DE69934845T2

DE69934845T2 - Flüssigkeitsausstosskopf und Flüssigkeitsausstossverfahren

Info

Publication number: DE69934845T2
Application number: DE69934845T
Authority: DE
Inventors: Yoichi Ohta-ku Taneya; Hiroyuki Ohta-ku Ishinaga; Hiroyuki Ohta-ku Sugiyama; Sadayuki Ohta-ku Sugama; Satoshi Ohta-ku Shimazu
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1998-07-28
Filing date: 1999-07-28
Publication date: 2007-05-31
Anticipated expiration: 2019-07-29
Also published as: AU766832B2; EP0976562A3; CN1247803A; US6450776B1; CA2279022C; CA2279022A1; DE69934845D1; AU4115699A; CN1106287C; EP0976562A2; EP0976562B1; KR20000012045A; KR100337847B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Flüssigkeitsausstoßvorrichtung, die durch Anwenden von Wärmeenergie auf eine Flüssigkeit eine Blase erzeugt und unter Nutzung der Blase die Flüssigkeit ausstößt, und in mehr besonderer Weise eine Flüssigkeitsausstoßvorrichtung mit einem bewegbaren Element, das unter Nutzung einer Erzeugung einer Blase versetzt wird.
Der Begriff „Aufzeichnen", der in dieser Spezifikation verwendet wird, bedeutet nicht nur die Übertragung eines bestimmten Bilds, wie z. B. eines Buchstabens oder einer Zahl, sondern auch eines bedeutungslosen Bilds, wie z. B. eines Musters auf ein Aufzeichnungsmedium.
Dies ist herkömmlich als ein Tintenstrahl-Aufzeichnungsverfahren oder das so genannte Dampfblasenstrahl-Aufzeichnungsverfahren bekannt, das durch Anwenden einer Energie wie z. B. Wärme auf flüssige Tinte, die in einem Fließpfad einer Aufzeichnungsvorrichtung wie z. B. eines Druckers enthalten ist, eine Blase erzeugt und unter Verwendung einer Kraft, die durch einen plötzliche volumetrische Veränderung erzeugt wird, die durch die Erzeugung der Blase verursacht ist, die Tinte durch eine Ausstoßöffnung ausstößt, wodurch möglich wird, dass die Tinte auf einem Aufzeichnungsmedium derart haftet, dass ein Bild erzeugt wird. Eine Aufzeichnungsvorrichtung, die das Dampfblasenstrahl-Aufzeichnungsverfahren anwendet, weist im Allgemeinen eine Ausstoßöffnung zum Ausstoßen von Tinte, einen Fließpfad, der mit der Ausstoßöffnung in Verbindung steht, und ein elektrothermisches Umwand lungselement als eine Energie erzeugende Vorrichtung auf, wie durch das US-Patentdokument Nr. 4.723.129 beschrieben.
Ein derartiges Aufzeichnungsverfahren gestattet nicht nur ein Aufzeichnen eines Bilds mit hoher Qualität bei einer schnellen Geschwindigkeit und mit geringem Geräusch, sondern auch ein Anordnen von Ausstoßöffnungen zum Ausstoßen von Tinte mit einer hohen Dichte in einem Kopf, der gewählt ist, das Verfahren auszuführen, wodurch es eine Menge Vorzüge wie z. B. eine Fähigkeit zum mühelosen Aufzeichnen eines Bilds mit hoher Auflösung und sogar eines Farbbilds mit einer kompakten Vorrichtung aufweist.
Entsprechend ist das Dampfblasenstrahl-Aufzeichnungsverfahren in letzter Zeit für viele Arten Bürotechnik wie z. B. Drucker, Kopiergeräte und Faxgeräte und weiter für Industriesysteme wie z. B. Druckmaschinen verwendet worden.
Nachstehend erwähnte Anforderungen sind in der letzten Zeit, da ein Dampfblasensstrahl-Aufzeichnungsverfahren für Produkte auf vielen Gebieten verwendet worden ist, stärker geworden.
Es sind Antriebsbedingungen vorgeschlagen worden, um ein Flüssigkeitsausstoßverfahren bereitzustellen, das eine stabile Erzeugung einer Blase zum vorteilhaften Ausstoßen von Tinte mit einer großen Geschwindigkeit ermöglicht, um dadurch ein Bild mit hoher Qualität sowie eine Verbesserung bei einer Gestaltung eines Fließpfads für einen Flüssigkeitsausstoßkopf, der im Sinne eines Hochgeschwindigkeitsaufzeichnens eine ausgestoßene Flüssigkeit mit einer hohen Geschwindigkeit in einen Flüssigkeitspfad nachfüllt, zu erreichen.
Gesondert von einem solchen Kopf sprechend, geht ein japanisches Dokument No. 6-31918 einer Reflexionswelle (ein Druck, der in einer Richtung, die umgekehrt zu einer Richtung zu den Ausstoßöffnungen hin ist, aufgebracht wird) nach, die erzeugt wird, wenn eine Blase erzeugt wird, und beschreibt eine Erfindung eines Aufbaus zur Verhinderung der Reflexionswelle, auf die ein Verlust an Flüssigkeitsausstoßenergie zurückzuführen ist. Bei dem Aufbau gemäß dieser Erfindung ist ein dreieckiges plattenartiges Element einer Heizvorrichtung, die eine Blase erzeugt, gegenübergesetzt. Diese Erfindung dämpft die Reflexionswelle mit dem dreieckigen plattenartigen Element zeitweise und geringfügig. Doch das Patent nimmt keinen Bezug auf eine Wechselbeziehung zwischen einem Wachsen der Blase und dem dreieckigen Element noch hat es eine Vorstellung von dieser Wechselbeziehung, wodurch die vorstehend erwähnte Erfindung Probleme aufwirft, die nachfolgend beschrieben werden.
Die durch das Patent offenbarte Erfindung kann auf Grund einer Tatsache, dass die Heizvorrichtung an einem Boden eines Hohlraums angeordnet ist und nicht linear mit einer Ausstoßöffnung verbunden werden kann, eine Form eines Flüssigkeitströpfchens nicht konstant halten, und lässt auf Grund einer Tatsache, dass es der Blase ermöglicht ist, von einer Umgebung eines Eckpunkts eines Dreiecks aus zu wachsen, zu, dass die Blase innerhalb eines Gesamtbereichs von einer Seite zu einer gegenüberliegenden Seite des dreieckigen plattenartigen Elements wächst, wodurch sich als Ergebnis herausstellt, dass die Blase wie gewöhnlich in einer Flüssigkeit wächst, als wäre das plattenartige Element nicht verwendet worden. Entsprechend hat das Vorhandensein des plattenartigen Elements keinen Bezug zu einer gewachsenen Blase. Umgekehrt ist das plattenartige Element als ein Ganzes von der Blase umgeben und ermöglicht einer Nachfüllflüssigkeit für die in dem Hohlraum positionierte Heizvorrichtung, in einem Kontraktionsstadium der Blase eine Wirbelströmung zu erzeugen, und bildet eine Ursache für eine Ansammlung von kleinen Blasen in dem Hohlraum, wodurch es ein Prinzip selbst, die Flüssigkeit auf der Basis des Wachsens der Blase auszustoßen, stört.
Andererseits wird in dem Dokument EP-Nr. 436047A1 eine Erfindung vorgeschlagen, die abwechselnd ein erstes Ventil, das einen Abschnitt in der Nähe der Ausstoßöffnungen von einem Blasenerzeugungsabschnitt abschirmt, und ein zweites Ventil, das den Blasenerzeugungsabschnitt und einen Tintenzuführabschnitt (4 bis 9 in EP-Nr. 436047A1) abschirmt, öffnet und schließt. Doch diese Erfindung unterteilt diese drei Abschnitte in zwei, wodurch sie der Tinte, die einem Flüssigkeitstropfen folgt, ermöglicht, in einem Ausstoßstadium erheblich nachzulaufen, wodurch Satellitenpunkte in einer Anzahl erzeugt werden, die beträchtlich größer als die der Satellitenpunkte ist, die durch das gewöhnliche Ausstoßverfahren, das eine Blase groß werden, zusammenziehen und zerspringen lässt (angenommen, dass es nicht eine Wirkung eines Zurückweichens eines Meniskus verursacht durch Zerspringen der Blasen, nutzen kann), erzeugt werden. Ferner lässt die Erfindung zu, dass ausgestoßene Flüssigkeitstropfen außerordentlich schwankend sind, und stellt eine äußerst niedrige Ausstoßreaktionsfrequenz bereit, die kein praktisch nutzbares Niveau aufweist, da sie nicht in der Lage ist, die Flüssigkeit einer Region in der Nähe einer Ausstoßöffnung zuzuführen, bis eine nächste Blase erzeugt ist, obgleich sie zulässt, dass die Flüssigkeit in einem Nachfüllstadium in den Blasenerzeugungsabschnitt eingespeist wird, wenn die Blase zersprungen ist.
Der Anmelder hat eine große Zahl Erfindungen vorgeschlagen, die bewegbare Elemente (ein plattenartiges Element, das an einer Ausstoßöffnungsseite von einem Hebelpunkt oder dergleichen aus ein freies Ende aufweist) anwenden, die effektiv dazu beitragen können, dass Flüssigkeitstropfen ganz anders als beim vorstehend beschriebenen Stand der Technik ausgestoßen werden. Aus diesen Erfindungen ausgewählt, beschreibt ein japanisches Dokument Nr. 9-48127 eine Erfindung, die ein oberes Limit eines Versatzes des vorstehend beschriebenen bewegbaren Elements begrenzt, um zu verhindern, dass ein Verhalten des bewegbaren Elements leicht gestört wird. Ferner beschreibt das japanische Dokument No. 9-323420 eine Erfindung, die eine Nachfüllbarkeit dadurch erhöht, dass unter Nutzung eines Vorzugs des vorstehend beschriebenen bewegbaren Elements eine gemeinsame stromaufwärts gelegene Flüssigkeitskammer zu einem freien Ende hin oder in Bezug auf das bewegbare Elements stromabwärts verschoben wird. Diese Erfindungen beruhen auf einer konzeptionellen Voraussetzung, dass Wachstum von Blasen ab einem Zustand, bei dem die Blase durch das bewegbare Element zeitweise eingehüllt ist, einem Hauch zu einer Ausstoßöffnungsseite hin ausgesetzt ist, und gehen nicht einzelnen Faktoren der Blasen als Ganzes, die sich auf eine Bildung von Flüssigkeitströpfchen beziehen, oder einer Wechselbeziehung zwischen diesen Faktoren, nach.
In einem nächsten Schritt beschrieb der Anmelder in dem japanischen Dokument Nr. 10-24588 eine Erfindung, die eine Blasenerzeugungsregion ab dem bewegbaren Element, das vorstehend als eine Erfindung beschrieben ist, die einem Wachstum von Blasen auf Grund einer Ausbreitung einer Druckwelle als einem Faktor, der Bezug zum Flüssigkeitsausstoß hat (Schallwelle), Beachtung schenkt, teilweise offen sein lässt. Doch auch diese Erfindung geht nur dem Wachstum der Blasen in einem Flüssigkeitsausstoßstadium nach, aber nicht den einzelnen Faktoren der Blasen als Ganzes, die sich auf die Bildung der Flüssigkeitstropfen selbst beziehen noch auf die Wechselbeziehung zwischen den Faktoren.
Wenngleich es herkömmlich bekannt ist, dass ein Ausstoß einer Flüssigkeit stark durch einen vorderen Abschnitt (Kantenschußtype) der Blasen, die durch Filmsieden erzeugt sind, beeinflusst wird, hat keiner jemals diesen Abschnitt, der effektiv zur Bildung von Flüssigkeitstropfen, die ausgestoßen werden sollen, beitragen kann, untersucht, und der Erfinder und andere haben eifrig geforscht, um eine Erfindung zu vollenden, die diese technischen Probleme löst.
Bei der Untersuchung des Versatzes des vorstehend beschriebenen bewegbaren Elements und der erzeugten Blasen haben der Erfinder und andere nützliches Wissen erlangt, das nachstehend beschrieben ist.
Einer „Form einer Fließpfad-Zwischenwand", die auch für eine Begrenzung eines Wachsens von Blasen wirksam ist, als einer neuen Bauform zur Begrenzung des bewegbaren Elements nachgehend, haben sich die Erfinder und andere ausgedacht, unter Verwendung einer Fließpfad-Zwischenwand ein oberes Limit eines Versatzes des bewegbaren Elements für ein Wachsen der Blasen zu setzen. Das dabei erlangte Wissen war, dass ein Anschlag des bewegbaren Elements, der an der Fließpfad-Zwischenwand angeordnet ist, ermöglicht, einen Bereich zu erweitern, der bei Vorhandensein von Blasen für ein minuziöses Zusammenwirken mit einem Bilderzeugungsbereich zulässig ist, während er einen erforderlichen Flüssigkeitsfluss ermöglicht.
Genau gesagt ist ein größerer Zwischenraum zwischen dem bewegbaren Element und der Fließpfad-Zwischenwand, die seitwärts angebracht ist, mehr erwünscht, um von der Herstellung bedingte Schwankungen des bewegbaren Elements, das sich in dem Fließpfad versetzt, auszugleichen.
Umgekehrt ermöglicht der größere Zwischenraum den Blasen, zwischen dem bewegbaren Element und der Fließpfad-Zwischenwand, die seitwärts angeordnet ist, einzudringen, wenn die Blasen wachsen, wodurch die Blasen bis zu einer oberen Oberfläche des bewegbaren Elements wachsen können. Entsprechend gilt, dass der Zwischenraum an dem Ende eng sein muss. Doch diese Probleme, die im Widerspruch untereinander stehen, können dadurch, dass der Fließpfad-Zwischenwand, die seitwärts angeordnet ist, eine Funktion als Anschlag für das bewegbare Element erteilt wird, gelöst werden. Genau gesagt, können Herstellungsschwankungen des Fließpfads und des bewegbaren Elements ausgeglichen werden, auch wenn der Zwischenraum groß ist (z. B. 5 μm bis 8 μm). Der Zwischenraum zwischen dem bewegbaren Element und einem Seitenanschlag 12b wird allmählich, wie sich das bewegbare Element zusammen mit dem Wachsen der Blasen versetzt, enger, der Anschlag beginnt, wenn der Zwischenraum in der Größenordnung von 3 μm ist, den Durchtritt der Blasen zu begrenzen, und der Durchtritt der Blasen kann in der Nähe des Kontaktabschnitts zwischen dem Seitenanschlag 12b und einem Abschnitt des bewegbaren Elements vollständig gebremst werden.
Die vorliegende Erfindung ist von einem Standpunkt und den neuen Kenntnissen aus, die vorstehend beschrieben worden sind, erzielt worden.
Ferner wurde ein Wachsen der Blasen in einem Raum zwischen dem bewegbaren Element und einer Blasenerzeugungsoberfläche in einer Richtung entgegen der zu den Ausstoßöffnungen durch Gewährleistung der Begrenzung des oberen Limits des Wachstums der Blasen von einer Blasenerzeugungsoberfläche aus beschleunigt, wenn der Seitenanschlag 12b angeordnet war. Dieses Wachstum der Blasen kann vernachlässigt werden, da es nicht ein Faktor ist, der eine Ausstoßwirksamkeit verringert, aber der Erfinder und andere nahmen Überprüfungen vor, ob das Wachstum der Blasen rationell für den Versatz des bewegbaren Elements genutzt werden könnte oder nicht. Als ein Ergebnis erfuhren der Erfinder und andere, dass das Wachsen der Blasen durch Integrieren des bewegbaren Elements in einen Druckwellenaufnehmer, der an einer Stelle nahe (z. B. 20 μ oder kürzer) an aber beabstandet von der Blasenerzeugungsoberfläche angeordnet ist, rationell genutzt werden kann.
Weiterhin machten Überprüfungen des bewegbaren Elements, das sich von dem Drehpunkt zu dem freien Ende erstreckt, klar, dass es tatsächlich einen bewegbaren Drehpunkt zwischen dem freien Ende und dem Stützpunkt aufweist. Es wurde eingeschätzt, dass die Schwankungen herkömmlich durch eine Konstruktion verursacht waren, die auf der Grundlage eines sich verschiebenden Volumens des bewegbaren Elements, gerechnet ab einem Versatzwinkel θ für eine Strecke l zwischen dem freien Ende und dem Drehpunkt, erfolgte.
Überprüfungen, die erfolgten, während diesen Tatsachen nachgegangen wurde, klärten, dass die Schwankungen durch Spezifizierung eines Raumvolumens, das im Wesentlichen für ein Bewegen des bewegbaren Elements benötigt wird, korrigiert werden können.
Ferner bietet eine Ausführungsform auch ein Verfahren zur Herstellung eines Flüssigkeitsausstoßkopfs, der das vorstehend beschriebene Wissen verkörpert, an.
Dokument EP 0721841 beschreibt einen Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Der Ausstoßkopf weist eine Ausstoßöffnung zum Ausstoßen der Flüssigkeit, einen Flüssigkeitspfad in Strömungsverbindung mit der Ausstoßöffnung; eine Blasenerzeugungsregion zum Erzeugen der Blase in der Flüssigkeit und ein bewegbares Element, das einen Drehpunkt und ein freies Ende aufweist und der Blasenerzeugungsregion gegenüberliegt, auf. Das bewegbare Element bewegt sich von der ersten Position zur zweiten Position durch Druck, der durch die Erzeugung der Blase erzeugt wird, wobei ein Widerstand gegen eine Bewegung des bewegbaren Elements angrenzend an das freie Ende kleiner als angrenzend an den Drehpunkt ist.
Dokument EP 0816087 offenbart ein Flüssigkeitsausstoßverfahren zum Regulieren und Ausrichten einer Luftblase zu einer Ausstoßöffnung. Ein Flüssigkeitsausstoßkopf weist auf: eine Trägerschicht mit einer Wärme erzeugenden Oberfläche in direkter Gegenüberlage zu einer Flüssigkeitsausstoßöffnung zum Erzeugen von Wärme, um eine Luftblase in einer Flüssigkeit hervorzubringen, ein bewegbares Element, das so angeordnet ist, dass es zwischen die Wärme erzeugende Oberfläche und die Ausstoßöffnung kommt und ein freies Ende aufweist, das durch die Luftblase versetzbar ist, wobei das freie Ende in einem Bereich gegenüber der Region der minimalen Fläche der Ausstoßöffnung oder stromaufwärts der gegenüberliegenden Fläche befindlich ist, und eine gegenüberliegende Oberfläche, die einer Oberfläche gegenüberliegt, die die Wärme erzeugende Oberflächenseite des bewegbaren Elements bereitstellt, während das freie Ende des bewegbaren Elements durch die Luftblase versetzt wird, und die feststehend ist, um mit dem bewegbaren Element während des Versatzes des bewegbaren Elements zusammenzuwirken, um die Luftblase zur Ausstoßöffnung zu leiten.
Dokument EP 0811495 offenbart einen Flüssigkeitsausstoßkopf mit einer Ausstoßöffnung zum Ausstoßen von Flüssigkeit, einen Blasenerzeugungsbereich zum Erzeugen einer Blase in der Flüssigkeit, einem bewegbaren Element, das in einem gegenüberstehendem Verhältnis zu dem Blasenerzeugungsbereich angeordnet ist und zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position, die mehr von dem Blasenerzeugungsbereich beabstandet ist als die erste Position, versetzbar ist, und Seitenelementen, die einstückig mit mindestens Teilen des bewegbaren Elements an seinen beiden Seiten ausgebildet sind. Die Seitenelemente sind zusammen mit dem bewegbaren Element verschiebbar und geeignet, Seiten einer erzeugten Blase abzudecken. Das bewegbare Element wird durch Druck auf Grund einer Erzeugung der Blase in dem Blasenerzeugungsbereich von der ersten Position zur zweiten Position verschoben, und durch den Versatz des bewegbaren Elements wird die Blase mehr stromabwärts als stromaufwärts einer Richtung zur Ausstoßöffnung hin aufgedehnt.
Dokument EP 0721843 offenbart ein Flüssigkeitsausstoßverfahren zum Ausstoßen von Flüssigkeit durch Erzeugung einer Blase. Ein Flüssigkeitsausstoßkopf weist eine Ausstoßöffnung zum Ausstoßen der Flüssigkeit, eine Blasenerzeugungsregion zum Erzeugen der Blase in der Flüssigkeit und ein bewegbares Element mit einem Drehpunkt und einem freien Endabschnitt auf. Das freie Ende des bewegbaren Elements wird durch Druck, der durch die Erzeugung der Blase in dem Blasenerzeugungsabschnitt erzeugt wird, versetzt, und das freie Ende des bewegbaren Elements wird daran gehindert, über eine erste Position hinaus, die vor der Erzeugung der Blase von dem freien Ende des bewegbaren Elements eingenommen ist, in die Blasenerzeugungsregion einzudringen.
Dokument EP 0819530 offenbart einen Flüssigkeitsstrahl-Ausstoßkopf, der Ausstoßöffnungen zum Ausstoßen von Flüssigkeit, Flüssigkeitsfließpfade, die führend mit den Ausstoßöffnungen verbunden sind, Luftblasenerzeugungsbereiche, um Luftblasen in der Flüssigkeit hervorzubringen, und bewegbare Elemente, die angeordnet sind, dass sie den Luftblasenerzeugungsbereichen gegenüberstehen, aufweist. Jedes bewegbare Element weist ein freies Ende in einer Position, die hinsichtlich seines Drehpunkts relativ nahe an der Ausstoßöffnung liegt, auf. Dieses bewegbare Element ist geneigt, damit das freie Ende des bewegbaren Elements so positioniert ist, dass es den Luftblasenerzeugungsbereich teilweise zur Ausstoßöffnung hin freigibt, um zu ermöglichen, dass die Tangentiallinie des freien Endes des bewegbaren Elements auf der Seite des Luftblasenerzeugungsbereichs oder dessen verlängerter Linie vor der Hervorbringung einer Luftblase auf der Luftblasenerzeugungsfläche direkt den Ausstoßöffnungsbildungsbereich erreicht, der die Ausstoßöffnung auf der Seite des Flüssigkeitsfließpfads aufweist. Mit dieser Position als Bezugspunkt wird das bewegbare Element der Hervorbringung der Luftblase auf dem Luftblasenerzeugungsbereich folgend versetzt.
Die vorliegende Erfindung stellt einen Flüssigkeitsausstoßkopf nach Anspruch 1 bereit.
Ebenfalls stellt die vorliegende Erfindung ein Flüssigkeitsausstoßverfahren nach Anspruch 9 bereit.
Die vorliegende Erfindung stellt ferner eine Flüssigkeitsausstoßvorrichtung nach Anspruch 3 bereit.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1A, 1B, 1C, 1D, 1E, 1F, 1G, 1H, 1I, 1J und 1K zeigen schematische grafische Darstellungen, die Hauptelemente eines Flüssigkeitsausstoßkopfs gemäß einer ersten Ausführungsform der Flüssigkeitsausstoßvorrichtung der vorliegenden Erfindung zeigen.
2A, 2B, 2C, 2D, 2E, 2F, 2G, 2H, 2I, 2J und 2K zeigen schematische grafische Darstellungen, die Hauptelemente eines Flüssigkeitsausstoßkopfs einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen.
3A, 3B, 3C, 3D, 3E, 3F, 3G, 3H, 3I, 3J und 3K zeigen schematische grafische Darstellungen, die Hauptelemente eines Flüssigkeitsausstoßkopfs einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen.
4A, 4B, 4C, 4D, 4E, 4F, 4G, 4H, 4I, 4J und 4K zeigen schematische grafische Darstellungen, die Hauptelemente eines Flüssigkeitsausstoßkopfs einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen.
5A, 4B, 5C, 6A, 6B, 6C, 7A und 7B zeigen grafische Darstellungen, die ein Verfahren zur Bildung des bewegbaren Elements, des Spitzenanschlags, des Seitenanschlags und der Seitenwand des Fließpfads auf der Elementträgerschicht beschreiben.
8A, 8B, 8C, 8D, 8E und 8F zeigen grafische Darstellungen zur Veranschaulichung von Schritten, die ein zweites Verfahren zur Herstellung des Flüssigkeitsausstoßkopfs gemäß einer Ausführungsform beschreiben.
9A, 9B, 9C, 9D und 9E zeigen grafische Darstellungen zur Veranschaulichung von Schritten, die ein drittes Verfahren zur Herstellung des Flüssigkeitsausstoßkopfs gemäß einer Ausführungsform beschreiben.
10A, 10B, 10C, 10D, 10E, 10F und 10G zeigen Ansichten zur Veranschaulichung eines Verfahrens zur Herstellung des bewegbaren Elements mit der unteren Konvexität, das bei der zweiten Ausführungsform verwendet ist.
11 zeigt eine Ansicht, die eine Seitenwand mit einem engen zentralen Bereich zeigt.
12A, 12B und 12C zeigen Ansichten, die einen Kopf der Seitenschußtype zeigen.
13A, 13B, 13C und 13D zeigen Ansichten zur Veranschaulichung der Erzeugung, des Wachsens und Verschwindens einer Blase in einem Kopf der Seitenschußtype zeigen.
14A, 14B, 14C, 14D, 14E, 14F, 14G, 14H, 14I, 14J und 14K zeigen Ansichten zur Veranschaulichung von Abwandlungen eines Kopfs der Seitenschußtype gemäß 12A, 12B und 12C.
15A, 15B und 15C zeigen schematische grafische Darstellungen zur Veranschaulichung von Hauptelementen eines Flüssigkeitsausstoßkopfs, der nicht in den Schutzbereich der Ansprüche fällt.
16A zeigt eine Ansicht zur Veranschaulichung einer Blase, die im Wesentlichen ohne Strömungswiderstand erzeugt ist, und 16B zeigt eine perspektivische Ansicht zur Veranschaulichung eines bewegbaren Elements.
17A, 17B und 17C zeigen schematische grafische Darstellungen zur Veranschaulichung von Hauptelementen eines Flüssigkeitsausstoßkopfs, der nicht in den Schutzbereich der Ansprüche fällt.
18A, 18B, 18C zeigen schematische grafische Darstellungen zur Veranschaulichung von Hauptelementen eines Flüssigkeitsausstoßkopfs, der nicht in den Schutzbereich der Ansprüche fällt.
19A, 19B, 19C zeigen schematische grafische Darstellungen zur Veranschaulichung von Hauptelementen eines Flüssigkeitsausstoßkopfs, der nicht in den Schutzbereich der Ansprüche fällt.
20A, 20B, 20C zeigen schematische grafische Darstellungen zur Veranschaulichung von Hauptelementen eines Flüssigkeitsausstoßkopfs, der nicht in den Schutzbereich der Ansprüche fällt.
21 zeigt ein Diagramm zur Veranschaulichung der Beziehung zwischen dem Bereich des Wärme erzeugenden Elements und der Tintenausstoßmenge.
22A und 22B zeigen schematische grafische Darstellungen zur Veranschaulichung von Hauptelementen einer Flüssigkeitsausstoßvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
23 zeigt ein Diagramm zur Veranschaulichung eines Rechteckimpulses, der auf die Widerstandsschicht aufgebracht ist.
24 zeigt eine Ansicht zur Veranschaulichung einer Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung, an der die Flüssigkeits ausstoßvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angebaut ist.
25 zeigt ein Blockschaltbild zur Veranschaulichung einer gesamten Aufzeichnungsvorrichtung zum Ausführen von Tintenstrahlaufzeichnung durch die Flüssigkeitsausstoßvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
[Erste Ausführungsform]
1A bis 1K zeigen schematische grafische Darstellungen zur Veranschaulichung eines Flüssigkeitsausstoßkopfs gemäß einer ersten Ausführungsform der Flüssigkeitsausstoßvorrichtung der vorliegenden Erfindung: 1B zeigt eine Schnittansicht, die in einer Richtung entlang eines Fließpfads geschnitten ist, 1C zeigt eine Schnittansicht, die entlang einer Linie 1C–1C in 1B geschnitten ist, und 1A zeigt eine Schnittansicht, die entlang einer Linie 1A–1A in 1B geschnitten ist.
Zunächst erfolgt eine Beschreibung einer Bauweise des Flüssigkeitsausstoßkopfs.
Dieser Flüssigkeitsausstoßkopf weist eine Elementträgerschicht 1 und eine Deckenplatte 2, die in einem laminierten Zustand aneinander befestigt sind, und einen Fließpfad 3, der sich zwischen der Trägerschicht 1 und der Deckenplatte 2 befindet, auf. Der Fließpfad 3 ist ein längliches Element, das von der Elementträgerschicht 1, einer Seitenwand 7 und der Deckenplatte (gegenüberliegende Platte) 2 umgeben ist, wobei der Fließpfad 3 in einer großen Zahl in einem einzelnen Aufzeichnungskopf angeordnet ist. Eine gemeinsame Flüssigkeitskammer 6 mit einem großen Volumen ist stromaufwärts so positioniert, dass sie gleichzeitig mit der großen Zahl Fließpfade 3 in Strömungsverbindung steht. D. h., die große Zahl Fließpfade 3 verzweigt sich von der einzelnen gemeinsamen Flüssigkeitskammer 6 aus. Die Höhe der gemeinsamen Flüssigkeitskammer 6 ist weit größer als jene der Fließpfade 3. An der Elementträgerschicht 1 sind Wärme abgebende Körper (Luftblasenherstellungsvorrichtungen) 10 und bewegbare Elemente 11 entsprechend der großen Zahl Fließpfade 3 befestigt.
Das bewegbare Element 11 ist plattenartig und an seinem Ende wie ein Kragarm gelagert, stromaufwärts eines Tintenflusses (rechte Seite in 1B) an der Elementträgerschicht 1 befestigt und senkrecht bezüglich der Elementträgerschicht 1 stromabwärts des Drehpunkts 11a (linke Seite in 1B) bewegbar. In einem Anfangszustand ist das bewegbare Element 11 parallel mit der Elementträgerschicht 1 positioniert, während eine kleine Lücke zwischen der Elementträgerschicht 1 und dem bewegbaren Element 11 vorbehalten ist.
Bei der ersten Ausführungsform ist das bewegbare Element 11 so angeordnet, dass ein freies Ende 11b fast in der Mitte des Wärme erzeugenden Elements 10 befindlich ist, ein Spitzenanschlag 12a, der eine Aufwärtsbewegung des bewegbaren Elements begrenzt, ist über dem freien Ende des bewegbaren Elements angeordnet, und ein Seitenanschlag 12b ist an beiden Seiten des Spitzenanschlags 12a so angeordnet, dass ein Zwischenraum zwischen dem bewegbaren Element und einer Wand des Fließpfads abgeschirmt wird, während ein Versatz des bewegbaren Elements begrenzt wird (wenn das bewegbare Element in Kontakt gebracht wird).
Die vorstehend beschriebene Bauweise ermöglicht, dass mit einem mechanischen Element, das von einer Gestalteigenschaft einer Blase abhängt, eine Vorderseitenfunktion (stromauf wärts) von einer Rückseitenfunktion (stromabwärts) sicherer getrennt wird. Da die Bauweise es ermöglicht, die Funktionen zu trennen, bietet sie eine Konstruktion mit einer Gestaltungsfreiheit, die wesentlich größer ist als die einer herkömmlichen Konstruktion, die einem Ausgleich im Widerstand oder dergleichen zwischen einem stromaufwärts führenden Fließpfad und einem stromabwärts führenden Fließpfad höchste Bedeutung beimisst.
Es ist zu bevorzugen, dass eine Position Y des freien Endes 11b und ein Ende X des Spitzenanschlags 12a auf einer Ebene, die rechtwinklig zur Trägerschicht ist, angeordnet sind. Es ist besser, dass X und Y auf der Ebene, die rechtwinklig zur Trägerschicht ist, zusammen mit Z, was ein Zentrum des Wärme erzeugenden Elements ist, positioniert sind. Wenn X, Y und Z positioniert sind, wie vorstehend beschrieben, können die vorstehend erwähnten Funktionen effektiver getrennt werden.
Ferner ist der Fließpfad so gestaltet, dass er stromabwärts des Spitzenschlags 12a plötzlich angehoben wird. Da der Fließpfad, der diese Form aufweist, eine Blase stromaufwärts der Luftblasenerzeugungsregion auf einer ausreichenden Höhe hält, auch wenn das bewegbare Element 11 durch den Anschlag 12 begrenzt wird, hindert er nicht ein Wachsen der Luftblase, ermöglicht einer Flüssigkeit, gleichmäßig zu einer Ausstoßöffnung 4 zu fließen, und reduziert eine Ungleichförmigkeit eines Druckausgleichs in einer Höhenrichtung von einem unteren Ende zu einem oberen Ende der Ausstoßöffnung 4, wodurch sie die Flüssigkeit vorteilhaft ausstoßen kann. Ein Fließpfad mit einem solchen Aufbau ist für einen herkömmlichen Kopf, der das bewegbare Element 11 nicht aufweist, nicht zu bevorzugen, da er eine Stagnation in einem Abschnitt des Fließkanals erzeugt, der stromabwärts des Anschlags 12 angehoben wird und geeignet ist zuzulassen, dass die Luftblasen in diesem Abschnitt verbleiben, andererseits erzeugt die Luft einen äußerst geringen Einfluss bei der ersten Ausführungsform, bei der die Flüssigkeit zu dem Abschnitt fließt.
Ferner weist die gemeinsame Flüssigkeitskammer 6 eine Decke auf, die plötzlich angehoben wird, wobei sie den Anschlag 12 als eine Grenze nimmt. Obgleich ein Widerstand gegen eine Strömung stromabwärts der Luftblasenerzeugungsregion niedriger ist als der , der stromaufwärts der Luftblasenerzeugungsregion gerichtet ist, und ein Druck, der aufgebracht wird, um die Flüssigkeit auszustoßen, fast nicht zur Ausstoßöffnung gerichtet ist, wenn das bewegbare Element 11 nicht angeordnet ist, ist die erste Ausführungsform so gestaltet, dass sie den Druck, der aufgebracht wird, um die Flüssigkeit auszustoßen, sicher zur Ausstoßöffnung richtet, da das bewegbare Element 11 im Wesentlichen verhindert, dass sich die Luftblase während der Erzeugung der Luftblase stromaufwärts der Luftblasenerzeugungsregion bewegt, und Tinte geschwind der Luftblasenerzeugungsregion zuführt, da ein Strömungswiderstand der Luftblasenerzeugungsregion während der Tintenzuführung niedrig ist.
Bei dem Ausstoßkopf mit der vorstehend beschriebenen Bauweise gleichen Komponenten, die die Luftblase stromabwärts wachsen lassen, nicht Komponenten, die die Luftblase stromaufwärts wachsen lassen, aber es sind weniger Komponenten, die die Luftblase stromaufwärts wachsen lassen, wodurch die Stromaufwärtsbewegung der Flüssigkeit gedämpft wird. Die Dämpfung der Stromaufwärtsbewegung der Flüssigkeit verkürzt eine Strecke des Zurückweichens eines Meniskus, das beim Ausstoßen der Flüssigkeit verursacht wird, und eine Strecke des Auskragens des Meniskus in einem Nachfüllstadium. Folglich dämpft die Ausstoßöffnung Vibrationen des Meniskus und stößt die Flüssigkeit bei allen Antriebsfrequenzen, angefangen von einer niedrigen Frequenz bis zu einer hohen Frequenz, stabil aus.
Bei der ersten Ausführungsform ist der Fließpfad in einen „linear verbundenen Zustand" gebracht, wobei der Flüssigkeitsfluss direkt von einem Abschnitt stromabwärts der Luftblase zur Ausstoßöffnung geht. Es ist mehr zu bevorzugen, dass eine Ausbreitungsrichtung einer Druckwelle, die auf Grund einer Erzeugung der Luftblase entsteht, eine Fließrichtung des Flüssigkeitsflusses, der durch die Erzeugung der Luftblase verursacht ist, und eine Ausstoßrichtung so ausgerichtet sind, dass sie einen idealen Zustand annehmen, bei dem eine Ausstoßrichtung und eine Ausstoßgeschwindigkeit eines ausgestoßenen Flüssigkeitstropfens 66 auf einem äußerst hohen Niveau konstant gehalten werden. Als eine Definition, die ausreichend ist, um diesen idealen Zustand oder eine Annäherung dahin zu erreichen, wählt die vorliegende Ausführungsform eine Bauweise, bei der die Ausstoßöffnung 4 linear und direkt mit dem Wärme erzeugendem Element 10 verbunden ist, eine Ausstoßöffnungsseite (stromabwärts) des Wärme erzeugenden Elements, die insbesondere einen Einfluss auf die Luftblasen-Ausstoßöffnung hat, oder einen Zustand, bei dem das Wärme erzeugende Element, insbesondere die Stromabwärtsseite des Wärme erzeugenden Elements, von außerhalb der Ausstoßöffnung beobachtbar ist, wenn die Flüssigkeit sich nicht in dem Fließpfad befindet.
Nun erfolgt eine Beschreibung des Flüssigkeitsausstoßkopfs, der als die erste Ausführungsform bevorzugt ist, im Detail.
1B zeigt einen Zustand, bevor eine Energie wie z. B eine elektrische Energie auf das Wärme erzeugende Element 10 aufgebracht ist, oder einen Zustand, bevor das Wärme erzeu gende Element Wärme erzeugt. Fakten, die hier von Bedeutung sind, sind, dass die Breite des bewegbaren Elements ausreichend kleiner als die Breite des Fließpfads ist, um den Zwischenraum zwischen dem bewegbaren Element und der Wand des Fließpfads zu reservieren, und dass der Flüssigkeitsausstoßkopf den Spitzenanschlag 12a, der einer stromaufwärts gelegenen Hälfte der Luftblase, die auf Grund der von dem Wärme erzeugenden Element 10 erzeugten Wärme gebildet ist, gegenüberliegt und den Versatz des bewegbaren Elements 11 begrenzt, und den Seitenanschlag 12b, der an den beiden Seiten des Spitzenanschlags 12a angeordnet ist, aufweist. Der Spitzenanschlag 12a und der Seitenanschlag 12b begrenzen den Stormaufwärtsversatz des bewegbaren Elements, und die Lücke zwischen dem bewegbaren Element, dem Spitzenanschlag 12a und dem Seitenanschlag 12b ist, solange die Stromaufwärtsbewegung des bewegbaren Elements begrenzt wird, geschlossen, wodurch die Stromaufwärtsbewegung der Luftblasenerzeugungsregion gedämpft wird.
1E zeigt einen Zustand, bei dem die Flüssigkeit, die die Luftblasenerzeugungsregion füllt, teilweise durch das Wärme erzeugende Element 10 erwärmt ist, wodurch eine Erzeugung einer Blase 40 durch Filmsieden beginnt.
In diesem Stadium bildet sich auf Grund der Erzeugung der Luftblase 40 durch das Filmsieden eine Druckwelle und breitet sich in den Fließpfad 3 aus, wodurch sich die Flüssigkeit stromabwärts und stromaufwärts auf beiden Seiten der Mitte der Luftblasenerzeugungsregion bewegt, und das bewegbare Element 11 beginnt, sich auf Grund eines Flüssigkeitsflusses, der durch Wachsen der Luftblase 40 verursacht ist, zu versetzen. Ferner bewegt sich Tinte stromaufwärts zur gemeinsamen Flüssigkeitskammer, während sie zwischen dem Seitenanschlag 12b und dem bewegbaren Element hindurchgeht. Der Zwischenraum zwischen dem Seitenanschlag 12b und dem bewegbaren Element ist in diesem Stadium groß, aber er wird verengt, wenn sich das bewegbare Element versetzt.
1G zeigt einen Zustand, bei dem das bewegbare Element sich um eine größere Wegstrecke versetzt, bis es nahe an dem Spitzenanschlag 12a und dem Seitenanschlag 12b ist. Da die Druckwelle, die auf Grund der Erzeugung der Luftblase 40 erzeugt ist, sich weiter ausbreitet, ist das bewegbare Element nahe an dem Spitzenanschlag 12a und dem Seitenanschlag 12b stromaufwärts der Luftblasenerzeugungsregion, und der Flüssigkeitstropfen 66 ist dabei, aus der Ausstoßöffnung 4 ausgestoßen zu werden.
In diesem Stadium ist der Zwischenraum zwischen dem Spitzenanschlag 12a, dem Seitenanschlag 12 und dem bewegbaren Element eng, wodurch ein Flüssigkeitsfluss stromaufwärts der Luftblasenerzeugungsregion oder zur gemeinsamen Flüssigkeitskammer ziemlich begrenzt wird. Folglich wird ein großer Druckunterschied zwischen beiden Seiten des bewegbaren Elements oder zwischen einer Seite der Luftblasenerzeugungsregion und einer Seite der gemeinsamen Flüssigkeitskammer erzeugt, wodurch das bewegbare Element durch Drücken in einen engeren Kontaktzustand mit dem Seitenanschlag 12b gebracht wird. Da das bewegbare Element in einen engeren Kontakt mit dem Spitzenanschlag 12a und dem Seitenanschlag 12b gebracht ist, tritt die Flüssigkeit nicht durch den Zwischenraum zwischen dem bewegbaren Element und der Wand des Fließpfads aus, auch wenn der Zwischenraum genügend weit ist. Diese Bauweise erhöht eine Eigenschaft der Abdichtung der Luftblasenerzeugungsregion von der gemeinsamen Flüssigkeitskammer, wodurch verhindert wird, dass eine Ausstoßkraft auf Grund eines Flüssigkeitsaustritts zur gemeinsamen Flüssigkeitskammer verloren geht.
Gemäß 1I, wo sich das bewegbare Element 11 versetzt, bis es nahe an den Spitzenanschlag 12a und den Seitenanschlag 12b oder in Kontakt mit ihnen kommt, begrenzen die Anschläge einen weiteren Aufwärtsversatz des bewegbaren Elements 11, wodurch der stromaufwärts gerichtete Flüssigkeitsfluss erheblich beschränkt wird. Folglich wird ein stromaufwärts gerichtetes Wachsen der Luftblase 40 durch das bewegbare Element 11 beschränkt. Doch das bewegbare Element 11 wird so verformt, dass es leicht konvex nach oben geht, da eine Kraft zum Bewegen der Flüssigkeit stromaufwärts stark ist und eine Belastung ausübt, die das bewegbare Element 11 stromaufwärts zieht. In diesem Stadium weist die Luftblase stromabwärts des Wärme erzeugenden Elements eine Höhe auf, die größer ist als jene in einem Fall, bei dem das bewegbare Element nicht verwendet ist, da das bewegbare Element ein Wachsen der Luftblase, die in diesem Stadium noch wächst, begrenzt, und die Komponenten für ein stromaufwärts gerichtetes Wachsen der Luftblase dienen dazu, dass sie stromabwärts wächst.
Andererseits weist ein stromaufwärts gerichteter Abschnitt der Luftblase 40 in einem Zustand, in dem er das bewegbare Element 11 biegt, dass es durch einen Trägheitswiderstand eines aufwärts gerichteten Flüssigkeitsflusses stromaufwärts konvex wird, eine geringe Größe auf und ermöglicht nur, dass er eine mechanische Spannung erhält, da der Versatz des bewegbaren Elements 11 durch den Obergrenzen-Spitzenanschlag 12a und den Seitenanschlag 12b, wie vorstehend beschrieben, begrenzt ist. Der Spitzenanschlag 12a, der Seitenanschlag 12b, die Seitenwand 7 des Fließpfads, das bewegbare Element 11 und der Drehpunkt 33 dienen dazu, im wesentlichen keiner Menge des stromaufwärts gerichtete Abschnitts zu ermöglichen, in eine stromaufwärts gerichtete Region einzudringen.
Entsprechend begrenzt der Flüssigkeitsausstoßkopf erheblich einen stromaufwärts gerichteten Flüssigkeitsfluss, wodurch er einen Strömungsstoß auf einen angrenzenden Fließpfad als auch einen Rückfluss und Druckvibrationen in einem Zuführpfadsystem mit einer Hochgeschwindigkeitsnachfüllung, die später beschrieben werden, verhindert.
1K zeigt einen Zustand, bei dem Unterdruck in der Luftblase die stromabwärts gerichtete Flüssigkeitsbewegung in dem Fließpfad nach dem vorstehend beschriebenen Filmsieden überwindet und die Luftblase 40 beginnt, sich zusammenzuziehen.
Da die Luftblase sich zusammenzieht, versetzt sich das bewegbare Element mit einer Geschwindigkeit, die durch eine Spannung durch es selbst als ein Kragarm und eine Spannung, die durch die konvexe Verformung nach oben ausgeübt wird, beschleunigt wird. Da der Versatz des bewegbaren Elements nach unten einen Widerstand gegen einen stromabwärts gerichteten Fluss in einer Fließpfadregion mit niedrigem Widerstand verringert, geht ein großer Flüssigkeitsfluss über den Spitzenanschlag 12a und den Seitenanschlag 12b in den Fließpfad 3. Eine Flüssigkeit in der Flüssigkeitskammer wird durch diese Vorgänge in den Fließpfad eingeleitet. Die in den Fließpfad eingeleitete Flüssigkeit geht zwischen den Anschlägen und dem bewegbaren Element, das nach unten versetzt ist, hindurch, fließt stromabwärts des Wärme erzeugenden Elements und dient dazu, das Zerspringen der Luftblase, welche noch nicht vollständig zersprengt worden ist, zu beschleunigen. Nach Beschleunigung des Zerspringens der Luftblase fließt die Flüssigkeit weiter zur Ausstoßöffnung und unterstützt ein Wiederkommen des Meniskus, wodurch sich eine Nachfüllgeschwindigkeit erhöht.
Ferner weist der Flüssigkeitsfluss, der von einer Position zwischen dem bewegbaren Element 11, dem Spitzenanschlag 12a und dem Seitenanschlag 12b in den Fließpfad 3 gelaufen ist, an einer Wandoberfläche auf einer Seite der Deckenplatte 2, wie in 1I gezeigt, eine hohe Fließgeschwindigkeit auf, wodurch er eine äußerst kleine Zahl winziger Blasen enthält und zu einer Ausstoßstabilisierung beiträgt.
Ferner ist ein Punkt, an dem infolge des Zerspringens der Luftblase eine Kavitation eintritt, stromabwärts der Luftblasenerzeugungsregion abweichend ausgeführt, um eine Beschädigung des Wärme erzeugenden Elements zu verringern. Gleichzeitig verringert diese abweichende Ausführung ein Haften verschmorter Stoffe an der Wärmevorrichtung, wodurch die Ausstoßstabilität verbessert wird.
Wenngleich der Seitenanschlag 12b in der Deckenplatte 2 angeordnet ist, die in der vorstehend beschriebenen Bauweise die gegenüberliegende Platte ist, ist diese Bauweise nicht einschränkend, und der Seitenanschlag 12b kann nur auf der Seitenwand 7 angeordnet sein.
Nun erfolgt die Beschreibung von Verfahren zur Herstellung des Flüssigkeitsausstoßkopfs, der in 1A bis 1K gezeigt ist.
Der in 1A bis 1K gezeigt Flüssigkeitsausstoßkopf kann z. B. durch ein erstes oder zweites Herstellungsverfahren, die nachstehend beschrieben sind, hergestellt werden.
(Erstes Herstellungsverfahren)
5A bis 5C, 6a bis 6C und 7A und 7B zeigen grafische Darstellungen zur Erläuterung eines Verfahrens zur Bildung des bewegbaren Elements 11, des Spitzenanschlags 12a, des Seitenanschlags 12b und der Seitenwand 7 des Fließpfads auf der Elementträgerschicht 1. Das bewegbare Element 11, der Spitzenanschlag 12a, der Seitenanschlag 12b und die Seitenwand 7 des Fließpfads sind auf der Elementträgerschicht 1 durch Schritte, die in 5A bis 5C, 6A bis 6C und 7A und 7B dargestellt sind, gebildet.
Gemäß 5A wird zunächst auf einer Seite des Wärme abgebenden Körpers 10 durch ein Sputterverfahren ein Film aus TiW (nicht gezeigt) von ca. 5000 Å Dicke über eine gesamte Oberfläche der Elementträgerschicht 1 als eine erste Schutzschicht gebreitet, die einen Verbindungstasterabschnitt für eine elektrische Verbindung mit dem Wärme erzeugenden Element 10 schützt. Um ein Element für eine Reservierung einer Lücke 71 zu bilden, wird ein PSG-Film (Phosphor-Silikat-Glas), ca. 5 μm dick, durch das Sputterverfahren auf einer Oberfläche der Elementträgerschicht 1 gebildet, die sich auf einer Seite des Wärme erzeugenden Elements 10 befindet. Durch eine Strukturierung des gebildeten PSG-Films durch ein bekanntes fotolithografisches Verfahren wird das aus dem PSG-Film hergestellte Element für eine Reservierung einer Lücke 71, das verwendet wird, um eine Lücke zwischen der Elementträgerschicht 1 und dem bewegbaren Element 11 zu reservieren, an einem Ort entsprechend der Luftblasenerzeugungsregion zwischen dem Wärme erzeugenden Element 10 und dem bewegbaren Element 11, wie in 1A bis 1K gezeigt, gebildet.
Das Element für eine Reservierung einer Lücke 71 dient in einem Stadium der Bildung eines Flüssigkeitsfließpfads 3a durch Trockenätzen unter Verwendung von dielektrischem Kupplungsplasma, wie später beschrieben, als eine Ätzstoppschicht. Das Element für eine Lückenreservierung 71 verhindert, dass die Schicht aus TiW als die Verbindungstaster schutzschicht auf dem Elementträger 1, ein Film aus Ta als ein kavitationsbeständiger Film und ein Film aus SiN als eine Schutzschicht auf einem Widerstand, von einem Ätzgas, das benutzt wird, um den Flüssigkeitsfließpfad 3a zu bilden, verätzt werden. Entsprechend weist das Element für eine Reservierung einer Lücke 71 eine Breite auf, die in der Richtung rechtwinklig zu dem Fließpfad 3a größer als die des Fließpfads 3a ist, so dass die Oberfläche der Elementträgerschicht 1 auf der Seite des Wärme erzeugenden Elements 10 und die Schicht aus TiW auf der Elementträgerschicht 1 im Stadium des Trockenätzens zur Bildung des Flüssigkeitsfließpfads 3a nicht freigelegt werden.
Gemäß 5B wird ein Film aus SiN 72, ca. 5 μm dick, der ein Materialfilm zur Bildung des bewegbaren Elements 11 ist, durch ein Plasma-CVD-Verfahren auf einer Oberfläche des Elements für eine Reservierung einer Lücke 71 und einer Oberfläche der Elementträgerschicht 1 auf einer Seite des Elements für eine Reservierung einer Lücke 71 gebildet.
Gemäß 5C wird ein ätzbeständiger Schutzfilm auf einer Oberfläche des Films aus SiN 72 ausgebildet, und danach wird der ätzbeständige Schutzfilm durch das bekannte fotolithografische Verfahren strukturiert, damit ein ätzbeständiger Schutzfilm 73 auf einem Bereich der Oberfläche des Films aus SiN 72 entsprechend dem bewegbaren Element 11 bleibt. Der ätzbeständige Schutzfilm 73 wird in einem Stadium der Bildung des Flüssigkeitsfließpfads 3a durch Ätzen als eine Schutzschicht (Ätzstoppschicht) verwendet.
Gemäß 6A wird ein Film aus SiN 74, ca. 20 μm dick, der für die Bildung der Seitenwand 7 des Fließpfads verwendet werden soll, durch ein Mikrowellen-CVD-Verfahren auf den Oberflächen des Films aus SiN 72 und des ätzbeständigen Schutzfilms 73 gebildet. Monosilan (SiH₄), Stickstoff (N₂) und Argon (Ar) werden als Gase zur Bildung des Films aus SiN 74 durch das Mikrowellen-CVD-Verfahren verwendet. Die Kombination vorstehend genannter Gase kann durch eine Kombination von Disilan (Si₂H₆) und Ammoniak (NH₃) oder eine Gasmischung ersetzt werden. Der Film aus SiN 74 wird unter einem Hochvakuumdruck von 5 [mTorr] mit einer Mikrowelle mit einer Frequenz von 2,45 [GHz] und einer Energie von 1,5 [kW] gebildet, während Monosilan, Stickstoff und Argon mit Anteilen von 100 Standardkubikzentimetern, 100 Standardkubikzentimetern bzw. 40 Standardkubikzentimetern zugeführt werden. Der Film aus SiN 74 kann durch ein Mikrowellen-Plasma-CVD-Verfahren, das ein anderes Verhältnis der Gaskomponenten verwendet, das CVD-Verfahren, das eine Hochfrequenz-Energiequelle oder dergleichen nutzt, gebildet werden.
Nachdem eine Ätzmaskenschicht über einer gesamten Oberfläche des Films aus SiN 74 gebildet ist, wird die Ätzmaskenschicht durch ein bekanntes Verfahren wie z. B. Fotolithografie strukturiert, wodurch auf einer anderen Fläche als der, die dem Flüssigkeitsfließpfad 3a entspricht, auf der Oberfläche des Films aus SiN 74 eine Ätzmaskenschicht 75 bleibt.
Gemäß 6B werden der Film aus SiN 74 und der Film aus SiN 72 durch Sauerstoff-Plasma-Ätzen strukturiert. Dabei werden der Film aus SiN 74 und der Film aus SiN 72 so geätzt, dass der Film aus SiN 74 unter Nutzung des ätzbeständigen Schutzfilms 73, der Ätzmaskenschicht 75 und des Elements für eine Reservierung einer Lücke 71 als die Ätzstoppschichten eine Grabenstruktur aufweist.
Gemäß 6C wird ein dickes Resist auf die Oberflächen des Films aus SiN 74 und des ätzbeständigen Schutzfilms 73 aufgebracht, und eine Oberfläche des dicken Resists wird durch chemisch-mechanisches Polieren oder dergleichen geglättet, um einen Raum für einen Versatz des bewegbaren Elements 11 zu bilden oder einen Raum, der nach Entfernung des Films aus SiN 74 bleibt, zu füllen.
Gemäß 7A wird ein Harzfilm 77 bis zu eine Dicke von ca. 30 μm aufgetragen, um den Spitzenanschlag 12a, den Seitenanschlag 12b und die Seitenwand 7 des Fließpfads zu bilden. Auf eine Oberfläche des Harzfilms 77 wird eine Ätzmaske ausgebildet. Die Ätzmaske 78 ist so gestaltet, dass sie auf Flächen, die der Seitenwand 7 des Fließpfads, dem Spitzenanschlag 12a und dem Seitenanschlag 12b entsprechen, bleibt.
Gemäß 7B wird der Harzfilm 77 so geätzt, dass er eine Grabenstruktur aufweist. Dann werden eine Ätzmaske 78, der ätzbeständige Schutzfilm 73 und das Element für eine Lückenreservierung 71 durch Ätzen entfernt, während sie mit einer Mischung aus Essigsäure, Phosphorsäure und Salpetersäure erwärmt werden, wodurch das bewegbare Element 11 und die Seitenwand 7 des Fließpfads auf der Elementträgerschicht 1 ausgebildet werden. Nachfolgend werden Abschnitte des Films aus TiW, der als die Tasterschutzschicht auf der Elementträgerschicht 1 ausgebildet ist, die der Luftblasenerzeugungsregion 10 und dem Taster entsprechen, unter Verwendung von Wasserstoffperoxid entfernt. Nachdem das bewegbare Element 11, der Spitzenanschlag 12a, der Seitenanschlag 12b und die Seitenwand 7 des Fließpfads auf der Elementträgerschicht 1, wie vorstehend beschrieben, gebildet worden sind, wird die Deckenplatte mit einer Oberfläche der Elementträgerplatte 1, die an einer Seite der Seitenwand 7 des Fließpfads befindlich ist, verbunden. Auf diese Weise ist der in 1A bis 1K gezeigte Flüssigkeitsausstoßkopf hergestellt.
Das Verfahren zur Herstellung des Flüssigkeitsausstoßkopfs, der als die erste Ausführungsform bevorzugt ist, macht es möglich, den Spitzenanschlag 12a und den Seitenanschlag 12b mit hoher Genauigkeit und einer hohen Dichte zu bilden, wodurch ein Flüssigkeitsausstoßkopf hergestellt wird, der sehr genau und zuverlässig ist.
(Zweites Herstellungsverfahren)
8A bis 8F zeigen grafische Darstellungen zur Veranschaulichung von Schritten, die ein zweites Verfahren zur Herstellung des Flüssigkeitsausstoßkopfs gemäß einer Ausführungsform beschreiben.
Zunächst wird das bewegbare Element 11 aus Siliciumnitrid oder einem ähnlichen Material auf der Trägerschicht 1, die mit dem Wärme erzeugenden Element 10 (8A) ausgestattet ist, vorgeformt.
Dann wird eine auflösbare Harzschicht 31, die dick genug ist, das bewegbare Element 11 abzudecken, auf der Trägerschicht 1 (8B) gebildet. Bei der ersten Ausführungsform ist die auflösbare Harzschicht 31, die 20 μm dick ist, aus einem Positiv-Resist gebildet.
Die auflösbare Harzschicht 31 wird durch die Fotolithografie so strukturiert, dass ein Abschnitt, der einen Flüssigkeitsfließpfad (8C) bildet, bleibt.
Dann wird eine abdeckende Harzschicht 79 gebildet, um die auflösbare Harzschicht 31 abzudecken (8D). Bei der ersten Ausführungsform ist ein Epoxidharz, das einen kationischen Polymerisationserreger enthält, der ein Negativ-Resist ist, verwendet, um die abdeckende Harzschicht zu bilden.
Ein Abschnitt der abdeckenden Harzschicht 79, der dem Flüssigkeitsfließpfad entspricht, wird durch die Fotolithografie (8E) geätzt. In diesem Stadium ist der abgeätzte Abschnitt der abdeckenden Harzschicht 79 so gestaltet, dass er eine Breite aufweist, die kleiner als eine Breite der auflösbaren Harzschicht 31 und kleiner als eine Breite des bewegbaren Elements 11 ist. Durch eine Gestaltung des abgeätzten Abschnitts wie vorstehend beschrieben, wird in dem Flüssigkeitsfließpfad 3a ein Stufenaufbau, der als der vorstehend beschriebene Seitenanschlag 12b dient, gebildet.
Nachfolgend wird der Flüssigkeitsfließpfad 3a, der das bewegbare Element 11 umfasst, durch Auflösen der auflösbaren Harzschicht 31 gebildet. Schließlich wird der Flüssigkeitsausstoßkopf mit dem bewegbaren Element 11 und dem Seitenanschlag 12b durch Anfügen der Gegenplatte 2 an eine Oberfläche der abdeckenden Harzschicht 79, die eine Öffnung aufweist (8F) vollendet.
(Drittes Herstellungsverfahren)
9A bis 9E zeigen grafische Darstellungen zur Veranschaulichung von Schritten, die das dritte Herstellungsverfahren des Flüssigkeitsausstoßkopfs gemäß einer Ausführungsform beschreiben.
Zunächst wird das bewegbare Element 11 aus Siliciumnitrid oder einem ähnlichen Material auf der Trägerschicht 1, die mit dem Wärme erzeugenden Element 10 ausgestattet ist, gebildet, und es wird eine Harzschicht 74 bis zu einer Dicke, dass das bewegbare Element 11 (9A) bedeckt ist, auf der Trägerschicht 1 gebildet. Bei der ersten Ausführungsform ist die Harzschicht 74 aus einem Negativ-Resist bis zu einer Dicke von 20 μm hergestellt.
Dann wird ein Abschnitt der Harzschicht 74 durch die Fotolithografie entfernt, um einen Flüssigkeitsfließpfad zu bilden (9B).
Auf einer gesonderten Vorrichtung 72 wird ein Trockenfilm 77, 30 μm dick, vorbereitet, und die Trägerschicht 1 wird mit diesem Trockenfilm verbunden, um die Harzschicht 74 in Kontakt mit dem Trockenfilm zu bringen (9C).
Nach einem vorbereitenden Einbrennen des Trockenfilms in diesem Zustand, wird eine Öffnung mit einer Weite, die kleiner als eine Weite einer Öffnung ist, die in der Harzschicht 74 ausgebildet ist und kleiner als eine Breite des bewegbaren Elements 11 ist, in einem Abschnitt des Trockenfilms, der dem Flüssigkeitsfließpfad des Trockenfilms entspricht, gebildet (9D). Durch Bildung der Öffnung, die als der Flüssigkeitsfließpfad funktioniert, durch die Fotolithografie wird ein stufenförmiger Aufbau, der als der Seitenanschlag 12b dient, in dem Flüssigleitfließpfad 3a gebildet.
Schließlich wird der Flüssigkeitsausstoßkopf mit dem bewegbaren Element 11 und dem Seitenanschlag 12b durch Anfügen der Gegenplatte 2 an eine Oberfläche des Trockenfilms 77, der eine Öffnung aufweist, vollendet.
(Zweite Ausführungsform)
2A bis 2K zeigen schematische grafische Darstellungen, die die zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen. 2A bis 2K entsprechen 1A bis 1K, und Elemente der zweiten Ausführungsform, die denen der ersten Ausführungsform ähnlich sind, werden nicht im Einzelnen beschrieben.
Anders als die erste Ausführungsform wählt die zweite Ausführungsform eine Konvexität 11c (nachfolgend einfach als eine untere Konvexität bezeichnet), die auf dem bewegbaren Element an einer Stelle in der Nähe der Luftblasenerzeugungsregion ausgebildet ist und zur Trägerschicht hin hervorsteht. Die untere Konvexität 11c ist gewählt, um ein rückwärts (stromaufwärts) gerichtetes Wachsen einer in der Luftblasenerzeugungsregion erzeugten Blase zu dämpfen, und ermöglicht daher, dass die Luftblase weniger wächst als die in der ersten Ausführungsform, wie in 2E bis 2K gezeigt. Die untere Konvexität 11c dient dazu, durch Dämpfen des rückwärtigen Wachsens der Luftblase eine Ausstoßenergie zu erhöhen.
Da die untere Konvexität 11c in einem Stadium, in dem das bewegbare Element 11 zur Trägerschicht hin versetzt wird, in Kontakt mit der Trägerschicht 1 gebracht werden kann, ist erwünscht, dass die untere Konvexität 11c an einer Stelle, die wenigstens von der Stufe um das Wärme erzeugende Element 10 herum getrennt ist, angeordnet wird. Genauer gesagt, es ist anzustreben, das die untere Konvexität 11c an einer Stelle angeordnet wird, die von einer effektiven Luftblasenerzeugungsregion um einen Abstand von 5 μm oder mehr beabstandet ist. Ferner ist anzustreben, dass die untere Konvexität 11c an einer Stelle angeordnet wird, die um einen Abstand von bis zu einer Hälfte einer Länge des Wärme erzeugenden Elements 10 von der effektiven Luftblasenerzeugungsregion beabstandet ist, da sie eine Wirkung zum Dämpfen des rückwärts gerichteten Wachsens der Luftblase nicht entfalten kann, wenn sie zu weit von der Luftblasenerzeugungsregion beabstandet ist. Genau ausgedrückt, der Abstand beträgt bei der zweiten Ausführungsform ca. 45 μm, besser weniger als 30 μm, besser 20 μm oder weniger.
Ferner weist die untere Konvexität 11c eine Höhe auf, die gleich oder kleiner als ein Abstand zwischen dem bewegbaren Element 11 und der Elementträgerschicht 1 ist, und ein leichter Zwischenraum zwischen einer Spitze der unteren Konvexität 11c und der Elementträgerschicht 1 bleibt bei der zweiten Ausführungsform reserviert.
Die untere Konvexität 11c verhindert, dass die Luftblase, die in der Luftblasenerzeugungsregion erzeugt ist, sich stromaufwärts zwischen dem bewegbaren Element 11 und der Elementträgerschicht 1 länglich ausdehnt, und verringert eine Aufwärtsbewegung der Flüssigkeit, wodurch sich eine Erhöhung einer Nachfüllbarkeit ergibt.
Nachstehend erfolgt eine Beschreibung eines Verfahrens zur Herstellung des bewegbaren Elements mit der unteren Konvexität, das bei der zweiten Ausführungsform verwendet ist.
Gemäß 10A wird zuerst ein Film aus TiW, 5000 Å dick, durch das Sputterverfahren über der gesamte Oberfläche der Elementträgerschicht 1 auf einer Seite des Wärme erzeugenden Elements 10 als eine erste Schutzschicht zum Schutz eines Verbindungstasterabschnitts, der für eine elektrische Verbindung zum Wärme erzeugenden Element 10 verwendet wird, ausgebildet.
Gemäß 10B wird ein Film aus Al, ca. 4 μm dick, durch das Sputterverfahren auf einer Oberfläche des Films aus TiW ausgebildet, um ein Element für eine Reservierung einer Lücke 21a zu bilden.
Gemäß 10C wird der ausgebildete Film aus Al durch das bekannte fotolithografische Verfahren strukturiert, um einen Abschnitt des Films aus Al, der das Gegenstück des gelager ten oder befestigten Abschnitts des bewegbaren Elements 11 ist, und einen anderen Abschnitt 23, der das Gegenstück der unteren Konvexität des bewegbaren Elements ist, abzuätzen, wodurch das Element für eine Reservierung einer Lücke 21a gebildet wird. Der Abschnitt 23, der das Gegenstück der unteren Konvexität des bewegbaren Elements ist, wird so abgeätzt, dass eine Öffnung von 6 μm gebildet wird.
Gemäß 10D wird ein weiterer Film aus Al, ca. 1 μm, durch das Sputterverfahren gebildet. Durch Abätzen nur eines Abschnitts dieses Films aus Al, der das Gegenstück des Auflage- und Befestigungsabschnitts des bewegbaren Elements 11 ist, wird über einer Oberfläche des Films aus TiW ein Element für eine Reservierung einer Lücke 21b gebildet. Entsprechend wird nur ein Abschnitt der Oberfläche des Films aus TiW, der das Gegenstück des Auflage- und Befestigungsabschnitt des bewegbaren Elements 11 ist, freigelegt. Die Elemente für eine Reservierung einer Lücke 21a und 21b bestehen aus den Filmen aus Al zum Reservieren einer Lücke zwischen der Elementträgerschicht 1 und dem bewegbaren Element 11. Diese Filme aus Al sind über der gesamten Oberfläche des Films aus TiW einschließlich einer Stelle, die der Luftblasenerzeugungsregion 10 zwischen dem Wärme erzeugenden Element 10 und dem bewegbaren Element 11, ausgenommen einen Abschnitt, der das Gegenstück des Auflage- und Stützabschnitts des bewegbaren Elements 11 ist, ausgebildet. Das heißt, das Herstellungsverfahren bildet die Elemente für eine Reservierung einer Lücke 21a und 21b über der Oberfläche des Films aus TiW einschließlich eines Abschnitts, der der Seitenwand des Fließpfads entspricht, aus.
Die Elemente für eine Lückenreservierung 21a und 21b funktionieren in einem Stadium zur Bildung des bewegbaren Elements 11 durch das Trockenätzen, wie später beschrieben wird, als Ätzstoppschichten. Die Elemente für eine Lückenreservierung 21a und 21b sind über der Elementträgerschicht 1 ausgebildet, um zu verhindern, dass die Schicht aus TiW, ein Film aus Ta als ein kavitationsbeständiger Film auf der Elementträgerschicht 1 und ein Film aus SiN als eine Schutzschicht auf einem Widerstand durch ein Ätzgas, das verwendet wird, um den Flüssigkeitsfließpfad 3 zu bilden, abgeätzt werden. Folglich ist die Oberfläche des Films aus TiW in einem Stadium zur Bildung des bewegbaren Elements 11 durch Trockenätzen des Films aus SiN nicht freigelegt, und das Element für eine Lückenreservierung 21a verhindert, dass der Film aus TiW und ein Funktionselement in der Elementträgerschicht 1 durch Trockenätzen des Films aus SiN beschädigt werden.
Gemäß 10E wird durch das Plasma-CVD-Verfahren ein Film aus SiN 22, ca. 5 μm dick, als ein Materialfilm zur Bildung des bewegbaren Elements 11 über allen Oberflächen der Elemente für eine Lückenreservierung 21a und 21b sowie auch über einer gesamten freigelegten Oberfläche des Films aus TiW ausgebildet, um die Elemente für die Lückenreservierung 21a und 21b abzudecken. Nach einer Ausbildung eines Films aus Al, ca. 6100 Å dick, auf einer Oberfläche des Films aus SiN 22 durch das Sputterverfahren wird der Film aus Al durch das bekannte fotolithografische Verfahren strukturiert, um einen Film aus Al (nicht gezeigt) als eine zweite Schutzschicht auf einem Abschnitt der Oberfläche des Films aus SiN 22 übrig zu lassen, der dem bewegbaren Element 11 entspricht. Der Film aus Al, der als die zweite Schutzschicht übrig gelassen ist, dient als eine Schutzschicht (Ätzstoppschicht) oder eine Maske in einem Trockenätzstadium des Films aus SiN 22 zur Bildung des bewegbaren Elements 11. Unter Verwendung der zweiten Schutzschicht als eine Maske wird das bewegbare Element 11 aus dem übrig gelassenen Abschnitt des Films aus SiN 22 durch Strukturierung des Films aus SiN 22 mit einer Ätzvorrichtung, die dielektrisches Kupplungsplasma verwendet, gebildet. Die Ätzvorrichtung verwendet eine Gasmischung aus CF₄ und O₂ und entfernt bei dem Schritt des Strukturierens des Films aus SiN 22 einen unnötigen Abschnitt des Films aus SiN 22, so dass ein Auflage- und Befestigungsabschnitt des bewegbaren Elements 11 direkt an der Elementträgerschicht 1 befestigt ist. Ein Material des Auflage- und Befestigungsabschnitts des bewegbaren Elements 11 und ein Abschnitt davon, der in engem Kontakt mit der Elementträgerschicht 1 steht, enthält TiW und Ta, die Materialien der Tasterschutzschicht und des kavitationsbeständigen Films der Elementträgerschicht 1 sind.
Da die Elemente für eine Lückenreservierung 21a und 21b auf Abschnitten ausgebildet worden sind, die durch Abätzen des unnötigen Abschnitts des Films aus SiN 22 bei dem Ätzschritt oder in der zu ätzenden Region freigelegt worden sind, wie vorstehend beschrieben, ist die Oberfläche des Films aus TiW nicht freigelegt, und die Elementträgerschicht 1 mit den Elementen für eine Lückenreservierung 21a und 21b ist sicher geschützt.
Gemäß 10F wird das bewegbare Element 11 auf der Elementträgerschicht 1 durch „Eluting" gebildet, wobei die zweite Schutzschicht und die Elemente für eine Lückenreservierung 21a und 21b, die aus dem Film aus Al gebildet sind, der an dem bewegbaren Element 11 ausgebildet ist, unter Verwendung einer Mischsäure aus Essigsäure, Phosphorsäure und Salpetersäure abgetragen werden. Dann werden die Abschnitte des Films aus TiW, die der Luftblasenerzeugungsregion 10 und dem Taster entsprechen, die auf der Elementträgerschicht 1 ausgebildet sind, unter Verwendung von Wasserstoffperoxid entfernt.
10G zeigt eine Draufsicht der in 10F gezeigten Elementträgerschicht.
Wenngleich das mit Bezug auf 10A bis 10G beschriebene Herstellungsverfahren so gestaltet ist, dass die Abschnitte der zwei Filme aus Al, die dem Auflage- und Befestigungsabschnitt des bewegbaren Elements 11 entsprechen, nacheinander abgetragen werden, können diese Abschnitte der zwei Filme aus Al nach Ausbildung der zwei Abschnitte des bewegbaren Elements auf einmal entfernt werden. In einem solchen Fall können die Filme aus Al auf einmal strukturiert werden, wodurch die Befürchtung ausgeschaltet wird, dass die Filme aus Al durch das Strukturieren voneinander abweichen können.
Wenngleich die zweite Ausführungsform sowohl die untere Konvexität als auch den Seitenanschlag als eine zu bevorzugende Bauweise aufweisen, kann die untere Konvexität eine ausreichende Wirkung zur Begrenzung des rückwärts gerichteten Wachsens der Luftblase für einen vorteilhaften Flüssigkeitsausstoß auch entfalten, wenn der Seitenanschlag nicht verwendet wird.
(Dritte Ausführungsform)
3A bis 3K zeigen grafische Darstellungen zur Veranschaulichung der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Da 3A bis 3K so gezeigt sind, dass sie 1A bis 1K entsprechen, werden Baugruppen der dritten Ausführungsform, die denen der ersten Ausführungsform ähnlich sind, nicht im Einzelnen beschrieben.
Anders als die zweite Ausführungsform weist die dritte Ausführungsform einen sich verjüngenden Abschnitt 11d auf, der an einem Seitenende des bewegbaren Elements gebildet ist, und einen sich verjüngenden Abschnitt 12c, der an einer Kon taktstelle des Seitenanschlags 12 mit dem bewegbaren Element 11 so gebildet ist, dass der sich verjüngende Abschnitt 12c in engen Kontakt mit dem sich verjüngenden Abschnitt 11d gebracht ist.
Wie die zweite Ausführungsform begrenzt die dritte Ausführungsform einen Versatz des bewegbaren Elements 11 mit dem Seitenanschlag 12b und korrigiert Lageabweichungen des Seitenanschlags 12b und des bewegbaren Elements 11 in einer Querrichtung, indem sie die sich verjüngenden Abschnitte 11d und 12c als Führungen nutzt, um diese Elemente an einer optimalen Stelle in Kontakt miteinander zu bringen, und bringt die sich verjüngenden Abschnitte 11d und 12c in engeren Kontakt miteinander, wodurch die begrenzende Wirkung für die Flüssigkeitsbewegung und die Nachfüllbarkeit erhöht werden.
(Vierte Ausführungsform)
4A bis 4K zeigen grafische Darstellungen zur Veranschaulichung der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Da 4A bis 4K so gezeigt sind, dass sie 1A bis 1K entsprechen, werden Baugruppen der vierten Ausführungsform, die denen der ersten Ausführungsform ähnlich sind, nicht im Einzelnen beschrieben. Im Gegensatz zur ersten bis dritten Ausführungsform, bei denen der Seitenanschlag 12b fortlaufend zur Deckenplatte 2 ist, die die Gegenplatte ist, wählt die vierte Ausführungsform einen Seitenanschlag 12b, der als ein Abschnitt gestaltet ist, der wie ein Visier aus einem Verlauf der Seitenwand 7 auskragt und eine Länge aufweist, die sich nicht stromaufwärts des Flüssigkeitsfließpfads 3 ausdehnt und kürzer als der Flüssigkeitsfließpfad 3 ist, sich aber etwa von einer Mitte des Wärme erzeugenden Elements 10 bis zu einem Punkt ca. 20 μm zu einem stromaufwärts gerichteten Ende des Wärme erzeugenden Elements 10 erstreckt.
Entsprechend zeigt der Seitenanschlag 12b, während er einen Raum einnimmt, der in einer Senkrecht- und Längsrichtung minimal ist, oder einen weiten Raum reserviert, der als ein breiter Fließpfad verwendet werden soll, seine Wirkung, wodurch die vierte Ausführungsform in der Lage ist, einen Strömungswiderstand von der gemeinsamen Flüssigkeitskammer erheblich zu reduzieren und die Nachfüllbarkeit weiter zu erhöhen. Ferner dehnt sich die Luftblase, da die untere Konvexität 11c das rückwärts gerichtete Wachsen der Luftblase dämpft, in eine Region, in der der Seitenanschlag 12b nicht angeordnet ist und seinen Abschirmeffekt zeigt.
Wenngleich der Seitenanschlag 12b bei der vierten Ausführungsform die Form des vorstehenden Abschnitts der Seitenwand 7 aufweist, kann durch die Bauweise der Seitenwand 7 selbst, indem sie eine Form aufweist, die in ihrer Mitte enger wird, wie in 11 gezeigt, ein ähnlicher Effekt erzielt werden.
[Erstes Beispiel]
15A bis 15C zeigen Schnittansichten zur Veranschaulichung von Hauptelementen eines Flüssigkeitsausstoßkopfs eines ersten Beispiels einer Flüssigkeitsausstoßvorrichtung, das nicht in den Schutzbereich der Ansprüche fällt. Zunächst erfolgt eine Beschreibung einer Bauweise dieses Flüssigkeitsausstoßkopfs.
Der Flüssigkeitsausstoßkopf weist eine Elementträgerschicht 401 und eine Deckenplatte 402, die beschichtet und über- und miteinander befestigt sind, und einen Fließpfad 403, der zwischen diesen Platten 401 und 402 ausgebildet ist, auf. Der Fließpfad 403 weist einen Düsenabschnitt 405 auf einer Seite einer Ausstoßöffnung 404 und einen Zuführpfadabschnitts 406 auf. Der Düsenabschnitt 405, der ein verlänger ter Fließpfad ist, der von einer Seitenwand 407 und einer Decke 408 umgeben ist, ist in einer großen Zahl in einem einzelnen Aufzeichnungskopf angeordnet. Ein Zuführpfadabschnitt 406, der ein großes Volumen hat, ist so stromaufwärts angeordnet, dass er gleichzeitig mit der großen Zahl Düsenabschnitte 405 in Verbindung ist. Das heißt, die Beschaffenheit der großen Zahl Düsenabschnitte 405 ist derart, dass die Düsenabschnitte sich von dem einzelnen Zuführpfadabschnitt 406 aus verzweigen. Eine Decke 409 des Zuführpfadabschnitts 406 ist weit höher als die Decke 408 des Düsenabschnitts 405. Entsprechend der großen Zahl Düsenabschnitte 405 sind Wärme erzeugende Elemente (Luftblasenerzeugungsvorrichtungen) 410 wie z. B. elektrothermische Umwandlungselemente und bewegbare Elemente 411 an der Elementträgerplatte 401 angeordnet.
Das bewegbare Element 411 ist an seinem Ende wie ein Kragarm gelagert, stromaufwärts (rechte Seite in 15A bis 15C) eines Tintenflusses an der Elementträgerschicht 401 befestigt und in 15A bis 15C stromabwärts (linke Seite in 15A bis 15C) eines strukturellen Drehpunkts 411c höhenbeweglich. Ein freies Ende 411b ist mehr stromabwärts eines Zentrums des Wärme erzeugenden Elements 410 befindlich. In einem Anfangszustand, der in 15A gezeigt ist, ist das bewegbare Element 411 parallel zur Elementträgerschicht 401 befindlich, während es sich eine leichte Lücke von der Elementträgerschicht 1 reserviert.
Das erste Beispiel, das die vorstehend beschriebene Bauweise aufweist, lädt über den Weg des Zuführpfadabschnitts 406 Tinte aus einem Tintenvorratsbehälter (nicht gezeigt) in jeden Düsenabschnitt 405 nach unten in die Nähe der Ausstoßöffnung 404. Ein Antriebsschaltkreis (nicht gezeigt) überträgt selektiv Ansteuersignale zu den Wärme erzeugenden Ele menten 410 für die Düsenabschnitte 405, durch welche die Tinte in Übereinstimmung mit dem zu erzeugenden Bild ausgestoßen werden soll. Die Wärme erzeugenden Elemente 410, zu denen die die Ansteuersignale übertragen werden, erzeugen Wärme zur Erwärmung der Tinte in der Umgebung der Wärme erzeugenden Elemente 410 (Luftblasenerzeugungsregionen), wodurch eine Blase, wie in 15B gezeigt, erzeugt wird. Eine so erzeugte Blase 412 bildet eine Druckwelle, die zur Ausstoßöffnung 404 (nach links in 15B) vordringt, wodurch sie die Tinte durch die Ausstoßöffnung 404 spritzt. Zum Aufzeichnen haftet die ausgestoßene Tinte an einem Aufzeichnungsmedium wie z. B. einem Aufzeichnungspapier (nicht gezeigt). Andererseits drückt ein Teil der Luftblase, der zum Zuführpfadabschnitt 406 (nach rechts in 15B) hin wächst, das bewegbare Element 411 nach oben. Das freie Ende 411b des bewegbaren Elements 411 wird in Kontakt mit der Decke 408 gebracht, um zu verhindern, dass das bewegbare Element 411 weiter verformt wird. Ein Wachsen der Luftblase zum Zuführpfadabschnitt 406 (nach rechts in 15B) hin wird unter einer Begrenzung durch das bewegbare Element 411 gedämpft. Folglich funktioniert das bewegbare Element 411 als ein Ventil.
Es folgt die mehr detaillierte Beschreibung dieser Funktion. Eine Blase hat eine solche Form wie die, die in 16A gezeigt ist, wenn sie in einem Zustand erzeugt wird, bei dem sie im Wesentlichen frei von umgebendem Strömungswiderstand ist, aber wenn z. B. eine Ausstoßöffnung auf der linken Seite in 16A ausgebildet ist, kann in Betracht gezogen werden, dass eine linksseitige (stromabwärts gerichtete) Hälfte der Luftblase zum Ausstoßen beiträgt, während eine rechtsseitige (stromaufwärts gerichtete) Hälfte der Luftblase Einfluss auf Nachfüllen und Vibrationen eines Meniskus ausübt. Folglich dient eine Begrenzung des Wachsens der stromaufwärts gerichteten Hälfte der Luftblase dazu, eine stromaufwärts gerichtete Reflexionswelle und einen stromaufwärts gerichteten Trägheitswiderstand der Flüssigkeit zu dämpfen, wodurch die Nachfüllfrequenz einer Düse erhöht wird und das Vibrieren des Meniskus gedämpft wird. Wenn das bewegbare Element 411 in dem Fließpfad angeordnet ist, wird das bewegbare Element 411 durch eine Bewegung der Flüssigkeit, die durch eine Druckverbreitung verursacht ist, die durch eine durch die Erzeugung der Luftblase erzeugte Druckwelle verursacht ist, versetzt, und das Wachsen der Luftblase ist von der Bewegung der Flüssigkeit abhängig. Um das Wachsen der stromaufwärts gerichteten Hälfte der Luftblase, wie vorstehend beschrieben, zu begrenzen, ist es daher ausreichend, das bewegbare Element 411 so zu gestalten, dass es eine Stromaufwärtsbewegung der Flüssigkeit von der Luftblasenerzeugungsregion vermindert. Da sich, wie sich das bewegbare Element 411 versetzt, die Flüssigkeit in einer Menge, die fast gleich einem Volumen des bewegbaren Elements 411 ist, innerhalb eines Bereichs, der den Versatz des bewegbaren Elements erlaubt, stromaufwärts versetzt, ist es möglich, das stromaufwärts gerichtete Wachsen der Luftblase zu begrenzen und die Flüssigkeit durch Reduzierung des Volumens des bewegbaren Elements 411 innerhalb des Bereichs, der den Versatz des bewegbaren Elements erlaubt, effektiv auszustoßen. Konkret ausgedrückt, es ist ausreichend, das stromaufwärts gerichtete Wachsen der Luftblase oder die Verdrängung der Flüssigkeit zusammen mit dem Versatz des bewegbaren Elements 411 auf eine Hälfte eines maximalen Volumens der Luftblase, die in dem Zustand erzeugt ist, bei dem sie im Wesentlichen frei von umgebendem Strömungswiderstand ist, zu drücken, nur wird in Anbetracht einer Tatsache, dass der Zwischenraum zwischen dem bewegbaren Element 411 und dem Wärme erzeugenden Element 410 (Trägerschicht 401) reserviert ist und die Luftblase in den Zwischenraum eindringt, das be wegbare Element 411 so angeordnet, dass das freie Ende 411b etwas stromabwärts des Zentrums des Wärme erzeugenden Elements 410 angeordnet ist, und das Volumen, das den Versatz des bewegbaren Elements 411 ermöglicht (eine Menge der Flüssigkeit, die stromaufwärts ausgespritzt wird, hier als „ein Volumen Vv einer Versatzregion des bewegbaren Elements 411" bezeichnet), ist nicht größer als ein halbes maximales Volumens Vb einer erzeugten Luftblase. Folglich ist ein stromabwärts gerichtetes Wachsen der Luftblase nicht gleich einem stromaufwärts gerichteten Wachsen der Luftblase, sondern das stromaufwärts gerichtete Wachsen der Luftblase ist beträchtlich kleiner, wodurch eine stromaufwärts gerichtete Bewegung der Flüssigkeit begrenzt wird. Die Begrenzung der Stromaufwärtsbewegung der Flüssigkeit verringert ein Zurückweichen des Meniskus nach einem Ausstoß, wodurch eine vorstehende Länge des Meniskus von einer Öffnungsoberfläche in einem Nachfüllstadium verkürzt wird. Das Volumen Vv des Versatzbereichs des bewegbaren Elements 411 kann durch „eine Länge des bewegbaren Elements, wie sie von dem freien Ende bis zum Drehpunkt gemessen wird, „x" eine Breite W des bewegbaren Elements „x" eine maximale Versatzhöhe des bewegbaren Elements"/2 annähernd ermittelt werden, aber es ist hier zu bemerken, dass der Drehpunkt 411a des bewegbaren Elements sich von einem strukturellen Drehpunkt (Befestigungspunkt) 411c des bewegbaren Elements unterscheidet. Konkret gesagt, der wirkliche Drehpunkt 411a ist gewöhnlich stromabwärts des strukturellen Drehpunkts 411c befindlich, wenn das bewegbare Element 411 eine vorbestimmte Länge aufweist. Die vorstehend erwähnte „Länge des bewegbaren Elements, wie sie von dem freien Ende bis zu dem Drehpunkt gemessen wird" ist unter Verwendung des wirklichen Drehpunkts 411a zu bestimmen.
Das erste Beispiel, das die vorstehend beschriebene Bauweise hat, dämpft die Vibrationen des Meniskus, die wechselsei tige Bewegungen sind, wodurch die Flüssigkeit bei allen Antriebsfrequenzen, von einer niedrigen Frequenz bis zu einer hohen Frequenz, stabil ausgestoßen wird.
Von einem konkreten Beispiel sprechend, bei dem eine Blase, die bis zu einem Maximum gewachsen ist, eine Höhe von 45 μm aufweist, und eine Wärme erzeugende Oberfläche des Wärme erzeugenden Elements 410 in einem Flüssigkeitsausstoßkopf der Blasenstrahltype einen Flächeninhalt Sh aufweist, beträgt ein maximales Volumen Vb der Luftblase Sh × 45 [μm³]. Wenn ein Flächeninhalt des bewegbaren Elements 411 mit Sv und eine maximale Versatzhöhe des bewegbaren Elements 411 (eine Höhe in einem Zustand, bei dem das bewegbare Element 411 durch die Decke 408, wie in 15A gezeigt, begrenzt ist und nicht weiter verformt werden kann) mit Hv bezeichnet wird, kann das Volumen Vv des Versatzbereichs des bewegbaren Elements 411 mit Sv × Hv : 2 [μm³] annähernd ermittelt werden.
Wenn z. B. der Flächeninhalt Sh der Wärme erzeugenden Oberfläche des Wärme erzeugenden Elements 410 40 × 115 [μm] ist, der Flächeninhalt Sv des bewegbaren Elements 411 40 × 175 [μm] ist, eine Höhe der Decke 408 des Düsenabschnitts 405 35 [μm] ist und die maximale Versatzhöhe des bewegbaren Elements 25 [μm] ist, beträgt das maximale Volumen Vb der Luftblase 40 × 115 × 45 = 207000 [μm³], und eine Hälfte des maximalen Volumens Vb beträgt 103500 [μm³]. Andererseits beträgt das Volumen Vv der Versatzregion des bewegbaren Elements 411 40 × 175 × 25 = 2 = 87500 [μm³]. Wenn das bewegbare Element 411 und die Decke 408 des Düsenabschnitts 405 so gestaltet sind, dass das Volumen Vv der Versatzregion des bewegbaren Elements 411 kleiner als die Hälfte des maximalen Volumens Vb der Luftblase, wie vorstehend beschrieben, ist, ist das erste Beispiel in der Lage, bei einer Nachfüllfre quenz, die höher als die bei dem herkömmlichen Flüssigkeitsausstoßkopf ist, effizient Tinte auszustoßen, auch wenn es Wärme erzeugende Elemente verwendet, die in Abmessungen und Antriebskraft unverändert bleiben. 16B zeigt eine perspektivische Ansicht des bewegbaren Elements.
[Zweites Beispiel]
17A bis 17C zeigen Seitenansichten im Schnitt zur Veranschaulichung von Hauptelementen eines zweiten Beispiels, das nicht in den Schutzbereich der Ansprüche fällt. Baugruppen, die ähnlich jenen des ersten Beispiels sind, werden mit den gleichen Bezugszeichen dargestellt und nicht im Einzelnen beschrieben.
Bei dem zweiten Beispiel ist ein Anschlag 412, der von einer Decke 408 eines Düsenabschnitts 405 nach unten auskragt, einstückig mit der Decke 408 ausgebildet. Wie bei dem ersten Beispiel beschrieben, ist bei dem zweiten Beispiel ein Abstand, gemessen von einer Spitze des Anschlags zu der Elementträgerschicht 401, mit 25 [μm] festgesetzt, um eine Nachfüllfrequenz zu erhöhen und eine Wirkung zur Begrenzung der Vibrationen eines Meniskus durch Dämpfen eines stromaufwärts gerichteten Trägheitswiderstands der Flüssigkeit mit einem bewegbaren Element 411 zu erzielen. Ferner kann eine starke Ausstoßkraft dadurch erzielt werden, dass eine Energie, die eine Blase stromabwärts von einem Wärme erzeugenden Element 410 wachsen lässt und zum Ausstoßen von Tinte beiträgt, wirkungsvoll zu einer Seite einer Ausstoßöffnung 404 geleitet wird. Bei dem zweiten Beispiel ist ein Düsenabschnitt 405 stromabwärts so gestaltet, dass er eine größere Querschnittsfläche als an einer Stelle, an der der Anschlag 412 angeordnet ist, aufweist, um einen Widerstand eines stromabwärts gerichteten Fließpfads zu verringern, wodurch sich ein Wirkungsgrad erhöht. Von den zwei Verfahren, den Widerstand des stromabwärts gerichteten Fließpfads zu verringern, eines, das eine Querschnittsfläche einer Düse vergrößert und eines, das einen Abstand, gemessen von einer Heizvorrichtung zu einer Öffnung, verkürzt, ist das erstere für das zweite Beispiel gewählt worden, da das letztere eine Nachfüllfrequenz verringert. Demzufolge erhöht das zweite Beispiel sowohl eine Ausstoßrate als auch eine Ausstoßgeschwindigkeit, wodurch es ermöglicht, Tinte mit einem hohen Wirkungsgrad auszustoßen.
Genauer von dem zweiten Beispiel, das in 17A bis 17C dargestellt ist, sprechend, weist ein Wärme erzeugendes Element 410 einen Flächeninhalt Sh von 40 × 115 [μm] auf, weist ein bewegbares Element 411 einen Flächeninhalt Sv von 40 × 175 [μm] auf, beträgt ein Abstand, gemessen von einer Spitze des Anschlags bis zu einer Elementträgerschicht 401, 25_[ μm], weist das bewegbare Element 411 eine maximale Versatzhöhe Hv von 15 [μm] auf, und ist eine Hälfte eines maximalen Volumens einer Blase 40 × 115 × 45 ÷ 2 = 103500 [μm³], wohingegen eine Versatzregion des bewegbaren Elements 411 ein Volumen Vv von 40 × 175 × 15 : 2 = 52500 [μm³] aufweist. Da die Versatzregion des bewegbaren Elements 411 das Volumen Vv aufweist, das kleiner als die Hälfte des maximalen Volumens Vb der Luftblase, wie vorstehend beschrieben, ist, weist das zweite Beispiel eine Nachfüllfrequenz auf, die höher als die des Flüssigkeitsausstoßkopfs ist, der als das erste Beispiel bevorzugt worden ist, nicht zu sprechen von dem herkömmlichen Flüssigkeitsausstoßkopf, der das Wärme erzeugende Element 410 nutzt, das in seinen Abmessungen und seiner Antriebskraft unverändert ist.
Ferner begrenzt das zweite Beispiel einen aufwärts gerichteten Flüssigkeitsfluss wie das erste Beispiel, wodurch es ein Maß an Zurückweichung eines Meniskus verringert und eine Vorstehlänge des Meniskus aus einer Öffnung in einem Nachfüllstadium verkürzt. Entsprechend dämpft das zweite Beispiel Meniskusvibrationen, die wechselseitige Bewegungen sind, wodurch es bei allen Antriebsfrequenzen, von einer niedrigen Frequenz bis zu einer hohen Frequenz, die Flüssigkeit stabil ausstößt.
Der Fließpfad weist vorzugsweise eine Höhe von 10 [μm] oder größer, besser von 15 [μm] oder größer auf, ausgenommen eine Dicke des bewegbaren Elements 411 an einer Stelle, an der der Anschlag 412 angeordnet ist, da sich der Widerstand des Fließpfads in einem Stadium des Ladens der Tinte in den Düsenabschnitt 405 erhöht, wenn der Anschlag abgesenkt wird und eine Nachfüllfrequenz sich verringert, wenn ein Einfluss auf Grund der Erhöhung des Widerstands des Fließpfads größer ist als die Wirkung, den rückwärts gerichteten Trägheitswiderstand der Flüssigkeit zu dämpfen.
[Drittes Beispiel]
18A bis 18C zeigen Seitenansichten im Schnitt zur Veranschaulichung von Hauptelementen eines dritten Beispiels, das nicht in den Schutzbereich der Ansprüche fällt. Elemente des dritten Beispiels, die jenen des ersten Beispiels ähnlich sind, werden mit den gleichen Bezugszeichen dargestellt und nicht im Einzelnen beschrieben.
Bei dem dritten Beispiel ist eine Decke 413 eines Düsenabschnitts 405 teilweise entfernt, um ein Nachfüllen von Tinte in einen Düsenabschnitt 405 zu erleichtern, während ein Mitzieheffekt zu einem angrenzenden Düsenabschnitt 405 mit einem bewegbaren Element 411 und einer Seitenwand 414 des Düsenabschnitts 405 gedämpft wird. Konkret gesagt, ein Ende des Düsenabschnitts 405 auf einer Seite des Zuführpfadabschnitts 406 (stromaufwärts) ist nicht mit einer niedrigen Decke wie die, die bei dem ersten Beispiel verwendet ist, bedeckt, sondern als ein Fließpfad, der sich zu einer hohen Decke 409 des Zuführpfadabschnitts 406 erweitert, gestaltet.
Das dritte Beispiel lädt in einem Nachfüllstadium Tinte schneller in den Düsenabschnitt 405, auch wenn ein Wärme erzeugendes Element 410, ein bewegbares Element 411, eine maximale Versatzhöhe des bewegbaren Elements 411 und ein Blasenerzeugungsverhalten im Wesentlichen die gleichen wie jene bei der ersten Ausführungsform sind. Entsprechend kann das dritte Beispiel eine Antriebsfrequenz bereitstellen, die höher als die des ersten Beispiels ist.
Eine kürzere Seitenwand 414 erhöht eine Nachfüllfrequenz aber steigert den Mitzieheffekt. Durch den Erfinder durchgeführte Überprüfungen stellten klar, dass eine Wirkung zum Dämpfen eines Mitzieheffekts erzielt werden kann, wenn die seitliche Wand 414 sich 10 [μm] oder mehr über ein stromaufwärts gerichtetes Ende des Wärme erzeugenden Elements 410 hinaus ausdehnt.
[Viertes Beispiel]
19A bis 19C zeigen Seitenansichten im Schnitt zur Veranschaulichung von Hauptelementen eines vierten Beispiels, das nicht in den Schutzbereich der Ansprüche fällt. Elemente des vierten Beispiels, die ähnlich jenen des ersten Beispiels sind, werden mit den gleichen Bezugszeichen dargestellt und nicht im Einzelnen beschrieben.
Bei dem vierten Beispiel ist eine Decke 416 eines Düsenabschnitts 405 teilweise entfernt wie bei dem dritten Beispiel, um ein Nachfüllen von Tinte in den Düsenabschnitt 405 zu erleichtern, während ein Mitzieheffekt zu einem angrenzenden Düsenabschnitt 405 mit einem bewegbaren Element 411 und einer Seitenwand 415 des Düsenabschnitts 405 gedämpft wird. Konkret gesagt, ein Ende des Düsenabschnitts 405 auf einer Seite eines Zuführpfadabschnitts 406 (stromaufwärts) ist nicht mit einer niedrigen Decke wie die, die bei dem ersten Beispiel verwendet ist, bedeckt, sondern als ein Fließpfad, der sich zu einer hohen Decke 409 des Zuführpfadabschnitts 406 aufweitet, gestaltet. Ferner ist ein Anschlag 417 wie der, der bei dem zweiten Beispiel verwendet ist, einstückig mit der Decke 416 ausgebildet. Und eine Querschnittsfläche des Düsenabschnitts 405 ist stromabwärts einer Stelle, an der ein Anschlag 417 angeordnet ist, vergrößert, wodurch ein Widerstand eines stromabwärts gerichteten Fließpfads verringert wird, um einen Wirkungsgrad zu erhöhen.
[Fünftes Beispiel]
20A bis 20C zeigen Seitenansichten im Schnitt zur Veranschaulichung von Hauptelementen eines fünften Beispiels, das nicht in den Schutzbereich der Ansprüche fällt. Elemente, welche jenen des ersten Beispiels ähnlich sind, werden mit den gleichen Bezugszeichen dargestellt und nicht im Einzelnen beschrieben.
Bei dem fünften Beispiel ist ein schräges Element 418a an einem Ende einer Decke 418 eines Düsenabschnitts 405 an einer Seite eines Zuführpfadabschnitts 406 (stromaufwärts) angeordnet. Dieses schräge Element 418a unterbricht einen Tintenfluss, wenn sich ein bewegbares Element 411 aufwärts bewegt. Folglich wird ein stromaufwärts gerichteter Tintenfluss weiter reduziert und eine dämpfende Wirkung auf eine Meniskusvibration verstärkt.
<Seitenschußtype>
Nun erfolgt eine Beschreibung einer Anwendung des Flüssigkeitsausstoßprinzips, das unter Bezug auf 1A bis 1K, 2A bis 2K, 3A bis 3K und 4A bis 4K bezüglich eines Kopfs einer Seitenschußtype, in welchem ein Wärme erzeugendes Element und eine Ausstoßöffnung einander auf ebenen Oberflächen parallel zueinander gegenüberliegen, beschrieben wird. 12A bis 12C zeigen grafische Darstellungen zur Veranschaulichung des Kopfs der Seitenschußtype.
In 12A bis 12C ist ein Wärme erzeugendes Element 10, das auf einer Elementträgerschicht 1 angeordnet ist, so ausgestaltet, dass es einer in einer Deckenplatte 2 ausgebildeten Ausstoßöffnung 4 gegenüberliegt. Die Ausstoßöffnung 4 steht in Verbindung mit einem Flüssigkeitsfließpfad 3, der über das Wärme erzeugende Element 10 hinweggeht. Eine Blasenerzeugungsregion befindet sich in der Nähe einer Oberfläche, auf welcher das Wärme erzeugende Element 10 in Kontakt mit einer Flüssigkeit ist. Zwei bewegbare Elemente 11 sind auf der Elementträgerschicht 1 so gelagert, dass sie hinsichtlich einer Ebene, die durch ein Zentrum des Wärme erzeugenden Elements geht, symmetrisch sind, und freie Enden der bewegbaren Elemente 11 stehen einander auf dem Wärme erzeugendem Element 10 gegenüber. Ferner weisen die bewegbaren Elemente 11 gleiche Vorsprungsbereiche zu dem Wärme erzeugenden Element 10 auf, und die freien Enden der bewegbaren Elemente 11 sind um einen angestrebten Abstand voneinander beabstandet. Angenommen dass die bewegbaren Elemente durch die Ebene, die durch das Zentrum des Wärme erzeugenden Elements geht, geteilt werden, sind die bewegbaren Elemente so ausgestaltet, dass die freien Enden der geteilten bewegbaren Elemente in der Umgebung des Zentrums des Wärme erzeugenden Elements gelegen sind.
An der Deckenplatte 2 ist ein Anschlag 12a angeordnet, der einen Versatz jedes bewegbaren Elements 11 innerhalb eines bestimmten Bereichs begrenzt. In einem Flüssigkeitsfluss von einer gemeinsamen Flüssigkeitskammer 13 zu der Ausstoßöffnung 4 ist eine Fließpfadregion mit einem Widerstand, der im Verhältnis zu dem des Flüssigkeitspfads 3 niedrig ist, stromaufwärts des Anschlags 12a angeordnet. Diese Fließpfadregion weist einen Querschnittsbereich auf, der größer als der des Flüssigkeitsfließpfads 3 ist, so dass die Fließpfadregion einen geringen Widerstand gegen den Flüssigkeitsfluss aufweist.
13A bis 13D zeigen Bauweisen, bei denen jeweils ein einzelnes bewegbares Element für ein einzelnes Wärme erzeugendes Element verwenden ist, wobei 13C und 13D eine Bauweise zeigen, bei der zusätzlich zu einem Spitzenanschlag 12a ein Seitenanschlag 12b angeordnet ist.
Bei der Ausstoßöffnung der Seitenschußtype ist ein Element, das in einer solchen Richtung schräg ist, dass es sich stromabwärts von der Trägerschicht beabstandet, auf einer Oberfläche des Seitenanschlags 12b, der in Kontakt mit dem bewegbaren Element gebracht werden soll, um eine Wirkung zur Dämpfung eines stromaufwärts gerichteten Trägheitswiderstands der Flüssigkeit zu verstärken, angeordnet. Dieses schräge Element dient dazu, einen vorteilhafteren Kontaktzustand zwischen dem bewegbaren Element 11 und dem Anschlag zu sichern, wenn sich das bewegbare Element aufwärts bewegt. Folglich wird ein stromaufwärts gerichteter Tintenfluss in einem Blasenerzeugungszustand reduziert, wodurch die Dämpfungswirkung für die Meniskusvibration verstärkt wird.
Nun erfolgt mit Bezug auf 13A bis 13D die Erläuterung charakteristischer Funktionen und Wirkungen des Flüssig keitsausstoßkopfs, der die vorstehend beschriebene Bauweise aufweist.
Jede von 13B und 13D zeigt einen Zustand, bei dem eine in die Luftblasenerzeugungsregion 11 gefüllte Flüssigkeit teilweise durch das Wärme erzeugende Element 10 erwärmt ist und eine durch Filmsieden erzeugte Blase 40 maximal gewachsen ist. In diesem Zustand bewegt sich die Flüssigkeit in dem Flüssigkeitsfließpfad 3 auf Grund eines durch eine Erzeugung der Luftblase 40 erzeugten Drucks zur Ausstoßöffnung 4 hin, das bewegbare Element 11 versetzt sich, wie die Luftblase 40 wächst, und ein ausgestoßener Flüssigkeitstropfen 66 ist dabei, aus der Ausstoßöffnung 4 zu springen. Die Fließpfadregion, die einen niedrigen Widerstand aufweist, bildet einen großen Fluss aus der Flüssigkeit, die sich stromaufwärts bewegt, aber das bewegbare Element 11 begrenzt die stromaufwärts gerichtete Flüssigkeitsbewegung erheblich, da sein Versatz, wenn es sich nahe an dem Anschlag 12 versetzt oder in Kontakt mit dem Anschlag kommt, begrenzt ist. Gleichzeitig begrenzt das bewegbare Element 11 ein stromaufwärts gerichtetes Wachsen der Luftblase 40. Bei dem in 13B gezeigten Zustand, bei dem die Flüssigkeit durch eine starke Kraft stromaufwärts bewegt wird, geht jedoch ein Abschnitt der Luftblase 40, deren Wachsen durch das bewegbare Element beschränkt ist, durch eine Lücke zwischen der Seitenwand, die den Flüssigkeitsfließpfad 3 bildet, und das bewegbare Element 11 hindurch und schwillt über einer oberen Fläche des bewegbaren Elements an. D. h. es wird eine angeschwollene Luftblase 41 gebildet. Andererseits wird in dem in 13D gezeigten Zustand eine angeschwollene Luftblase nicht gebildet, da der Seitenanschlag 12b den Zwischenraum zwischen dem bewegbaren Element 11 und der Seitenwand 7 des Fließpfads abschirmt.
Unmittelbar nachdem die Luftblase 40 nach dem Filmsieden beginnt, zu schrumpfen, ist die Kraft, die Flüssigkeit stromaufwärts zu bewegen, zu diesem Zeitpunkt noch ziemlich stark, und das bewegbare Element 11 wird in dem Zustand gehalten, in dem es in Kontakt mit dem Anschlag 12a gehalten ist, wodurch das Schrumpfen der Luftblase 40 erheblich dazu dient, die Flüssigkeit von der Ausstoßöffnung 4 stromaufwärts zu bewegen. Entsprechend wird dabei ein Meniskus erheblich von der Ausstoßöffnung 4 in den Flüssigkeitsfließpfad 3 gesaugt, wodurch eine Flüssigkeitssäule, die mit dem Ausstoßflüssigkeitstropfen 66 verbunden ist, mit einer starken Kraft abgeschnitten wird. Folglich reduziert der Flüssigkeitsausstoßkopf den Verbleib von Flüssigkeitstropfen oder Satelliten außen an der Ausstoßöffnung 4.
Wenn ein Schritt zum Zerspringen der Blasen fast abgeschlossen ist, überwindet eine Abstoßungskraft (Rückstellkraft) des bewegbaren Elements 11 die Kraft zur Bewegung der Flüssigkeit stromaufwärts in der Flüssigkeitspfadregion, die einen hohen Widerstand aufweist, wodurch das bewegbare Element 11 einen stromabwärts gerichteten Versatz beginnt und die Flüssigkeit beginnt, in der Flüssigkeitspfadregion, die einen niedrigen Widerstand aufweist, stromabwärts zu fließen. Gleichzeitig bildet die Flüssigkeit auf Grund des niedrigen Widerstands in dem Fließpfad schnell einen großen Fluss und geht über den Anschlag 12a in den Flüssigkeitsfließpfad 3.
Der Flüssigkeitsausstoßkopf der Seitenschußtype ist so gestaltet, dass er die Fließpfadregion mit einem hohen Widerstand, die die auszustoßende Flüssigkeit zuführt, nutzt, wodurch eine Nachfüllgeschwindigkeit erhöht wird. Außerdem reduziert die gemeinsame Flüssigkeitskammer, die angrenzend an die Fließpfadregion mit einem niedrigen Widerstand angeord net ist, den Widerstand in dem Fließpfad weiter, um die Nachfüllgeschwindigkeit zu erhöhen.
Ferner wird ein Zerspringen der Luftblase auf Grund einer Kombination aus dem Zwischenraum zwischen dem Seitenanschlag 12b und dem bewegbaren Element 11, der einen Flüssigkeitsfluss in die Luftblasenerzeugungsregion 11 in einem Stadium des Zerspringens der Luftblase 40 schneller werden lässt, und der schnellen Flüssigkeitszuführung entlang der Oberfläche des bewegbaren Elements 11, die entsteht, wenn das bewegbare Element 11 von dem Anschlag 12a beabstandet ist, schnell abgeschlossen.
<Bewegbares Element>
Siliciumnitrid, das verwendet wird, um das bewegbare Element, 5 μm dick, in den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen zu bilden, ist nicht einschränkend, und jedes Material kann verwendet werden, um das bewegbare Element zu bilden, solange es gegen eine Flüssigkeit, die ausgestoßen werden soll, beständig ist und elastisch genug, damit das bewegbare Element vorteilhaft funktionieren kann.
Als Material für das bewegbare Element sind Metalle wie z. B. hoch dauerhaftes Silber, Nickel, Gold, Eisen, Titan, Aluminium, Platin, Tantal, Edelstahl, Phosphorbronze und deren Verbindungen oder Harze mit einer Nitrilgruppe wie z. B. Acrylnitril, Butadien und Styrol, Harze mit einer Amidgruppe wie z. B. Polyamid, Harze mit einer Carboxylgruppe wie z. B. Polycarbonat, Harze mit einer Aldehydgruppe wie z. B. Polyacetal, Harze mit einer Sulfongruppe wie z. B. Polysulfon, andere Harze wie z. B. Flüssigkristallpolymere und deren Verbindungen, Metalle die hoch beständig gegen Tinte sind wie z. B. Gold, Wolfram, Tantal, Nickel, Edelstahl, Titan und deren Verbindungen, Materialien, die mit diesen Metallen für eine Beständigkeit gegen Tinte beschichtet sind, Harze mit einer Amidgruppe wie z. B. Polyamid, Harze mit einer Aldehydgruppe wie z. B. Polyacetal, Harze mit einer Ketongruppe wie z. B. Polyetherketon, Harze mit einer Imidgruppe wie z. B. Polyimid, Harze mit einer Hydroxylgruppe wie z. B. Phenolharz, Harze mit einer Ethylgruppe wie z. B. Polyethylen, Harze mit einer Alkylgruppe wie z. B. Polypropylen, Harze mit einer Epoxidgruppe wie z. B. Expoxidharz, Harze mit einer Aminogruppe wie z. B. Melamin, Harze mit einer Methylgruppe wie z. B. Xylolharz und dessen Verbindungen und Keramik wie z. B. Siliciumdioxid, Siliciumnitrid und deren Verbindungen zu bevorzugen. Ein Film, der eine Dicke in der Größenordnung von Mikrometern aufweist, ist als das bewegbare Element für den Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß den vorliegenden Ausführungsformen verwendbar.
Es erfolgt eine Beschreibung einer Lagebeziehung zwischen dem Wärme erzeugenden Element und dem bewegbaren Element. Das Wärme erzeugende Element und das bewegbare Element, die an optimalen Stellen angeordnet sind, ermöglichen, eine Flüssigkeit durch eine adäquate Steuerung ihres Flusses, der durch eine Erzeugung einer Blase mit dem Wärme erzeugenden Element verursacht ist, effektiv zu nutzen.
Es ist bekannt, dass eine Tintenausstoßmenge proportional einer Fläche des Wärme erzeugenden Elements ist, wie in 21 gezeigt, aber in dem Flüssigkeitsausstoßkopf, der das herkömmliche Tintenstrahl-Aufzeichnungsverfahren oder das so genannte Blasenstrahl-Aufzeichnungsverfahren anwendet, das einen Zustandswechsel verursacht, der von einem plötzlichen volumetrischen Austausch (Erzeugung einer Blase) begleitet ist, unter Verwendung einer Kraft, die durch den Zustandswechsel verursacht ist, Tinte aus einer Ausstoßöffnung ausstößt und ermöglicht, dass Tinte an einem Aufzeichnungsmedi um haftet, wodurch ein Bild erzeugt wird, existiert eine unwirksame Luftblasenerzeugungsregion S, die nicht dem Ausstoßen von Tinte dient. Von einem verschmorten Zustand des Wärme erzeugenden Elements her ist bekannt, dass die unwirksamen Luftblasenerzeugungsregionen um das Wärme erzeugende Element herum existieren. Auf Grund dieser Resultate gilt, dass ein Umkreis, der ca. 4 μm weit von dem Wärme erzeugenden Element entfernt ist, nicht der Erzeugung der Luftblase dient.
Entsprechend kann gesagt werden, dass eine Region, die sich direkt über einer wirksamen Luftblasenerzeugungsregion befindet, die in dem Umkreis des Wärme erzeugenden Elements von ca. 4 μm oder weiter innerhalb ist, eine Region ist, die eine wirksame Funktion für das bewegbare Element ausübt, und, indem eine Tatsache beachtet wird, dass der Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß der vorliegenden Ausführungsform in einem Stadium ermöglicht, dass eine Blase unabhängig von Flüssigkeitsflüssen in dem Fließpfad stromaufwärts und stromabwärts einer fast mittleren Region der Luftblasenerzeugungsregion (die tatsächlich innerhalb eines Bereichs von ca. +/- 10 μm ab einem Zentrum in Richtung der Flüssigkeitsflüsse gelegen ist) funktioniert, und in einem anderen Stadium ermöglicht, dass die Luftblase gemeinschaftlich auf den Flüssigkeitsflüssen funktioniert, ist äußerst wichtig, dass das bewegbare Element so angeordnet wird, dass nur ein Abschnitt der Blasenerzeugungsregion stromaufwärts der fast mittleren Region dem bewegbaren Element gegenübersteht. Wenngleich die wirksame Luftblasenerzeugungsregion vorstehend als ca. 4 μm oder weiter innerhalb des Umkreises des Wärme erzeugenden Elements definiert ist, kann diese Definition abhängig von Arten und Ausbildungsverfahren der Wärme erzeugenden Elemente modifiziert werden.
Zur vorteilhaften Ausbildung des im Wesentlichen geschlossenen Raums, der vorstehend beschrieben ist, ist zu bevorzugen, dass in einem betriebsbereiten Zustand ein Abstand von 10 μm oder weniger zwischen dem bewegbaren Element und dem Wärme erzeugenden Element reserviert ist.
<Elementträgerschicht>
Es erfolgt eine Beschreibung im Detail einer Bauweise der Elementträgerschicht 1, an welchem das Wärme erzeugende Element 10 angeordnet ist, um Wärme an eine Flüssigkeit abzugeben.
22A und 22B zeigen Seitenansichten im Schnitt zur Veranschaulichung von Hauptelementen der Flüssigkeitsausstoßvorrichtung gemäß den vorliegenden Ausführungsformen, wobei 22A eine Flüssigkeitsausstoßvorrichtung zeigt, die einen Schutzfilm aufweist, der später beschrieben wird, und 22B eine Flüssigkeitsausstoßvorrichtung zeigt, die keinen Schutzfilm aufweist.
Auf der Elementträgerschicht 1 befindet sich eine gerillte Deckenplatte 2, in der eine Rille ausgebildet ist, um einen Fließpfad 3 zu bilden.
Die Elementträgerschicht 1 ist durch Ausbildung eines Siliciumoxidfilms oder eines Siliciumnitridfilms 106 auf der Grundplatte 107, wobei z. B. Silicium zur Isolierung und Speicherung von Wärme dient, Strukturierung einer aus einem Material wie z. B. Hafniumborid (HfB₂), Tantalnitrid (TaN) oder Tantalaluminium (TaAl) hergestellten elektrischen Widerstandsschicht 105 (0,01 bis 0,2 μm dick), und Drahtelektroden 104 (0,2 bis 1,0 μm dick), die ein Wärme erzeugendes Element auf dem Film 106 bilden, wie in 22A gezeigt, gebildet. Wärme wird durch Aufbringen einer Spannung von ei ner Drahtelektrode 104 auf die Widerstandsschicht 105, wodurch ein Strom durch die Widerstandsschicht 105 geleitet wird, erzeugt. Ein Schutzfilm 103, der 0,1 bis 2,0 μm dick ist, hergestellt aus Siliciumoxid oder Siliciumnitrid, ist auf der Widerstandsschicht 105 zwischen den Drahtelektroden 104 ausgebildet, und eine kavitationsbeständige Schicht 102 (0,1 bis 0,6 μm dick), hergestellt aus einem Material wie z. B. Tantal, ist auf dem Schutzfilm 103 ausgebildet ist, um die Widerstandsschicht 105 vor verschiedenen Arten von Flüssigkeiten wie z. B. Tinte zu schützen.
Da Drücke und Druckwellen, die durch Erzeugen und Zerspringen einer Blase erzeugt werden, stark genug sind, die Dauerhaftigkeit der Oxidfilme erheblich zu mindern, ist ein metallisches Material wie z. B. Tantal (Ta) als ein Material für die kaviationsbeständige Schicht 102 verwendet.
Abhängig von einer Kombination einer Flüssigkeit, einer Fließpfadstruktur und einem Widerstandsmaterial ist es möglich, eine Bauweise zu wählen, die ein Anordnen des Schutzfilms 103 auf der Widerstandsschicht 105 nicht erfordert, wie in 10B gezeigt. Eine Iridium-Tantal-Aluminium-Verbindung oder dergleichen kann als ein Material für die Widerstandsschicht 105 erwähnt werden, die den Schutzfilm 103 nicht erfordert.
Das in den vorstehend erwähnten Ausführungsformen verwendete Wärme erzeugende Element 10 kann nur aus der Widerstandsschicht 105 (Wärme erzeugender Abschnitt) zwischen den Elektroden 104 bestehen oder den Schutzfilm 103 aufweisen, der die Widerstandsschicht 105 schützt.
Wenngleich das Wärme erzeugende Element 10, das aus der Widerstandsschicht 105 besteht, die entsprechend elektrischen Signalen Wärme erzeugt, in jeder der Ausführungsformen verwendet ist, ist dieses Wärme erzeugende Element nicht einschränkend, und ein Element ist als der Wärme erzeugende Abschnitt verwendbar, solange es eine Blase in einer Flüssigkeit erzeugen kann, die eine Flüssigkeit ausstoßen kann. Es ist z. B. möglich, ein fotothermales Umwandlungselement, das Wärme durch Aufnahme von Licht wie z. B Laser erzeugt, oder ein Wärme erzeugendes Element mit einem Wärme erzeugenden Abschnitt, der Wärme durch Aufnahme einer Hochfrequenzwelle erzeugt, zu verwenden.
Die vorstehend beschriebene Elementträgerschicht 1 kann zusätzlich zum Wärme erzeugenden Abschnitt des Elements 10, das aus der Widerstandsschicht 105, die den Wärme erzeugenden Abschnitt bildet, und den Drahtelektroden 104, die elektrische Signale zur Widerstandsschicht 105 senden, besteht, Funktionselemente wie z. B. einen Transistor, eine Diode, eine Verriegelung und ein Schieberegister, die bei einem Halbleiterherstellungsschritt für einen selektiven Antrieb des Wärme erzeugenden Elements 10 (elektrothermales Umwandlungselement) integriert werden, aufweisen.
Um den Wärme erzeugenden Abschnitt des Wärme erzeugenden Elements 10, das auf der Elementträgerschicht 1 angeordnet ist, zum Ausstoßen einer Flüssigkeit anzutreiben, wird über die Drahtelektroden 104 ein Rechteckimpuls wie z. B. der, der in 23 gezeigt ist, auf die vorstehend beschriebene Widerstandsschicht 105 aufgebracht, wodurch der Widerstandsschicht 105 zwischen den Drahtelektroden 104 ermöglicht wird, plötzlich Wärme zu erzeugen. In dem bei jeder Ausführungsform beschriebenen Kopf wird das Wärme erzeugende Element durch Aufbringen elektrischer Signale mit einer Spannung von 24 V, einer Impulsbreite von 7 μsec und einem Strom von 150 mA bei 6 kHz angetrieben und Tinte als eine Flüssig keit aus der Ausstoßöffnung 4 durch die vorstehend beschriebenen Vorgänge ausgestoßen. Doch die Bedingungen für die Ansteuersignale sind nicht einschränkend, und jedes Ansteuersignal kann verwendet werden, solange es eine adäquate Luftblase in einer Flüssigkeit erzeugen kann.
<Aufzeichnungsvorrichtung>
24 zeigt eine Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung, bei der die Flüssigkeitsausstoßvorrichtung angebaut ist und Tinte als eine auszustoßende Flüssigkeit verwendet wird. Ein Schlitten HC trägt eine Kopfkassette, die aus einem Flüssigkeitsbehälter 90 zur Aufnahme der Tinte und einem Aufzeichnungskopf 200 als eine Flüssigkeitsausstoßvorrichtung, die voneinander abnehmbar sind, besteht, und bewegt sich wechselseitig in einer Querrichtung des Aufzeichnungsmediums 150, wie z. B. eines Aufzeichnungspapiers, das durch eine Aufzeichnungsmediums-Transportvorrichtung zugeführt wird.
Wenn von einer Einrichtung zur Bereitstellung eines Ansteuersignals (nicht gezeigt) ein Ansteuersignal zu einer Flüssigkeitsausstoßvorrichtung auf dem Schlitten HC ausgesendet wird, wird die Tinte (Aufzeichnungsflüssigkeit) aus dem Aufzeichnungskopf entsprechend diesem Signal auf das Aufzeichnungsmedium ausgestoßen.
Eine bei der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgewählte Aufzeichnungsvorrichtung weist einen Motor 111 auf, der als eine Antriebsquelle zum Antrieb der Aufzeichnungsmediums-Transportvorrichtung und des Schlittens, von Zahnrädern 112 und 113 zum Übertragen einer Kraft von der Antriebsquelle zu dem Schlitten, einer Schlittenwelle 115 usw. dient. Diese Aufzeichnungsvorrichtung ist in der Lage, durch Ausstoßen von Flüssigkeiten auf verschiedene Arten von Aufzeichnungsmedien durch das Flüssigkeitsausstoßverfahren ge mäß den vorliegenden Ausführungsformen, vorteilhaft Bilder aufzuzeichnen.
25 zeigt ein Blockschaltbild zur Veranschaulichung eines Tintenstrahl-Aufzeichnungssystems als ein Ganzes, das Bilder mit der Flüssigkeitsausstoßvorrichtung gemäß den vorliegenden Ausführungsformen aufzeichnet.
Das Aufzeichnungssystem empfängt Druckdaten als Steuersignale von einem Leitrechner 300. Die Druckdaten werden zeitweilig in einer Eingangsschnittstelle 301, die in einer Druckvorrichtung angeordnet ist, gespeichert, gleichzeitig in Daten, die in dem Aufzeichnungssystem verarbeitbar sind, umgewandelt und in eine CPU (zentrale Rechnereinheit) 302 eingegeben. Auf der Grundlage eines Steuerprogramms, dass in einem ROM (Lesespeicher) 303 gespeichert ist, verarbeitet die CPU 302 unter Verwendung peripherer Einheiten wie z. B. eines RAM (Arbeitsspeichers) 304 die Eingangsdaten, wodurch die verarbeiteten Daten in Daten zum Ausdrucken (Bilddaten) umgewandelt werden.
Um die Bilddaten an einem adäquaten Ort auf dem Aufzeichnungspapier aufzuzeichnen, erzeugt die CPU 302 Treiberdaten, die verwendet werden, um einen Antriebsmotor 306 anzutreiben, der den Schlitten HC bewegt, der das Aufzeichnungspapier und den Aufzeichnungskopf in Synchronisation mit den Bilddaten hält. Die Bilddaten und die Motortreiberdaten werden über einen Kopftreiber 307 bzw. einen Motortreiber 305 auf den Aufzeichnungskopf 200 und einen Antriebsmotor 306 übertragen, die jeweils gemäß gesteuerter Zeitfolge angetrieben werden und genutzt werden, Bilder zu erzeugen.
Als das Aufzeichnungsmedium 150, auf das bei diesem Aufzeichnungssystem Flüssigkeiten wie z. B. Tinte gegeben wer den, sind verschieden Arten Papier, OHP-Folie, Kunststoffmaterialen, die z. B, als kompakte Scheiben oder dekorative Folien verwendet werden, Stoff, metallische Materialien wie z. B. Aluminium und Kupfer, Ledermaterialien wie z. B. Kuhhaut, Schweinehaut und künstliche Häute, Holzmaterialien wie z. B. Holzfolien und Sperrholze, Bambusmaterialien, keramische Materialien wie z. B. Fliesen und räumliche Gefüge wie z. B. Schwamm einsetzbar.
Das Aufzeichnungssystem kann eine Druckvorrichtung, die Bilder auf verschiedenen Arten Papier und OHP-Folie aufzeichnet, eine Aufzeichnungsvorrichtung, die Bilder auf Kunststoffmaterialien wie z. B. kompakten Scheiben aufzeichnet, eine Aufzeichnungsvorrichtung, die Bilder auf metallischen Blechen aufzeichnet, eine Aufzeichnungsvorrichtung, die Bilder auf Ledermaterialien aufzeichnet, eine Aufzeichnungsvorrichtung, die Bilder auf Holzmaterialien aufzeichnet, eine Aufzeichnungsvorrichtung, die Bilder auf keramischen Materialien aufzeichnet, eine Aufzeichnungsvorrichtung, die Bilder auf räumlichen Materialien wie z. B. Schwamm oder eine Druckvorrichtung, die Bilder auf Stoff aufzeichnet, umfassen.
Jede Flüssigkeit, die Aufzeichnungsmedien oder Aufzeichnungsbedingungen entspricht, kann als Flüssigkeit verwendet werden, die mit der Flüssigkeitsausstoßvorrichtung ausgestoßen wird.

Claims

Flüssigkeitsausstoßkopf, mit einem Flüssigkeitsfließpfad mit erster (1) und zweiter (2) gegenüberliegender Oberfläche und zwei Seitenabschnitten (7), die sich zwischen den gegenüberliegenden Oberflächen befinden, wobei die erste gegenüberliegende Oberfläche (1) ein Wärme erzeugendes Element (10) zur Erzeugung von Wärme zur Erzeugung einer Blase (40) in Flüssigkeit in einer Blasenerzeugungsregion hat, die zwischen dem Wärme erzeugenden Element und einem bewegbaren Element (11) definiert ist, das zwischen den gegenüberliegenden Oberflächen angeordnet ist, wobei das bewegbare Element ein freies Ende (11b) und Seiten hat und derart ausgestaltet ist, dass das freie Ende als Reaktion auf eine Erzeugung einer Blase von dem Wärme erzeugenden Element weg versetzt wird, um Druck von der Blase zu verursachen, um einen Flüssigkeitsausstoß aus einer Ausstoßöffnung (4) zu verursachen, und einer Begrenzungseinrichtung (12) zur Begrenzung eines Versatzes des freien Endes (11b) des bewegbaren Elements (11) innerhalb eines gewünschten Bereichs, dadurch gekennzeichnet, dass die Begrenzungseinrichtung (12) ein Begrenzungselement mit einem Spitzenbegrenzungsabschnitt (12a) und einem Seitenbegrenzungsabschnitt (12b) ist, wobei das bewegbare Element und die Spitzen- und Seitenbegrenzungsabschnitte derart ausgestaltet sind, dass bevor das bewegbare Element (11) durch die Blase versetzt wird, das freie Ende (11b) des bewegbaren Elements einer zentralen Region des Wärme erzeugenden Elements (10) gegenüberliegt, und wenn das freie Ende (11b) des bewegbaren Elements von dem Wärme erzeugenden Element (10) weg versetzt wird, das freie Ende (11b) mit dem Spitzenbegrenzungsabschnitt (12a) in Kontakt kommt und die Seiten des bewegbaren Elements (11) mit dem Seitenbegrenzungsabschnitt (12b) in Kontakt kommen.
Flüssigkeitsausstoßkopf nach Anspruch 1, wobei das bewegbare Element (11) in der Nähe der Blasenerzeugungsregion angeordnet ist und eine von der bewegbaren Platte in Richtung auf die erste gegenüberliegende Oberfläche auskragende Konvexität (11c) hat.
Flüssigkeitsausstoßkopf nach Anspruch 1 oder 2, wobei sich der Spitzenbegrenzungsabschnitt (12a) und das freie Ende (11b) des bewegbaren Elements (11) in einer Ebene befinden, die senkrecht zu der ersten gegenüberliegenden Oberfläche (1) ist.
Flüssigkeitsausstoßkopf nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei sich der Spitzenbegrenzungsabschnitt (12a), das freie Ende (11b) des bewegbaren Elements (11) und ein Zentrum des Wärme erzeugenden Elements (10) in einer Ebene befinden, die senkrecht zu der ersten gegenüberliegenden Oberfläche (1) ist.
Flüssigkeitsausstoßkopf nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Flüssigkeitsfließpfad eine Region eines vergrößerten Schnittbereichs hat, die stromabwärts von dem Spitzenbegrenzungsabschnitt (12a) ist.
Flüssigkeitsausstoßkopf nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die zweite gegenüberliegende Oberfläche (2) derart geformt ist, dass die Trennung zwischen der ersten und zweiten gegenüberliegenden Oberfläche stromaufwärts von dem Begrenzungselement (12) vergrößert ist.
Flüssigkeitsausstoßkopf nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Spitzenbegrenzungsabschnitt (12a) fortlaufend zu dem Seitenbegrenzungsabschnitt (12b) ist.
Flüssigkeitsausstoßkopf nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Seiten des bewegbaren Elements (11) eine sich verjüngende Form haben, welche sich in Richtung auf die zweite gegenüberliegende Oberfläche (2) verjüngt, und der Seitenbegrenzungsabschnitt (12b) eine sich verjüngende Form hat, welche derart ausgestaltet ist, dass sie die verjüngte Form der Seiten des bewegbaren Elements aufnimmt.
Flüssigkeitsausstoßkopf nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Seitenbegrenzungsabschnitt (12b) eine Form hat, die in einer Richtung stromabwärts des Flüssigkeitsfließpfads und in Richtung auf die erste gegenüberliegende Oberfläche (1) geneigt ist.
Flüssigkeitsausstoßkopf nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Seitenbegrenzungsabschnitt (12b) an der zweiten gegenüberliegenden Oberfläche (2) angeordnet ist.
Flüssigkeitsausstoßkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Seitenbegrenzungsabschnitt (12b) an den Seitenabschnitten (7) angeordnet ist.
Flüssigkeitsausstoßkopf nach Anspruch 11, wobei der Seitenbegrenzungsabschnitt (12b) von der Mitte der Länge der Seitenabschnitte (7) in den Flüssigkeitsfließpfad auskragt.
Flüssigkeitsausstoßkopf nach Anspruch 11, wobei der Flüssigkeitsfließpfad eine Breite zwischen den Seitenabschnitten (7) hat, die länger als eine Breite des Flüssigkeitsfließpfads zwischen Teilen des Seitenbegrenzungsabschnitts (12b) ist.
Flüssigkeitsausstoßkopf nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei sich die Wärme erzeugende Oberfläche des Wärme erzeugenden Elements (10) in der Richtung eines Flüssigkeitsflusses der Ausstoßöffnung (4) erstreckt.
Flüssigkeitsausstoßkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei der Ausstoßöffnung (4) dem Wärme erzeugenden Element (10) gegenüberliegt.
Flüssigkeitsausstoßkopf nach Anspruch 15, wobei eine Vielzahl von bewegbaren Elementen (11) mit dem Wärme erzeugenden Element (10) in Zusammenhang stehen und die Vielzahl von bewegbaren Elementen (11) in Bezug auf die Blasenerzeugungsregion symmetrisch angeordnet sind, welche zwischen dem Wärme erzeugenden Element (10) und der Vielzahl von bewegbaren Elementen (11) definiert ist.
Flüssigkeitsausstoßkopf nach Anspruch 1, wobei das Wärme erzeugende Element (10) dahingehend ausgestaltet ist, dass es eine Blase erzeugt, um Druck von der Blase zu verursachen, um einen Flüssigkeitsausstoß unter Verwendung eines Filmsiedephänomens zu verursachen.
Flüssigkeitsausstoßkopf nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei, wenn das freie Ende (11b) des bewegbaren Elements (11) in Kontakt mit dem Spitzenbegrenzungsabschnitt (12a) kommt und die Seiten des bewegbaren Elements (11) in Kontakt mit dem Seitenbegrenzungsabschnitt (2b) kommen, das bewegbare Element (11) den Flüssigkeitsfließpfad zu der Ausstoßöffnung (4) schließt.
Verfahren des Ausstoßens von Flüssigkeit durch eine Ausstoßöffnung (18) eines Flüssigkeitsausstoßkopfs mit einem Flüssigkeitsfließpfad mit erster (1) und zweiter (2) gegenüberliegender Oberfläche und zwei Seitenabschnitten (7), die sich zwischen den gegenüberliegenden Oberflächen befinden, wobei die erste gegenüberliegende Oberfläche (1) ein Wärme erzeugendes Element (10) zur Erzeugung von Wärme zur Erzeugung einer Blase (40) in Flüssigkeit in einer Blasenerzeugungsregion hat, die zwischen dem Wärme erzeugenden Element definiert ist; einem bewegbaren Element (11), das zwischen den gegenüberliegenden Oberflächen angeordnet sind, wobei das bewegbare Element ein freies Ende (11b) und Seiten hat und derart ausgestaltet ist, dass das freie Ende als Reaktion auf eine Erzeugung einer Blase von dem Wärme erzeugenden Element weg versetzt wird, um Druck von der Blase zu verursachen, um einen Flüssigkeitsausstoß aus einer Ausstoßöffnung (4) zu verursachen, und einem Begrenzungselement (12) zur Begrenzung eines Versatzes des freien Endes des bewegbaren Elements innerhalb eines gewünschten Bereichs, wobei das Begrenzungselement einen Spitzenbegrenzungsabschnitt (12a) und einen Seitenbegrenzungsabschnitt (12b) aufweist, und derart ausgestaltet sind, dass, bevor das bewegbare Element (11) durch die Blase versetzt wird, das freie Ende (11b) des bewegbaren Elements einer zentralen Region des Wärme erzeugenden Elements (10) gegenüberliegt, wobei das Verfahren die Schritt aufweist, des Steuerns des Wärme erzeugenden Elements (10), dass es eine Blase derart erzeugt, dass, wenn das freie Ende (11b) des bewegbaren Elements von dem Wärme erzeugenden Element (10) weg versetzt wird, das freie Ende (11b) mit dem Spitzenbegrenzungsabschnitt (12a) in Kontakt kommt und die Seiten des bewegbaren Elements (11) mit dem Seitenbegrenzungsabschnitt (12b) in Kontakt kommen.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei das Wärme erzeugende Element derart gesteuert wird, dass das bewegbare Element (11) mit dem Begrenzungselement (12) vor maximalem Wachstum der Blase in Kontakt gebracht wird und der Seitenbegrenzungsabschnitt (12b) mit dem bewegbaren Element (11) in Kontakt gebracht wird, um die in der Blasenerzeugungsregion erzeugte Blase (40) zu begrenzen, wodurch der die Blasenerzeugungsregion aufweisende Flüssigkeitsfließpfad einen Raum bildet, der außer der Ausstoßöffnung (4) im Wesentlichen geschlossen ist.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei das Wärme erzeugende Element (10) derart gesteuert wird, dass ein Abstand zwischen dem bewegbaren Element (11) und dem Seitenbegrenzungsabschnitt (12b) kürzer als eine Lücke zwischen dem bewegbaren Element (11) und den Seitenabschnitten (7) gemacht wird, wenn sich das bewegbare Element (11) näher an den Seitenbegrenzungsabschnitt (12b) bewegt, nachdem es der Flüssigkeit ermöglicht wird, dass sie um das bewegbare Element (11) fließt, welches mit Wachsen der Blase (49) versetzt wird, wodurch ein Fortschreiten der Blase in Richtung auf das bewegbare Element (11) begrenzt wird.
Verfahren nach Anspruch 21, zudem mit einem Schritt des Steuerns des Wärme erzeugenden Elements (10) derart, dass es der Flüssigkeit ermöglicht wird, neben das bewegbare Element (11) zu laufen und in die Blasenerzeugungsregion zu fließen, nachdem ein Abschnitt stromaufwärts der Blasenerzeugungsregion durch das in Kontakt mit dem Seitenbegrenzungsabschnitt (12b) kommende bewegbare Element (11) im Wesentlichen abgeschirmt wird, und derart dass es entlang einer Oberfläche des bewegbaren Bauteils (11) fließender Flüssigkeit ermöglicht wird, dass sie sich mit von den Seiten des bewegbaren Bauteils (11) fließender Flüssigkeit verbindet.
Flüssigkeitsausstoßvorrichtung, mit einem Flüssigkeitsausstoßkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 18, und einer Ansteuersignalzufuhreinrichtung (307) zur Zufuhr eines Ansteuersignals zur Verursachung eines Ausstoßes von Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsausstoßkopf.