentwicklung beiträgt. Dadurch werden der Druck und die Blase für eine fundamentale Verbesserung der Ausstoßleistung und der Ausstoßenergie zur Seite der Ausstoßöffnung gerichtet.
Weiterhin wird auch die Zuströmseite der Blase genutzt, um viele günstige Effekte zu erzeugen.
Ebenso führt bei der Konstruktion der vorliegenden Erfindung das freie Ende 32 des beweglichen Elementes 31 die mechanische Verschiebung sofort aus. Diese Funktion wird auch als Beitrag zum effektiven Ausstoß von Flüssigkeit betrachtet.
Nun wird eine Beschreibung zur Ergänzung der konstruktiven Bedingungen und Funktionen des Teilbereiches zum Blasenerzeugungsbereich Z gegeben, wobei zu 1A bis 1C zurückgekehrt wird.
Der in 1A bis 1C gezeigte Wärmeerzeugungswiderstand 2 besteht aus einem Wärmeerzeugungselement, das aus einer Elektrode 2A und einer Schutzschicht 2B gebildet wird. Der wirksame Blasenerzeugungsbereich 2H wird zu einem Bereich mit der Länge L, die etwas kürzer ist als die Länge des Wärmeerzeugungselementes 2. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist der kommunizierende Abschnitt, der durchleitend mit dem ersten Flüssigkeitsströmungskanal 14 verbunden ist, in einer Länge L3 (zwischen der Trennwand 32A und dem freien Ende in 1A bis 1C) angeordnet, die nicht dem beweglichen Element 31 gegenüber liegt. Der wirksame Blasenerzeugungsbereich des Wärmeerzeugungselementes 2, das diesem kommunizierenden Abschnitt gegenüber liegt, wird zum Teilbereich für den Blasenerzeugungsbereich Z.
Dieser Teilbereich für den Blasenerzeugungsbereich Z ist in der Nähe des Endes der Abströmseite des wirksamen Blasenerzeugungsbereich 2H angeordnet, aber es sollte besser noch dieses Ende der Abströmseite einschließen, um die Ausstoßeffektivität noch mehr zu verbessern. Wie vorstehend beschrieben, ist die Länge des Bereiches Z, (der sich auf die Richtung von Drehpunkt 33 zum freien Ende 32 bezieht) auf Z = 10 μm festgelegt, gegenüber L = 115 μm in Übereinstimmung mit der vorliegenden Ausführungsform. Dann wird dieser Bereich auf der Abströmseite des Zentrums CH (Ziffer 3 in 4) des wirksamen Blasenerzeugungsbereiches angeordnet. Daher ist der wirksame Blasenerzeugungsbereich so angeordnet, daß er ausreichend dem beweglichen Bereich des beweglichen Elementes 31 gegenüber liegt. Auf diese Weise liegt die Hälfte der Blase, die sich auf der Seite der Ausstoßöffnung befindet, dem beweglichen Element gegenüber. Folglich wird die Entwicklung der Blase mit Hilfe des beweglichen Elementes gesteuert, wobei sie im ersten Flüssigkeitsströmungskanal 14 stabiler und zuverlässiger in Richtung zur Seite der Ausstoßöffnung LF geleitet wird.
Wie in 1A gezeigt, macht es die Funktion, die mit Hilfe des Teilbereiches für den Blasenerzeugungsbereich Z im ersten Flüssigkeitsströmungskanal durch den vorstehend beschriebenen kommunizierenden Abschnitt ausgeführt wird, möglich, die Übertragung der akustischen Wellen zur Bildung einer Umgebung zu verwenden, die die Bewegung des freien Endes in Bezug auf die Bildung einer Neigung des Druckes vereinfacht, die direkt die Bewegung des freien Endes 32 steuert. Auf diese Weise wird es möglich, die Gesamtausstoßeffektivität zu verbessern, das heißt in Bezug auf den Verschiebungsbereich des beweglichen Elementes (Flüssigkeitsströmungskanal) breiten sich die akustischen Wellen (Kompressionswellen), die im wirksamen Blasenerzeugungsbereich zum Zeitpunkt der Blasenbildung wirksam werden, direkt in der Flüssigkeit aus und bilden zu einem frühen Zeitpunk zuverlässig eine Neigung (Verteilung) des Druckes in der Flüssigkeit innerhalb des Verschiebungsbereiches. Im Ergebnis wird die Menge der Flüssigkeit, die sich in Bewegungsrichtung des freien Endes des beweglichen Elementes und auf der Oberfläche des beweglichen Elementes in der näheren Umgebung des freien Endes befindet, vergrößert und so ausgerichtet, daß sie sich in Richtung der Ausstoßöffnung verschiebt.
In 1A breiten sich die akustischen Wellen P1 (die sich direkt ausbreitet) und P2 (die sich durch das bewegliche Element hindurch ausbreitet) mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 1000 m/sec in einem Zeitraum von 0,2 μsec aus, bevor die Blase 40 gebildet wird. Daher wird die Neigung des Druckes gebildet, wenn er sich im Flüssigkeitsströmungskanal hin und her bewegt (wobei die Laufentfernung maximal 100 μm oder weniger ist). Die Kurve PW zeigt diese Druckverteilung schematisch. Die Verteilung weist ein Maximum in der Nähe des freien Endes 32 des beweglichen Elementes auf. Vom diesem Punkt aus stellt sie eine Umgebung dar, die es der Flüssigkeit erlaubt, sich stark im ersten Flüssigkeitsströmungskanal 14 entsprechend der Oberfläche des beweglichen Elementes, zur Drehpunktseite 33 des beweglichen Elementes gerichtet, zu bewegen. In anderen Worten, es ist möglich, den Aufteilungsbereich der Flüssigkeit zu verschieben, der den Flüssigkeitsstrom im Verschiebungsbereich zur Seite der Ausstoßöffnung und zur Drehpunktseite beziehungsweise zur Drehpunktseite auf dem Oberflächenbereich des beweglichen Elementes aufteilt. Im Ergebnis wird die Ausstoßmenge noch weiter stabilisiert, um die Ausstoßeffektivität zu verbessern, während die Nachfüllfunktion rationell zum Zeitpunkt des Nachfüllens ausgeführt wird und dabei dazu beiträgt, die Nachfüllzeit zu verkürzen.
In dieser Hinsicht kennzeichnet das Bezugszeichen PWS den Fall, wo der Druckgradient mit Hilfe der Druckverteilung P1 verstärkt wird und zeigt, daß es möglich ist, den Bereich, in dem Trägheitskraft auf die Flüssigkeit angewendet wird, um sie oberhalb der Oberfläche des beweglichen Elementes und der Drehpunktseite zu verschieben, auszudehnen. Die Linie PWS der Druckverteilung entsteht mit einer größeren Krümmung, sowie die Länge LS des kommunizierenden Abschnittes (zwischen der Trennwand 32A und dem freien Ende des bewegli chen Elementes, das diesem gegenüber liegt) länger wird. Sie ist jedoch kleiner als L/2, weil das freie Ende 32, zumindest auf der Abströmseite des Zentrums CH (Bezugszahl 3 in 4) angeordnet ist, die die Hälfte der Länge L des wirksamen Blasenerzeugungsbereiches beträgt. In der Praxis ist es vorzuziehen, diese Länge in den Bereich 5 μm oder mehr bis 30 μm oder weniger zu legen, obwohl sie von der Länge L des wirksamen Blasenerzeugungsbereiches abhängt. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist auch der kommunizierende Abschnitt gegenüber der Innenseite des Bereiches des wirksamen Blasenerzeugungsbereiches L angeordnet. Dennoch ist es in Hinblick auf die Effektivität vorzuziehen, diesen Abschnitt gegenüber dem Bereich, der das abströmseitige Ende des Bereiches L mit einschließt, anzuordnen. Auch kennzeichnet die Bezugszahl 31S teilweise die Verschiebung des beweglichen Elementes und X den geometrischen Ort des freien Endes 32.
1B und 1C sind Ansichten, die schematisch die Druckverteilung mit Hilfe von akustischen Wellen und die Bildung des vorstehend beschriebenen Flüssigkeitstrennbereiches in Übereinstimmung mit den in 1A gezeigten Aufbaus darstellt.
In dem Zustand, in dem, wie in 1B gezeigt, die Blase gebildet wird, sind die Teilchen, die durch die mit (1) bis (6) bezeichnete Flüssigkeit und durch sechs Bezugszeichen (x) und sechs Bezugszeichen (o) in drei Reihen und sechs Spalten gekennzeichnet sind, diejenigen denen durch die vorstehend beschriebene Druckverteilung eine Flußbeschleunigung übergeben wird. Danach, wenn sich das bewegliche Element verschiebt, vergrößert sich das Volumen der Blase 40. Zu diesem Zeitpunkt verschiebt sich jedoch die Mehrzahl dieser Teilchen zur Seite der Ausstoßöffnung LF und es ist verständlich, daß sich der Flüssigkeitsteilungsbereich auf der Drehpunktseite des durch (6), das Zeichen (x) und das Zeichen (o) ausbildet. Zur gleichen Zeit, wie es aus der Bewegungsrichtung jedes in 1C gezeigten Teilchens verständlich ist, wird der Raum zwischen der Trennwand 32A und dem freien Ende 32 zu einer Zone mit einer so hohen Kompression, wie sie bei der hohen Dichte sein kann, weil die Flüssigkeit von der Zuströmseite des ersten Flüssigkeitsströmungskanals zufließt. Andererseits stellt dieser Raum eine Umgebung dar, die die Bewegung der Blase 40 vereinfacht. Wie in 6 gezeigt, bewegt sich die Blase 40 zur Ausstoßöffnung und wird im wesentlichen durch das bewegliche Element 31 gesteuert.
In 1A, 1B und 1C ist die geneigte Fläche SW als Konstruktionselement im zweiten Flüssigkeitsströmungskanal 16 zur Reflexion der akustischen Wellen ausgebildet, die es gestattet, daß sich die Druckverteilung leicht verändert. Diese geneigte Fläche SW leitet die Anteile PY und PZ der akustischen Wellen, die am Endabschnitt des Bereiches L zum Zeitpunkt der Blasenbildung erzeugt werden zum ersten Flüssigkeitsströmungskanal auf der Drehpunktseite auf der Oberfläche des beweglichen Elementes durch den vorstehend beschriebenen kommunizierenden Abschnitt. Die Modifikationswirkung auf die Druckverteilung mit Hilfe dieser geneigten Fläche SW ist erwünscht, weil eine Flüssigkeitszufuhr in einer Menge, die die Schwankungen aus der Veränderung der Umgebung kompensieren, ermöglicht.
Wie in diesem Beispiel gezeigt, ist es möglich, den vorstehend beschriebenen Druckgradienten (Verteilung) unabhängig mit Hilfe der Reflexion der akustischen Wellen oder der Wellen hervorrufenden Konstruktion selbst zu verstärken und ebenso das Verschieben der Flüssigkeit wie gewünscht auszuführen. Wenn diese Reflexion oder die Wellen hervorrufende Konstruktion zusätzlich zur Ausbildung des wirksamen Blasen erzeugungsbereiches, der dem Verschiebungsbereich in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung direkt gegenüber liegt, eingerichtet ist, erfolgt die Ausbildung der vorstehend beschriebenen Umgebung zuverlässiger in ausgezeichnetem Zustand. Ebenso wird es möglich, durch diese Konstruktion jede der Blasen rationeller auf die Ausstoßöffnungsseite zu richten. Daher wird die Erfindung (die später beschrieben wird) der Erfindung nach Anspruch 1 hinzugefügt, die zu einer allgemeinen Verbesserung der Ausstoßeffektivität beiträgt.
Hier schließt diese Reflexion oder die Wellen hervorrufende Konstruktion die Funktion, die den Übertragungskoeffizienten der akustischen Wellen des beweglichen Elementes selbst verändert, sowie auch die Konfiguration des freien Endes oder des Abschnittes, der den kommunizierenden Abschnitt bildet, der dem freien Ende gegenüber liegt, das heißt die Konfiguration der Trennwand, mit ein.
2A bis 2D und 3A und 3B sind Ansichten, die ein konstruktives Beispiel des Kopfes darstellen, wobei jede den kommunizierenden Abschnitt (wirksamer Blasenbildungs-Teilbereich Z) der den grundsätzlichen Aufbau, wie er in 1A bis 1C dargestellt ist, als Voraussetzung aufweisen.
Nun werden 2A bis 2D und 3A und 3B wie nachstehend angegeben kurz beschrieben.
2A zeigt die Trennwand 32A und das freie Ende 32, die beide in eine Richtung geneigt sind, die die akustischen Wellen zur Ausstoßöffnungsseite leitet, wodurch die Ausstoßeigenschaften entsprechend verbessert werden. 2B zeigt die Konfiguration des freien Endes 32, das eine schräge Endfläche darstellt, die nach der Drehpunktseite geneigt ist, um eine Umgebung zu bilden, die die Bewegung des freien Endes 31 selbst vereinfacht.
2C zeigt einen Aufbau, der es dem freien Ende ermöglicht, sich leichter zu bewegen, indem die Trennwand 32A und das freie Ende 32 in unterschiedliche Richtungen geneigt angeordnet werden, wodurch die Länge LS des kommunizierenden Abschnittes auf der Seite des ersten Flüssigkeitsströmungskanals zur Ausdehnung der Reichweite der großen Druckverteilung in Längsrichtung des beweglichen Elementes vergrößert wird.
2D ist ein Konstruktionselement, das gebildet wird, indem eine in 1A gezeigte geneigte Fläche SW zu der in 2B gezeigten Konstruktion hinzugefügt wird, um die Druckverteilung für die Ausbildung einer besseren Umgebung wie in 2D gezeigt, zu verbessern.
3A zeigt eine Konstruktion, womit der Blasenerzeugungsbereich in Bezug auf das bewegliche Element 31 verändert wird, was es möglich macht, die akustischen Wellen des wirksamen Blasenerzeugungsbereichs als Ganzes nach der Ausstoßöffnungsseite zu verbreiten und gleichzeitig die Entwicklungsrichtung der gebildeten Blase weiter in Richtung der Ausstoßöffnungsseite zu richten.
3B zeigt ein bewegliches Element, das selbst aus einem Material ausgebildet ist, das in der Lage ist, die akustischen Wellen zu brechen und im ersten Flüssigkeitsströmungskanal zur Ausstoßöffnungsseite zu richten. Ebenso ist der vorstehend beschriebene kommunizierende Abschnitt wie in 2A ausgeführt und verbessert so die gesamte Ausstoßleistung.
Wie vorstehend beschrieben, ist es, in Übereinstimmung mit dem Ausstoßverfahren der vorliegenden Erfindung und der ersten Kopfform, die ein solches Verfahren ausführt, möglich, Wirkungen zu erhalten, die denen mit der konventionellen Technik Erreichbaren bemerkenswert überlegen sind und ebenso Wirkungen zu erhalten, die denen, die von früher als Patent angemeldeten Erfindungen erwartet wurden, überlegen sind.
Nun erfolgt, in bezug auf andere Kopfformen und Vorrichtungen, eine Beschreibung des speziellen Beispiels in Verbindung mit 8 bis 20. Bei diesen Ausführungsformen ist es unnötig anzuführen, daß jede davon den Verhältnissen, wie der vorgenannte wirksame Blasenerzeugungsbereich und der kommunizierende Abschnitt angeordnet sind und sich einander in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung gegenüber liegen, entspricht. Jede Konstruktion und Funktion ist in Bezugnahme auf die entsprechenden begleitenden Zeichnungen ohne weiteres verständlich. Daher wird deren Beschreibung weggelassen.
(Kopf-Ausführungsform 2)
8 zeigt den Kopf in Übereinstimmung mit der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In 8 kennzeichnet der Bezugspunkt A den Zustand, wo das bewegliche Element verschoben ist (die Blase ist nicht gezeigt), B den Zustand, wo das bewegliche Element sich in Anfangsstellung befindet (die erste Position). Im Zustand von B wird angenommen, daß der Blasenerzeugungsbereich in bezug auf die Ausstoßöffnung 18 im wesentlichen geschlossen ist (hier existiert, obwohl nicht gezeigt, eine Strömungskanalwand zwischen A und B, die einen Strömungskanal vom anderen trennt).
Das bewegliche Element 31 in 8 weist zwei Grundplatten 34 auf jeder Seite auf und dazwischen ist der Flüssigkeitsströmungskanal 21 angeordnet. Auf diese Weise wird Flüssigkeit entlang der Oberfläche des beweglichen Elementes 31 auf der Seite des Wärmeerzeugungselementes 2 zugeführt und ebenso vom Flüssigkeitsströmungskanal, der im wesentlichen eine flache oder glatte Oberfläche in bezug auf das Wärmeerzeugungselement 2 aufweist.
Hier kommt in der Anfangsposition des beweglichen Elementes 31 (in der ersten Position) das bewegliche Element der Abströmwand 36 des Wärmeerzeugungselementes 2 und den Seitenwänden 37 nahe oder in engen Kontakt, die auf der Abströmseite und in Breitenrichtung des Wärmeerzeugungselementes 2 angeordnet sind. Im Ergebnis kann der Druck, der durch die Blase zum Zeitpunkt der Blasenbildung ausgeübt wird, intensiv auf die Seite des freien Endes des beweglichen Elementes 31 einwirken.
Ebenso kehrt zum Zeitpunkt des Verschwindens der Blasen das bewegliche Element 31 zu seiner ersten Position zurück und der Blasenerzeugungsbereich 31 ist auf der Seite der Ausstoßöffnung im wesentlichen geschlossen, wenn Flüssigkeit zugeführt wird. Im Ergebnis wird es möglich, verschiedene Effekte, wie die Unterdrückung des Zurückziehens des Meniskus, wie in Zusammenhang mit der vorhergehenden Ausführungsform beschrieben, zu erreichen.
Ebenso ist in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung die Grundplatte 34, die als Befestigung das bewegliche Element 31 abstützt, auf der Zuströmseite angeordnet, die von Wärmeerzeugungselement 2 entfernt ist, wie in 4 und 8 gezeigt, und gleichzeitig ist die Grundplatte schmaler als der Flüssigkeitsströmungskanal 10 ausgeführt. Auf diese Weise wird Flüssigkeit dem Flüssigkeitsströmungskanal 12, wie zuvor beschrieben, zugeführt. Hierbei ist der Aufbau der Grundplatte nicht notwendigerweise auf denjenigen beschränkt, auf den vorstehend Bezug genommen wurde. Es sollte genügen, wenn die Grundplatte nur so ausgeführt ist, daß das Nachfüllen glatt vonstatten geht.
(Kopf-Ausführungsform 3)
9 zeigt eines der grundsätzlichen Konzepte der vorliegenden Erfindung, in der der Kopf eine Kopfform in Übereinstimmung mit einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufweist.
9 zeigt die Stellungsbeziehungen zwischen dem Blasenerzeugungsbereich, der darin erzeugten Blase und dem beweglichen Element in einem der Flüssigkeitsströmungskanäle und gleichzeitig zeigt sie das Flüssigkeitsausstoßverfahren und das Nachfüllverfahren der vorliegenden Erfindung, in einer Form, die es zum leichteren Verständnis verkörpert.
In vielen der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen konzentriert sich der Druck der erzeugten Blase auf das freie Ende des beweglichen Elementes, um ein Zusammengehen einer schnellen Bewegung des bewegliche Elementes und der Verschiebung der Blase zur Ausstoßöffnungsseite gleichzeitig zu erzielen. Im Gegensatz dazu wird bei der vorliegenden Erfindung der Anteil der Blase auf der Abströmseite durch die Seite des freien Endes des beweglichen Elementes 31, das sich auf der Ausstoßöffnungsseite der Blase befindet und direkt auf den Tröpfchenausstoß einwirkt geregelt, wobei sich ein Freiheitsgrad für die zu bildende Blase ergibt.
Um diese Form in Übereinstimmung mit dem in 9 gezeigten Aufbau in Vergleich mit dem in 4 Gezeigten (die erste Ausführungsform) zu beschreiben, gibt es hier keine Ausstülpung (bei 24 in 4), die als Barriere dient und am abströmseitigen Ende des Blasenerzeugungsbereichs auf der in 4 gezeigten Grundträgerschicht angeordnet ist. In anderen Worten, der Bereich des freien Endes und der Bereich von beiden Seitenenden des beweglichen Elementes 31 schließen im wesentlichen nicht den Blasenerzeugungsbereich, sondern gestatten, daß er sich zum Ausstoßöffnungsbereich öffnet. Dieser Aufbau stellt die vorliegende Ausführungsform dar.
Die vorliegende Ausführungsform gestattet die Entwicklung der Blase am vorderen Endabschnitt auf der Abströmseite unter denen auf der Abströmseite, die auf den Tröpfchenausstoß durch jede der Blasen einwirken. Daher wird deren Druckkomponente wirksam für den Ausstoß genutzt. Zusätzlich wirken die Seitenabschnitte des freien Endes des beweglichen Elementes 31 zumindest auf den Druck ein, der über den abströmseitigen Abschnitt gerichtet ist, (Komponenten V2, V3 und V4 in 5) und fügen ihn der Blasenentwicklung zu. Daher wird die Ausstoßeffektivität verbessert wie in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform. Die vorliegende Ausführungsform ist der vorhergehenden in der Reaktion auf Ansteuerung jedes Wärmeerzeugungselementes überlegen.
Auch hat die vorliegende Ausführungsform einen einfacheren Aufbau, was zu Vorteilen bezüglich der Herstellung führt.
Der Drehpunkt des beweglichen Elementes 31 der vorliegenden Ausführungsform ist auf einer Grundplatte 34 befestigt, die eine geringere Breite in Bezug auf den Oberflächenabschnitt des beweglichen Elementes aufweist. Folglich wird zum Zeitpunkt des Verschwindens der Blasen Flüssigkeit dem Blasenerzeugungsbereich 11 durch beide Seiten dieser Grundplatte 34 (siehe Pfeile in 9) zugeführt. Diese Grundplatte kann beliebig aufgebaut sein, wenn sie nur eine gute Flüssigkeitszuführungsfähigkeit sicherstellen kann.
Bei der vorliegenden Ausführungsform strömt die Flüssigkeit von oberhalb des Blasenerzeugungsbereiches entlang der Blase ein, die zum Zeitpunkt der Flüssigkeitszufuhr, wenn das Nachfüllen ausgeführt wird, entgast wird. Dennoch wird dieser Strom durch das Vorhandensein des beweglichen Elementes 31 gesteuert. Daher ist dieser Aufbau dem konventionellen Aufbau überlegen, der nur durch die Wärmeerzeugungselemente gebildet wird. Es ist natürlich auch möglich, durch einen so angeordneten Aufbau in Übereinstimmung mit der vorliegenden Ausführungsform, den Wert des Zurückweichens des Meniskus zu reduzieren.
Als Form einer dritten Ausführungsform des Kopfes ist es vorzuziehen, den Aufbau so auszuführen, daß nur beide Seitenabschnitte des freien Endes des beweglichen Elementes (oder einer von beiden genügt auch) den Blasenerzeugungsbereich 11 im wesentlichen schließen. Bei einer solchen konstruktiven Anordnung wird der auf die Seitenenden des beweglichen Elementes gerichtete Druck in einen Druck umgewandelt, der auf die Entwicklung der Blase auf der Ausstoßöffnungsseite anwendbar ist, wie zuvor beschrieben, was die Ausstoßeffektivität noch mehr verbessert.
(Kopf-Ausführungsform 4)
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist das Hauptprinzip des Flüssigkeitsausstoßes das Gleiche wie in den vorhergehenden Ausführungsformen. Es wird jedoch eine Mehrfach-Strömungskanalstruktur eingeführt, die es möglich macht, die Flüssigkeit für die Blasenbildung durch Anwendung von Wärme (Blasenflüssigkeit) und die zum Ausstoß verwendete Flüssig keit (Ausstoßflüssigkeit) in Übereinstimmung mit der vorliegenden Ausführungsform zu trennen.
10 ist eine Schnittansicht, die schematisch den Flüssigkeitsausstoßkopf der vorliegenden Ausführungsform, in Richtung des Strömungskanals gesehen, zeigt. 11 ist eine perspektivische Teilschnittansicht, die den in 10 dargestellten Flüssigkeitsausstoßkopf zeigt.
Bei dem Flüssigkeitsausstoßkopf der vorliegenden Ausführungsform ist jeder der zweiten Flüssigkeitsströmungskanäle 16 zur Blasenbildung auf der Grundträgerschicht 1 angeordnet, auf der die Wärmeerzeugungselemente 2 zur Anwendung von thermischer Energie auf die Flüssigkeit zur Blasenerzeugung ausgebildet sind, und auf diesem Flüssigkeitsströmungskanal ist jeder der ersten Flüssigkeitsströmungskanäle 14 zum Ausstoß von Flüssigkeit angeordnet, der direkt durchleitend mit jedem der Ausstoßöffnungen 18 verbunden ist.
Die Zuströmseite des ersten Flüssigkeitsströmungskanals ist durchleitend mit der ersten gemeinsamen Flüssigkeitskammer 15 zur Zuführung von Flüssigkeit zu einer Vielzahl von ersten Flüssigkeitsströmungskanälen verbunden. Die Zuströmseite des zweiten Flüssigkeitsströmungskanals ist durchleitend mit der zweiten gemeinsamen Flüssigkeitskammer 17 zur Zuführung von Blasenflüssigkeit an eine Vielzahl von zweiten Flüssigkeitsströmungskanälen verbunden.
Wenn jedoch dieselbe Flüssigkeit als Blasenflüssigkeit und als Ausstoßflüssigkeit verwendet wird, kann es möglich sein eine gemeinsame Flüssigkeitskammer zur gemeinsamen Verwendung einzurichten.
Zwischen dem ersten und dem zweiten Flüssigkeitsströmungskanälen ist eine Trennwand 30 aus elastischem Metall oder Ähnlichem angeordnet, um den ersten Flüssigkeitsströmungskanal und den zweiten Flüssigkeitsströmungskanal abzutrennen. In dieser Hinsicht, wenn die Blasenflüssigkeit und die Ausstoßflüssigkeit nicht vermischt werden sollen, soweit es die Umstände erlauben, ist es vorzuziehen, die Flüssigkeitsverteilungen beim ersten Flüssigkeitsströmungskanal 14 und beim zweiten Flüssigkeitsströmungskanal 16 soweit wie möglich zu trennen. Wenn es jedoch kein Problem gibt, wenn sich Blasenflüssigkeit und Ausstoßflüssigkeit bis zu einem gewissen Maße mischen, kann es nicht notwendig werden, eine Trennwand mit der Funktion diese zu trennen, vorzusehen.
Der Abschnitt der Trennwand, der im nach oben vorspringenden Raum in der Richtung der Oberfläche des Wärmeerzeugungselementes angeordnet ist, (hiernach als Ausstoßdruckerzeugungsbereich bezeichnet, der Bereich bei A und der Blasenerzeugungsbereich 11 bei B in 10) ist in Form eines beweglichen Elementes 31, das freitragend mit Hilfe eines Schlitzes 35 gehalten wird und sein freies Ende auf der Ausstoßöffnungsseite (auf der Abströmseite des Flüssigkeitsstroms) und seinen Drehpunkt 33 auf der Seite der gemeinsamen Flüssigkeitskammern (15 und 17) aufweist, ausgebildet. Da das bewegliche Element 31 gegenüber dem Blasenerzeugungsbereich 11 (bei B in 10) angeordnet ist, arbeitet es so, daß es sich nach der Ausstoßöffnungsseite der ersten Flüssigkeitsströmungskanalseite durch Blasenbildung der Blasenflüssigkeit öffnet (d.h. in der in 10 durch einen Pfeil gekennzeichneten Richtung). Auch in 11 ist die Trennwand 30 durch den Raum hindurch, der den zweiten Flüssigkeitsströmungskanal bildet, auf der Grundträgerschicht 1, die wärmeerzeugende Widerstände (elektrothermische Wandler), die als Wärmeerzeugungselemente 2 dienen, und Drahtelektroden 5 zum Anlegen von elektrischen Signalen an jeden der wärmeerzeugenden Widerstände aufweist, angeordnet.
Die Beziehung zwischen der Anordnung des Drehpunktes 33 und des freien Endes 32 des beweglichen Elementes 31 und der des Wärmeerzeugungselementes ist die gleiche wie die in den vorhergehenden Ausführungsformen Beschriebene.
Auch bei der vorhergehenden Ausführungsform wird eine Beschreibung der konstruktiven Beziehung zwischen den Flüssigkeitszuführungskanal 12 und dem Wärmeerzeugungselement 2 gegeben. Auch bei der vorliegenden Ausführungsform ist die konstruktive Beziehung zwischen den zweiten Flüssigkeitsströmungskanal 16 und dem Wärmeerzeugungselement 2 gleich der in der vorhergehenden Ausführungsform Beschriebenen.
Nun wird in Verbindung mit 12A und 12B eine Beschreibung der Arbeitsweise des Flüssigkeitsstrahlkopfes der vorliegenden Ausführungsform gegeben.
Um den Kopf zu betreiben, wird dieselbe Wassertinte als Ausstoßflüssigkeit, dem ersten Flüssigkeitsströmungskanal 14 und als Blasenflüssigkeit dem zweiten Flüssigkeitsströmungskanal 16 zugeführt.
Wenn die durch das Wärmeerzeugungselement 2 erzeugte Wärme auf die im Blasenerzeugungsbereich 11 des zweiten Flüssigkeitsströmungskanals 16 befindliche Flüssigkeit einwirkt, wird die Blase 40 durch das in der Blasenflüssigkeit auftretende Phänomen des Filmsiedens, wie beschrieben in der Spezifikation der US-Patentschrift No. 4,723,129, gebildet.
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Ausführungsform breitet sich der durch diese Blasenbildung ausgeübte Druck intensiv auf der Seite des beweglichen Elementes 31, das im Ausstoßdruckerzeugungsbereich angeordnet ist, aus, da kein Blasendruck nach den drei Richtungen mit Ausnahme der Zuströmseite des Blasenerzeugungsbereichs entweicht, wodurch das bewegliche Element 31 aus dem in 12A gezeigten Zustand zusammen mit der Entwicklung der Blase zur Position der maximalen Verschiebung verschoben wird. Dann wird das bewegliche Element 31 verschoben, wobei es sich durch seine Elastizität zur Seite des zweiten Flüssigkeitsstroms zurückbewegt, wie in 12B gezeigt. Durch diese Serie von Aktionen des beweglichen Elementes 31 werden der erste Flüssigkeitsströmungskanal 14 und der zweite Flüssigkeitsströmungskanal weitgehend durchleitend verbunden und der durch die Blasenbildung ausgeübte Druck wird entsprechend durch die Verschiebung des beweglichen Elementes 31, das zu dieser Seite zurückkehrt, gesteuert. Auf diese Weise wird der Druck hauptsächlich zur Ausstoßöffnungsseite des ersten Flüssigkeitsströmungskanals übertragen. Bei dieser Ausbreitung des Druckes und der mechanischen Verschiebung des beweglichen Elementes 31, wie vorstehend beschrieben, wird die Flüssigkeit aus jeder der Ausstoßöffnungen ausgestoßen.
Nun kehrt mit dem Zusammenziehen der Blase das bewegliche Element 31 zu der in 12A gezeigten Position zurück. Dann wird Ausstoßflüssigkeit von der Zuströmseite dem ersten Flüssigkeitsströmungskanal 14 in der Menge zugeführt, die der Menge der ausgestoßenen Flüssigkeit entspricht. Auch bei der vorliegenden Ausführungsform gibt es keine Möglichkeit, daß das Nachfüllen der Ausstoßflüssigkeit durch die Anwesenheit des beweglichen Elementes 31 behindert wird, da die Zuführung der Ausstoßflüssigkeit in der Richtung des beweglichen Elementes erfolgt, das wie in der vorhergehenden Ausführungsform geschlossen ist.
Bei der vorliegenden Ausführungsform sind die Funktionen und Leistungen des Hauptteils dieselben, wie in der ersten Ausführungsform und anderen, in bezug auf Ausbreitung des Blasendruckes, der auf die Verschiebung des beweglichen Elementes 31 folgt, die Entwicklungsrichtung der Blase, die Verhinderung von Rückwellen und Ähnliches. Dennoch sind bei Einrichtung des Zweistrom-Aufbaus der vorliegenden Ausführungsform weiterhin Vorteile erreichbar, wie nachstehend gezeigt.
In anderen Worten, bei den Strukturen der vorliegenden Ausführungsform, wie sie wie vorstehend beschrieben angeordnet sind, ist es möglich, die Ausstoßflüssigkeit durch den Druck, der durch die Blasenbildung in der Blaseflüssigkeit ausgeübt wird, auszustoßen, wobei als Ausstoßflüssigkeit und als Blasenflüssigkeit verschiedene Flüssigkeiten verwendet werden. Daher wird auch eine Flüssigkeit mit einer hohen Viskosität, wie z.B. Polyäthylenglykol, deren Ausstoßkraft ungenügend ist und eine ausreichende Blasenbildung selbst bei der Anwendung von Wärme schwierig macht, in gutem Zustand ausgestoßen, indem eine Flüssigkeit, die eine gute Blasenbildung in der Blasenflüssigkeit bewirkt (wie z.B. eine Mischung von Äthanol : Wasser = 4 : 6 mit ungefähr 1 bis 2 cp), oder eine Flüssigkeit, die einen niedrigen Siedepunkt zeigt, dem zweiten Flüssigkeitsströmungskanal zugeführt wird, während eine solche hochviskose Flüssigkeit dem ersten Flüssigkeitsströmungskanal zugeführt wird.
Als Blasenflüssigkeit kann ebenso eine Flüssigkeit gewählt werden, die keinen Abbrand oder andere Ablagerungen auf der Oberfläche der Wärmeerzeugungselemente erzeugt, wenn sie Wärme ausgesetzt wird, um so die Blasenbildung für einen Ausstoß in gutem Zustand zu stabilisieren.
Weiterhin ist es bei der Kopfstruktur der vorliegenden Erfindung möglich, Wirkungen zu erreichen, wie sie in jeder der vorhergehenden vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschrieben wurden. Daher verbessert die Übernahme der vorliegenden Ausführungsform die Ausstoßeffektivität und die Ausstoßenergie zum Ausstoß von Flüssigkeit, die eine höhere Viskosität oder Ähnliches aufweist.
Auch ist es selbst wenn eine Flüssigkeit, deren Eigenschaften empfindlich gegenüber der Anwendung von Wärme sind, verwendet wird, möglich, eine solche Flüssigkeit mit hoher Ausstoßeffektivität und hoher Ausstoßenergie auszustoßen, ohne die Flüssigkeit thermisch zu beschädigen, indem sie dem ersten Flüssigkeitsströmungskanal als Ausstoßflüssigkeit zugeführt wird, während eine Flüssigkeit, die in der Lage ist, in guten Zustand Blasen zu bilden, ohne ihre Eigenschaften thermisch zu verändern, dem zweiten Flüssigkeitsströmungskanal zugeführt wird.
(Aufbauverhältnisse zwischen dem zweiten Flüssigkeitsströmungskanal und dem beweglichen Element)
13A bis 13C sind Ansichten, die die Aufbauverhältnisse zwischen dem beweglichen Element 31 und dem zweiten Flüssigkeitsströmungskanal 16 zeigen, die nicht in den Geltungsbereich der Ansprüche fallen. 13A zeigt die Trennwand 30 und die nähere Umgebung des beweglichen Elementes 31, von oben gesehen, 13B zeigt den zweiten Flüssigkeitsströmungskanal 16 nach der Entfernung der Trennwand 30, auch von oben gesehen und 13C ist eine Ansicht, die die Beziehungen der Anordnung zwischen dem beweglichen Element 31 und dem zweiten Flüssigkeitsströmungskanal 16 durch Überlappung jedes dieser Elemente zeigt. Hier zeigen alle diese Zeichnungen die Vorderseite, wo die Ausstoßöffnung unter jeder angeordnet ist.
Der zweite Flüssigkeitsströmungskanal 16 der vorliegenden Ausführungsform ist mit einem schmaleren Abschnitt auf der Zuströmseite des Wärmeerzeugungselementes versehen (hier bedeutet Zuströmseite diejenige im starken Strom von der Seite der zweiten gemeinsamen Flüssigkeitskammer zur Ausstoßöffnung 18 durch die Position des Wärmeerzeugungselementes, des beweglichen Elementes 31 und des ersten Flüssigkeitsströmungskanals hindurch) und dieser Kanal ist wie eine Kammer aufgebaut (Blasenerzeugungskammer), die angeordnet ist, um den Blasenerzeugungsdruck zu unterdrücken, so daß er nicht leicht nach der Zuströmseite des zweiten Flüssigkeitsströmungskanals 16 hin entweichen kann.
Wenn solch ein enger Abschnitt beim konventionellen Kopf vorgesehen wird, bei dem die Blasenerzeugungs- und Ausstoßkanäle die gleichen sind, ist es in der Erwartung, daß der durch jedes der Wärmeerzeugungselemente auf jede der Flüssigkeitskammerseiten ausgeübte Druck nicht nach der Seite der gemeinsamen Flüssigkeitskammer entweicht, notwendig, den Aufbau so anzuordnen, daß der Teilbereich des engeren Abschnittes zu schmal für den Flüssigkeitsströmungskanal wird, wenn man die Nachfülltätigkeit voll in Betracht zieht.
Dennoch wird bei der vorliegenden Ausführungsform die meiste Flüssigkeit im ersten Flüssigkeitsströmungskanal zum Ausstoßen verwendet, während Vorkehrungen getroffen werden können, um den Verbrauch von Blasenflüssigkeit im ersten Flüssigkeitsströmungskanal, wo jedes der Wärmeerzeugungselemente ausgebildet ist, zu unterdrücken. Es kann daher möglich sein, daß die Nachfüllmenge von Blasenflüssigkeit in den Blasenerzeugungsbereich 11 des zweiten Flüssigkeitsströmungskanals kleiner wird. Im Ergebnis wird der Spalt in den vorstehend beschriebenen engeren Abschnitt so extrem klein gemacht, wie z.B. einige μm bis zu 10 und einige μm, um ein weiteres Entweichen von Blasendruck, der im zweiten Flüssigkeitsströmungskanal wirkt, in seine Umgebung zu unterdrücken. Folglich wird der Druck verstärkt zur Seite des beweglichen Elementes geleitet. Dann, sowie dieser Druck durch das bewegliche Element 31 hindurch als Ausstoßkraft verwendet werden kann, ist es möglich, eine höhere Ausstoßeffektivität, sowie eine höhere Ausstoßenergie zu erhalten. Dennoch ist in diese Hinsicht die Konfiguration des zweiten Flüssigkeitsströmungskanals 16 nicht notwendigerweise auf den Aufbau beschränkt, wie er für den vorstehend beschriebenen Aufbau angenommen wurde. Es sollte genügen, wenn die Konfiguration nur so ausgeführt ist, daß der Druck wirksam zu dem beweglichen Element 31 geleitet wird.
In dieser Hinsicht überdeckt die Seite des beweglichen Elementes 31 einen Teil der Wand, die den zweiten Flüssigkeitsströmungskanal 16 bildet, um zu vermeiden, daß das bewegliche Element 31 in den zweiten Flüssigkeitsströmungskanal abrutscht und macht die Trennung zwischen der Blasenflüssigkeit und der Ausstoßflüssigkeit zuverlässiger. Auch wird das Entweichen der Blase aus dem Schlitz unterdrückt, um sowohl die Ausstoßenergie und die Ausstoßeffektivität noch weiter zu verbessern. Auf diese Weise wird auch die Nachfüllwirkung von der Zuströmseite durch Verwendung des zum Zeitpunkt des Verschwindens der Blase ausgeübten Druckes weiter verbessert.
Insbesondere die Erfindung, die es dem freien Ende des beweglichen Elementes gestattet, seine Verschiebung zu beginnen, bevor sich die Blase in Kontakt mit dem beweglichen Element befindet, wurde auf ihre Leistung unter Berücksichtigung des Elastizitätskoeffizienten des beweglichen Elementes, ihre Leistung bei der Fortbewegung der Ausstoßflüssigkeit und der Blasenflüssigkeit, ihre Ansteuerbedingungen bei der Blasenerzeugung oder der gegenseitigen Ausgewogenheit der Strukturen jedes Flüssigkeitsströmungskanals und Ähnliches, hin geschaffen. Daher werden die Wirkungen der vorliegenden Erfindung leichter erreicht, wenn sich das bewegliche Element leicht elastisch verformt, die Druckübertragung ist leichter durchführbar und der Widerstand des Flüssigkeitsströmungskanals kleiner (gegenüber der Bewegung des beweglichen Elementes). In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung werden die Druckwellen während der Zeit der Blasenbildung zur Seite der Ausstoßöffnung geleitet. Daher wird die darauf folgende Entwicklung der Blase zuverlässiger und effektiver zur Ausstoßöffnungsseite geleitet.
(Bewegliches Element und Trennwand)
14A bis 14C sind Ansichten, die andere Konfigurationen des beweglichen Elementes 31 zeigen. Die Bezugszahl 35 bezeichnet jeden Schlitz, der dafür ausgebildet ist. Mit Hilfe des Schlitzes 35 wird jedes bewegliche Element gebildet. 14A zeigt eine längs verlängerte Konfiguration, 14B zeigt eine Konfiguration, die einen engeren Abschnitt auf der Drehpunktseite aufweist, um die Bewegung des Elementes zu erleichtern, 14C zeigt eine Konfiguration, die einen breiteren Abschnitt auf der Drehpunktseite aufweist, um die Haltbarkeit des Elementes zu verbessern. Für eine Konfiguration, die eine leichtere Bewegung und eine gute Haltbarkeit bietet, ist es vorzuziehen, das Element so zu gestalten, daß die Breite an seiner Drehpunktsseite in einer kreisförmigen Form verengt wird, wie in 13A gezeigt. Dennoch sollte es genügen, wenn nur das bewegliche Element so konfiguriert ist, daß es nicht die Seite des zweiten Flüssigkeitsströmungskanals einnimmt, während seine Bewegung erleichtert wird, sondern eine hervorragende Haltbarkeit bietet.
Bei der vorhergehenden Ausführungsform sind das flache bewegliche Element 31 und die Trennwand 30, die das bewegliche Element trägt, aus Nickel mit einer Stärke von 5 μm hergestellt. Dennoch ist das Material nicht notwendigerweise darauf beschränkt. Als Material zum Aufbau des beweglichen Elementes und der Trennwand sollte es genügen, wenn nur ein solches Material eine Lösungsmittelresistenz gegenüber der Blasenflüssigkeit und der Ausstoßflüssigkeit aufweist, während es eine Elastizität, die eine gute Arbeitsweise als bewegliches Element gestattet und auch Eigenschaften ausweist, die die Ausbildung eines feinen Schlitzes dazu ermöglichen.
Bei dem Material für das bewegliche Element ist es vorzuziehen, sehr haltbares Material zu verwenden, wie z.B. Silber, Nickel, Gold, Eisen, Titan Aluminium, Platin, Tantal, Edelstahl oder Phosphorbronze oder Legierungen daraus, oder Harz mit Acrylonitril, Butadien, Styren oder anderen Nitrilgruppen, Harz mit Polyamid oder anderen Amidgruppen, Harz mit Polykarbonat oder anderen Karboxylgruppen, Harz mit Polyacetal oder anderen Aldehydgruppen, Harz mit Polysulfon oder anderen Sulfongruppen oder Harz mit Flüssigkeitskristallpolymeren o.Ä. und ihre chemischen Verbindungen, wie z.B. Metall, das eine hohe Resistenz gegenüber Tinte aufweist, wie Gold, Wolfram Tantal, Nickel, Edelstahl oder Tantal oder ihre Legierungen und solche, deren Oberfläche damit überzogen ist, um eine Tintenresistenz zu erhalten, oder Harz mit Polyamid oder anderen Amidgruppen, Harz mit Polyacetal oder anderen Aldehydgruppen Harz mit Polyätherketon oder anderen Ketongruppen, Harz mit Polyimid oder anderen Imidgruppen, Harz mit Phenolharz oder Hydroxylgruppen, Harz mit Polyethylen oder anderen Äthylgruppen, Harz mit Polypropylen oder anderen Akylgruppen, Harz mit Epoxidharz oder anderen Epoxygruppen, Harz mit Melaminharz oder anderen Aminogruppen, Harz mit Xylenharz oder anderen Methylgruppen und ihre Ver bindungen und weiterhin Keramik, wie z.B. Siliziumdioxid und seine Verbindungen.
Bei dem Material der Trennwand ist es vorzuziehen, Harz zu verwenden, das gute Resistenzeigenschaften gegenüber Wärme und Lösungsmittel, sowie eine gute Formbarkeit, wie typischerweise bei der Verarbeitung von Plastik in den letzten Jahren vertreten, aufweist, wie z.B. Polyethylen, Polypropylen Polyamid Polyäthylen-Telephthalat, Melaminharz, Phenolharz, Epoxydharz, Polybutadien, Polyurethan Polyäther-Ätherkenton, Polyäthersulfon, Polyacrylat, Polyimid, Polysulfon oder Flüssigkeitskristallpolymer (LCP) und seine Verbindungen oder Siliziumdioxid Siliziumnitrid, Nickel, Gold Edelstahl, oder andere Metalle oder deren Legierungen oder mit Titan oder Gold beschichtete.
Beim beweglichen Element der vorliegenden Erfindung wird als Endziel ein Dicke von der Größenordnung μm (t μm) in Betracht gezogen. Es ist nicht beabsichtigt, ein bewegliches Element im cm Bereich zu verwenden. Wenn die Breite des Schlitzes in der Größenordnung μm (W μm) als Ziel angenommen wird, ist es wünschenswert einige Variationen davon, die sich aus dem Herstellungsprozeß ergeben zu berücksichtigen.
Als Schlitz, der den Zustand "im wesentlichen geschlossen", wie er für die vorliegende Erfindung definiert ist, erfüllt, sollte ein in der Größenordnung von einigen μm hergestellter Schlitz für eine zuverlässigere Arbeitsweise bevorzugt werden.
(Grundträgerschicht)
Nun wird hiernach die Beschreibung des Aufbaus einer Grundträgerschicht gegeben, auf der Wärmeerzeugungselemente angeordnet sind, um Wärme auf die Flüssigkeit anzuwenden.
15A und 15B sind vertikale Schnittansichten von Flüssigkeitsstrahlköpfen der vorliegenden Erfindung, 15A zeigt einen Kopf, der einen Schutzfilm, der später beschrieben wird, aufweist und 15B zeigt einen Kopf, der keinen Schutzfilm aufweist.
Auf der Grundträgerschicht 1 ist ein genutetes Element 50 angeordnet, das einen zweiten Flüssigkeitsströmungskanal 16, eine Trennwand 30 und einen ersten Flüssigkeitsströmungskanal 14 aufweist.
Bei der Grundträgerschicht 1 ist Siliziumoxid oder ein Siliziumnitridfilm auf einem Substrat 107 aus Silizium oder Ähnlichem zum Zweck der Isolation und Wärmespeicherung ausgebildet und darauf wird eine Hafniumborid- (HfB2) Tantalnitrid- (TaN), Tantalaluminium- (TaAl) oder eine andere elektrische Widerstandsschicht 105 (0,01 bis 0,2 μm dick), Aluminium-Drahtelektroden (0,2 bis 1,0 μm dick) oder Ähnliches auflaminiert und modelliert, wie in 13A bis 13C gezeigt. Spannung wird an die Widerstandsschicht 105 über zwei Drahtelektroden 104 angelegt, um Strom in der Widerstandsschicht fließen zu lassen, und so Wärme zu erzeugen. Auf der Widerstandsschicht wird über die Drahtelektroden eine Schutzschicht aus Siliziumnitrid in einer Dicke von 0,1 bis 2,0 μm ausgebildet. Weiterhin wird darauf eine Antikavitationsschicht (in einer Stärke von 0,1 bis 2,0 μm) aus Tantal oder Ähnlichem als Film aufgebracht. Auf diese Weise ist die Widerstandsschicht vor Tinte und verschiedenen anderen Flüssigkeiten geschützt.
Insbesondere, da der Druck und die Schockwellen, die zum Zeitpunkt der Blasenbildung und zum Zeitpunkt des Verschwindens der Blasen erzeugt werden, extrem stark sind, wird die Haltbarkeit des starren und spröden Oxidfilms bedeutend re duziert. Daher wird Tantal (Ta) oder ein anderes Metall als Antikavitationsschicht verwendet.
Es kann auch möglich sein, einen Aufbau einzurichten, der keine der vorstehend beschriebenen Schutzschicht benötigt, indem die Zusammensetzung der Flüssigkeit, der Aufbau des Flüssigkeitsströmungskanals und das Widerstandsmaterial angepaßt werden. 15B zeigt ein Beispiel davon. Als Material für die Widerstandsschicht, die keine solche Schutzschicht erfordert, kann eine Legierung aus Iridium-Tantal-Aluminium oder Ähnliches angeführt werden.
Dann kann es beim Aufbau der Wärmeerzeugungselemente, die für jede der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen angewandt wird, möglich sein, nur eine Widerstandsschicht (Wärmeerzeugungsschicht) zwischen den Elektroden vorzusehen oder eine Schutzschicht einzuführen, um die Widerstandsschicht zu schützen.
Bei der vorliegenden Ausführungsform werden Wärmeerzeugungselemente verwendet, bei denen jedes Wärmeerzeugungselement aus einer Widerstandsschicht aufgebaut ist, die Wärme als Reaktion auf elektrische Signale liefert. Dennoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf die Verwendung eines solchen Wärmeerzeugungselementes beschränkt. Es sollte genügen, wenn nur jedes der Wärmeerzeugungselemente fähig ist, Blasen in genügender Menge zu erzeugen, um so den Ausstoß von Flüssigkeit zu ermöglichen. Zum Beispiel optothermische Wandler, deren Wärmeerzeugungseinheit Wärme erzeugt, wenn sie Laserstrahlen oder anderes Licht aufnimmt oder einige andere Wärmeerzeugungselemente, die Wärme erzeugen, wenn sie Hochfrequenz aufnehmen.
Hier kann es bei der vorstehend beschriebenen Grundträgerschicht 1 möglich sein, Transistoren Dioden, Zwischenspeicher, Schieberegister und andere Funktionselemente integral in das Halbleiterherstellungsverfahren, neben der Widerstandsschicht 105, die die Wärmeerzeugungseinheit und die elektrothermischen Wandlerelemente, die mit Drahtelektroden aufgebaut sind, die elektrische Signale an die Widerstandsschicht liefern, um die die elektrothermischen Wandlerelemente selektiv anzusteuern, einzubeziehen.
Um jede Wärmeerzeugungseinheit der Wärmeerzeugungselemente, die auf der vorstehend beschriebenen Grundträgerschicht zum Ausstoß von Flüssigkeit angeordnet sind, anzusteuern, werden Rechteck-Impulse an die Widerstandsschicht 105 über die Drahtelektroden 104 angelegt, die dadurch die Widerstandsschicht zwischen den Drahtelektroden veranlassen, abrupt Wärme zu erzeugen. Bei jedem Kopf der vorhergehenden Ausführungsformen werden elektrische Signale mir 6 kHz bei einer Spannung von 24 V mit einer Pulsbreite von 7 μsec und einem Strom von 250 mA angelegt, um jedes der Wärmeerzeugungselemente anzusteuern. Bei einer solchen Arbeitsweise wird Tintenflüssigkeit aus jedem der Ausstoßöffnungen ausgestoßen. Jedoch sind die Bedingungen der Ansteuersignale nicht notwendigerweise auf die vorstehend Beschriebenen beschränkt. Es sollte genügen, wenn nur die Ansteuersignale so sind, daß sie die Blasenflüssigkeit genügend schäumen lassen.
(Aufbau eines Kopfes mit Zwei-Strömungskanal-Struktur)
Nun wird ein Konstruktionsbeispiel eines Flüssigkeitsstrahlkopfes, wie nachstehend angegeben, bei dem verschiedene Flüssigkeiten dem ersten und dem zweiten gemeinsamen Flüssigkeitskammern getrennt in gutem Zustand zugeführt werden können und bei dem es möglich ist, eine Verringerung der An zahl der Bauteile zwecks Kostenreduzierung in Angriff zu nehmen, beschrieben.
17 ist eine Ansicht, die schematisch den Aufbau eines Flüssigkeitsstahlkopfes dieser Art darstellt. Hier werden die gleichen Bezugszeichen für die gleichen Bestandteile wie in den vorhergehenden Ausführungsformen verwendet und deren Beschreibung wird weggelassen.
Bei der vorliegenden Ausführungsform weist das genutete Element 50 eine Mündungsplatte 51 auf, die die Ausstoßöffnungen 18, eine Vielzahl von Nuten, die eine Vielzahl von ersten Flüssigkeitsströmungskanälen 14 bilden, und einen zurückgesetzten Abschnitt, der die erste gemeinsame Flüssigkeitskammer zur Zuführung von Flüssigkeit (Ausstoßflüssigkeit) an jeden der ersten Flüssigkeitsströmungskanäle 14 bildet, aufweist.
Die Trennwand 30 ist mit dem unteren Seitenabschnitt des genuteten Elementes 50 verklebt, um eine Vielzahl von ersten Flüssigkeitsströmungskanälen auszubilden. Das genutete Element 50 ist mit einem ersten Flüssigkeitsströmungskanal 20 ausgestattet, der das Innere der ersten gemeinsamen Flüssigkeitskammer 15 vom oberen Teil des genuteten Elementes erreicht. Ebenso ist das genutete Element 50 mit einem zweiten Flüssigkeitsströmungskanal 21 ausgestattet, der das Innere der zweiten gemeinsamen Flüssigkeitskammer vom oberen Teil des genuteten Elementes durch die Trennwand 30 hindurch erreicht.
Die erste Flüssigkeit (Ausstoßflüssigkeit) wird der ersten gemeinsamen Flüssigkeitskammer 15 über den ersten Flüssigkeitsströmungskanal 20, (wie durch einen Pfeil C in 17 angezeigt) und dann dem ersten Flüssigkeitsströmungskanal 14 zugeführt. Die zweite Flüssigkeit (Blasenflüssigkeit) wird der zweiten gemeinsamen Flüssigkeitskammer 17 über den zweiten Flüssigkeitsströmungskanal 21, wie durch einen Pfeil D in 17 angezeigt, und dann dem zweiten Flüssigkeitsströmungskanal 16 zugeführt.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist der zweite Flüssigkeitszuführungskanal 21 parallel mit dem ersten Flüssigkeitszuführungskanal 20 angeordnet, aber die Anordnung ist nicht notwendigerweise auf diesen Aufbau beschränkt. Die Anordnung kann auf jede Weise erfolgen, wenn nur der zweite Flüssigkeitszuführungskanal durchleitend mit der zweiten gemeinsamen Flüssigkeitskammer durch die Trennwand 30 hindurch verbunden ist, die auf der Außenseite der ersten gemeinsamen Flüssigkeitskammer 15 angeordnet ist.
Auch die Dicke (Durchmesser) des zweiten Flüssigkeitszuführungskanals kann unter Berücksichtigung der Zuführungsmenge der zweiten Flüssigkeit bestimmt werden. Es ist nicht notwendig, den zweiten Flüssigkeitszuführungskanal 21 kreisförmig zu gestalten. Er kann als Rechteck oder Ähnliches konfiguriert werden.
Auch die zweite gemeinsame Flüssigkeitskammer 17 kann ausgebildet werden, indem das genutete Element 50 mit Hilfe der Trennwand 30 abgeteilt wird. Bei dem Verfahren der Herstellung und Zusammensetzung werden der Rahmen der gemeinsamen Flüssigkeitskammer und die Wand des zweiten Flüssigkeitsströmungskanals durch Trockenfilm auf der Grundträgerschicht ausgebildet und dann können die zweite gemeinsame Flüssigkeitskammer 17 und der zweite Flüssigkeitsströmungskanal 16 durch Verklebung der Grundträgerschicht ausgebildet werden und das verklebte Element des genuteten Elementes 50 und die Trennwand 30 zusammen am genuteten Element befestigt werden.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die Grundträgerschicht, die eine Vielzahl von elektrothermischen Wandlern als Wärmeerzeugungselement 2 zur Erzeugung von Wärme zur Blasenbildung durch Filmsieden in einer Blasenflüssigkeit aufweist, auf einem Stützelement 70 aus Aluminium oder einem anderen Metall wie zuvor beschrieben angeordnet.
Auf der Grundträgerschicht 1 ist eine Vielzahl von Rillen, die den Flüssigkeitsströmungskanal 16, der durch die Wand des zweiten Flüssigkeitsströmungskanals gebildet wird, ausmachen, ein zurückgesetzter Abschnitt, der die zweite gemeinsame Flüssigkeitskammer 17 (gemeinsame Blasenflüssigkeitskammer) bildet und durchleitend mit einer Vielzahl von Blasenflüssigkeitsströmungskanälen verbunden ist, um Blasenflüssigkeit an jeden davon zu liefern und eine Trennwand 30, die das zuvor beschriebene bewegliche Element 31 aufweist, angeordnet.
Das genutete Element 50 ist mit einer Nut, die den Ausstoßflüssigkeitsströmungskanal 14 bildet (erster Flüssigkeitsströmungskanal), wenn er mit der Trennwand 30 verklebt ist, einem zurückgesetzten Abschnitt, der die erste gemeinsame Flüssigkeitskammer 15 (gemeinsame Ausstoßflüssigkeitskammer) bildet, um Ausstoßflüssigkeit an jeden der Ausstoßflüssigkeitsströmungskanäle liefert, dem ersten Zuführungskanal 20 (Ausstoßflüssigkeitszuführungskanal), um Ausstoßflüssigkeit an die erste gemeinsame Flüssigkeitskammer zu liefert und dem zweiten Zuführungskanal 21 (Blasenflüssigkeitszuführungskanal), um Blasenflüssigkeit an die zweite gemeinsame Flüssigkeitskammer 17 zu liefern, versehen. Die zweite gemeinsame Flüssigkeitskammer 21 steht mit dem Verbindungskanal, der durchleitend mit der zweiten gemeinsamen Flüssigkeitskammer 17 durch die an der Außenseite der ersten gemeinsamen Flüssigkeitskammer 15 angeordneten Trennwand 30 hindurch verbunden ist, in Verbindung. Mit Hilfe dieses Verbindungskanals wird Blasenflüssigkeit der zweiten gemeinsamen Flüssigkeitskammer 15 ohne jede Vermischung mit Ausstoßflüssigkeit zugeführt.
In dieser Hinsicht ist das Verhältnis der Lage zwischen der Grundträgerschicht 1 der Trennwand 30 und der genuteten Deckplatte 50 so, daß das bewegliche Element 31 in Übereinstimmung mit den Wärmeerzeugungselementen auf der Grundträgerschicht 1 angeordnet werden kann und daß die Ausstoßflüssigkeitsströmungskanäle 14 in Übereinstimmung mit dem beweglichen Element 31 angeordnet werden. Für die vorliegende Ausführungsform ist auch ein Beispiel gezeigt, in dem ein zweiter Zuführungskanal für das genutete Element angeordnet ist, aber abhängig von der Menge der Zuführung kann auch eine Vielzahl davon vorgesehen werden. Weiterhin können die Teilbereiche für die Strömungskanäle des Ausstoßflüssigkeitszuführungskanals 20 und des Blasenflüssigkeitszuführungskanals 21 im Verhältnis der entsprechenden Zuführungsmengen festgelegt werden.
Hier wird es durch Optimierung der Teilbereiche dieser Strömungskanäle möglich, die Bauteile, die das genutete Element bilden, noch kleiner zu machen.
In Übereinstimmung mit der vorstehend beschriebenen vorliegenden Ausführungsform ist es möglich, die Anzahl der Teile zu verringern, indem die genutete Deckplatte so angeordnet wird, daß sie als ein und dasselbe Element für den zweiten Flüssigkeitszuführungskanal, zur Zuführung der zweiten Flüssigkeit an den zweiten Strömungskanal und den ersten Flüssigkeitszuführungskanal zur Zuführung der ersten Flüssigkeit an den ersten Flüssigkeitsströmungskanal wirkt und dann die Anzahl der Herstellungsvorgänge zur Verringerung der Kosten zu verringern.
Da der Aufbau so gestaltet ist, daß die Zuführung der zweiten Flüssigkeit in die zweite gemeinsame Flüssigkeitskammer, die durchleitend mit dem zweiten Flüssigkeitsströmungskanal verbunden ist, mit Hilfe des zweiten Flüssigkeitsströmungskanals in der Richtung, die die Trennwand, die die erste und zweite Flüssigkeit trennt, erfolgt, ist es auch möglich, die Trennwand, das genutete Element und die Trägerschicht zur Ausbildung von Wärmeerzeugungselementen in einem einheitlichen Vorgang zu verkleben. Dadurch wird die Herstellung leichter gemacht, während die Genauigkeit der Verklebung verbessert wird, was zu einem Flüssigkeitsausstoß in gutem Zustand führt.
Da die zweite Flüssigkeit der zweiten gemeinsamen Flüssigkeitskammer über den Durchgang durch die Trennwand zugeführt wird, wird auch die zweite Flüssigkeit dem zweiten Flüssigkeitsströmungskanal zuverlässig zugeführt, was es möglich macht, eine genügende Zufuhr für einen stabilisierten Ausstoß sicher zu stellen.
(Ausstoßflüssigkeit und Blasenflüssigkeit)
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung, die in Übereinstimmung mit der vorliegenden Ausführungsform beschrieben wurde, ist es möglich, Flüssigkeit mit höherer Ausstoßenergie und Ausstoßeffektivität auszustoßen als der konventionelle Flüssigkeitsstrahlkopf, indem der Aufbau mit einem früher beschriebenen beweglichen Element verwendet wird. Die Geschwindigkeit des Flüssigkeitsausstoßes wird ebenfalls höher. Wenn die gleiche Flüssigkeit als Blasenflüssigkeit und auch als Ausstoßflüssigkeit für einige Konstruktionen, die die vorliegende Erfindung verkörpern, ver wendet wird, ist es möglich, verschiedene Arten von Flüssigkeit zu verwenden, wenn nur die verwendete Flüssigkeit in ihrer Qualität durch die Anwendung von Wärme nicht verschlechtert wird, sie nicht leicht Ablagerungen auf den Heizelementen erzeugt, wenn sie erhitzt wird und in der Lage ist, umkehrbare Zustandsänderungen durch Verdampfung und Kondensation aufzuweisen, wenn sie erwärmt wird und auch keine Beeinträchtigungen an den Flüssigkeitsströmungskanälen, dem beweglichen Element und dem Wandelement hervorruft.
Von diesen Flüssigkeiten kann Tinte mit der Zusammensetzung, wie sie für eine konventionelle Tintenstrahlvorrichtung als Flüssigkeit für die Aufzeichnung (Aufzeichnungsflüssigkeit) verwendet wird, benutzt werden.
Andererseits genügt es, wenn verschiedene Flüssigkeiten als Ausstoßflüssigkeit beziehungsweise als Blasenflüssigkeit bei einem Kopf mit dem Zwei-Strömungskanalaufbau verwendet werden, wenn Flüssigkeit verwendet wird, die die vorstehend als Blasenflüssigkeit beschriebenen Eigenschaften aufweist. Insbesondere können die Folgenden genannt werden: Methanol, Äthanol, n-Propanol, Isopropanol, n-Hexan, n-Heptan, n-Oktan, Toluen, Xylen, Äthylendichlorid, Trichloräthylen, Freon TF, Freon BF, Äthyläther, Dioxan, Zyklohexan, Methylazetat, Äthylazetat, Azeton, Methylätherketon, Wasser und ihre Mischungen unter anderen.
Als Ausstoßflüssigkeit können verschiedene Arten von Flüssigkeiten verwendet werden, unabhängig vom Vorhandensein oder Fehlen von thermischen oder blasenbildenden Eigenschaften. Auch selbst eine Flüssigkeit, deren Blasenbildungsfähigkeit gering ist und den Ausstoß bei Verwendung eines konventionellen Kopfes schwierig macht, eine Flüssigkeit, deren Eigenschaften sich bei Einwirkung von Wärme leicht verändern oder verschlechtern oder eine Flüssigkeit, deren Viskosität hoch ist, als Ausstoßflüssigkeit verwendbar.
Dennoch ist es bei den Eigenschaften von Ausstoßflüssigkeit wünschenswert, daß eine solche Flüssigkeit den Ausstoß, die Blasenbildung und Arbeitsweise des beweglichen Elementes oder Ähnliches selbst oder als Reaktion auf ihren Kontakt mit Blasenflüssigkeit nicht behindert.
Als Ausstoßflüssigkeit zur Aufzeichnung ist es möglich, hochviskose Tinten oder Ähnliches zu verwenden. Als andere Ausstoßflüssigkeiten kann die Verwendung von solchen Flüssigkeiten wie Medikamente oder Parfüm, deren Eigenschaften nicht beständig gegen Wärme sind, angeführt werden.
Bei der vorliegenden Erfindung wird die Aufzeichnung unter Verwendung von Tinte mit folgender Zusammensetzung als Aufzeichnungsflüssigkeit ausgeführt, die sowohl als Ausstoßflüssigkeit als auch als Blasenflüssigkeit verwendet werden kann, hier wird bei der verbesserten Ausstoßenergie, die Ausstoßgeschwindigkeit hoch und macht es möglich, aufgezeichnete Bilder von extrem hoher Qualität durch die erhöhte Aufschlaggenauigkeit der Tröpfchen zu erhalten. Farbtinten mit einer Viskosität von 2 cp:

(C.I. "food black 2 ") Farbstoff 3 Gew. %

Diäthylenglykol 10 Gew. %

Thiodiglykol 5 Gew. %

Äthanol 3 Gew. %

Wasser 77 Gew. %

Auch wird eine Aufzeichnung durch Kombination von Flüssigkeit mit der folgenden Zusammensetzung mit Blasenflüssigkeit und Ausstoßflüssigkeit durchgeführt, hier wird es im Ergeb nis möglich, Flüssigkeit auszustoßen, die eine hohe Viskosität von 150 cp aufweist, nicht zu nennen eine solche, mit zehn oder mehreren cp, alle in so gutem Zustand, den der konventionelle Kopf nicht so leicht leisten kann, und so aufgezeichnete Bilder von hoher Qualität zu erhalten. Blasenflüssigkeit 1:

Äthanol	40 Gew. %
Wasser	60 Gew. %

Blasenflüssigkeit 2:

Wasser

100 Gew. %

Blasenflüssigkeit 3:

Isopropylalkohol	10 Gew. %
Wasser	90 Gew. %

Ausstoßflüssigkeit 1 (Pigmenttinte (Viskosität ca. 15 cp)

Kohlenstoffschwarz	5 Gew. %
Styrenakrylsäure-Äthylakrylat Kopolymer (Säurewert 140, Gewicht durchschnittliches Molekulargewicht 8.000)	1 Gew. %
Monoäthanolamin	0,25 Gew. %
Glyzerin	69 Gew. %
Thiodiglykol	5 Gew. %
Äthanol	3 Gew. %
Wasser	16,75 Gew. %

Ausstoßflüssigkeit 2 (Viskosität 55 cp):

Polyäthylenglykol 200

100 Gew. %

Ausstoßflüssigkeit 3 (Viskosität 150 cp)

Polyäthylenglykol 600

100 Gew. %

Wenn nun eine Flüssigkeit, die nicht einfach mit Hilfe des konventionellen Ausstoßes ausgestoßen werden kann verwendet wird, wird wegen der geringeren Ausstoßgeschwindigkeiten eine Veränderung der Ausstoßausrichtung unterstützt. Im Ergebnis wird die Auftreffgenauigkeit der Tröpfchen ungünstig, was es schwierig macht, Bilder von hoher Qualität zu erhalten. Dennoch können bei den Ausführungsformen, die wie vorstehend beschrieben aufgebaut sind, Blasen genügend und stabil durch Verwendung von Blasenflüssigkeit erzeugt werden. Folglich ist es möglich, die Aufschlaggenauigkeit der Tröpfchen zu verbessern und die Ausstoßmenge der Tinte zu stabilisieren, und deshalb zu einer wesentlichen Verbesserung der Qualität der aufgezeichneten Bilder zu kommen.
(Aufbau der Kopfkartusche)
Nun wird eine kurze Beschreibung der Flüssigkeitsstrahlkopfkartusche gegeben, die einen Flüssigkeitsstrahlkopf in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung, wie vorstehend beschrieben, aufnimmt.
19 ist eine perspektivische Explosionszeichnung, die schematisch die Flüssigkeitsstrahlkopfkartusche zeigt. Die Flüssigkeitsstrahlkopfkartusche ist hauptsächlich aus der Flüssigkeitsstrahlkopfeinheit 200 und dem Flüssigkeitsbehälter 90 aufgebaut.
Die Flüssigkeitsstrahlkopfeinheit 200 umfaßt die Grundträgerschicht 1, die Trennwand 30 das genutete Element 50, die Druckfeder 78, das Flüssigkeitszuführungselement 80 und das Stützelement 70.
Eine Vielzahl von wärmeerzeugenden Widerständen (Wärmeerzeugungselemente) sind in einer Linie auf der Grundträgerschicht angeordnet. Ebenso ist eine Vielzahl von Funktionselementen angeordnet, um diese wärmeerzeugenden Widerstände anzusteuern. Jeder der Blasenflüssigkeitsströmungskanäle ist zwischen der Grundträgerschicht 1 und der Trennwand 30 ausgebildet und weist ein bewegliches Element auf. Die Blasenflüssigkeit wird in jeden der Strömungskanäle verteilt. Die Trennwand 30 und die genutete Deckplatte 50 sind verklebt und bilden den Flüssigkeitsströmungskanal (nicht gezeigt), um die Ausstoßflüssigkeit für den Ausstoß zu verteilen.
Die Druckfeder 78 ist ein Element, das eine Vorspannung auf das genutete Element 50 in Richtung der Grundträgerschicht ausübt. Durch die Anwendung dieser Vorspannungskraft werden die Grundträgerschicht 1, die Trennwand 30, das genutete Element 50 und das Stützelement 70 (das später beschrieben wird) in gutem Zustand zusammengefügt.
Das Stützelement 70 ist ein Bauteil, das die Grundträgerschicht 1 und andere abstützt. Auf dem Stützelement 70 sind eine Leiterplatte 73, die mit der Grundträgerschicht 1 verbunden ist, um elektrische Signale zuzuführen, und auch Kontaktflächen 74, die mit der Geräteseite verbunden sind, um damit elektrische Signale auszutauschen, angeordnet.
Der Flüssigkeitsbehälter 90 bewahrt Tinte oder andere Ausstoßflüssigkeit und Blasenflüssigkeit, um darin Blasen zu erzeugen, auf. Auf der Außenseite des Flüssigkeitsbehälters sind ein Positionierungsstück 94, um den Flüssigkeitsstrahlkopf 200 und den Flüssigkeitsbehälter 90 zu verbinden, und eine feste Spindel 95, um sie zu befestigen, angeordnet. Ausstoßflüssigkeit wird durch einen Zuführungskanal 84 des Verbindungselementes von Ausstoßflüssigkeitszuführungskanal 92 des Flüssigkeitsbehälters 90 dem Ausstoßflüssigkeitszuführungskanal 81 des Flüssigkeitszuführungselementes 80 zugeführt und dann entsprechend an die erste gemeinsame Flüssigkeitskammer durch jedes der Ausstoßflüssigkeitszuführungsöffnungen 83, 79, 20 eines jeden Elementes geliefert.
Gleichermaßen wird Blasenflüssigkeit von Blasenflüssigkeitszuführungskanal 93 des Flüssigkeitsbehälters 90 dem Blasenflüssigkeitszuführungskanal 82 des Flüssigkeitszuführungselementes 80 durch den Zuführungskanal des Verbindungselementes und dann der zweiten Flüssigkeitskammer durch jeden der Blasenflüssigkeitszuführungsöffnungen 84, 79, 21 zugeführt.
Nun erfolgt eine Beschreibung eines Flüssigkeitsstrahlkopfes mit einem Zuführungsmodus, bei dem Blasenflüssigkeit und Ausstoßflüssigkeit, als verschiedene Flüssigkeiten zugeführt werden, und mit einem Flüssigkeitsbehälter 90. Wenn jedoch Ausstoßflüssigkeit und Blasenflüssigkeit gleich sind, sind der Zuführungskanal für die Blasenflüssigkeit und der für die Ausstoßflüssigkeit nicht notwendigerweise getrennt.
In dieser Hinsicht kann der Flüssigkeitsbehälter 90 benutzt werden, um Flüssigkeit nachzufüllen, nachdem jede Flüssigkeit verbraucht ist. An dieser Stelle ist es wünschenswert, eine Flüssigkeitseinfüllöffnung für den Flüssigkeitsbehälter 90 vorzusehen. Es kann auch möglich sein, den Flüssigkeitsstrahlkopf 200 und den Flüssigkeitsbehälter 90 als Einheit herzustellen oder sie einzeln auszubilden.
(Industrielle Flüssigkeitsstrahlkopfvorrichtung, Tintenstrahlaufzeichnungssystem)
Nun erfolgt die Beschreibung eines Beispiels eines Tintenstrahlaufzeichnungssystems, das den Flüssigkeitsstrahlkopf der vorliegenden Erfindung als seinen Aufzeichnungskopf verwendet, um Aufzeichnungen auf ein Aufzeichnungsmedium durchzuführen.
20 ist eine Ansicht, die schematisch den Aufbau dieses Tintenstrahlaufzeichnungssystems zeigt, das den vorstehend beschriebenen Flüssigkeitsstrahlkopf der vorliegenden Erfindung verwendet.
Der Flüssigkeitsstrahlkopf der vorliegenden Ausführungsform ist ein Kopf vom Linientyp, bei dem eine Vielzahl von Ausstoßöffnungen auf einer Länge, die der Aufzeichnungsbreite des Aufzeichnungsmediums 150 entspricht, in Abständen (Dichte) von 360 dpi angeordnet sind. Vier Flüssigkeitsstrahlköpfe 201a bis 201d sind parallel zueinander in den vorgegebenen Abständen in Richtung X fest durch einen Halter 202 abgestützt, entsprechend den vier Farben gelb (Y), magenta (M), cyan (C) und schwarz (Bk).
Vom Kopftreiber 307, der das Steuersignalzuführungsmittel darstellt, werden Signale jedem der Flüssigkeitsstrahlköpfe zugeführt. In Übereinstimmung mit diesen Signalen wird jeder der Köpfe angesteuert.
An jeden der Köpfe werden entsprechend vier unterschiedliche Farbtinten Y, M, C, Bk von Tintenbehälter 204a bis 204d als Ausstoßflüssigkeit geliefert. Hier bezeichnet die Bezugszahl 204e den Blasenflüssigkeitsbehälter, der die Blasenflüssigkeit enthält. Der Aufbau ist so gestaltet, daß die Blasenflüssigkeit im Blasenflüssigkeitsbehälter 204e an jeden der Flüssigkeitsstrahlköpfe geliefert wird.
Unterhalb eines jeden Flüssigkeitsstrahlkopfes sind auch Kopfkappen, die Schwamm oder andere tintenabsorbierende Materialien enthalten, um die Ausstoßöffnungen der Flüssigkeitsstahlköpfe abzudecken und so jeden in guten Zustand halten, wenn der Aufzeichnungsbetrieb ruht.
Die Bezugszahl 206 bezeichnet hier einen Transportriemen, der als Transportmittel zum Transport von jeder Art von Auf zeichnungsmedien, wie vorstehend für jede Ausführungsform beschrieben, ausgebildet ist. Dieser Transportriemen 206 ist im gegebenen Durchlaß um verschiedene Rollen gezogen und wird durch Antriebsrollen angetrieben, die mit dem Motorantrieb 305 verbunden sind.
Bei dem Tintenstrahlaufzeichnungssystem der vorliegenden Ausführungsform sind eine Vorbearbeitungseinrichtung 251 und eine Nachbearbeitungseinrichtung 252 auf der Zulauf- und der Ablaufseite des Transportdurchlaufs des Aufzeichnungsmediums, entsprechend vor und nach der Aufzeichnung in Bezug auf das Aufzeichnungsmedium eingebaut, um verschiedene Arbeitsgänge durchzuführen.
Die Vorbearbeitungen und Nachbearbeitungen sind unterschiedlich im Inhalt des zugehörigen Verfahrens abhängig von der Art der Aufzeichnungsmedien und der Arten der Tinte. Zum Beispiel werden hinsichtlich des Aufzeichnens auf ein Aufzeichnungsmedium wie z.B. Metall, Plastik oder Keramik ultraviolette Strahlen und Ozon abgestrahlt um die Oberfläche des verwendeten Mediums zu aktivieren und so die Haftung der Tinte darauf zu verbessern. Auch wenn auf ein Medium wie z.B. Plastik aufgezeichnet wird, das leicht statische Elektrizität aufbaut, wird leicht Staub von deren Oberfläche angezogen und behindert in einigen Fällen eine gute Aufzeichnung. Daher wird als Vorbearbeitungseinrichtung ein Ionisierer verwendet, um die statische Elektrizität zu entfernen. Auf diese Weise sollten Staubpartikel vom Aufzeichnungsmedium entfernt werden. Auch wenn Stoffe als Aufzeichnungsmedium verwendet werden, kann eine Vorbearbeitung durchgeführt werden, um eine Substanz, die aus Alkalisubstanzen, wasserlöslichen Substanzen, synthetischen Polymeren wasserlöslichen Metallsalzen, Harnstoff und Thioharnstoff ausgewählt wurde, aufzutragen, um Flecken zu verhindern, während die Färbungs rate verbessert wird. Dennoch ist die Vorbehandlung nicht notwendigerweise auf die Vorbeschriebenen beschränkt. Es könnte ein Vorgang zur geeigneten Anpassung der Temperatur des Aufzeichnungsmediums auf eine für das Aufzeichnen auf ein solches Medium geeignete Temperatur sein.
Andererseits wurde bei der vorliegenden Ausführungsform eine Beschreibung für einen linienförmigen Kopf, der zur Verwendung als Flüssigkeitsstrahlkopf verwendet wurden, gegeben, aber die vorliegende Erfindung ist nicht notwendigerweise darauf beschränkt. Es kann möglich sein, die vorliegende Erfindung auf eine Arbeitsweise anzuwenden, bei der der früher beschriebene kleinere Flüssigkeitsstrahlkopf zur Aufzeichnung in Richtung der Breite eines Aufzeichnungsmediums arbeitet.
Weiterhin stellt die vorstehend beschriebene Ausführungsform den rationellsten Aufbau für die Verschiebung des beweglichen Elementes entsprechend dem ausgeübten Druck dar, wenn jede der Blasen gebildet wird. Es kann bei der vorliegenden Erfindung möglich sein, den Aufbau so zu gestalten, daß das bewegliche Element veranlaßt wird, sich mit Hilfe anderer Mittel, die es sich etwas verschieben lassen, zu bewegen oder das bewegliche Element wird veranlaßt, sich durch die Druckwellen zum Zeitpunkt der Blasenbildung zu bewegen, während es durch solche vorangegangenen Mittel bewegt wird. Als andere hier anwendbare Mittel gibt es viele Mittel, die zur Verschiebung des beweglichen Elementes verwendet werden können wie z.B. Mittel zur Steuerung eines Bimetalls, das das bewegliche Element bildet.
Da die vorliegende Erfindung die vorstehend beschriebenen konstruktiven Bedingungen aufweist, ist es möglich, die Einleitung der Verschiebung des freien Endes des beweglichen Elementes schnell und zuverlässig zu gestalten und genügend Druck zum Zeitpunkt der Blasenbildung zur Ausstoßöffnungsseite und der Drehpunktsseite des beweglichen Elementes zu leiten. Folglich wird die Entwicklung einer jeden der nachfolgenden Blasen zuverlässiger und effektiver zur Ausstoßöffnungsseite gerichtet.

Claims

Flüssigkeitsausstoßkopf, der aufweist: einen elektrothermischen Wandler (2) zum Erzeugen von thermischer Energie in einem Blasenerzeugungsbereich (11), um die Bildung einer Blase (4) zu veranlassen, damit Flüssigkeit aus einer Ausstoßöffnung (18) ausgestoßen wird und ein bewegliches Element (31), das gegenüber dem elektrothermischen Wandler (2) angeordnet ist, wobei das bewegliche Element ein freies Ende (32) auf der Seite der Ausstoßöffnung und einen Drehpunkt (33) aufweist, wobei das freie Ende sich näher an der Ausstoßöffnung befindet als der Drehpunkt, wobei sich in Richtung des Flüssigkeitsstroms zur Ausstoßöffnung (18) das freie Ende (32) auf der Abströmseite des Zentrums (3) des Blasenerzeugungsbereiches (11) und auf der Zuströmseite des ausströmöffnungsseitigen Endes des Blasenerzeugungsbereiches (11) befindet.
Flüssigkeitsausstoßkopf nach Anspruch 1, wobei der am weitesten abströmseitige Teil des Blasenerzeugungsbereiches (11) einem Zwischenraum zwischen dem freien Ende (32) des beweglichen Elementes (31) und der Trennwand (32a) gegenüber liegt.
Flüssigkeitsausstoßkopf nach Anspruch 1, wobei das freie Ende (32) des beweglichen Elementes (31) in Flüssig keitsströmungsrichtung durch einen Zwischenraum von 5μm oder mehr von der Trennwand (32a) getrennt ist.
Flüssigkeitsausstoßkopf nach Anspruch 2, wobei die gegenüberliegenden Flächen der Trennwand und des freien Endes in Richtung der Ausstoßöffnung geneigt sind.
Flüssigkeitsausstoßkopf nach Anspruch 2, wobei die Trennwand (32a) auf einem Konstruktionselement angeordnet ist, das eine geneigte Fläche aufweist (SW).
Flüssigkeitsausstoßkopf nach Anspruch 1, wobei eine Konstruktion zum Reflektieren oder Einbringen von Schallwellen, die zum Zeitpunkt der Blasenbildung im wirksamen Blasenbildungsbereich gebildet werden, vorgesehen ist, um den Druckgradienten in der Umgebung des Verschiebungsbereiches des freien Endes (32) des beweglichen Elementes (31) zu verstärken.
Flüssigkeitsausstoßkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 6, worin ein elektrothermischer Wandler ausgebildet ist, um die Erzeugung von Blasen durch Filmsieden im Blasenerzeugungsbereich (11) zu veranlassen.
Flüssigkeitsausstoßvorrichtung, die aufweist: einen Flüssigkeitsausstoßkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 7 und eine Konstruktion, um dieselbe Flüssigkeit dem beweglichen Element (31) und dem Blasenerzeugungsbereich (11) zuzuführen.
Flüssigkeitsausstoßvorrichtung, die aufweist: einen Flüssigkeitsausstoßkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 7, eine erste Konstruktion zur Zuführung einer ersten Flüssigkeit entlang des Flüssigkeitsströmungskanals zur Ausstoßöffnung (18) und eine zweite Konstruktion zur Zuführung einer zweiten Flüssigkeit, die sich von der ersten Flüssigkeit unterscheidet in den Blasenerzeugungsbereich (11), so daß die zweite Flüssigkeit von der ersten Flüssigkeit getrennt ist.
Flüssigkeitsausstoßvorrichtung, die aufweist: einen Flüssigkeitsausstoßkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 7, Transportmittel (211) zum Transport eines Aufzeichnungsmediums zum Druckbereich und Steuerungsmittel (307) zum Ansteuern des elektrothermischen Wandlers, um den Ausstoß von Flüssigkeit vom Kopf auf das Aufzeichnungsmedium im Druckbereich zu bewirken.
Verfahren zum Ausstoß von Flüssigkeit aus einem Flüssigkeitsausstoßkopf (1), der eine Ausstoßöffnung (18), ein bewegliches Element (31) mit einem freien Ende (32) und einem Drehpunkt (33) aufweist, wobei das freie Ende sich näher an der Ausstoßöffnung befindet als der Drehpunkt, und das Verfahren einen Schritt beinhaltet, bei dem das freie Ende (32) des beweglichen Elementes (31) dadurch verschoben wird, daß der elektrothermische Wandler (2) veranlaßt wird Wärme in einen Blasenerzeugungsbereich (11) zu erzeugen, eine Blase (4) zu bilden und Flüssigkeit aus einer Ausstoßöffnung auszustoßen, wobei das freie Ende (32) gegenüber dem elektrothermischen Wandler (2) angeordnet ist und sich in Richtung des Flüssigkeitsstromes zur Ausstoßöffnung (18) abströmseitig des Zentrums (3) des Blasenerzeugungsbereiches (11) und zuströmseitig der Ausstoßöffnungsseite des Blasenerzeugungsbereiches (11) befindet.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei der am weitesten abströmseitig gelegene Teil des Blasenerzeugungsbereiches (11) einem Zwischenraum zwischen dem freien Ende (32) des beweglichen Elementes (31) und der Trennwand (32a) gegenüberliegt.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das freie Ende (32) des beweglichen Elementes (31) von der Trennwand (32a) durch einen Zwischenraum mit einer Länge von 5 μm oder mehr in Richtung des Flüssigkeitsstromes getrennt ist.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Druckgradient in der Umgebung des Verschiebungsbereiches des freien Endes (32) des beweglichen Elementes (31) mit Hilfe einer Konstruktion zur Reflexion oder Einbringung von Schallwellen, die zum Zeitpunkt der Blasenbildung im Blasenbildungsbereich (11) erzeugt werden, verstärkt wird.
Verfahren nach Anspruch 11, 12, 13 oder 14, wobei der thermoelektrische Wandler (2) eine Blasenbildung mit Hilfe des Filmsiedens im Blasenerzeugungsbereich (11) hervorruft.