DE3051222C2

DE3051222C2 - Flüssigkeitströpfchen-Aufzeichnungsgerät

Info

Publication number: DE3051222C2
Application number: DE3051222A
Authority: DE
Inventors: Naoki Ayata; Yoshiaki Shirato; Yasushi Takatori; Mitsuaki Seki
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1979-04-02
Filing date: 1980-04-01
Publication date: 1998-12-10
Anticipated expiration: 2000-04-02

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Flüssigkeitströpfchen- Aufzeichnungsgerät gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

DE-OS 21 64 614 zeigt eine Anordnung zum Aufbringen von Tröpfchen auf eine Oberfläche, mit einer Kammer mit einem Auslaufkanal und einem Zulaufkanal für die aus einem Behälter kommende flüssige Materie und mit einer Vorrichtung zum Er zeugen von kurzzeitigen Druckanstiegen der flüssigen Materie in der Kammer. Die Vorrichtung zum Erzeugen des Druckanstie ges kann eine Heizeinrichtung zum Beheizen der Flüssigkeit sein. Die dort gezeigte Anordnung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer in zwei Teile aufgeteilt ist, nämlich eine äu ßere, dem Auslaufkanal zunächst liegende Kammer, in welche die Zulaufkanäle für die Schreibflüssigkeit münden, und eine innere Kammer, welche die Vorrichtung zum Erzeugen der Druck steigerung enthält, wobei diese beiden Kammern über einen mit dem Auslaufkanal in einer Flucht liegenden Verbindungskanal miteinander verbunden sind.

Die nachveröffentlichte DE-OS 29 45 658 zeigt ein Flüssig keitsstrahl-Aufzeichnungsverfahren, bei dem durch Ansteuerung einer vorbestimmten Anzahl von Heizelementen, die in Überein stimmung mit Aufzeichnungsinformationen aus einer Mehrzahl von Heizelementen gewählt ist, die längs eines Strömungsweges in einer mit einer Ausstoß-Düsenöffnung für den Ausstoß und das Abspritzen von Flüssigkeitströpfchen mit einer vorbe stimmten Richtung in Verbindung stehenden Flüssigkeitskammer angeordnet sind und unabhängig voneinander ansteuerbar sind, eine zu erzeugende Wärmemenge gesteuert wird und die gesteu erte Wärmemenge in der Weise zur Einwirkung auf die Flüssig keit in der Flüssigkeitskammer gebracht wird, daß eine momen tane Zustandsänderung der Flüssigkeit hervorgerufen wird, um dadurch Bläschen zu erzeugen, so daß zur Aufzeichnung die Flüssigkeitströpfchen aus der Ausstoß-Düsenöffnung ausgesto ßen und abgespritzt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Erhalt einer für die verschiedenen in dem Aufzeichnungsgerät verwendeten Farbstoffe geeigneten Bläschensteuerung einen Farbabgleich und eine Dichtesteuerung zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird durch ein Flüssigkeitströpfchen- Aufzeichnungsgerät mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen auf besonders vorteilhafte Art und Weise gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1, 2 und 3 sind schematische Ansichten, die das Ar beitsprinzip bei der Tröpfchenerzeugung zeigen.

Fig. 4 ist eine Schnittansicht einer Tröpfchenerzeugungs- Einrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel.

Fig. 5 ist ein schematisches Schaltbild, das eine Steuer schaltung zeigt.

Fig. 6 und 7 sind Kurvenformdiagramme für Steuersignale.

Fig. 8 ist eine schematische Ansicht einer Farbaufzeichnungs- Einrichtung.

Fig. 9A, 9B und 9C zeigen den Aufbau eines Aufzeichnungskopfs hierfür.

Fig. 10 ist ein Blockschaltbild einer Steuerschaltung hier für.

In der Fig. 1 ist in schematischer Ansicht das Prinzip des Tröpfchenausstoßes mittels eines Tröpfchenausstoß-Kopfes bei dem Verfahren und der Einrichtung zur Tröpfchenerzeugung ge zeigt.

Eine den Ausstoßkopf bildende Flüssigkeitskammer W wird mit Flüssigkeit bzw. Tinte IK gespeist. Auf den Empfang eines An steuerungs- bzw. Steuersignals hin beginnt eine Temperaturan hebung mittels eines Heizelements H1 mit einer Breite Δ1, das in einem Abstand 1 von einer Düsenöffnung OF angeordnet ist. Wenn das Heizelement H1 eine Temperatur oberhalb des Verdamp fungspunkts der in einem Kammerteil W1 an dem Heizelement H1 enthaltenen Flüssigkeit IK erreicht, wird an dem Heizelement H1 ein Bläschen B erzeugt. Mit dem Anstieg der Temperatur des Heizelements H1 vergrößert sich schnell das Volumen des Bläs chens B. Als Folge davon steigt der Druck in dem Kammerteil W1 schnell an, so daß die in dem Kammerteil W1 vorhandene Flüssigkeit IK schnell in Richtung zu der Düsenöffnung OF und in Gegenrichtung in einem Ausmaß verdrängt wird, das gleich der Volumenssteigerung des erzeugten Bläschens B ist. Folg lich wird ein Teil der in der Strecke 1 der Kammer W vorhan denen Flüssigkeit IK aus der Düsenöffnung OF ausgestoßen. Die ausgestoßene Flüssigkeit IK bildet eine Flüssigkeitssäule, deren vorderes Ende die bis zum Abschluß ihres Anwachsens zu geführte kinetische Energie sammelt. Falls das Bläschen B ge gen die Decke der Flüssigkeitskammer W bzw. des Kammerteils W1 stößt, wird die Stoßkraft in Längsrichtung umgelenkt, so daß die Tröpfchen-Vortriebskraft gesteigert wird.

Auf die Beendigung des Steuersignals hin, das dem Heizelement H1 zugeführt wird, beginnt dessen Temperatur allmählich abzu sinken, wodurch an dem Bläschen B unter einer geringfügigen Zeitverzögerung eine Volumenverringerung beginnt. Zugleich mit der Volumenverringerung wird von der Düsenöffnung OF her sowie von der Gegenrichtung her wieder Flüssigkeit IK in der Strecke Δ1 bzw. des Kammerteils W1 eingefüllt. Auf diese Wei se wird die in der Nähe der Düsenöffnung OF vorhandene Flüs sigkeit IK in die Kammer W zurückgezogen, so daß die kineti sche Energie des vorderen Endteils der Flüssigkeitssäule zu derjenigen des der Düsenöffnung OF nahen Teils der Flüssig keitssäule entgegengesetzt gerichtet ist. Auf diese Weise wird der vordere Endteil von der Flüssigkeitssäule abgeson dert und bildet ein kleines Tröpfchen ID, das zu einem Mate rial PP hin fliegt und dort an einer vorbestimmten Stelle ab gelagert wird. Das Bläschen B an dem Heizelement H1 ver schwindet allmählich durch die Wärmeabfuhr. Die allmähliche Auslöschung bzw. Beseitigung des Bläschens B bewirkt ein langsames Zurückziehen einer Flüssigkeits-Kuppe bzw. eines Meniskus IM an der Düsenöffnung OF, wobei dessen beständige Oberfläche aufrechterhalten wird, so daß es damit möglich ist, Schwierigkeiten hinsichtlich eines Ausfalls des nachfol genden Tröpfchenausstoßes auszuschalten, die sich aus einer übermäßigen Meniskus-Zurückziehung ergeben würden, durch die aus dem zerstörten Meniskus bzw. dessen Fläche die Einführung von Luft verursacht wäre. Die Stelle der Bläschenerzeugung muß in geeigneter Weise gewählt werden, da dann, wenn die Stelle zu nahe an der Düsenöffnung OF liegt, das Bläschen B selbst gleichfalls aus der Düsenöffnung OF ausgestoßen wird und das Tröpfchen ID zerstört, während ein zu weit von der Düsenöffnung OF entfernt erzeugtes Bläschen B keinen Tröpf chenausstoß herbeiführen kann. Die allmähliche Zusammenzie hung bzw. Verringerung des Bläschens B wird durch Wärmeabfuhr an dem Heizelement H1, dem Bläschen B oder der Flüssigkeit IK, durch Kondensation in den Flüssigkeitszustand, durch ka pillare Flüssigkeitszufuhr oder durch aus diesen Vorgängen kombinierte Vorgänge herbeigeführt.

Die Ausmaße des aus der Düsenöffnung OF ausgestoßenen Tröpf chens ID hängen von den Parametern der Einrichtung wie der Menge zugeführter Energie, der Breite Δ1 des Energiezufuhr- Teils, dem Innendurchmesser d der Flüssigkeitskammer W, dem Abstand 1 von der Düsenöffnung OF bis zu dem Heizelement H1 usw. sowie von den physikalischen Eigenschaften der Flüssig keit IK wie der spezifischen Wärme, der Wärmeleitfähigkeit, dem Wärmeausdehnungskoeffizienten, der Viskosität usw. ab. Anstelle des Heizelements H1 kann auch eine momentane Be strahlung mit einem Laserimpuls LZP eingesetzt werden, die auf gleichartige Weise für den Tröpfchenausstoß eine plötzli che Erzeugung und allmähliche Beseitigung des Bläschens B verursacht. In diesem Fall kann das Element H1 an dem Ab schnitt Δ1 bzw. dem Kammerteil W1 gewünschtenfalls als Re flektor oder Wärmesammler zur Verbesserung der Wärmeerzeugung mittels des Laserimpulses LZP verwendet werden. Hinsichtlich der Flüssigkeit IK besteht nicht unbedingt eine Einschränkung auf eine Aufzeichnungsflüssigkeit; vielmehr können auch ande re Flüssigkeiten wie Wasser, Lösungen von Chemikalien oder Düngemitteln usw. verwendet sein.

Die Fig. 2 zeigt schematisch den Ablauf des Flüssigkeitsaus stoßes in Schritten bzw. zu Zeitpunkten t0 bis t9, wobei die Flüssigkeitskammer W, das Heizelement H1 und die Düsenöffnung OF gezeigt sind und die Flüssigkeit IK durch Kapillarwirkung aus der Richtung P zugeführt wird. Die Fig. 3(A) zeigt ein Beispiel für den Ansteuerungs- bzw. Steuerimpuls, wobei die Zeitpunkte t0 bis t9 jeweils denjenigen in Fig. 2 entspre chen. Die Fig. 3(B) zeigt die Temperaturänderung des Heizele ments H1, während die Fig. 3(C) die Volumenänderung des Bläs chens B zeigt. Der Zeitpunkt t0 stellt den Zustand vor dem Tröpfchenausstoß dar; zu einem Zeitpunkt tP zwischen den Zeitpunkten t0 und t1 wird dem Heizelement H1 ein Steuerim puls E zugeführt. Gemäß der Darstellung beginnt gleichzeitig mit dem Anlegen des Steuerimpulses E an dem Heizelement H1 der Temperaturanstieg. Zu dem Zeitpunkt t1 erreicht das Heiz element H1 eine den Verdampfungspunkt der Flüssigkeit IK übersteigende Temperatur, wodurch Bläschen B erscheinen und der Meniskus IM entsprechend der Verdrängung der Flüssigkeit IK durch die Bläschen B aus der Düsenöffnung herausgetrieben wird. Zum Zeitpunkt t2 sind die Bläschen B weiter entwickelt, so daß ein weiter vorstehender Meniskus IM entsteht. Der Me niskus IM wird zu dem Zeitpunkt t3 weiter ausgedehnt, an dem gemäß der Darstellung in Fig. 3(A) der Steuerimpuls E endet und gemäß der Darstellung in Fig. 3(B) das Heizelement H1 die höchste Temperatur annimmt. Obgleich gemäß der Darstellung in Fig. 3(B) die Temperatur des Heizelements H1 zu dem Zeitpunkt t4 schon abnimmt, erreicht zu diesem Zeitpunkt gemäß der Dar stellung in Fig. 3(C) das Bläschen B das größte Volumen, so daß der Meniskus IM noch stärker erweitert ist. Zu dem Zeit punkt t5 beginnt die Zusammenziehung des Bläschens B, so daß entsprechend der Volumenverringerung des Bläschens B die Flüssigkeit IK aus dem vorstehenden Abschnitt in die Flüssig keitskammer W zurückgezogen wird, wodurch der Meniskus IM ei ne Einschnürung Q entwickelt. Zu dem Zeitpunkt t6 wird auf grund der weiter fortschreitenden Zusammenziehung des Bläs chens B das Tröpfchen ID von dem Meniskus IM' abgesondert. Zu dem Zeitpunkt t7 ist das Tröpfchen ID völlig ausgestoßen, während sich aufgrund der fortgesetzten Zusammenziehung des Bläschens B der Meniskus IM' weiter der Fläche der Düsenöff nung OF nähert. Zu dem Zeitpunkt t8, zu dem das Bläschen B der Auslöschung bzw. Beseitigung nahe ist, ist der Meniskus IM' noch weiter in eine Lage an der Innenseite der Düsenöff nung OF zurückgezogen. Zu dem Zeitpunkt t9 ist die Flüssig keit IK wieder nachgefüllt, so daß der Ausgangszustand für den Zeitpunkt t0 eingenommen ist.

Aus dem vorstehenden ist ersichtlich, daß die Form des dem Heizelement H1 zugeführten Steuersignals ein bedeutender Fak tor zur Erzielung eines beständigen Ausstoßes der Flüssigkeit IK ist. Zur Tröpfchenabtrennung ist auch die Zusammenziehung des Bläschens B von Bedeutung, die jedoch leicht durch die Form des Steuersignals gesteuert werden kann. Ferner ist es durch die Form des Steuersignals möglich, die Tröpfchenaus stoß-Frequenz zu steigern.

Die Fig. 4 zeigt ein Beispiel für den Aufbau eines Kopfes im Querschnitt, gemäß der ein Substrat SS1 an seiner Oberfläche mit Heizelementen versehen ist. Eine Platte GL1 ist mit einem Flüssigkeitszufuhr-Einlaß IS, kleinen Nuten, die die Flüssig keitskammern W bilden, und einer gemeinsamen Ausnehmung für die Zufuhr der Flüssigkeit IK zu den Flüssigkeitskammern W versehen. Ferner ist die Nuten-Platte GL1 nötigenfalls an der Tröpfchenausstoß-Seite mit einer Düsenöffnungsplatte OD ver sehen. Die Platte GL1 ist aus einer Glasplatte gebildet, die einem Ätzvorgang zur Herstellung der gemeinsamen Ausnehmung und der Nuten unterzogen ist, welche dann mit dem Substrat SS1 zusammengesetzt wird, um dadurch mehrere Flüssigkeitskam mern W zu bilden.

Das Ausführungsbeispiel des Tröpfchenausstoß-Kopfs nach Fig. 4 ist mit mehreren Heizelementen HI, HII und HIII zur Steue rung der Tönungswiedergabe versehen. Gemäß der Darstellung ist das mit den Heizelementen HI, HII und HIII versehene Substrat SS1 auf einen Metall-Kühlkörper HS aufgesetzt und mit der Nuten-Platte GL1 gemäß der vorangehenden Beschreibung abgedeckt, um dadurch dazwischen eine Flüssigkeitskammer W zu bilden. Die mit Nuten versehene Platte GL1 ist mit einem Flüssigkeitszufuhr-Einlaß IS und einem mit einem O-Ring OR versehenen Stopfen FF versehen, der zur Entfernung von Bläs chen B bei der Flüssigkeitsfüllung und zur Reinigung der Düse OF dient. Der Einlaß IS ist mit einem Filter FL zum Abhalten kleiner Staubteilchen, einem Filterhalter-Block FH zum Halten des Filters FL, einem Rohrhalter-Gummiteil PH zum Festlegen eines Rohrs IP für die Tinten- bzw. Flüssigkeitszufuhr von außen und einem Gummiteil-Halter RH für das Festlegen des Gummiteils PH versehen. An dem vorderen Ende der Flüssig keitskammer W ist zur Erzielung von Tröpfchen ID einer ge wünschten Form eine Düsenöffnungsplatte OP angebracht, die jedoch weggelassen werden kann, falls die Flüssigkeitskammer W selbst zur Bildung der Düsenöffnung OF ausgestaltet ist.

Wie es in der Fig. 4 übertrieben dargestellt ist, ist die Flüssigkeitskammer W in ihrer Längsrichtung mit mehreren Heizelementen HI, HII und HIII versehen, die selektiv zur Er zeugung einer Zustandsänderung in der angrenzenden Flüssig keit IK betrieben werden, und zwar einschließlich der Erzeu gung und Beseitigung der Bläschen B gemäß der vorangehenden Beschreibung, was schematisch durch ein einzelnes Bläschen B dargestellt ist. Die durch die Erzeugung des Bläschens B her beigeführte Volumenänderung in der Flüssigkeitskammer W be wirkt an der Düsenöffnungsplatte OP den Ausstoß von Tröpfchen IDI, IDII oder IDIII, die zur Erzielung der im folgenden er läuterten Tönungswiedergabe unterschiedliche Abmessungen ha ben. Falls nämlich die Heizelemente HI, HII und HIII mit ver schiedener Dicke oder Länge ausgebildet werden, so daß sie verschiedene Widerstände haben, ist es möglich, jeweils ein Bläschen B entsprechend der zugeführten Energie zu erzeugen und dadurch entsprechend der Energie das Volumen des Tröpf chens ID zu ändern, um damit Tröpfchen ID unterschiedlicher Abmessungen zu erzielen. Das gleiche kann dadurch erzielt werden, daß mehrere Heizelemente H gleichzeitig oder in Auf einanderfolge angewählt bzw. angesteuert werden.

Die Fig. 5 ist ein Blockschaltbild einer Steuerschaltung für das selektive Betreiben von fünf Heizelementen H gemäß der Darstellung in Fig. 4. Bei dieser Schaltung werden von einem Eingangsanschluß 20 analoge Eingangssignale über Pufferschal tungen 21 ₁ bis 21 ₅ in Vergleicher 22 ₁ bis 22 ₅ eingegeben. Der Vergleicher 22 ₁ ist so geschaltet, daß er im Ansprechen auf ein Eingangssignal mit einem niedrigsten Pegel ein Ausgangs signal abgibt, während die anderen Vergleicher 22 ₂ bis 22 ₅ so geschaltet sind, daß sie auf Eingangssignale mit fortschrei tend höheren Pegeln ansprechen.

Die Ausgangssignale der Vergleicher 22 ₁ bis 22 ₅ werden je weils UND-Gliedern 26 ₁ bis 26 ₄ einer Torschaltung 26 zuge führt, wobei nur ein dem Eingangssignalpegel entsprechendes UND-Glied durchgeschaltet wird. Eine Treiberschaltung 27 wird durch das Ausgangssignal des Vergleichers 22 ₁ so geschaltet, daß sie ein Signal einer vorbestimmten Impulsbreite und Im pulsamplitude an UND-Glieder 28 ₁ bis 28 ₅ abgibt, von welchen nur eines durch das in der Torschaltung 26 gewählte Ausgangs signal durchgeschaltet ist, um dadurch das Ausgangssignal der Treiberschaltung 27 zu einem von Ausgangsanschlüssen 29 ₁ bis 29 ₅ durchzulassen. Nimmt man an, daß der Anschluß 29 ₁ mit ei nem Heizelement H mit dem höchsten Widerstand verbunden ist, während der Anschluß 29 ₅ mit einem Heizelement H mit dem niedrigsten Widerstand verbunden ist, so wird entsprechend einem Eingangssignal niedrigen Pegels das erstere und ent sprechend einem Eingangssignal hohen Pegels das letztere be trieben bzw. gespeist. Falls die Eingangssignals digitale Si gnale zur Pegelangabe sind, können die Vergleicher weggelas sen werden und die Eingangssignale direkt zur Ansteuerung der Schaltglieder und damit zum selektiven Betreiben der entspre chenden Heizelemente H verwendet werden. Ferner können die verschiedenen Widerstände der Heizelemente H statt durch Ver wendung verschiedener Abmessungen durch Anwendung verschiede ner Materialien erzielt werden.

Als Gegensatz zu dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbei spiel, bei dem die Durchmesser der ausgestoßenen Tröpfchen ID durch Steuerung der Wärmeenergie durch Wahl aus mehreren Heizelementen H mit verschiedenen Widerständen verändert wer den, wird im folgenden ein weiteres Ausführungsbeispiel er läutert, bei dem die Tönungswiedergabe-Steuerung dadurch er zielt wird, daß an ein Heizelement H mit festem Widerstand Ansteuerungsimpulse mit verschiedenen Kurvenformen angelegt werden. Es wurde als möglich ermittelt, den Tröpfchendurch messer dadurch zu steigern, daß an ein und dasselbe Heizele ment H Steuersignale einer vorgegebenen Impulsbreite, jedoch mit gesteigerten Amplituden angelegt werden, oder Signale zur Bildung einer konstanten Spitzentemperatur an dem Heizelement H, jedoch mit gesteigerten Impulsbreiten. Diese Steuerverfah ren werden anhand der Fig. 6 und 7 erläutert. Die Fig. 6 zeigt den Fall, daß die Amplitude L verändert wird, wobei die Darstellung (a) die Kurvenform des an das Heizelement H ange legten Impulses zeigt, die Darstellung (b) die Oberflächen temperatur des Heizelementes H zeigt, die Darstellung (c) das Volumen des in der Flüssigkeit erzeugten Bläschens B zeigt und die Darstellung (d) den Tröpfchendurchmesser zeigt. Damit steigt mit einer Steigerung der Impulsamplitude L die Ober flächentemperatur an, so daß ein größeres Bläschen B erzeugt wird und schließlich ein größeres Tröpfchen ID erzielt wird. Die Fig. 7 zeigt den Fall, daß die Impulsbreite S verändert wird, wobei die Darstellungen (e), (f), (g) bzw. (h) jeweils die Impulskurvenform, die Oberflächentemperatur des Heizele ments H, das Volumen des Bläschens B und den Durchmesser des ausgestoßenen Tröpfchens ID zeigen. Falls somit die Impuls breite S verändert wird und die Impulsamplitude so geregelt wird, daß sich die gleiche maximale Oberflächentemperatur er gibt, ergibt eine größere Impulsbreite ein größeres Bläschen volumen und dementsprechend einen größeren Tröpfchendurchmes ser. Es ist natürlich auch möglich, durch geeignete Regelung sowohl der Impulsbreite S als auch der Impulsamplitude L ei nen schnellen Ausstoß gleichförmiger Tröpfchen ID zu erzie len. Ferner kann bei der Anwendung in einem Aufzeichnungs- oder Kopiergerät diese Tönungssteuerung automatisch aufgrund der Dichte einer Vorlage erfolgen. Beispielsweise ist es mög lich, dem in Fig. 5 gezeigten Eingangsanschluß 20 ein Signal aus einem Vorlagen-Lese-Sensor zuzuführen oder dem Eingangs anschluß 20 ein Signal aus einem von Hand über eine Dichte steuerungs-Wählscheibe geregelten veränderbaren Widerstand zuzuführen. Darüber hinaus ist es möglich, die Dichte auf be liebige Weise dadurch zu steuern, daß veränderbare Widerstän de VR direkt geregelt werden. Ferner ist die Tönungssteuerung auf gleichartige Weise durch Verwendung von Laserimpulsen in der vorherstehend beschriebenen Art erzielbar.

Die vorstehend erläuterte Bläschensteuerung mittels der Heiz vorrichtung oder Heizsteuervorrichtung erlaubt es auf einfa che Weise, beständig ein optimales Bild zu erzeugen, wobei eventuelle zeitabhängige Änderungen der Aufzeichnungsflüssig keit IK oder Änderungen der Umgebungsbedingungen des Geräts wie der Temperatur oder der Feuchtigkeit in geeigneter Weise erfaßt bzw. kompensiert werden.

Bei der Anwendung der Einrichtung gemäß dem Ausführungsbei spiel für eine Mehrfarben-Tintenstrahl-Aufzeichnung ist eine den für die verschiedenen Farben verwendeten verschiedenarti gen Farbstoffen entsprechende geeignete Bläschensteuerung für eine jede Farbe notwendig. In einem solchen Fall erlauben es die vorstehend beschriebenen Bläschen-Steuerverfahren, für jede Farbe gleichförmige Tröpfchen ID zu erzielen.

Eine derartige Bläschensteuerung ist auch zur Erzielung eines absichtlich geregelten Farbabgleichs wie einer rötlichen oder bläulichen Einfärbung oder zur Erzielung einer Dichtesteue rung anwendbar.

Die Fig. 8 zeigt schematisch eine Mehrfarben-Tintenstrahl- Vorrichtung gemäß dem Tröpfchenerzeugungs-Verfahren. Im fol genden wird der Fall beschrieben, daß Flüssigkeiten mit drei Farben C, M und Y verwendet werden, jedoch besteht keine Ein schränkung hierauf, da irgendeine beliebige Farbenanzahl von zwei oder darüber angewandt werden kann.

Die in Fig. 8 gezeigte Vorrichtung ist entsprechend einer je weiligen Farbflüssigkeit C, M oder Y mit einem Tintenzufuhr- bzw. Flüssigkeitszufuhr-Tank ITC, ITM bzw. ITY, einem Erwär mungsabschnitt Δ1, einer Bläschenerzeugungs-Vorrichtung HC, HM bzw. HY und einer Ausstoßdüsenöffnung OFC, OFM bzw. OFY versehen. Gemäß den vorstehenden Ausführungen ist es möglich, die Anzahl der Erwärmungsabschnitte Δ1, der Bläschenerzeu gungs-Vorrichtungen H und der Ausstoßdüsenöffnungen OF zu steigern oder längs eines jeweiligen Flüssigkeitswegs mehrere Bläschenerzeugungs-Vorrichtungen H anzubringen, jedoch wird ein jeweiliger Flüssigkeitsweg von dem Zufuhrtank IT bis zu der Ausstoßdüsenöffnung OF so ausgelegt, daß er Flüssigkeit IK in nur einer Farbe aufnimmt. Darüber hinaus ist es jedoch möglich, gewünschtenfalls mehrere Flüssigkeiten IK in dem Flüssigkeitsweg zu mischen.

Der Erwärmungsabschnitt Δ1 wird gemäß den vorangehenden Aus führungen dazu verwendet, durch Zufuhr von Wärmeenergie in der gefärbten bzw. Färbungsflüssigkeit IK Bläschen B zu er zeugen.

Als Bläschenerzeugungs-Vorrichtungen HS, HM oder HY können beispielsweise ein elektrothermischer Wandler wie ein Heize lement, das bei einem Thermokopf verwendet wird, ein Peltier- Element oder eine Verbindung aus diesen verwendet werden; ferner kann Bestrahlung mit hoher Energie wie beispielsweise mittels der vorstehend genannten Laserstrahlen angewandt wer den.

Die Bläschenerzeugungs-Vorrichtung H wird an der Innenwand oder der Außenwand des Erwärmungsabschnitts Δ1 oder im Falle der Verwendung von Bestrahlung mit hoher Energie wie z. B. mittels eines Laserstrahls in einer geeigneten Lage ange bracht, die es erlaubt, der in dem Erwärmungsabschnitt Δ1 aufgenommenen Flüssigkeit IK die Wärmeenergie zuzuführen.

Die Bläschenerzeugungs-Vorrichtungen H werden mittels einer Steuerschaltung CC selektiv entsprechend einer Mehrfarben- Eingangsinformation betrieben, die bei Verwendung der Vor richtung zur Aufzeichnung in einem Kopier- oder Faksimilege rät von einer Vorlage GK her über eine Photoempfangs- Vorrichtung CS, beispielsweise aus Linsen, Filtern, Photosen soren usw. aufgenommen wird. Falls andererseits die Vorrich tung als Ausgabeendgerät für einen Rechner verwendet wird, entfällt die Photoempfangs-Vorrichtung CS, während die Mehr farben-Information direkt aus dem Rechner geliefert wird.

Die Steuerschaltung CC enthält Einrichtungen zum selektiven Betreiben der Bläschenerzeugungs-Vorrichtungen H im Anspre chen auf die Mehrfarben-Information, wie z. B. beim Betreiben von elektrothermischen Wandlern mit Impulssignalen, Taktgene ratoren, Schieberegister, Speicher, Treiberschaltungen, Syn chronisiereinrichtungen zur Steuerung der Relativverschiebung zwischen dem Aufzeichnungsmaterial und dem Aufzeichnungskopf und dgl.

Gemäß den vorstehenden Ausführungen kann die Wärmeabgabe der Bläschenerzeugungs-Vorrichtungen H auf einfache Weise mittels der Impulsbreite und der Impulsamplitude des Steuersignals gesteuert werden.

Die Aufzeichnungsflüssigkeiten IK werden im Zusammenhang mit der vorstehend beschriebenen Steuerschaltung und entsprechend den Arten der erwünschten Aufzeichnung gewählt, wie z. B. für eine graphische "Fehlfarben"-Aufzeichnung, eine "Echtfarben"- Aufzeichnung, eine besondere Schwarz-Rot-Zweifarben- Aufzeichnung für die Dokumentation oder Fahnenabzüge usw.

Beispielsweise können bei der graphischen Aufzeichnung für das gewöhnliche Aufzeichnen von Ausgangssignalen eines Rech ners in der Form einer Mehrfarben-Information Flüssigkeiten IK mit beliebigen Farben verwendet werden.

Ferner wird bei der "Echtfarben"-Aufzeichnung die Vorlagenin formation mit drei Photoempfängern über jeweils ein Rotfil ter, ein Grünfilter und ein Blaufilter aufgenommen, um Farb auszugssignale zu erzielen, mit welchen über die Steuerschal tung die elektrothermischen Wandler in den Erwärmungsab schnitten Δ1 betrieben werden, wobei zu den Filterfarben kom plementäre Flüssigkeiten IK in den Farben Cyan-Blau, Magenta- Rot und Gelb verwendet werden.

Ein besonders günstiges Ereignis wird in diesem Fall dadurch erzielt, daß die vorstehend beschriebene Vorrichtung bzw. Einrichtung als Aufbau aus einem Substrat SS1 mit Heizelemen ten, einer mit Nuten versehenen Platte GLA und einem Flüssig keitszufuhr-Block gestaltet wird, wie es im folgenden erläu tert ist.

Die Fig. 9A zeigt in perspektivischer Darstellung eine Aus führungsform aus einem Substrat SS1 mit Heizelementen, einer mit Nuten versehenen Platte GL1 mit Flüssigkeitszufuhr-Nuten, Flüssigkeits- bzw. Tintentanks ITC, ITM und ITY und Tinten rohren IPC, IPM und IPY für die Zufuhr von Flüssigkeiten oder Tinten C, M und Y für die Mehrfarbenaufzeichnung, einer Druckschaltungsplatine PC für die Bildsignal-Zufuhr usw. Fer ner können ein wärmeleitfähiges Substrat HS als Kühlkörper und eine Düsenöffnungsplatte OP zur Bildung gewünschter Aus stoßdüsenöffnungen OF hinzugefügt werden.

Die Fig. 9B zeigt den Zusammenhang zwischen der Nutenplatte und den Tintentanks, während die Fig. 9C einen Querschnitt längs einer Linie X-Y in Fig. 9B zeigt. Gemäß der Darstellung in Fig. 9C ist das Substrat SS1 aus einem Aluminiumsubstrat AM und einer Wärmespeicherschicht SO zusammengesetzt, auf welcher elektrothermische Wandler aus Heizwiderständen H1 aus ZrB₂ oder HfB₂, Aluminium-Wählelektroden Pl und einer gemein samen Elektrode D1 angebracht sind. Wie schon im vorstehenden erläutert ist, deckt eine Schutzschicht K aus Siliziumoxid die obere Fläche der Elektroden und die Seitenfläche der Dü senöffnungen OF ab. Wie ferner in Fig. 9B gezeigt ist, ist die aus einer Glasplatte oder Kunststoffplatte hergestellte Nutenplatte GL1 mit Flüssigkeits-Führungs-Nuten MC, MM und MY, die mittels eines Diamant-Feinfräsers geformt sind, und Flüssigkeits-Zufuhr-Öffnungen ISC, ISM und ISY versehen. Die se Zufuhröffnungen werden beispielsweise bei Verwendung drei er Flüssigkeiten in der jeweils dritten Nut z. B. mittels ei nes Elektronenstrahls durchgebrochen. Andererseits werden die Tintentanks ITC, ITM und ITY jeweils mit den Öffnungen ISC, ISM bzw. ISY entsprechenden Öffnungen TSC, TSM und TSY verse hen. Die Fig. 9B zeigt zwar nur einen Tintentank ITY, jedoch werden die Tanks IT für die anderen Farben C und M auf gleichartige Weise an der Nutenplatte GL1 angebracht. Das Substrat SS1, die Nutenplatte GL1 und die Tintentanks IT, die auf diese Weise vorbereitet sind, werden zu einer Einheit so zusammengeklebt, daß die Heizelemente jeweils mit den Nuten übereinstimmen. IPY' bezeichnet ein Entlüftungsrohr zum Er leichtern des Einfüllens der Flüssigkeit in der Vorrichtung.

In Fig. 9C bezeichnet Pl eine Elektrode, die zur Ansteuerung des Heizelements an der Platine PC ausgebildet ist. Die ge meinsame Elektrode D1 erstreckt sich bis zu der Seitenfläche und der Unterfläche des Substrats SS1, um damit den elektri schen Anschluß zu erleichtern.

Der vorstehend beschriebene Aufbau erlaubt es, auf einfache Weise eine Mehrfach-Düsenöffnungs-Anordnung zu erhalten, bei der die Ausstoßdüsenöffnungen OF für mehrere Flüssigkeiten hoher Dichte angeordnet sind. Bei einem Mehrfarbenbild aus vielen Tupfen oder Punkten werden die Verschlechterung der Tönungswiedergabe oder Farbfehler dann sichtbar, wenn die Tupfen oder Punkte in ihrer Lage um 150 bis 170 µm abweichen. Die beschriebene Vorrichtung ermöglicht es jedoch, sehr vor teilhafte Ergebnisse hinsichtlich der Auflösung und der Tö nungswiedergabe zu erzielen, da die Düsenöffnungen OF zumin dest mit einer Dichte von 10 Zeilen je mm angeordnet werden können, was gut innerhalb der vorstehend genannten Einschrän kung liegt. Die Mehrfach-Düsenöffnungs-Anordnung ist ferner dahingehend vorteilhaft, daß sie einen sehr dünnen kompakten Aufbau hat.

Die dichte bzw. gedrängte Anordnung der Düsenöffnungen OF und die Dichte der Photoempfangs-Vorrichtungen CS werden so ge wählt, daß eine wechselseitige Übereinstimmung für ein jedes Bildelement erzielt wird. Daher kann bei der Echtfarben- Aufzeichnung mit drei Farbflüssigkeiten und einer Düsenöff nungs-Dichte von 12 Zeilen bzw. Linien je mm eine Photoemp fänger-Dichte von ungefähr 4 Zeilen bzw. Linien je mm verwen det werden.

Bei der Anwendung einer derartigen Mehrfach-Düsenöffnungs- Anordnung bei einem Aufzeichnungsgerät wie einem Kopiergerät oder Faksimilegerät ist die Verwendung eines zeilenförmigen Photoempfänger-Elements als Photoempfangs-Vorrichtung CS in sofern vorteilhaft, als durch eine einzige Abtastung eine Hochgeschwindigkeits-Aufzeichnung mit hohem Auflösungsvermö gen erzielbar ist. Eine derartige Kombination ist besonders vorteilhaft, da in der Steuerschaltung keine besonderen Ver zögerungsschaltungen oder Speicher für die Festlegung der An steuerungs-Zeitpunkte notwendig sind und die Düsenöffnungs- Anordnung leicht herzustellen ist.

Ferner kann das Lesen und Aufzeichnen der Information gleich zeitig ausgeführt werden, wenn gemäß der Darstellung in Fig. 9B die Photoempfangs-Vorrichtung CS als eine Einheit an dem über die Führungsschiene CG verschobenen Halbleiter-Laserkopf LZH angebracht ist; auf diese Weise wird es möglich, den Schaltungsaufbau wirtschaftlich zu gestalten und den Aufbau zu vereinfachen, was die Schaffung eines miniaturisierten Aufzeichnungsgeräts zuläßt.

Statt eine Verschiebung an der Führungsschiene CG vorzusehen, können eine Mehrzahl von feststehenden Laserköpfen LZH und Photoempfangs-Vorrichtungen CS verwendet werden, wobei es in diesem Fall ermöglicht ist, eine weiter gesteigerte Reproduk tionsgeschwindigkeit zu erzielen.

Die in Fig. 9 gezeigte Vorrichtung wurde z. B. auf folgende Weise hergestellt: Ein Al₂O₃-Substrat SS1 mit einer Dicke von 0,6 mm wurde mit SiO₂ beschichtet, um damit eine Wärmespei cherschicht SO in einer Dicke von 3 µm zu formen. Darauffol gend wurden eine ZrB₂-Widerstandsschicht H in einer Dicke von 80 nm und eine Aluminiumschicht in einer Dicke von 500 nm für die Elektroden aufgebracht, wonach ein selektiver Ätzvorgang ausgeführt wurde, um 1200 Heizelemente H1 herzustellen, die in einer Teilung von 111 µm angeordnet waren und bei Abmes sungen mit 50 µm Breite und 300 µm Länge einen Widerstand von 200 Ohm hatten. Darauffolgend wurde SiO₂ in einer Dicke von 1 µm aufgespritzt, um eine isolierende Schutzschicht K zu bil den und dadurch die elektrothermischen Wandler fertigzustel len.

Das Substrat SS1 wurde mit einer mit Nuten versehenen Glasplatte GL1, in der mittels eines Mikrofräsers bzw. Mikro schleifers Nuten in einer Teilung von 111 µm (entsprechend einer Düsenöffnungs-Dichte von 9 Linien je mm) und mit einer Breite und Tiefe von 60 µm ausgebildet waren, sowie ferner auf die vorstehend beschriebene Weise mit Glas-Tintentanks ITC, ITM und ITY zusammengeklebt, während an die gegenüber liegende Fläche des Substrats SS1 ein Aluminium-Kühlkörper HS angeklebt wurde. Die Tintentanks ITC, ITM und ITY wurden je weils mit Cyan-Tinte, Magenta-Tinte und gelber Tinte gefüllt. Auf diese Weise wurde ein Aufzeichnungskopf mit 1200 Düsen öffnungen OF bzw. 400 Düsenöffnungen OF je Farbe erzielt, die in einer Dichte von 9 Linien je mm angeordnet waren.

Der Aufzeichnungskopf wurde mit Photoempfangs-Vorrichtungen CS und einer Steuerschaltung verbunden und unter Flüssig keitszufuhr mit einem Druck, der bei Fehlen einer Wärmeerzeu gung mittels der Heizelemente H keinen Ausstoß aus den Düsen öffnungen OF verursachte, wurde ein Aufzeichnungsvorgang un ter Zufuhr vorbestimmter Impulse zu den Heizelementen ent sprechend den Bildsignalen ausgeführt. Es wurde mit einer sehr hohen Aufzeichnungsgeschwindigkeit ein Farbbild hoher Auflösung und unter Wiedergabe einer breiten Tönung erzielt, jedoch war der Farbausgleich insofern nicht ausreichend, als die Schwarzfärbung durch Überlagerung der Cyan-Tinte, der Ma genta-Tinte und der gelben Tinte übermäßig gelblich war, und die Dichte des Gesamtbilds etwas gering.

Es war jedoch möglich, dadurch eine gut ausgeglichene Schwarzfärbung und eine Steigerung der Bilddichte zu erzie len, das in Fig. 10 gezeigte veränderbare Widerstände VRC, VRM und VRY in der Weise geregelt wurden, daß die Impulsbrei te für Cyan und Magenta 15 µs war, während diejenige für Gelb gleich 10 µs war.

In der folgenden Tabelle 1 sind die bei dem vorstehend be schriebenen Beispiel angewandten Aufzeichnungsbedingungen zu sammengefaßt:

Tabelle 1

Ansteuerungsspannung:	35 V
Wiederkehrfrequenz:	5 kMz
Aufzeichnungsmaterial:	Feinpapier (Handelsbezeichnung "Seven Star", Format A, 28,5 kg, von Hokuetsu Paper Mills, Ltd.)
AL=L<Flüssigkeiten bzw. Tinten IK:
Gelb (Y):	2,0 g Gelb RY (Orient Chemical)
80,0 g Äthanol
18,0 g Diäthylenglykol
Magenta (M):	3,0 g Rot BT
80,0 g Äthanol
17,0 g Diäthylenglykol
Cyan (C):	2,0 g Blau RL
80,0 g Äthanol
18,0 g Diäthylenglykol

Die Fig. 10 zeigt ein Blockschaltbild aus Schaltungen CSC, CSM und CSY, die für die jeweiligen Farben Sensoren und Ana log-Digital-Umsetzer enthalten, Impulsgeneratoren PGC, PGM und PGY zur Erzeugung von Ansteuerungsimpulsen im Ansprechen auf die Ausgangssignale der Schaltungen CSC, CSM bzw. CSY, Verstärkern PAC, PAM und PAY für die Impulssignale und den veränderbaren Widerständen VRC, VRM und VRY für die Einstel lung der Breite und der Amplitude der Impulssignale. Gemäß den vorangehenden Ausführungen ermöglichen es die veränderba ren Widerstände VRC, VRM und VRY, optimale Ansteuerungsimpul se und daher Bläschen B für die drei Tinten IK zu erzielen, die die in der Tabelle 1 zusammengefaßt aufgeführten ver schiedenen Farbstoffe enthalten; auf diese Weise können die vorangehend angeführten verschiedenen Erfordernisse erfüllt werden. Die veränderbaren Widerstände VRC, VRM und VRY müssen nicht unbedingt von Hand geregelt werden, sondern können vielmehr automatisch durch Faksimile-Signale oder durch Si gnale im Zusammenhang mit den Ausgangssignalen aus den Lese- Sensorelementen gesteuert werden.

Ferner kann zur Erzielung eines gleichartigen Ergebnisses die Regelung der veränderbaren Widerstände VR durch eine geeigne te Ausgabesteuerung der Halbleiterlaser-Ausgänge ersetzt wer den.

Claims

1. Flüssigkeitströpfchen-Aufzeichnungsgerät für Mehrfarb- Aufzeichnung, mit
mindestens einer Ausstoßeinrichtung für jede Farbe, wobei jede Ausstoßeinrichtung eine Einlaßöffnung zur Zuführung von Flüssigkeit (IK) der betreffenden Farbe und eine Ausstoßöffnung (OF) zum Ausstoßen der Tröpfchen (ID) aufweist,
einer jeder Ausstoßeinrichtung zugeordneten Heizeinrichtung (H),
einer Einstelleinrichtung (CC) zum Einstellen des Volumens der Tröpfchen (ID) durch Einstellung der den Heizeinrichtungen (H) zugeführten Energie,
dadurch gekennzeichnet,
daß jede Ausstoßeinrichtung zwischen ihrer Einlaßöffnung und ihrer Ausstoßöffnung (OF) einen verzweigungsfreien Strömungspfad (W) bildet, in welchem die zugeordnete Heizeinrichtung (H) angeordnet ist,
daß die Heizeinrichtungen (H) von Ausstoßeinrichtungen für unterschiedliche Farben durch die Einstelleinrichtung (CC) zur Einstellung unterschiedlicher Volumina der Tröpfchen (ID) unterschiedlich ansteuerbar sind.

2. Flüssigkeitströpfchen-Aufzeichnungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Einstelleinrichtung (CC) die Impulsamplitude oder die Impulsbreite der den Heizeinrichtungen (H) zugeführten Energie einstellbar ist.

3. Flüssigkeitströpfchen-Aufzeichnungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere unterschiedliche Heizelemente je Heizeinrichtung (H) vorgesehen sind.