DE19806807A1

DE19806807A1 - Tröpfchenausstoßvorrichtung

Info

Publication number: DE19806807A1
Application number: DE19806807A
Authority: DE
Inventors: Ryuichi Kojima; Yasuhiro Otsuka; Torahiko Kanda; Fuminori Takizawa; Masakazu Okuda; Hirofumi Nakamura
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1997-02-19
Filing date: 1998-02-18
Publication date: 1998-09-03
Also published as: US20020001015A1; US6450615B2

Description

Obwohl es sich bei der Erfindung um eine für einen Tin tenstrahl-Aufzeichnungskopf entwickelte Vorrichtung handelt, kann sie vielfältig als Vorrichtung zur Bildung eines leiten den Films einer kleinen elektrischen Schaltung oder inte grierten Schaltung und überdies zum Kleindrucken zusätzlich zum Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf verwendet werden. Die Er findung betrifft die Verbesserung der in der JP-A-57963/1997 offenbarten Technik (im folgenden "ältere Anmeldung" ge nannt), die vom Anmelder zuvor eingereicht wurde.

Vom Anmelder wurde eine Tröpfchenausstoßvorrichtung ge maß einer neuen Theorie in der vorgenannten älteren Anmeldung offenbart. Die Tröpfchenausstoßvorrichtung weist eine Haupt kammer mit einem Einlaß und einer Ausstoßöffnung sowie eine Druckbeaufschlagungseinrichtung zum Ausüben eines Drucks auf die in die Hauptkammer eingeleitete Flüssigkeit auf. Die Aus stoßöffnung erzeugt Oberflächenwellen auf der Oberfläche der die Luft an der Ausstoßöffnung berührenden Spritzflüssigkeit durch den Druck und stößt Tröpfchen mit einem kleineren Durchmesser als dem der Ausstoßöffnung in Übereinstimmung mit der Wirkung der Oberflächenwellen aus. Zur Bildung von Ober flächenwellen auf der Oberfläche der Flüssigkeit an der Aus stoßöffnung ist die Schnittform gemäß Fig. 40 offenbart. Fig. 40 ist eine Darstellung des Aufbaus einer Ausstoßvorrichtung für Tintentröpfchen. Die Tröpfchenausstoßvorrichtung ist mit einem Einlaß 1, einer Ausstoßöffnung 2, einer Schwingplatte 3, einem piezoelektrischen Aktor 4, einer Hauptkammer 5 und einer Tintenversorgung 6 versehen.

Bei einer mechanischen Verschiebung der durch den piezo elektrischen Aktor 4 angesteuerte Schwingplatte 3 ändert sich der Druck der in der Hauptkammer 5 gespeicherten Tinte, und Oberflächenwellen werden auf der Oberfläche der Tinte an der Ausstoßöffnung 2 erzeugt. Die Oberflächenwellen bewegen sich vom Umfang der Ausstoßöffnung 2 zum Mittelabschnitt, überla gern sich am Mittelabschnitt, um ihre Wellenhöhe zu vergrö ßern, und als Ergebnis lösen sich Tintentröpfchen aus der Tintenoberfläche. Die Tinte wird aus der Tintenversorgung 6 nach Durchlaufen des Einlasses 1 zur Spritzkammer 5 geführt.

Im folgenden wird diese Erscheinung konzeptionell be schrieben. Läßt man einen Wassertropfen auf eine unbewegliche Wasseroberfläche fallen, dehnt sich eine ringförmige Oberflä chenwelle aus, deren Mitte der Aufprallpunkt des Wassertrop fens ist. Eine umgekehrte Erscheinung zu diesem Phänomen tritt auf der Tintenoberfläche an der Spritzöffnung 2 der Er findung auf. Bei Erzeugung von Oberflächenwellen, die zur Mitte der Ausstoßöffnung 2 vom Umfang der Öffnung 2 gerichtet sind, konzentrieren sich die Wellen auf die Mitte der Aus stoßöffnung 2, und Tintentröpfchen lösen sich aus der Tinten oberfläche.

Fig. 41 ist eine Aufbauzeichnung zur Erläuterung des Öffnungsabschnitts einer Druckvorrichtung, die mit mehreren Ausstoßvorrichtungen für Tintentröpfchen versehen ist. Gemäß Fig. 41 kann durch Anordnen mehrerer Ausstoßöffnungen 2 von Tröpfchenausstoßvorrichtungen 14 _i bis 14 _n und Steuern des Tintenausstoßes jeder Ausstoßöffnung 2 das Papier bedruckt werden, das an der Vorderseite der Ausstoßöffnung 2 in Pfeil richtung durchläuft. Auf diese Weise kann der Kopf der Druck vorrichtung gebildet sein.

Mit einer Vorrichtung gemäß der neuen Theorie kann ein Tröpfchen mit einem kleineren Durchmesser als dem einer Aus stoßöffnung ausgestoßen werden. Auch wenn eine Ausstoßöffnung mit einem großen Durchmesser durch Grobeinstellung einer Be arbeitungsgenauigkeit gebildet ist, kann daher mit hoher Auf lösung durch Ausstoßen kleiner Tröpfchen gedruckt werden. Das heißt, eine hochauflösende Vorrichtung läßt sich billig und leicht bereitstellen. Da der Durchmesser einer Ausstoßöffnung erhöht werden kann, kommt es außerdem nicht so leicht zum Verstopfen mit Tinte, und eine Vorrichtung paßt sich leicht an Änderungen in der Umgebung an. Damit der verfügbare Tempe ratur- und Feuchtigkeitsbereich erweitert. Überdies sind aus gezeichnete Merkmale gegeben, u. a. die Tatsache, daß Anfor derungen an die Zusammensetzung einer Flüssigkeit nicht so streng sind, weshalb die Flüssigkeit auf verschiedene Tinten arten angewendet sein kann.

Im Rahmen der Erfindung wurden verschiedene Prüfungen an der Tröpfchenspritzvorrichtung gemaß der neuen Theorie durch geführt. Durch diese Prüfungen bestätigte sich, daß die Tröpfchenausstoßvorrichtung gemäß der Theorie bemerkenswert wirksam war. Als Standard ist bei einer praktischen Druckvor richtung eine Mindestauflösung von etwa 300 dpi (Punkte je Inch) oder mehr gefordert, um japanische Zeichen in guter Qualität zu drucken. Im Fall der vorliegenden Erfindung rich teten sich fortgesetzte Untersuchungen auf die Entwicklung einer praktischen Druckvorrichtung mit einer Auflösung von mindestens 300 dpi.

Hierbei besteht zur Bereitstellung einer praktischen Vorrichtung das wichtigste Problem darin, Oberflächenwellen auf der Oberfläche einer Ausstoßöffnung zu bilden, anstatt eine Spritzflüssigkeit direkt aus der Ausstoßöffnung abzuge ben. Zudem ist ein wichtiges Problem, wie die Oberflächenwel len unter Umweltbedingungen, u. a Praxistemperatur und Feuchtigkeit, konstant stabil erzeugt werden. Zur Lösung der Probleme müssen die folgenden Faktoren berücksichtigt werden: (1) mechanischer Aufbau oder Form von Hauptkammer und Öff nung, (2) Viskosität, Oberflächenspannung, Dichte und andere physikalische Eigenschaften der Flüssigkeit und (3) Technik zum Steuern des auf die Hauptkammer ausgeübten Drucks.

Die erste Erfindung offenbart eine als Ergebnis zahlrei cher Prüfungen zum vorgenannten Punkt (1) erhaltene Bedingung sowie einen Vorrichtungsaufbau gemäß der Bedingung. Eine Auf gabe dieser Erfindung besteht darin, eine kompakte, einfache und hochauflösende Tröpfchenausstoßvorrichtung bereitzustel len. Eine weitere Aufgabe dieser Erfindung ist, eine prakti sche Druckvorrichtung mit einer Auflösung von mindestens 300 dpi bereitzustellen. Noch eine weitere Aufgabe dieser Er findung besteht darin, eine Tröpfchenausstoßvorrichtung be reitzustellen, die breite Verwendung als Vorrichtung zur Bil dung eines leitenden Films einer kleinen elektrischen Schal tung oder integrierten Schaltung finden und zudem Kleindruck durchführen kann.

Die zweite Erfindung offenbart eine als Ergebnis zahl reicher Prüfungen zum vorgenannten Punkt (2) erhaltene Bedin gung sowie einen Vorrichtungsaufbau gemäß der Bedingung.

Eine Aufgabe der zweiten Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung bereitzustellen, die eine Flüssigkeit weniger be einflußt und einen stabilen Ausstoß auch dann durchführen kann, wenn sich die betrieblichen Umgebungstemperaturen der Vorrichtung ändern.

Die dritte und vierte Erfindung offenbaren eine als Er gebnis zahlreicher Prüfungen zum vorgenannten Punkt (3) er haltene Bedingung sowie einen Vorrichtungsaufbau gemaß der Bedingung.

Bei der ersten Erfindung handelt es sich um eine Tröpf chenausstoßvorrichtung mit einer Kammer mit einer Ausstoßöff nung und einer Druckbeaufschlagungseinrichtung zum Ausüben eines Drucks auf die in die Kammer eingeleitete Flüssigkeit, wobei die Kammer in einer Form zum Bilden von Oberflächenwel len auf der Oberfläche der Flüssigkeit an der Ausstoßöffnung mit dem Druck und zum Ausstoßen von Tröpfchen mit einem klei neren Durchmesser als der Durchmesser der Ausstoßöffnung ge bildet ist und ihre Größe im Schnitt senkrecht zur Ausstoß richtung zur Ausstoßöffnung abnimmt, wobei der Querschnitt der Kammer senkrecht zur Spritzrichtung rund oder regelmäßig vieleckig ist.

Die erste Erfindung ist durch solche Ausbildung der ebe nen Schnittform der Kammer gekennzeichnet, daß sie rund oder regelmäßig vieleckig ist. Das heißt, damit Oberflächen am Mittelabschnitt einer Ausstoßöffnung künstlich erzeugt wer den, ist ein Kreis oder ein regelmäßiges Vieleck für die Form der Ausstoßöffnung geeignet. Da die Ausstoßöffnung an einer Endwandfläche der Kammer gebildet ist, ist es zweckmäßig, die ebene Schnittform der Kammer so auszubilden, daß sie rund oder regelmäßig vieleckig ist.

Bevorzugt ist, daß der Winkel θ zwischen der Wandfläche und einer Ebene senkrecht zur Ausstoßrichtung (siehe Fig. 1) auf höchstens 65° eingestellt und der Durchmesser D der Aus stoßöffnung auf einen Wert eingestellt ist, der mindestens das 1,25fache eines erwünschten Durchmessers von Tröpfchen beträgt, die aus der Ausstoßöffnung zu spritzen sind. Ent sprechend den Ergebnissen von Prüfungen ist es stärker bevor zugt, daß der Winkel θ auf höchstens 60° und mindestens 15° eingestellt ist.

Im Rahmen der Erfindung konnten die Optimalwerte für den Winkel θ und Durchmesser D bestimmt werden, um eine prakti sche Vorrichtung für die Tröpfchenausstoßvorrichtung der äl teren Anmeldung zu entwickeln. Allgemein hat die für eine Tröpfchenausstoßvorrichtung verwendete Tinte eine Viskosität von 1,5 bis 5 cP bei einer Tinte auf Wasserbasis, eine Visko sität von 8 bis 15 cP bei einer Tinte auf Ölbasis und eine Viskosität von 8 bis 15 cP bei einer Heißschmelztinte. In je dem Fall liegt die Oberflächenspannung zwischen 10 und 70 dyn/cm. Als Ergebnis von Ausstoßexperimenten mit diesen verschiedenen Tintenarten wurde festgestellt, daß es bei zu nehmendem Winkel θ unmöglich ist, Oberflächenwellen auf der freien Oberfläche einer Flüssigkeit bei über 65° zu bilden, d. h. die Flüssigkeit ragt zylindrisch vor. Außerdem wurde festgestellt, daß durch Verringern des Winkels θ Oberflächen wellen an der Ausstoßöffnung gebildet werden können. Als Er gebnis einer detaillierteren Untersuchung wurde festgestellt, daß das Phänomen, daß eine Flüssigkeit zylindrisch vorragt, kaum auftritt, indem der Winkel θ auf einen Wert unter 60° eingestellt wird. Folglich wurde festgestellt, daß der Groß teil des auf die Flüssigkeit ausgeübten Drucks dazu dient, Oberflächenwellen zu bilden, und daß konzentrische bevorzugte Oberflächenwellen wirksam gebildet werden, indem der Winkel θ auf einen Wert unter 60° eingestellt wird. Die Untergrenze für den Winkel 8 wird durch die Tatsache bestimmt, daß sich Festigkeit oder Steifigkeit infolge einer abnehmenden Wand dicke in der Nähe einer Öffnung verringert, wozu die Probleme bei der Bearbeitung kommen, u. a. im Zusammenhang mit dem Vo lumen einer Kammer und der Beziehung zu einer benachbarten Tintenversorgung. Aus Sicht eines praktischen Aufbaus ist die Untergrenze ein Winkel θ von etwa 15°.

Außerdem wurde festgestellt, daß der Durchmesser D einen Wert von mindestens dem 1,25fachen eines erwünschten Durch messers eines auszustoßenden Tröpfchens erfordert, um Tröpf chen auszustoßen, indem veranlaßt wird, daß sich Oberflächen wellen überlagern. Ist also der Durchmesser D kleiner als dieser Wert, werden gebildete Oberflächenwellen infolge der Oberflächenspannung zusammengeführt, wodurch keine bevorzug ten Oberflächenwellen gebildet werden können. Ist der Durch messer D jedoch größer als dieser Wert, kommen bevorzugte Oberflächenwellen zustande. Für die weitere Erhöhung dieses Werts spielen die Bearbeitungskosten einer Ausstoßöffnung ei ne Rolle. Allerdings ist bei Erhöhung dieses Werts zu beach ten, daß der Abstand von einer benachbarten Ausstoßöffnung beschränkt ist, eine größere Tintenmenge verdampft und er zeugte Oberflächenwellen bei ihrer Ausbreitung auf der Ober fläche gedämpft werden. Für einen praktischen Aufbau ist die Obergrenze für den vorgenannten Wert ein Wert, der etwa das Dreifache eines erwünschten maximalen Durchmessers eines aus zustoßenden Tröpfchens beträgt.

Bei Verschiebung der Wandfläche der Kammer infolge der Druckausübung schwächt sich die Bildung von Oberflächenwellen ab. Das heißt, bei Verringerung des Winkels θ der Wandfläche der Kammer auf unter 60° dient der Großteil des auf die Flüs sigkeit ausgeübten Drucks zur Bildung von Oberflächenwellen, und Oberflächenwellen kommen wirksam zustande. Da jedoch die Wanddicke in der Nähe der Spritzöffnung abnimmt, verringern sich Festigkeit und Steifigkeit der Wandfläche. Bei abnehmen der Steifigkeit wird die Umgebung der Kante der Ausstoßöff nung infolge von Tröpfchenausstoß senkrecht verschoben, was das Problem mit sich bringt, daß die Wirksamkeit der Erzeu gung von Oberflächenwellen zurückgeht oder das Ausspritzen der Flüssigkeit instabil wird.

Daher läßt sich durch messerschneidenartiges Ausbilden der Wandfläche der Kammer die Steifigkeit der Wandfläche der Kammer erhöhen. Somit kann die Wandfläche der Kammer so aus gebildet sein, daß sie sich nach vorn zum Kammeräußeren von der Mitte konisch aufweitet, während sich die Wandfläche zur Ausstoßöffnung allmählich verengt. In diesem Fall ist die Ausstoßöffnung im wesentlichen ein Abschnitt, an dem der Durchmesser der Kammer minimiert ist.

Außerdem ist es wirksam, ein Verstärkungsteil um die Spritzöffnung anzuordnen, das eine Wandflächenverschiebung infolge des auf die Spritzkammer ausgeübten Drucks verhin dert. Bei diesem Aufbau wird die Wandfläche der Spritzkammer nicht durch den Druck verschoben, wodurch Oberflächenwellen wirksam erzeugt werden können. In diesem Fall kann die Öff nung des Verstärkungsteils jede Form haben, solange die Form nicht die Bildung von Oberflächenwellen auf dem Flüssigkeits spiegel oder den Flüssigkeitsausstoß durch die Ausstoßöffnung unterbindet. Der Durchmesser der Öffnung des Verstärkungs teils kann kleiner als der der Ausstoßöffnung sein, solange ein kleineres Tröpfchen als der Durchmesser der Ausstoßöff nung wirksam die Öffnung des Teils passieren kann.

Bei der zweiten Erfindung handelt es sich um eine Tröpf chenausstoßvorrichtung mit einer Kammer mit einer Ausstoßöff nung und einer Druckbeaufschlagungseinrichtung zum Ausüben eines Drucks auf die in die Kammer eingeleitete Flüssigkeit, wobei die Kammer in einer Form zum Bilden von Oberflächenwel len auf der Oberfläche der Flüssigkeit an der Ausstoßöffnung mit dem Druck und zum Ausstoßen von Tröpfchen mit einem klei neren Durchmesser als der Durchmesser der Ausstoßöffnung ge bildet ist und sie eine Einrichtung zum Erwärmen der Flüssig keit aufweist.

Die zweite Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Einrichtung zum Erwärmen der Spritzflüssigkeit aufweist.

Bevorzugt ist, daß die Erwärmungseinrichtung eine Ein richtung zum nahezu konstanten Steuern der Flüssigkeitstempe ratur aufweist. Außerdem ist bevorzugt, daß die Erwärmungs einrichtung so eingestellt ist, daß die Temperatur der Flüs sigkeit höher als die praktische Maximaltemperatur einer Vor richtung wird.

Möglich ist die Bildung eines Aufbaus, der mit einer elektrischen Heizung zum Erwärmen der Wandfläche der Kammer versehen ist. Das heißt, es kann ein Aufbau gebildet sein, bei dem die Wandfläche aus einem wärmeleitenden Teil herge stellt und ein das wärmeleitende Teil berührendes Heizungs element ist vorgesehen ist, oder ein Aufbau, bei dem die Wandfläche mit einem elektrischen exothermen Körper gebildet ist.

Überdies kann ein Aufbau gebildet sein, bei dem ein elektrischer exothermer Körper auf der Berührungsfläche der Druckbeaufschlagungseinrichtung mit der Flüssigkeit gebildet ist.

Ferner kann ein Aufbau gebildet sein, bei dem die Erwär mungseinrichtung einen Kopf mit mehreren Kammern und mehreren Druckbeaufschlagungseinrichtungen erwärmt.

Zur Entwicklung einer praktischen Vorrichtung für die Tröpfchenausstoßvorrichtung der älteren Anmeldung wurde im Rahmen der Erfindung erkannt, daß sich Ausstoßkennwerte je nach den physikalischen Eigenschaften, z. B. Oberflächenspan nung und Viskosität einer Flüssigkeit, ändern. Nachgewiesen wurde, daß eine Flüssigkeit mit niedrigerer Viskosität und größerer Oberflächenspannung leicht sehr kleine Tröpfchen er zeugte und sich die Geschwindigkeit der auszustoßenden Tröpf chen (im folgenden Tröpfchengeschwindigkeit genannt) erhöhte. Im allgemeinen ändert eine Flüssigkeit ihre Viskosität und Oberflächenspannung temperaturabhängig. Daher wurde festge stellt, daß Tröpfchen mit einem gewünschten Tröpfchendurch messer und einer gewünschten Tröpfchengeschwindigkeit durch Steuern der Flüssigkeitstemperatur stabil ausgestoßen werden. Außerdem wurde festgestellt, daß sich eine stabile Tröpfchen abgabe stets gemäß der Umgebungstemperaturänderung durch Steuern der Temperatur realisieren läßt.

Bei der dritten Erfindung handelt es sich um eine Tröpf chenausstoßvorrichtung mit einer Spritzkammer mit einer Aus stoßöffnung und einer Druckbeaufschlagungseinrichtung zum Ausüben eines Drucks auf die in die Kammer eingeleitete Flüs sigkeit, wobei die Kammer in einer Form zum Bilden von Ober flächenwellen auf der Oberfläche der Flüssigkeit an der Aus stoßöffnung mit dem Druck und zum Ausstoßen von Tröpfchen mit einem kleineren Durchmesser als der Durchmesser der Ausstoß öffnung gebildet ist und ein an der Druckbeaufschlagungsein richtung anzulegender Impuls ein Einzelimpuls mit einer Im pulsbreite "t" von höchstens 100 µs ist.

Gekennzeichnet ist die dritte Erfindung durch die Ver wendung eines Einzelimpulses mit einer Impulsbreite "t" von höchstens 100 µs als den an der Druckbeaufschlagungseinrich tung anzulegenden Impuls, wenn der Durchmesser der Spritzöff nung mindestens das 1,25fache eines gewünschten Tröpfchen durchmessers beträgt. Entsprechen den Ergebnissen von Prüfun gen ist bevorzugt, daß die Impulsbreite "t" höchstens 50 µs beträgt. Die Impulsbreite "t" kann auf verschiedene Werte eingestellt sein. Hierbei entspricht eine Impulsbreite der Zeit bis zur Rückkehr der Flüssigkeit in der Kammer zum Nor malzustand, nachdem sie unter Druck gesetzt wurde.

Zur Entwicklung einer praktischen Vorrichtung für die Tröpfchenausstoßvorrichtung gemäß der in der älteren Anmel dung offenbarten neuen Theorie wurden im Rahmen der Erfindung verschiedene Prüfungen zum Wert der-an der Druckbeaufschla gungseinrichtung anzulegenden Impulsbreite "t" durchgeführt. Das heißt, gemäß der vorstehenden Beschreibung erfordert ein idealer Punktdurchmesser auf einem Druckmedium mit einer er wünschten Auflösung von 300 dpi eine Düse, die um etwa das √2fache größer als ein Punktabstand ist, und dieser Wert ent spricht etwa 120 µm. Außerdem ließ sich experimentell erken nen, daß die Beziehung zwischen Punktdurchmesser und Tröpf chendurchmesser auf einer Aufzeichnung von den Kennwerten ei nes Druckmediums oder der Geschwindigkeit eines ausgestoßenen Tröpfchens abhängt. Zudem wurde experimentell festgestellt, daß sich die Geschwindigkeit eines ausgestoßenen Tröpfchens entsprechend der Zusammensetzung einer Flüssigkeit nicht stark ändert, solange der neuen Theorie gefolgt wird. Somit wurde festgestellt, daß durch Bilden von Oberflächenwellen, um Tröpfchen aus der Flüssigkeitsoberfläche zu lösen, die Ge schwindigkeit der ausgestoßenen Tröpfchen ein nahezu konstan ter Wert wird (z. B. etwa 3 bis 10 m/s bei Erwärmung einer für Experimente verwendeten Schreibtinte auf eine etwa 30°C über der Raumtemperatur liegende Temperatur) und die prakti sche Geschwindigkeit der ausgestoßenen Tröpfchen auch dann etwa 4 m/s wird, wenn die durch die Druckbeaufschlagungsein richtung auszuübende Energie geändert oder eine Ausstoßöff nung mit einem anderen Durchmesser verwendet wird. Zur Bil dung eines Druckpunkts mit 120 µm Durchmesser auf gestriche nem Papier unter der genannten Bedingung muß ein Tröpfchen mit etwa 60 bis 70 µm Durchmesser ausgestoßen werden. Beob achtet wurde, wie sich Tröpfchendurchmesser änderten, indem die an der Druckbeaufschlagungseinrichtung anzulegende Im pulsbreite "t" geändert wurde, um ein Tintentröpfchen mit ei nem Durchmesser von etwa 60 bis 70 µm auszustoßen. Als Ergeb nis wurde festgestellt, daß ein nahezu gewünschter Tröpfchen durchmesser durch Einstellen der Impulsbreite "t" auf höch stens 100 µs erhalten wird, und ferner wurde festgestellt, daß es stärker bevorzugt ist, die Impulsbreite "t" auf höch stens 50 µs einzustellen.

Möglich ist, die Impulsbreite "t" auf verschiedene Werte im Verlauf von Betriebsabläufen einzustellen. Dadurch kann der Tintentemperatur und zudem der Änderung von Umgebungsbe dingungen entsprochen und der praktische Tröpfchendurchmesser durch Ändern der Impulsbreite "t" geändert werden.

Bei der vierten Erfindung handelt es sich um eine Tröpf chenausstoßvorrichtung mit einer Kammer mit einer Ausstoßöff nung und einer Druckbeaufschlagungseinrichtung zum Ausüben eines Drucks auf die in die Kammer eingeleitete Flüssigkeit, wobei die Kammer in einer Form zum Bilden von Oberflächenwel len auf der Oberfläche der Spritzflüssigkeit an der Spritz öffnung mit dem Druck und zum Ausstoßen von Tröpfchen mit ei nem kleineren Durchmesser als der Durchmesser der Ausstoßöff nung gebildet ist, die Druckbeaufschlagungseinrichtung mit einer elektrischen Signalerzeugungsschaltung und einem piezo elektrischen Aktor versehen ist, der durch eine Ausgabe der elektrischen Signalerzeugungsschaltung angesteuert wird und dessen mechanische Verschiebungsausgabe der Flüssigkeit in der Kammer zugeführt wird, und eine Filterschaltung zum se lektiven Durchlassen einer zur Bildung der Oberflächenwellen geeigneten Frequenzkomponente mit einer Schaltung zwischen dem Ausgang der elektrischen Signalerzeugungsschaltung und dem piezoelektrischen Aktor verbunden ist.

Die vierte Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Druckbeaufschlagungseinrichtung mit einer elektrischen Si gnalerzeugungsschaltung und einem piezoelektrischen Aktor versehen ist, der durch die Ausgabe der elektrischen Signal erzeugungsschaltung angesteuert wird und dessen mechanische Verschiebungsausgabe der Flüssigkeit in der Kammer zugeführt wird, und eine Filterschaltung zum selektiven Durchlassen von zur Bildung der Oberflächenwellen geeigneten Frequenzkompo nenten in der Schaltung zwischen dem Ausgang der elektrischen Signalerzeugungsschaltung und dem piezoelektrischen Aktor an geordnet ist. Bevorzugt ist, daß die Frequenzkomponenten Si nuswellenimpulse sind.

Hierbei ist ein Sinuswellenimpuls als Impulswellenform mit einer sehr schmalen Frequenzverteilung in einem Impuls signal definiert.

Bevorzugt ist, daß die elektrische Signalerzeugungs schaltung eine Impulserzeugungsschaltung zum Erzeugen eines Dreieckimpulses, Rechteckimpulses oder Trapezimpulses ist und die Filterschaltung ein Tiefpaßfilter verwendet. Das Tiefpaß filter kann z. B. durch ein CR-Filter realisiert sein.

Zur Entwicklung einer praktischen Vorrichtung für die Tröpfchenspritzvorrichtung der älteren Anmeldung wurde im Rahmen der Erfindung festgestellt, daß ein Sinusimpuls für eine Wellenform zur Druckbeaufschlagung der Tinte in einer Spritzkammer am geeignetsten ist. Dies ergab sich durch expe rimentellen Nachweis, daß es möglich ist, Oberflächenwellen mit angeordneten Phasen zu veranlassen, sich in der Mitte zu überlagern, und die stabilste Abgabe im Hinblick auf Tröpf chendurchmesser und Tröpfchengeschwindigkeit durchzuführen, da die Frequenzkomponente eines Sinuswellenimpulses einzeln vorliegt.

Daher wurde versucht, einen Sinuswellenimpuls durch eine elektrische Signalerzeugungsschaltung direkt zu erzeugen. Al lerdings wurde festgestellt, daß eine Synthesizerschaltung o. ä. notwendig ist, um einen einzelnen Sinuswellenimpuls zu erzeugen, was die Kosten erhöht. Daher wurde festgestellt, daß eine einem Sinuswellenimpuls nahekommende Wellenform, die eine Grundwelle ist, durch Erzeugen eines zweckmäßigen Drei eck-, Rechteck- oder Trapezimpulses durch die elektrische Si gnalerzeugungsschaltung erhalten und der Impuls durch eine Filterschaltung mit einem Tiefpaßfilter geführt werden kann, anstatt den Sinuswellenimpuls direkt zu erzeugen. Dadurch kann eine praktische Vorrichtung mit einfachen und billigen Schaltungen verglichen mit einer direkten Erzeugung eines Si nuswellenimpulses durch die elektrische Signalerzeugungs schaltung gebildet werden.

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung der Vorrichtung der ersten Ausführungsform der ersten Erfindung;

Fig. 2 ist eine Darstellung des Tröpfchenbildungsverfah rens einer Tröpfchenausstoßvorrichtung, bei der ein Winkel θ auf 60° und ein Durchmesser D auf 100 µm eingestellt sind;

Fig. 3 ist eine Darstellung des Tröpfchenbildungsverfah rens einer Tröpfchenausstoßvorrichtung, bei der ein Winkel θ auf 60° und ein Durchmesser D auf 100 µm eingestellt sind;

Fig. 4 ist eine Darstellung einer Prototypvorrichtung, durch die kein gewünschtes Ergebnis erhalten wird;

Fig. 5 ist eine Darstellung des Tröpfchenbildungsverfah rens einer Tröpfchenausstoßvorrichtung, bei der ein Winkel θ auf 70° und ein Durchmesser D auf 80 µm eingestellt sind;

Fig. 6 ist eine Darstellung des Tröpfchenbildungsverfah rens einer Tröpfchenausstoßvorrichtung, bei der ein Winkel θ auf 70° und ein Durchmesser D auf 80 µm eingestellt sind;

Fig. 7 ist eine Darstellung einer Tröpfchenausstoßvor richtung mit einer Kammer, bei der ein Winkel θ auf 90° ein gestellt ist;

Fig. 8 ist eine Darstellung einer Tröpfchenausstoßvor richtung mit einer Kammer, bei der ein Winkel θ auf 85° ein gestellt ist;

Fig. 9 ist eine Darstellung einer Tröpfchenausstoßvor richtung mit einer Kammer, bei der ein Winkel θ auf 65° ein gestellt ist;

Fig. 10 ist eine Darstellung einer Tröpfchenausstoßvor richtung mit einer Kammer, bei der ein Winkel θ auf 35° ein gestellt ist;

Fig. 11 ist eine Darstellung eines Erzeugungszustands von Oberflächenwellen einer Tröpfchenausstoßvorrichtung, bei der ein Durchmesser D kleiner als das 1,25fache des Durchmes sers eines Tröpfchens ist;

Fig. 12 ist eine Darstellung eines Erzeugungszustands von Oberflächenwellen einer Tröpfchenausstoßvorrichtung, bei der ein Durchmesser D kleiner als das 1,25fache des Durchmes sers eines Tröpfchens ist;

Fig. 13 ist eine schematische Darstellung der Tröpfchen ausstoßvorrichtung der zweiten Ausführungsform der ersten Er findung;

Fig. 14 ist eine schematische Darstellung der Tröpfchen ausstoßvorrichtung der zweiten Ausführungsform der ersten Er findung;

Fig. 15 ist eine schematische Darstellung der Vorrich tung der ersten Ausführungsform der zweiten Erfindung;

Fig. 16 ist ein Blockschaltbild des Aufbaus eines Tempe raturreguliersystems;

Fig. 17 ist eine schematische Darstellung der Tröpfchen spritzvorrichtung der zweiten Ausführungsform der zweiten Er findung;

Fig. 18 ist eine schematische Darstellung der Tröpfchen spritzvorrichtung der dritten Ausführungsform der zweiten Er findung;

Fig. 19 ist eine schematische Darstellung der Tröpfchen spritzvorrichtung der vierten Ausführungsform der zweiten Er findung;

Fig. 20 ist eine schematische Darstellung der Tröpfchen spritzvorrichtung der fünften Ausführungsform der zweiten Er findung;

Fig. 21 ist eine schematische Darstellung der Schreib- und Aufzeichnungsvorrichtung der sechsten Ausführungsform der zweiten Erfindung;

Fig. 22 ist eine Darstellung der Beziehung zwischen Tem peratur und Viskosität einer Flüssigkeit;

Fig. 23 ist eine Darstellung der Beziehung zwischen Tem peratur und Oberflächenspannung einer Flüssigkeit;

Fig. 24 ist eine schematische Darstellung der Vorrich tung einer Ausführungsform der dritten Erfindung;

Fig. 25 ist eine Darstellung des Punktdurchmessers und des Punktabstands bei einer Auflösung von 300 dpi;

Fig. 26 ist eine Darstellung der Beziehung zwischen An legezeit "t" eines am piezoelektrischen Aktor anzulegenden Einzelimpulses und Tröpfchendurchmesser;

Fig. 27 ist ein Blockschaltbild der Vorrichtung der er sten Ausführungsform der vierten Erfindung;

Fig. 28 ist ein Schaltbild einer Filterschaltung;

Fig. 29 ist eine Darstellung einer Kennlinie eines Tief paßfilters der Filterschaltung der ersten Ausführungsform der vierten Erfindung;

Fig. 30 ist eine Darstellung der Beziehung zwischen Im pulsbreite und Tröpfchendurchmesser;

Fig. 31 ist eine Darstellung der Beziehung zwischen Tröpfchendurchmesser und notwendiger Amplitude;

Fig. 32 ist ein Blockschaltbild der Vorrichtung der er sten Ausführungsform der vierten Erfindung;

Fig. 33 ist ein Blockschaltbild der Vorrichtung der zweiten Ausführungsform der vierten Erfindung;

Fig. 34 ist ein Blockschaltbild der Vorrichtung der dritten Ausführungsform der vierten Erfindung;

Fig. 35 ist ein Blockschaltbild eines Beispiels für eine Schaltung zum Erzeugen eines Dreieckimpulses und eines Tra pezimpulses;

Fig. 36 ist eine Signaldarstellung eines Dreieckimpuls- Erzeugungsverfahrens;

Fig. 37 ist eine Signaldarstellung eines Trapezimpuls- Erzeugungsverfahrens;

Fig. 38 ist eine Konzeptansicht der fünften Ausführungs form der vierten Erfindung;

Fig. 39 ist eine schematische Darstellung der für die fünfte Ausführungsform der vierten Erfindung verwendeten Tröpfchenspritzvorrichtung;

Fig. 40 ist eine schematische Darstellung des Aufbaus einer Tröpfchenausstoßvorrichtung; und

Fig. 41 ist eine schematische Darstellung zur Erläute rung des Düsenabschnitts einer Schreib- und Aufzeichnungsvor richtung, die mit mehreren Tröpfchenspritzvorrichtungen ver sehen ist.

Im folgenden wird der Aufbau der ersten Ausführungsform der ersten Erfindung anhand von Fig. 1 beschrieben.

Bei der ersten Erfindung handelt es sich um eine Tröpf chenausstoßvorrichtung mit einer Hauptkammer 5 mit einem Ein laß 1 und einer Ausstoßöffnung 2 und einer Schwingplatte 3, die als Druckbeaufschlagungseinrichtung zum Ausüben eines Drucks auf eine in die Hauptkammer 5 eingeleitete Flüssig keit, z. B. Tinte, dient, wobei die Ausstoßöffnung 2 in einer Form zum Bilden von Oberflächenwellen auf der Oberfläche der Flüssigkeit an der Ausstoßöffnung infolge des Drucks und zum Ausstoßen von Tröpfchen mit einem kleineren Durchmesser als dem der Ausstoßöffnung 2 gebildet ist.

Hierbei ist die erste Ausführungsform dadurch gekenn zeichnet, daß die Ausstoßkammer 5 mit einer Wandfläche verse hen ist, deren Durchmesser sich zur Ausstoßöffnung 2 verrin gert und deren ebene Schnittform senkrecht zur Ausstoßrich tung rund oder regelmäßig vieleckig ist.

Der zwischen der Wandfläche und der Ebene senkrecht zur Ausstoßrichtung gebildete Winkel θ ist auf höchstens 65° und der Durchmesser D der Ausstoßöffnung 2 ist auf einen Wert eingestellt, der mindestens 1,25mal größer als ein gewünsch ter Durchmesser eines aus der Ausstoßöffnung 2 ausgestoßenen Tröpfchens ist.

Bei der Tröpfchenausstoßvorrichtung von Fig. 1 ist der gewünschte Tröpfchendurchmesser auf etwa 70 µm und der Durch messer D der Ausstoßöffnung 2 auf 100 µm eingestellt. Außer dem ist der Winkel θ zwischen der Wandfläche der Ausstoßkam mer 5 und der Ebene senkrecht zur Tröpfchenausstoßrichtung auf 60° eingestellt. Durch Einstellen des Durchmessers eines Tröpfchens auf etwa 70 µm und der Tröpfchengeschwindigkeit auf 4 m/s kann allgemein ein Punkt mit 120 µm Durchmesser auf gestrichenem Papier erzeugt werden. Dadurch läßt sich eine Auflösung von etwa 300 dpi (Punkten je Inch) erhalten.

Im folgenden wird begründet, warum die ebene Schnittform der Hauptkammer 5 rund oder regelmäßig vieleckig ist. Damit Oberflächenwellen am Mittelabschnitt der Ausstoßöffnung 2 künstlich erzeugt werden, liegt auf der Hand, daß ein Kreis oder ein regelmäßiges Vieleck für die Form der Ausstoßöffnung 2 geeignet ist. Da die Ausstoßöffnung 2 an einem Ende der Hauptkammer 5 gebildet ist, wurde festgestellt, daß es zudem zweckmäßig ist, die ebene Schnittform der Hauptkammer 5 rund oder regelmäßig vieleckig auszubilden.

Im folgenden wird beschrieben, mit welchem Verfahren auf den Winkel θ ≦ 65° und den Durchmesser D ≧ 1,25 × Tröpfchen durchmesser geschlossen wurde. Zur Entwicklung einer prakti schen Vorrichtung für die Tröpfchenausstoßvorrichtung der äl teren Anmeldung wurden im Rahmen der Erfindung eine Tröpf chenausstoßvorrichtung, bei der der Winkel θ auf 60° und der Durchmesser D auf 100 µm gemäß Fig. 1 eingestellt sind, und eine Tröpfchenausstoßvorrichtung, bei der der Winkel θ auf 70° und der Durchmesser D auf 80 µm gemäß Fig. 4 eingestellt sind, auf experimenteller Basis hergestellt. Gemäß Fig. 1 sammeln sich die Oberflächenwellen, die um die Ausstoßöffnung 2 infolge einer mechanischen Verschiebung der durch den pie zoelektrischen Aktor 4 angesteuerten Druckbeaufschlagungs platte 3 erzeugt werden, am Mittelabschnitt der Ausstoßöff nung 2 an, um eine Flüssigkeitssäule gemäß Fig. 2 zu bilden. Erreichen Bildungsgeschwindigkeit und Höhe der Flüssigkeits säule die zum Lösen von Tröpfchen ausreichenden Bedingungen, löst sich ein Tröpfchen 7 gemäß Fig. 3. In diesem Moment be trägt der Durchmessers des Tröpfchens 7 etwa 70 µm, weshalb ein gewünschtes Ergebnis erhalten werden kann.

Bei der Tröpfchenausstoßvorrichtung von Fig. 4 sind alle Parameter (u. a. eine am piezoelektrischen Aktor 4 anzulegen de Einzelimpulsbreite) mit Ausnahme des Winkels θ und des Durchmessers D auf die gleichen Bedingungen wie bei der Tröpfchenausstoßvorrichtung von Fig. 1 eingestellt. Gemäß Fig. 4 kommt es zum konvexen Ausbauchen der Tintenoberfläche infolge der Oberflächenspannung an der Ausstoßöffnung 2 auf grund der mechanischen Verschiebung der durch den piezoelek trischen Aktor 4 angesteuerten Schwingplatte 3. In diesem Fall läßt sich ein Vorhandensein von Oberflächenwellen auf der Tintenoberfläche nicht nachweisen. Gemäß Fig. 5 bildet die ausgebauchte Tintenoberfläche danach eine Flüssigkeits säule. Erreichen Bildungsgeschwindigkeit und Höhe der Flüs sigkeitssäule die zum Lösen eines Tröpfchens ausreichenden Bedingungen, löst sich gemäß Fig. 6 ein Tröpfchen 7'. In die sem Moment beträgt der Durchmesser des Tröpfchens 7' 80 µm. Der Durchmesser des Tröpfchens 7' ist nahezu gleich dem Durchmesser D der Ausstoßöffnung 2, aber 70 µm als erwünsch ter Tröpfchendurchmesser lassen sich nicht erhalten.

Gemäß den vorstehenden Ergebnissen von Prototypen wurden Simulationen in Übereinstimmung mit v erschiedenen Parametern durchgeführt. Angestrebt wurde, die Simulation eines Zustands bei Erzeugung von Oberflächenwellen in einem Computersystem durchzuführen, indem die Parameter in das Computersystem ein gegeben wurden. Durchgeführt wurden die nachfolgend darge stellten Simulationen, indem für Parameter (u. a. die Breite eines am piezoelektrischen Aktor 4 anzulegenden Impulses) mit Ausnahme des Winkels θ und des Durchmessers D die gleichen Bedingungen galten. Ist gemäß Fig. 7 der Winkel θ auf 90° eingestellt, dient der Druck infolge von mechanischer Ver schiebung der Druckbeaufschlagungsplatte 3 als Kraft zum gleichmäßigen Ausbauchen der Tinte in der Hauptkammer 5 zur Ausstoßöffnung 2, was es unmöglich macht, Oberflächenwellen auf der Tintenoberfläche an der Ausstoßöffnung 2 zu bilden.

Im diesen Zustand, in dem Oberflächenwellen auf der Tin tenoberfläche nicht gebildet werden können, wurde das Verfah ren zum Bilden des Tröpfchens 7 von Fig. 4 bis 6 wiederholt, aber es ließ sich kein gewünschtes Ergebnis erhalten.

Im Rahmen der Erfindung wurde eine Simulation durchge führt, bei der der Winkel θ unter 90° verringert wurde. Gemäß Fig. 8 bildet durch Verringerung des Winkels θ unter 90° die Wandfläche der Hauptkammer 5 einen Kegel, und die in der Hauptkammer 5 näher zur Wandfläche befindliche Tinte erhöht ihren Druck und ihre Fließgeschwindigkeit infolge von mecha nischer Verschiebung der Schwingplatte 3.

Bei Durchführung einer Simulation durch Einstellen des Winkels θ auf 65° gemäß Fig. 9 konnte eine Bildung von Ober flächenwellen erstmalig nachgewiesen werden. Dies zeigt, daß die Kegeligkeit der Wandfläche der Hauptkammer 5 den Druck und die Fließgeschwindigkeit der Tinte nahe der Wandfläche auf Werte erhöhte, die zur Bildung von Oberflächenwellen aus reichten. Außerdem ließ sich die Erzeugung von Oberflächen wellen nachweisen, indem eine Simulation durch Einstellen des Winkels θ auf 35° gemäß Fig. 10 erfolgte. In diesem Fall konnte die Bildung von Oberflächenwellen ab dem Zeitpunkt, an dem der Winkel θ unter 65° fiel, bis zu dem Zeitpunkt, an dem der Winkel θ 35° wurde, nachgewiesen werden.

Zudem ließ sich die Bildung von Oberflächenwellen durch Simulation auch dann nachweisen, wenn der Winkel 35° oder kleiner wurde. Allerdings wird davon ausgegangen, daß es praktisch zweckmäßig ist, die Untergrenze für den Winkel θ mit 15° festzulegen, da die Kapazität der Hauptkammer 5 oder einer Tintenversorgung 6 verringert werden muß und problema tisch ist, daß sich Festigkeit und Steifigkeit nahe der Aus stoßöffnung 2 verringern. Zur Steuerung der Erscheinung, daß eine Flüssigkeit zylindrisch vorragt und wirksam Oberflächen wellen bei Druckausübung erzeugt, ist bevorzugt, den Winkel θ zwischen 15° und 60° einzustellen.

Können Oberflächenwellen auf der Oberfläche einer Tinte gebildet werden, läßt sich somit das Bildungsverfahren des Tröpfchens 7 gemäß Fig. 1 bis 3 nachvollziehen. Daher kann ein gewünschtes Ergebnis erhalten werden.

Im folgenden wird beschrieben, weshalb es zweckmäßig ist, den Durchmesser der Ausstoßöffnung 2 auf einen Wert vom 1,25fachen des Durchmessers des Tröpfchens 7 einzustellen. In diesem Fall ist der Winkel θ zwischen der Wandfläche der Hauptkammer 5 und der Ebene senkrecht zur Ausstoßrichtung des Tröpfchens 7 auf 60° eingestellt. Im Fall von Fig. 11 sind Oberflächenwellen, die auf der Tintenoberfläche der Ausstoß öffnung 2 infolge von mechanischer Verschiebung der durch den piezoelektrischen Aktor 4 angesteuerten Schwingplatte 3 er zeugt werden, zueinander benachbart, da der Durchmesser der Ausstoßöffnung 2 klein ist. Daher werden sie infolge der ge genseitigen Oberflächenspannung zueinander angezogen.

Gemäß Fig. 11 infolge der gegenseitigen Oberflächenspan nung zueinander angezogene Oberflächenwellen vereinigen sich gemäß Fig. 12 infolge der gegenseitigen Oberflächenspannung zu einem Körper, ohne sich zu überlagern. Obwohl es im Zu stand von Fig. 11 den Anschein hat, als würden Oberflächen wellen zeitweilig gebildet, verschwinden die Oberflächenwel len nach kurzer Zeit. Daher baucht sich die Tintenoberfläche gemäß Fig. 12 konvex aus. Der Zustand von Fig. 12 ist der gleiche wie in Fig. 4, weshalb sich das Bildungsverfahren des Tröpfchens 7 gemäß Fig. 5 und 6 wiederholt, aber kein ge wünschtes Ergebnis zustande kommt.

Folglich wurde festgestellt, daß es für die auf der Tin tenoberfläche an der Ausstoßöffnung 2 gebildeten Oberflächen wellen wichtig ist, einen Abstand beizubehalten, in dem sie nicht durch die gegenseitige Oberflächenspannung zueinander angezogen werden, um Tröpfchen auszustoßen. Auch bei dieser Erscheinung wurde als Ergebnis einer Simulation durch ein Computersystem festgestellt, daß auf der Tintenoberfläche an der Ausstoßöffnung 2 gebildete Oberflächenwellen nicht durch die gegenseitige Oberflächenspannung zueinander angezogen werden, indem die Ausstoßöffnung 2 mit einem Durchmesser zum Einsatz kommt, der mindestens 1,25mal größer als der Durch messer eines Tröpfchens ist.

Durch Verwendung der Ausstoßöffnung 2 mit einer solchen Durchmessergröße wiederholt sich somit das Bildungsverfahren des Tröpfchens 7 von Fig. 1 bis 3, und ein gewünschtes Ergeb nis läßt sich erhalten.

Da der Tröpfchendurchmesser für die erste Ausführungs form der ersten Erfindung etwa 70 µm beträgt, ist der Durch messer D der Spritzöffnung 2 auf 1,00 µm eingestellt. Ist au ßerdem der Durchmesser D der Spritzöffnung 2 groß, werden be vorzugte Oberflächenwellen gebildet. Bei weiterer Erhöhung des Durchmessers D sinken die Kosten zum Bearbeiten der Aus stoßöffnung 2. Beim Erhöhen des Durchmessers D ist jedoch zu beachten, daß der Abstand von der benachbarten Ausstoßöffnung 2 beschränkt ist, mehr Tinte verdampft und erzeugte Oberflä chenwellen bei ihrer Ausbreitung auf der Oberfläche gedämpft werden. Für einen praktischen Aufbau ist die Obergrenze für den Durchmesser D ein Wert, der etwa das Dreifache eines er wünschten maximalen Durchmessers eines abzugebenden Tröpf chens beträgt.

Im folgenden wird die Tröpfchenausstoßvorrichtung der zweiten Ausführungsform der ersten Erfindung anhand von Fig. 13 und 14 beschrieben. Dargestellt wurde bereits, daß durch Verringern des Winkels θ der Wandfläche in der Hauptkammer 5 auf unter 60° der Großteil des auf die Flüssigkeit ausgeübten Drucks zur Bildung von Oberflächenwellen verwendet wird und die Oberflächenwellen wirksam gebildet werden. Durch Verrin gern des Winkels θ der Wandfläche in der Hauptkammer 5 gehen jedoch Festigkeit und Steifigkeit zurück, da die Wanddicke in der Nähe der Ausstoßöffnung 2 sinkt. Aufgrund des Steifig keitsrückgangs wird die Umgebung der Kante der Ausstoßöffnung 2 infolge von Tröpfchenausstoß senkrecht verschoben, und die Wirksamkeit der Oberflächenbildung sinkt oder der Tröpfchen ausstoß wird instabil. Die zweite Ausführungsform dieser Er findung zeigt einen Fall zum Kompensieren des Festigkeits- oder Steifigkeitsrückgangs. In der zweiten Ausführungsform dieser Erfindung ist ein Fall gezeigt, in dem der Winkel θ auf 35° eingestellt ist.

Beim Aufbau von Fig. 13 kann die Verschiebung der Aus stoßöffnung 2 durch eine Verstärkungsplatte 8 verhindert wer den. Festgestellt wurde, daß sich dadurch die Wirksamkeit der Oberflächenwellenbildung verbessern läßt. Notwendig ist, eine zweite, mit der Verstärkungsplatte 8 gebildete Wandfläche 9 so anzuordnen, daß die Ausbauchung der Flüssigkeitsoberfläche infolge von um die Ausstoßöffnung 2 erzeugten Oberflächenwel len nicht durch die zweite Wandfläche 9 wegen der Oberflä chenspannung der Flüssigkeit im Anfangszustand der Oberflä chenwellenbildung angezogen wird. Daher ist im Beispiel von Fig. 13 die zweite Wandfläche 9 so gebildet, daß sie einen etwas größeren Durchmesser als die Ausstoßöffnung 2 hat.

Im Beispiel von Fig. 14 kann außerdem eine praktische Ausstoßöffnung 2' an einem Abschnitt näher zur Flüssigkeits oberfläche als die Ausstoßöffnung 2 gebildet sein, indem ein Teil der Wandfläche der Hauptkammer 5 messerschneidenartig bearbeitet wird, wenn die Hauptkammer 5 und die Ausstoßöff nung 2 bearbeitet werden. Durch ihre derartige Bearbeitung verringert sich die Festigkeit oder Steifigkeit der prakti schen Ausstoßöffnung 2' auch dann nicht, wenn der Winkel θ sinkt. Ein Teil der Wandfläche ist als Messerschneide ausge bildet, so daß die Ausbauchung der Flüssigkeitsoberfläche in folge von Oberflächenwellen, die um die praktische Ausstoß öffnung 2' erzeugt werden, nicht durch die Wandfläche wegen der Oberflächenspannung der Flüssigkeit gemäß der vorstehen den Beschreibung angezogen wird.

Die erste Ausführungsform der Erfindung wurde unter Zu grundelegen eines gewünschten Tröpfchendurchmessers von 70 µm beschrieben. Allerdings kann durch Steuern einer am piezo elektrischen Aktor 4 der Tröpfchenausstoßvorrichtung von Fig. 1 angelegten Einzelimpulsbreite zur weiteren Verkleinerung das Tröpfchen 7 mit einem Durchmesser unter 70 µm erzeugt werden. Dadurch läßt sich eine Druckvorrichtung mit einer Auflösung von 300 dpi oder mehr realisieren.

Obwohl eine Tröpfchenausstoßvorrichtung als Druckvor richtung zum Ausstoßen eines Tintentröpfchens für die zweite Ausführungsform der ersten Erfindung beschrieben ist, kann ferner eine leitfähige Flüssigkeit (z. B. gelöstes Indium) anstelle der Tinte zur Bildung einer Erhebung (eines elektri schen Kontakts) einer kleinen elektrischen Schaltung oder in tegrierten Schaltung zum Einsatz kommen. Ferner kann die Tröpfchenausstoßvorrichtung der ersten und zweiten Ausfüh rungsform der ersten Erfindung breite Anwendung als Vorrich tung zum Ausstoßen feiner Flüssigkeitströpfchen finden.

Im folgenden wird der Aufbau der ersten Ausführungsform der zweiten Erfindung anhand von Fig. 15 beschrieben.

Die zweite Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Heizung 15, die als Einrichtung zum Erwärmen einer Spritzflüssigkeit dient, und eine die Hauptkammer 5 bildende wärmeleitende Platte 7 aufweist. Die Heizung 15 weist einen Sensor 16 auf, der als Einrichtung zum nahezu konstanten Auf rechterhalten der Temperatur einer Ausstoßflüssigkeit dient. Die Wärme der Heizung 15 wird zur wärmeleitenden Platte 7 übertragen, was die Flüssigkeit erwärmt.

Die Heizung 15 ist so eingestellt, daß die Temperatur einer Flüssigkeit höher als eine praktische Maximaltemperatur einer Vorrichtung ist. Für diese Erfindung ist die praktische Maximaltemperatur der Vorrichtung auf 35°c eingestellt.

Gemäß Fig. 16 wird eine an der Heizung 15 anzulegende Spannung in einem Temperatureinstellbereich 20 eingestellt, damit die Heizung 15 eine vorbestimmte Temperatur hat. Der Wert der Spannung ist ein Spannungswert, der als Ergebnis wiederholt durchgeführter Experimente durch verschiedenarti ges Ändern des Spannungswerts erhalten wird, so daß die Hei zung 15 eine gewünschte Temperatur hat.

Die Spannungsausgabe vom Temperatureinstellbereich 20 wird durch einen Verstärker 21 verstärkt und zur Heizung 15 geführt. Bei Erwärmung der Heizung 15 wird die wärmeleitende Platte 7 gemäß Fig. 15 erwärmt. Der Temperatursensor 16 ist an der wärmeleitenden Platte 7 angeordnet, um die Temperatur der wärmeleitenden Platte 7 zu detektieren. Das Detektionser gebnis wird als Spannungswert ausgegeben, und der Spannungs wert wird durch einen Verstärker 22 verstärkt. Der Spannungs wert wird in einen Addierer 23 eingegeben. Im Addierer 23 wird die Spannungswertausgabe vom Temperatureinstellbereich 20 zur Spannungswertausgabe vom Verstärker 22 addiert. Ist als Ergebnis die Temperatur der Heizung 15 höher als eine Einstelltemperatur, wird die Spannungswertausgabe vom Tempe ratureinstellbereich 20 im Addierer 23 subtrahiert, und die Temperatur der Heizung 15 sinkt. Ist dagegen die Temperatur der Heizung 15 niedriger als die Einstelltemperatur, wird die Spannungswertausgabe vom Temperatureinstellbereich 20 im Ad dierer 23 kaum subtrahiert. Daher setzt die Heizung 15 die Erwärmung fort. Somit kann die Temperatur der Heizung 15 auf der Einstelltemperatur gehalten werden.

Im Fall einer Ausführungsform der zweiten Erfindung sind nur die Heizung 15 und der Temperatursensor 16 dargestellt, wobei jedoch das Temperaturreguliersystem gemäß Fig. 16 nicht veranschaulicht ist.

Im folgenden wird die zweite Ausführungsform der zweiten Erfindung anhand von Fig. 17 beschrieben. Die zweite Ausfüh rungsform der zweiten Erfindung verwendet eine exotherme Wi derstandskörperschicht 8 für die Wandfläche einer Hauptkammer 5. Die Zufuhr einer Spannung zur exothermen Widerstandskör perschicht 8 erfolgt durch eine elektrische Leiterschicht 9, die auf einer Ebene mit einer Ausstoßöffnung 2 gebildet ist, und eine elektrische Leiterschicht 9', die auf einer Ebene mit dem Boden der Hauptkammer 5 gebildet ist. Die zweite Aus führungsform der zweiten Erfindung hat den Vorteil einer wirksamen Erwärmung des Inneren der Hauptkammer 5, da sie ei ne große Heizfläche hat, die eine Flüssigkeit direkt berührt.

Nachstehend wird die dritte Ausführungsform der zweiten Erfindung anhand von Fig. 18 beschrieben. Die dritte Ausfüh rungsform der zweiten Erfindung erwärmt die Flüssigkeit in einer Hauptkammer 5 und einer Tintenversorgung 6 unter Ver wendung einer Platte zum Bilden der Hauptkammer 5 als exo therme Widerstandskörperschicht 10. Da die Platte zur Bildung der Hauptkammer 5 von Anfang an als exotherme Widerstandskör perschicht 10 bearbeitet werden kann, besteht ein Vorteil darin, daß sich die Bearbeitungskosten im Vergleich zum Auf bau ohne Erwärmungseinrichtung nicht erhöhen.

Anhand von Fig. 19 wird nunmehr die vierte Ausführungs form der zweiten Erfindung beschrieben. Die vierte Ausfüh rungsform der zweiten Erfindung verwendet eine Schwingplatte 3 als exotherme Widerstandskörperschicht 13. Die Druckbeauf schlagungsplatte 3 ist am Boden einer Spritzkammer 5 vorhan den. Durch Verwendung der Druckbeaufschlagungsplatte 3 als exotherme Widerstandskörperschicht 13 kann die Flüssigkeit in der Hauptkammer 5 und einer Tintenversorgung 6 wirksam er wärmt werden, da eine die Flüssigkeit direkt berührende Flä che groß ist.

Im folgenden wird die fünfte Ausführungsform der zweiten Erfindung anhand von Fig. 20 beschrieben. Die fünfte Ausfüh rungsform der zweiten Erfindung zeigt einen Fall, in dem eine exotherme Widerstandskörperschicht 11 auf einer Platte gebil det ist, die eine Hauptkammer 5 aufweist. Während die Heizung 15 für einen Teil der wärmeleitenden Platte 7 in der ersten Ausführungsform der zweiten Erfindung vorgesehen ist, ist die exotherme Widerstandskörperschicht 11 für die gesamte wärme leitende Schicht 7 in der fünften Ausführungsform der zweiten Erfindung vorgesehen. Daher besteht ein Vorteil darin, daß die Erwärmungszeit bis zum Erreichen einer gewünschten Tempe ratur im Vergleich zur ersten Ausführungsform der zweiten Er findung kurz ist.

Anhand von Fig. 21 wird nachstehend die sechste Ausfüh rungsform der zweiten Erfindung beschrieben. In der sechsten Ausführungsform der Erfindung ist eine Heizung 15 am Kopf der Schreib- und Aufzeichnungsvorrichtung angeordnet, die unter Verwendung mehrerer Tröpfchenausstoßvorrichtungen 141 bis 14 _n gebildet ist, um die Flüssigkeit in Hauptkammern 5 der Tröpfchenausstoßvorrichtungen 14 ₁ bis 14 _n sowie die Flüssig keit in einer Tintenversorgung 6 zu erwärmen. Hierbei sind die Heizung 15 und ein Temperatursensor 16 jeweils an der Au ßenseite des Rahmens angeordnet. Die sechste Ausführungsform der zweiten Erfindung hat den Vorteil, daß sie leicht umge staltet werden kann, so daß sich die Temperatur einer Flüs sigkeit durch Zufügen der Heizung 15 und des Temperatursen sors 16 zum Kopf einer Druckvorrichtung ohne Erwärmungsein richtung regulieren läßt.

In Fig. 22 stellt die x-Achse die Temperatur (°C) und die y-Achse die Viskosität (cP) dar. Für die Tröpfchenaus stoßvorrichtung dieser Ausführungsform der vorliegenden Er findung ist die Temperatur auf einen Wert nahe 55°C einge stellt, da es zweckmäßig ist, die Viskosität einer zu ver spritzenden Flüssigkeit auf 0,8 cP zu halten, um einen ge wünschten Tröpfchendurchmesser festzulegen.

In Fig. 23 stellt die x-Achse die Temperatur (°C) und die y-Achse die Oberflächenspannung (dyn/cm) dar. Für die Tröpfchenausstoßvorrichtung dieser Ausführungsform der vor liegenden Erfindung ist die Temperatur auf einen Wert nahe 55°C eingestellt, da es zweckmäßig ist, die Oberflächenspan nung einer auszustoßenden Flüssigkeit auf 30 bis 31 dyn/cm zu halten, um einen gewünschten Tröpfchendurchmesser festzule gen.

Die Tröpfchenausstoßvorrichtung einer Ausführungsform der zweiten Erfindung gemäß Fig. 15 wurde als Kopf der Druck vorrichtung von Fig. 41 hergestellt, um eine Druckprüfung durchzuführen. Die Tinte hatte die in Fig. 22 und 23 gezeig ten Kennwerte.

Die Temperatur der Tinte war auf 55°C ± 2°C einge stellt. In diesem Fall betrug die Raumtemperatur 25°C. Ein einzelner Sinuswellenimpuls wurde am piezoelektrischen Aktor 4 angelegt. Die Impulsbreite war auf 50 µs eingestellt. In diesem Fall stellt der Sinuswellenimpuls eine Impulswellen form mit einer sehr schmalen Frequenzverteilung in der Im pulsbreite dar.

Als Ergebnis einer Druckprüfung gemäß dem vorgenannten Aufbau und Zustand konnten Tröpfchen mit einem Durchmesser von 70 µm entsprechend der Überlagerung von Oberflächenwellen ausgestoßen werden. Durch den Durchmesser von 70 µm konnte ein Punkt mit 300 dpi auf einem Druckmedium erzeugt werden.

Außerdem wurde eine Druckprüfung im Zusammenhang mit ei nem Fall durchgeführt, in dem die Tinte 25°C Raumtemperatur hatte und die Temperatur beim Versuch nicht gesteuert wurde. Als Ergebnis war es schwierig, das Tintentröpfchen stabil auszustoßen, da die Viskosität der Tinte zu hoch lag und zu viel Energie erforderlich war.

Durch die zweite Erfindung kann eine stabile Vorrichtung ohne starke Beeinflussung der Kennwerte des Tröpfchenaussto ßes auch dann bereitgestellt werden, wenn sich die Umgebungs temperaturen im Betrieb ändern.

Anhand von Fig. 24 wird nunmehr der Aufbau einer Ausfüh rungsform der dritten Erfindung beschrieben.

Die dritte Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß ein am piezoelektrischen Aktor 4 zum Ansteuern der Schwingplatte 3 anzulegender Impuls ein Einzelimpuls mit einer Impulsbreite "t" von höchstens 100 µs, besser von höchstens 50 µs ist. Die Impulsbreite "t" stellt eine Anlegezeit der Ansteuerspannung dar, die gleich der Zeit ist, bis die Schwingplatte 3 nach Druck auf die Flüssigkeit eine Flüssigkeit zurückführt. In der Ausführungsform dieser Erfindung kommt ein monostabiler Multivibrator 7 zum Einsatz, der Breiten eines Einzelimpulses durch einen Zeitkonstanten-Steuerbereich 8 ändern kann.

Für eine Druckvorrichtung ist eine Mindestauflösung von 300 dpi und mehr aus Sicht einer verbesserten Bildqualität erforderlich, und ein idealer Punktdurchmesser auf einer Auf zeichnung bei 300 dpi erfordert das etwa √2fache des Punktab stands von 84,7 µm, wobei dieser Wert etwa 120 µm entspricht. Die Beziehung zwischen Punktdurchmesser und Tröpfchendurch messer auf einem Druckmedium ändert sich durch die Kennwerte eines Druckmediums oder die Geschwindigkeit des ausgestoßenen Tröpfchens. Bei der Tröpfchenausstoßvorrichtung der Ausfüh rungsform der dritten Erfindung beträgt die Geschwindigkeit der Ausstoßflüssigkeit etwa 4 m/s, da eine Drucktinte verwen det wird. Um also einen Punkt mit 120 µm Durchmesser auf ge strichenem Papier zu erzeugen, muß ein Tröpfchen mit einem Durchmesser von etwa 60 bis 70 µm abgegeben werden.

Durch Verwendung von Tinte leicht aufnehmendem Papier oder durch Senken der Geschwindigkeit des Tröpfchenausstoßes auf 4 m/s oder darunter kann der Durchmesser eines Tröpfchens weiter verringert werden. Bei der Tröpfchenausstoßvorrichtung zum Ausstoßen von Tröpfchen gemäß einer Überlagerung von Oberflächenwellen einer Ausführungsform der dritten Erfindung ist indes eine Geschwindigkeit der Ausstoßflüssigkeit von et wa 4 m/s geeignet. Um also Daten auf unbehandeltem Papier oder gestrichenem Papier mit einer Auflösung von mindestens 300 dpi zu drucken, kann ein Tröpfchen mit einem Durchmesser von höchstens 60 bis 70 µm abgegeben werden.

Allgemein hat die für eine Tröpfchenausstoßvorrichtung verwendete Tinte eine Viskosität von 1,5 bis 5 cP bei Tinte auf Wasserbasis, eine Viskosität von 8 bis 15 cP bei Tinte auf Ölbasis und eine Viskosität von 8 bis 15 cP bei Heiß schmelztinte. Jede dieser Tinten hat eine Oberflächenspannung von 10 bis 70 dyn/cm. Mit einer Tinte mit diesen Eigenschaf ten wurde eine Prüfung durchgeführt. Hierbei betrug der Durchmesser der Ausstoßöffnung 2 einer für die Prüfung ver wendeten Vorrichtung 100 µm, und der Kegelwinkel der Wandflä che zur Ebene senkrecht zur Ausstoßrichtung der Hauptkammer 5 betrug 60°. Die Prüfung erfolgte bei Raumtemperatur. Die Tem peratur der Tinte war auf einen Wert von etwa 30°C über der Raumtemperatur eingestellt, so daß die Tinte durch die Umge bung nicht ohne weiteres beeinflußt wurde.

Fig. 26 zeigt das Ergebnis dieser Prüfung. Die Wellen form des Einzelpulses ist nahezu sinusförmig. Die Impulsbrei te "t" ist auf der x-Achse dargestellt, und die y-Achse zeigt den durch den Impuls erzeugten Tröpfchendurchmesser. Als Er gebnis wurde festgestellt, daß ein Tröpfchendurchmesser von 60 bis 70 µm erhalten wird, wenn die Impulsbreite "t" 50 µs beträgt. Bei einer Anlegezeit "t" von 20- µs konnte ein Tröpf chendurchmesser von 40 bis 50 µm erhalten werden. Beträgt die Anlegezeit "t" 10 µs, ließ sich ein Tröpfchendurchmesser von 30 bis 40 µm erhalten, ein Tröpfchendurchmesser von 25 bis 30 µm konnte bei 5 µs Anlegezeit "t" erhalten werden, ein Tröpfchendurchmesser von 15 bis 20 µm bei 2 µs Anlegezeit "t" und ein Tröpfchendurchmesser von 10 bis 15 µm bei 1 µs Anle gezeit "t".

Festgestellt wurde somit, daß zur Realisierung einer Schreibvorrichtung mit einer Mindestauflösung von 300 dpi ei ne anzulegende Impulsbreite "t" von höchstens 100 µs zweckmä ßig ist, wobei eine Impulsbreite "t" von höchstens 50 µs stärker bevorzugt ist.

Durch Ändern von Impulsbreiten lassen sich zudem Tröpf chendurchmesser ändern. Somit kann ein Punktdurchmesser mit einer anzulegenden Impulsbreite gesteuert werden, um einen Halbton zu realisieren.

Im folgenden wird der Aufbau der ersten Ausführungsform der vierten Erfindung anhand von Fig. 27 beschrieben.

Die vierte Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß ei ne Schwingplatte 3 mit einer elektrischen Signalerzeugungs schaltung 10 und einem piezoelektrischen Aktor 4 versehen ist, der entsprechend einer Ausgabe der elektrischen Signal erzeugungsschaltung 10 angesteuert wird und dessen mechani sche Verschiebungsausgabe der Ausstoßflüssigkeit in der Hauptkammer 5 zugeführt wird, wobei eine Filterschaltung 11 zum selektiven Durchlassen einer zur Bildung der Oberflächen wellen geeigneten Sinuswellen-Frequenzkomponente mit einer Schaltung zwischen dem Ausgang der elektrischen Signalerzeu gungsschaltung 10 und dem piezoelektrischen Aktor 4 verbunden ist.

Die elektrische Signalerzeugungsschaltung 10 ist eine billige Impulserzeugungsschaltung zum Erzeugen eines einfa chen Einzelimpulses, und ihre Ausgangsfrequenzkomponente ist eine Mehrfachkomponente. Bei Beobachtung einer von der Schal tung ausgegebenen Signalwellenform sieht diese wie ein Drei eckimpuls aus. Die elektrische Signalerzeugungsschaltung 10 läßt sich leicht durch einen monostabilen Multivibrator rea lisieren. Die Filterschaltung 11 ist ein Tiefpaßfilter. Fig. 28 zeigt ein typisches Schaltbild der Filterschaltung 10. Das Tiefpaßfilter ist ein Beispiel für die Verwendung eines ein fachen und billigen CR-Filters. Unter der Annahme, daß die Frequenz in Fig. 28 "f" ist, ergibt sich folgender Ausdruck:

f = 1/(2π CR).

Somit werden z. B. f = 100 kHz, R = 75 Ω und C = 20 nF erhalten.

Der Durchmesser der Spritzöffnung 2 beträgt etwa 100 µm, und als Impulsbreite eines zum piezoelektrischen Aktor 4 zu führenden Ansteuersignals sind 10 µs ausgewählt. Damit sind 100 kHz, d. h. eine der Impulsbreite entsprechende Frequenz, als Schnittfrequenz der Filterschaltung 11 ausgewählt. In Fig. 29 bezeichnet die x-Achse die Frequenz (Hz) und die y-Achse die Verstärkung (dB). Gemäß Fig. 29 kommt es bei 100 kHz zu einer Dämpfung von etwa 3 dB.

Im folgenden werden Betriebsabläufe der ersten Ausfüh rungsform der vierten Erfindung beschrieben. Ein Auslösesi gnal als Tintenspritzbefehl wird an einem Eingangsanschluß 9 von der Spritzöffnung 2 eingegeben. Die elektrische Signaler zeugungsschaltung 10 empfängt das Auslösesignal und erzeugt einen Impuls. Im Aussehen ähnelt der Impuls einem Dreieckim puls und weist verschiedene Frequenzkomponenten gemäß der vorstehenden Beschreibung auf. Dieser Impuls wird in die Fil terschaltung 11 eingegeben, die bewirkt, daß nur Sinuswellen komponenten durchlaufen. Die Filterschaltung 11 ist ein Tief paßfilter unter Verwendung eines einfachen CR-Filters. Die Amplitude (Impulshöhe) des Sinuswellenimpulses wird durch ei nen Verstärker 12 verstärkt. Dieser Sinuswellenimpuls wird in eine mechanische Verschiebung durch den piezoelektrischen Ak tor 4 umgewandelt. Die mechanische Verschiebung verschiebt die Position der Schwingplatte 3 und setzt die Tinte in der Hauptkammer 5 unter Druck. Die Tinte in der Hauptkammer 5 wird so unter Druck gesetzt, daß sie Oberflächenwellen auf der Oberfläche der Ausstoßöffnung 2 gemäß der in der älteren Anmeldung dargelegten Theorie und der vorstehenden Beschrei bung erzeugt, und Tröpfchen werden aus dem Mittelabschnitt ausgestoßen, an dem die Oberflächenwellen zusammenlaufen.

Wie zuvor beschrieben wurde, bildet die elektrische Si gnalerzeugungsschaltung 10 einen Sinuswellenimpuls durch Er zeugen eines zweckmäßigen Impulses, z. B. eines Dreieckimpul ses, und Durchleiten des Dreieckimpulses durch die Filter schaltung 11 mit einem Tiefpaßfilter. Somit kann ein Sinus wellenimpuls durch eine einfache und billige Schaltung ver glichen mit einer direkten Erzeugung eines Sinuswellenimpul ses durch die elektrische Signalerzeugungsschaltung 10 er zeugt werden.

Im folgenden wird begründet, weshalb ein Sinuswellenim puls als Ansteuerwellenform für den piezoelektrischen Aktor 4 am geeignetsten ist. In Fig. 30 bezeichnet die x-Achse die Impulsbreite (µs) und die y-Achse den Tröpfchendurchmesser (µm). Hierbei wird ein Sinuswellenimpuls mit einem Rechteck impuls verglichen. Aus Fig. 30 geht hervor, daß beim Recht eckimpuls ein Tröpfchendurchmesser durch eine Impulsbreite schwer steuerbar ist. Grund dafür ist vermutlich, daß der Rechteckimpuls verschiedene Frequenzkomponenten hat und sein Einfluß nicht unkompliziert ist, weshalb sich ein Tröpfchen durchmesser nicht leicht steuern läßt.

In Fig. 31 zeigt die x-Achse den Tröpfchendurchmesser (µm) und die y-Achse die Amplitude (µm). In diesem Fall wird ein Sinuswellenimpuls mit einem Dreieckimpuls verglichen. Aus Fig. 31 wird deutlich, daß der Dreieckimpuls eine größere Eingangsamplitude als der Sinuswellenimpuls erfordert, um Tröpfchen gleicher Größe zu bilden. Angesichts der Beanspru chung eines Aktors und seiner Ansteuerschaltung ist eine ge ringere Amplitude erwünscht. Daher wurde festgestellt, daß der Sinuswellenimpuls als Ansteuerwellenform geeigneter als der Dreieckimpuls ist.

Gemäß Fig. 32 werden im praktischen Einsatz mehrere Tröpfchenspritzvorrichtungen 14 ₁ bis 14 _n verwendet, und ein an einem Ausgang des Verstärkers 12 erscheinender Sinuswel lenimpuls wird zu einer gewünschten Tröpfchenspritzvorrich tung 14 _i (i = 1, 2, . . ., n) durch eine Umschaltschaltung 13 geführt, die durch eine Steuerschaltung 15 gesteuert wird. Dadurch kann die Vorrichtung der ersten Ausführungsform als Druckvorrichtung zum bedarfsweisen Drucken eines Zeichens, einer Zahl, einer Abbildung usw. betrieben werden.

Im folgenden wird die zweite Ausführungsform der vierten Erfindung anhand von Fig. 33 beschrieben. In der zweiten Aus führungsform der vierten Erfindung ist ein Verstärker 12 zwi schen einer elektrischen Signalerzeugungsschaltung 10 und ei ner Filterschaltung 11 verbunden. Ein durch die elektrische Signalerzeugungsschaltung 10 erzeugter Dreieckimpuls wird durch den Verstärker 12 verstärkt und anschließend durch die Filterschaltung 11 in einen Sinuswellenimpuls umgewandelt. Dadurch kann eine im Verstärker 12 erzeugte harmonische Ver zerrung durch die Filterschaltung 11 entfernt werden. Weitere Betriebsabläufe gleichen der ersten Ausführungsform der vier ten Erfindung.

Anhand von Fig. 34 wird nunmehr die dritte Ausführungs form der vierten Erfindung beschrieben. Die dritte Ausfüh rungsform der vierten Erfindung hat einen Aufbau, bei dem der Verstärker 12 aus dem Aufbau der ersten und zweiten Ausfüh rungsform der vierten Erfindung wegfällt. Der Verstärker 12 kann entfallen, indem die Amplitude einer Dreieckimpulsausga be von der elektrischen Signalerzeugungsschaltung 10 auf ei nen Wert eingestellt ist, der zur Ansteuerung der Tröpfchen ausstoßvorrichtungen 14 ₁ bis 14 _n ausreicht.

In der ersten bis dritten Ausführungsform der vierten Erfindung ist die elektrische Signalerzeugungsschaltung 10 beschreibungsgemäß ein monostabiler Multivibrator, und ihre Ausgangswellenform ist ein Dreieckimpuls. Allerdings ist ne ben dem Dreieckimpuls der gleiche Betrieb auch mit einem Tra pezimpuls oder Rechteckimpuls möglich.

Durch die Schaltung von Fig. 35 kann ein Dreieckimpuls, Trapezimpuls oder Rechteckimpuls erzeugt werden, da ein Wel lenformerzeugungs- und Steuerbereich 18 Konstantstromschal tungen 17 ₁ und 17 ₂ steuert.

Der Wellenformerzeugungs- und Steuerbereich 18 erzeugt einen Dreieckimpuls durch Steuern von Schaltern SW1 und SW2 gemäß Fig. 36. Alternativ erzeugt der Bereich 18 einen Tra pezimpuls gemäß Fig. 37. Durch Einstellen der Zeitkonstante eines Ladekondensators C auf einen geeigneten Wert kann die Neigung θ eines Dreieck- oder Trapezimpulses eingestellt wer den. Daher läßt sich durch Entfernen des Ladekondensators C ein Trapezimpuls erzeugen. Außerdem können die Konstantstrom schaltungen 17 ₁ und 17 ₂ durch eine einfache Schaltung unter Verwendung eines Transistors realisiert sein.

Somit läßt sich ein Dreieck-, Trapez- und Rechteckimpuls mit einer einfachen und billigen Schaltung erzeugen. Daher ist die Bildung von Sinuswellenimpulsen durch Durchleiten dieser Impulse durch ein Tiefpaßfilter zur Verringerung der Vorrichtungskosten und Verbesserung der Zuverlässigkeit der Vorrichtung wirksam.

Im folgenden wird die fünfte Ausführungsform der vierten Erfindung anhand von Fig. 38 und 39 beschrieben. Die fünfte Ausführungsform der vierten Erfindung zeigt einen Fall, in dem eine Tröpfchenausstoßvorrichtung der vierten Erfindung auf eine Vorrichtung zum Ausbilden feiner Erhebungen zum Ein satz kommt, die für die Verbindung zwischen Halbleitern ver wendet werden. Die Tröpfchenausstoßvorrichtung ist durch An ordnen einer Heizung 30 an der Innenwand einer Hauptkammer 5 gemäß Fig. 39 gebildet. Anhand von Fig. 38 wird nunmehr die fünfte Ausführungsform der vierten Erfindung beschrieben. In dium mit einem Schmelzpunkt von etwa 110°C wurde als leitfä hige Flüssigkeit verwendet, und es wurde versucht, eine Indi umerhebung 29 mit 50 µm Durchmesser auf der vorderen Verbin dungs- bzw. Anschlußseite eines flexiblen Substrats 28 mit einem Abstand von 80 µm zu bilden. Als Ergebnis der Erwärmung des Inneren der Spritzkammer 5 auf etwa 125°C durch die Hei zung 30, einer Verschiebung mit einem Verschiebungsabstand von 2,4 µm und einer Impulsbreite von 20 µs für einen piezo elektrischen Aktor 4 sowie einer Abgabe von Tröpfchen zum flexiblen Substrat 29 konnte eine Indiumerhebung 29 mit 50 µm Durchmesser auf der Anschlußseite gebildet werden. Als Ergeb nis der Verwendung des flexiblen Substrats 28 mit der darauf gebildeten Indiumerhebung 29 zum Anschließen einer Flüssig kristallanzeige wurde nachgewiesen, daß das Substrat 28 un eingeschränkt als Verbindungserhebung funktionierte und eine sehr zuverlässige bevorzugte Verbindung realisiert wurde. In der fünften Ausführungsform dieser Erfindung ist ein Fall ge zeigt, in dem Indium als Erhebungsmaterial zum Einsatz kommt. Allerdings kann auch ein Metall mit einem niedrigen Schmelz punkt, z. B. Lot, oder ein durch Dispergieren leitender Teil chen aus Au, Al oder Cu in einem Lösungsmittel erhaltenes Er hebungsmaterial verwendet werden.

Wie zuvor beschrieben wurde, kann durch die Erfindung eine kompakte, handliche und hochauflösende Tröpfchenspritz vorrichtung realisiert werden. Da durch die Erfindung zudem Tröpfchen mit einem kleineren Durchmesser als dem Durchmesser der Spritzöffnung ausgestoßen werden können, läßt sich die Bearbeitungsgenauigkeit der Spritzöffnung senken und die Spritzöffnung billig herstellen. Da zudem die Spritzöffnung groß ist, wird Tinte nicht ohne weiteres hart, und Defekte infolge von Tintenverstopfung gehen stark zurück. Somit las sen sich durch die Erfindung praktische Druckvorrichtungen mit einer Auflösung von mindestens 300 dpi billig vermarkten. Außerdem kann eine Tröpfchenspritzvorrichtung realisiert wer den, die breite Anwendung als Vorrichtung zur Bildung eines leitenden Films einer kleinen elektrischen Schaltung oder in tegrierten Schaltung finden und für den Kleindruck genutzt werden kann.

Claims

1. Tröpfchenausstoßvorrichtung mit einer Kammer mit einer Ausstoßöffnung und einer Druckbeaufschlagungseinrichtung zum Ausüben eines Drucks auf die in die Kammer eingelei tete Flüssigkeit, wobei
die Kammeröffnung in einer Form zum Bilden von Oberflä chenwellen auf der Oberfläche der Flüssigkeit an der Ausstoßöffnung mit dem Druck und Ausstoßen von Tröpfchen mit einem kleineren Durchmesser als die Ausstoßöffnung gebildet ist und
der ebene Querschnitt der Kammer senkrecht zur Ausstoß richtung rund oder regelmäßig vieleckig ist.

2. Tröpfchenausstoßvorrichtung nach Anspruch 1, wobei ein zwischen einer Wandfläche der Kammer und der Ebene senkrecht zur Spritzrichtung gebildeter Winkel auf höch stens 65° eingestellt ist und die Spritzöffnung einen mindestens 1,25mal größeren Durchmesser als das aus der Ausstoßöffnung ausgestoßene Tröpfchen hat.

3. Tröpfchenausstoßvorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Winkel auf höchstens 60° eingestellt ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die Wandfläche der Kammer messerschneidenartig gebildet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, wobei ein Verstärkungsteil zum Verhindern der Verschiebung der Wandfläche infolge des Drucks um die Ausstoßöffnung an geordnet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 2, 3, 4 oder 5, wobei der Winkel auf mindestens 15° eingestellt ist.

7. Vorrichtung nach einem der Anspruche 1 bis 6, wobei die Ausstoßöffnung einen höchstens dreimal größeren Durch messer als das aus der Ausstoßöffnung ausgestoßene Tröpfchen hat.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5, 6 oder 7, wobei das Verstärkungsteil einen größeren Innendurchmesser als die Ausstoßöffnung hat.

9. Tröpfchenausstoßvorrichtung mit einer Kammer mit einer Ausstoßöffnung und einer Druckbeaufschlagungseinrichtung zum Ausüben eines Drucks auf die in die Kammer eingelei tete Flüssigkeit, wobei
die Kammer in einer Form zum Bilden von Oberflächenwel len auf der Oberfläche der Flüssigkeit an der Ausstoß öffnung mit dem Druck und Ausstoßen von Tröpfchen mit einem kleineren Durchmesser als die Ausstoßöffnung ge bildet ist und
eine Einrichtung zum Erwärmen der Spritzflüssigkeit vor gesehen ist.

10. Tröpfchenausstoßvorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Erwärmungseinrichtung eine Einrichtung zum Aufrechter halten einer nahezu konstanten Temperatur der Flüssig keit aufweist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, wobei die Erwärmungseinrichtung so eingestellt ist, daß die Tempe ratur der Flüssigkeit höher als eine praktische Maximal temperatur der Vorrichtung wird.

12. Vorrichtung nach Anspruch 9, 10 oder 11, wobei sie eine elektrische Heizung zum Erwärmen der Wandfläche der Kammer aufweist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 9, 10, 11 oder 12, wobei eine die Wandfläche zur Bildung einer Kammer aufweisende Platte mit einem wärmeleitenden Teil gebildet ist und sie ein das leitende Teil berührendes Heizelement auf weist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, wobei die Wandfläche aus einem elektrischen exothermen Körper her gestellt ist.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, wobei ein elektrischer exothermer Körper auf der die Flüssigkeit berührenden Oberfläche der Druckbeaufschlagungseinrich tung gebildet ist.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 15, wobei die Erwärmungseinrichtung einen Aufbau zum Erwärmen mehrerer Köpfe mit der Ausstoßkammer und der Druckbeaufschla gungseinrichtung hat.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 16, wobei die Erwärmungseinrichtung aufweist: eine Heizung zum Erwär men der Flüssigkeit, eine Temperatureingabeeinrichtung zum Eingeben einer Einstelltemperatur, eine Temperatur detektionseinrichtung zum Detektieren der Temperatur der Reizung und eine Erwärmungstemperatur-Steuereinrichtung zum Erwärmen der Heizung in Übereinstimmung mit der von der Temperaturdetektionseinrichtung zugeführten Tempera tur und der von der Temperatureingabeeinrichtung zuge führten Temperatur.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 17, wobei die die Wandfläche aufweisende Kammer mit einem elektrisch exothermen Körper gebildet ist.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 18, wobei das Heizelement für die gesamte Oberseite der Platte vorge sehen ist.

20. Tröpfchenausstoßvorrichtung mit einer Kammer mit einer Ausstoßöffnung und einer Druckbeaufschlagungseinrichtung zum Ausüben eines Drucks auf die in die Kammer eingelei tete Flüssigkeit, wobei
die Kammer in einer Form zum Bilden von Oberflächenwel len auf der Oberfläche der Flüssigkeit an der Ausstoß öffnung mit dem Druck und Ausstoßen von Tröpfchen mit einem kleineren Durchmesser als der Durchmesser der Spritzöffnung gebildet ist und
ein an der Druckbeaufschlagungseinrichtung anzulegender Impuls ein Einzelimpuls mit einer Impulsbreite "t" von höchstens 100 µs ist.

21. Tröpfchenspritzvorrichtung nach Anspruch 20, wobei die Impulsbreite "t" höchstens 50 µs beträgt.

22. Vorrichtung nach Anspruch 20 oder 21, wobei die Impulsbreite "t" variabel eingestellt ist.

23. Vorrichtung nach Anspruch 20, 21 oder 22, wobei der Einzelimpuls durch einen monostabilen Multivibrator er zeugt wird.

24. Tröpfchenausstoßvorrichtung mit einer Kammer mit einer Spritzöffnung und einer Druckbeaufschlagungseinrichtung zum Ausüben eines Drucks auf die in die Kammer eingelei tete Flüssigkeit, wobei
die Kammer in einer Form zum Bilden von Oberflächenwel len auf der Oberfläche der Flüssigkeit an der Ausstoß öffnung mit dem Druck und Ausstoßen von Tröpfchen mit einem kleineren Durchmesser als der Durchmesser der Aus stoßöffnung gebildet ist,
die Druckbeaufschlagungseinrichtung mit einer elektri schen Signalerzeugungsschaltung und einem piezoelektri schen Aktor versehen ist, der durch eine Ausgabe der elektrischen Signalerzeugungsschaltung angesteuert wird und dessen mechanische Verschiebungsausgabe der Flüssig keit in der Kammer zugeführt wird, und
eine Filterschaltung zum selektiven Durchlassen einer zur Bildung der Oberflächenwellen geeigneten Frequenz komponente mit einer Schaltung zwischen dem Ausgang der elektrischen Signalerzeugungsschaltung und dem piezo elektrischen Aktor verbunden ist.

25. Tröpfchenausstoßvorrichtung nach Anspruch 24, wobei die Frequenzkomponente ein Sinuswellenimpuls ist.

26. Vorrichtung nach Anspruch 24 oder 25, wobei die elektrische Signalerzeugungsschaltung eine Impulserzeu gungsschaltung zum Erzeugen eines Dreieckimpulses ist und die Filterschaltung ein Tiefpaßfilter verwendet.

27. Vorrichtung nach Anspruch 24 oder 25, wobei die elektrische Signalerzeugungsschaltung eine Impulserzeu gungsschaltung zum Erzeugen eines Rechteckimpulses ist und die Filterschaltung ein Tiefpaßfilter verwendet.

28. Vorrichtung nach Anspruch 24 oder 25, wobei die elektrische Signalerzeugungsschaltung eine Impulserzeu gungsschaltung zum Erzeugen eines Trapezimpulses ist und die Filterschaltung ein Tiefpaßfilter verwendet.

29. Vorrichtung nach Anspruch 26, 27 oder 28, wobei das Tiefpaßfilter ein CR-Filter ist.

30. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 29, wobei die elektrische Signalerzeugungsschaltung einen monostabilen Multivibrator verwendet.

31. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 30, wobei ein Verstärker zum Verstärken eines von der Filterschaltung gesendeten Signals zwischen der Filterschaltung und dem piezoelektrischen Aktor angeordnet ist.

32. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 31, wobei ein Verstärker zum Verstärken eines von der elektrischen Si gnalerzeugungsschaltung gesendeten Signals zwischen der elektrischen Signalerzeugungsschaltung und der Filter schaltung angeordnet ist.

33. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 32, wobei die elektrische Signalerzeugungsschaltung aufweist: zwei Konstantstromschaltungen, eine Umschaltschaltung zum ab wechselnden Umschalten der Konstantstromschaltungen und eine Wellenformgebungsschaltung zur Formgebung der Wel lenformen von Signalen, die von den beiden Konstant stromschaltungen ausgegeben werden.

34. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 33, wobei sie eine Erärmungseinrichtung zum Erwärmen der Flüssigkeit aufweist.