DE3546842C2 - Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Flüssigkeitsstrahl- Aufzeichnungskopf gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Anschlaglose Aufzeichnungs- oder Schreibverfahren gewinnen immer mehr Anziehungskraft, da die Geräusche beim Aufzeichnen vernachlässigbar gering sind. Unter diesen Verfahren ist das Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungsverfahren (Tintenstrahl-Auf­ zeichnungsverfahren) besonders erfolgversprechend, weil es für eine Aufzeichnung mit hoher Geschwindigkeit auf Normal- Papier ohne einen besonderen Fixierschritt geeignet ist. Aus diesem Grund sind verschiedene Arbeitsprinzipien und entsprechende Vorrichtungen oder Geräte vorgeschlagen wor­ den, von denen einige bereits praktisch angewendet werden, andere aber noch im Entwicklungsstadium sind.

Von diesen Tinten- oder Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungsver­ fahren unterscheidet sich ein in der JP-Patent-Offenlegungs­ schrift Nr. 54-51 837 und in der DE-OS 28 43 064 offenbar­ tes Verfahren zu anderen darin, daß die Kraft zur Bildung von fliegenden Flüssigkeitströpfchen durch auf die Flüssig­ keit einwirkende thermische Energie erlangt wird.

Gemäß der Offenbarung in den oben genannten Veröffentlichun­ gen wird in einer die thermische Energie empfangenden Flüs­ sigkeit eine Zustandsänderung hervorgerufen, mit der eine rapide Volumenvergrößerung einschließlich einer Bildung von Bläschen einhergeht, so daß Flüssigkeitströpfchen aus einer Öffnung an der Stirnseite eines Aufzeichnungskopfes ausge­ stoßen werden, die eine Flugbahn durchlaufen und sich an einem Aufzeichnungsträger festsetzen, um an diesem eine Auf­ zeichnung zu erzeugen.

Insbesondere ist das in der DE-OS 28 43 064 beschriebene Tintenstrahl-Aufzeichnungsverfahren nicht nur wirksam und leistungsfähig für das Verfahren, bei dem Flüssigkeitströpf­ chen in Abhängigkeit von einem Signal ausgestoßen werden (drop on demand-Verfahren), anwendbar, sondern es kann auch ohne Schwierigkeiten bei einem Vollinien-Aufzeichnungskopf mit vielen Öffnungen von hoher Dichte verwirklicht werden, so daß eine Abbildung mit einem hohen Auflösungsvermögen und mit hoher Qualität bei hoher Geschwindigkeit erhalten werden kann.

Aus der Druckschrift DE 24 55 247 B1 ist ein Flüssigkeitsstrahl- Aufzeichnungskopf gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bekannt. Bei diesem Aufzeichnungskopf gelangt die Flüssigkeit zur Ausstoßöffnung vorwiegend über einen Haupt-Flüssigkeitspfad, wobei ein Hilfs-Flüssigkeitspfad im wesentlichen zum Abführen von Tinte von einem Auslaufkanal zu einer Zwischenkammer dient. Bei bestimmten Betriebszuständen kann die Flüssigkeit auch aus dem Hilfs-Flüssigkeitspfad in den Haupt-Flüssigkeitspfad eingesaugt werden, welches durch den Einsatz einer Membrane erreicht wird.

Aus der weiteren Druckschrift GB 2 110 994 A ist ein Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf bekannt, der einen elektrothermischen Wandler als Antriebselement aufweist.

Die Druckschrift DE 25 05 590 A1 beschreibt ebenfalls einen Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf, der mit einem Hilfs- Flüssigkeitskanal versehen ist, der einerseits in eine Kompressionskammer und andererseits in eine Düse mündet.

Aus der Druckschrift DE 29 18 737 A1 ist schließlich ein weiterer Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf bekannt, bei dem eine in Bezug auf eine Düse vorgeschaltete und mit einem Elektrostriktionselement versehene Pumpenkammer mittels eines schmalen Strömungswegs mit einem Flüssigkeitsspeicher verbunden ist. Im Strömungsweg ist eine sogenannte kapselförmige ausschließlich fluide Diode ausgebildet, um einen unterschiedlichen Strömungswiderstand bei einer vorwärts bzw. rückwärts gerichteten Strömung zu gewährleisten.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Flüssig­ keitsstrahl-Aufzeichnungskopf zu schaffen, der imstande ist, ein Drucken mit hoher Geschwindigkeit bei einem ausgezeich­ neten Frequenzgang, mit hoher Dichte sowie hoher Abbildungs­ qualität auszuführen, der ferner zu einem sofortigen Beginn eines stabilen Aufzeichnungsvorgangs ohne unbequeme, lä­ stige Tätigkeiten auch nach einer längeren Pause und unter veränderlichen Umgebungsbedingungen in der Lage ist. Dabei soll er mit relativ niedrigen Kosten in der Massenfertigung her­ stellbar sein.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 bis 5 definiert.

Es werden Ausführungsformen und Vergleichsbeispiele anhand der Zeichnungen erläu­ tert, und zwar zeigen die

Fig. 1A bis 3B Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungsköpfe gemäß Vergleichsbeispielen, wobei in den mit "A" bezeichneten Figuren Längsschnitte der Köpfe dargestellt sind, während in den mit "B" bezeichneten Figuren Querschnitte nach den Linien B-B bzw. C-C bzw. D-D der mit "A" bezeichneten Figuren gezeigt sind.

Fig. 4A bis 5B Ausführungsformen von Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungsköpfen, wobei in den mit "A" bezeichneten Figuren Längsschnitte der Köpfe dargestellt sind, während in den mit "B" bezeichneten Figuren Querschnitte nach den Linien B-B bzw. C-C der mit "A" bezeichneten Figuren gezeigt sind.

Gemäß Fig. 1A und 1B sind mit einem Substrat 103, das einen elektrothermischen Wandler 102 trägt, in Aufeinanderfolge drei Schichten von Wandteilen 104 sowie eine Platte 105 ver­ bunden, um einen Haupt-Flüssigkeitskanal 201, einen Hilfs- Flüssigkeitskanal 202 sowie einen Verbindungskanal 203 zu bilden. Die von der Zufuhröffnung in den Kopf ein­ gegebene Schreibflüssigkeit füllt die Flüssigkeitskammer 107, den Haupt-Flüssigkeitskanal 201, den Hilfs-Flüssigkeits­ kanal 202 sowie den Verbindungskanal 203 und bildet an der Flüssigkeitsausstoßöffnung 109 einen Meniskus. Im Ansprechen auf dem am Substrat 103 befindlichen Wandler 102 zugeführter Elektroenergie wird die Schreibflüssigkeit aus der Flüssig­ keitsausstoßöffnung 109 in Form von Tröpfchen durch den oben erläuterten Mechanismus ausgestoßen. Der Strömungsweg zwi­ schen dem Wandler 102 und der Flüssigkeitskammer 107 ist so gewählt, daß er ausreichend und beträchtlich länger ist als der vom Wandler zur Ausstoßöffnung, d. h. als der zum Wandler stromabwärtige Strömungsweg, so daß die Bläschen­ bildungsenergie am Wandler 102 wirksam für den Ausstoß der Schreibflüssigkeit genutzt werden kann. Nach dem Flüs­ sigkeitsausstoß stellt sich der Meniskus an der Ausstoßöff­ nung 109 durch die Oberflächenspannung zu einer stark konka­ ven Form von selbst zurück, womit die Schreibflüssigkeit vom Haupt-Flüssigkeitskanal 201 und Verbindungskanal 203 und dem Hilfs-Flüssigkeitskanal 202 zugeführt wird. Bei dem in Rede stehenden Vergleichsbeispiel ist für den Haupt-Flüs­ sigkeitskanal 201 jedoch eine größere Länge gewählt worden und hat dieser einen höheren Strömungswiderstand, so daß die Flüssigkeitszufuhr in der Hauptsache durch den Hilfs-Flüs­ sigkeitskanal 202 und den Verbindungskanal 203 erfolgt.

Die Fig. 2A zeigt schematisch einen Schnitt durch ein weiteres Vergleichsbeispiel, während die Fig. 2B den Schnitt nach der Linie C-C in der Fig. 2A zeigt.

Ein Substrat 103 ist mit einem in dieses eingebetteten piezo­ elektrischen Element (im folgenden als "Piezoelement" be­ zeichnet) 301 versehen. Auf das Substrat 103 sind Wandteile 104 in drei Lagen und eine Platte 105 geschichtet, um Haupt- sowie Hilfs-Flüssigkeitskanäle 201 bzw. 202 und Verbindungs­ kanäle 203 zu bilden. Die über eine Zufuhröffnung in den Kopf eingebrachte Schreibflüssigkeit füllt die Flüssig­ keitskammer 107, den Haupt- sowie den Hilfs-Flüssigkeits­ kanal 201 bzw. 202 sowie den Verbindungskanal 203 und bil­ det an der Ausstoßöffnung 109 einen Meniskus. Für jeden Flüs­ sigkeitskanal ist das Piezoelement 301 von länglicher, recht­ eckiger Gestalt in das Substrat 103 eingebettet, und es wird bei Zufuhr von Elektroenergie verformt, so daß auch das den Boden des Haupt-Flüssigkeitskanals 201 bildende Substrat 103 einer Verformung unterworfen wird, um das Volumen des Kanals zu verringern; auf diese Weise wird die im Kanal 201 ent­ haltene Flüssigkeit an der Flüssigkeitsausstoßöffnung 109 ausgestoßen und bildet Flüssigkeitströpfchen. Da die durch ein elektrisches Signal hervorgerufene Verformung des Pie­ zoelements 301 sehr klein pro Flächeneinheit ist, muß das Piezoelement 301 im Flüssigkeitskanal eine große Fläche ein­ nehmen, um eine gewünschte Menge an Schreibflüssigkeit aus­ zustoßen. Um eine hohe Düsen- oder Öffnungsdichte für eine feine, hohe Druckqualität zu erlangen, ist es deshalb not­ wendig, die Piezoelemente 301 auf dem Substrat mit einer kleinen Teilung oder mit geringem Abstand anzuordnen. Aus diesem Grund soll das Piezoelement 301 die oben erwähnte lange und rechteckige Gestalt haben, die einen entsprechend langen Strömungsweg zur Folge hat, wodurch der Strömungswi­ derstand darin erhöht und die zum Ausstoßen der Flüssigkeit verfügbare Kapazität vergrößert wird. Andererseits erfordert eine solche Konstruktion einen längeren Zeitraum für die Er­ gänzung der Schreibflüssigkeit und hat deshalb einen mäßigen Frequenzgang. Hier wird jedoch die Schreib­ flüssigkeit, wie Fig. 2A zeigt, durch den Hilfs-Flüssigkeits­ kanal 202 und den Verbindungskanal 203 wie auch durch den Haupt-Flüssigkeitskanal 201 in die Nähe des nach dem Flüs­ sigkeitsausstoß an der Öffnung 109 zurückgewichenen Meniskus zugeführt. Demzufolge hat ein solcher Flüssigkeitsstrahl- Aufzeichnungskopf trotz des Vorhandenseins eines langen Strömungskanals mit einem hohen Strömungswiderstand insge­ samt einen geringen, niedrigen Strömungswiderstand.

In Fig. 3A ist in einem Längsschnitt ein weiterer Kopf gemäß einem Vergleichsbeispiel dargestellt, wo­ bei die Fig. 3B den Schnitt nach der Linie D-D in der Fig. 3A zeigt.

In ein Substrat 103 sind Piezoelemente 301 eingebettet, und auf das Substrat sind Wandteile 104 in drei Lagen sowie eine Platte 105 geschichtet, um Haupt- sowie Hilfs-Flüssigkeits­ kanäle 201 sowie 202 und Verbindungskanäle 203 wie beim vorherigen Vergleichsbeispiel zu bilden. Beim in Rede ste­ henden Vergleichsbeispiel sind weitere Wandteile 104 und eine weitere Platte 105 auch an der Unterseite des Substrats 103 schichtweise angebracht, um Hilfs-Flüssigkeitskanäle 202 und Verbindungskanäle 203 zu bilden. Bei diesem Vergleichs­ beispiel wird die Schreibflüssigkeit an den Ausstoßöffnungen 109 durch eine ausgewählte Zufuhr von Elektroenergie zu (nicht gezeigten) Elektroden der Piezoelemente entsprechend demsel­ ben Arbeitsprinzip wie beim obigen zweiten Vergleichsbeispiel ausgestoßen. Nach dem Flüssigkeitsausstoß wird die Schreib­ flüssigkeit zur Ergänzung in die Nachbarschaft des zurück­ gezogenen Meniskus zugleich durch den erstgenannten Hilfs- Flüssigkeitskanal 202 sowie Verbindungskanal 203, die von den auf dem Substrat 103 angeordneten Wandteilen 104 gebil­ det werden, und durch den durch die Wandteile 104 sowie die Platte 105, die unter dem Substrat 103 angeordnet sind, ge­ bildeten Hilfs-Flüssigkeitskanal 202 sowie einen im Sub­ strat 103 zur Verbindung des (unteren) Hilfs-Flüssigkeits­ kanals 202 mit dem der Ausstoßöffnung 109 benachbarten Be­ reich ausgestalteten Verbindungskanal 203 wie auch durch einen weiteren Verbindungskanal 203 zwischen der Flüssig­ keitskammer 107 und dem (unteren) Hilfs-Flüssigkeitskanal 202 geführt. Demzufolge wird trotz der Anwendung eines langen Haupt-Flüssigkeitskanals eine extrem rasche Ergän­ zung der Schreibflüssigkeit ermöglicht.

Der hier gebrauchte Begriff des Flüssigkeits- oder Strömungs­ weges bedeutet einen Weg für eine Flüssigkeitsströmung, der einen Tinten- oder Flüssigkeitsbehälter, eine Zuleitung von diesem Behälter zur Flüssigkeitskammer, die Flüssigkeitskam­ mer, einen Haupt-Flüssigkeitskanal zur Zufuhr der Flüssig­ keit von der Flüssigkeitskammer zur Ausstoßöffnung, einen Hilfs-Flüssigkeitskanal und einen den Haupt- mit dem Hilfs- Flüssigkeitskanal verbindenden Verbindungskanal umfaßt.

Eine erste Ausführungsform eines Aufzeichnungskopfes ist in Fig. 4A im Längsschnitt und in Fig. 4B im Schnitt nach der Linie B-B in der Fig. 4A gezeigt. Mit Ausnahme des Düsenteils entspricht dieser Kopf dem in Fig. 1A dargestellten Aufzeichnungskopf gemäß dem Vergleichsbeispiel. Bei die­ ser ersten Ausführungsform sind wie bei den vorherigen Vergleichsbeispielen Wandteile 104 in drei Lagen und eine Plat­ te 105 auf ein Substrat 103, das elektrothermische Wandler 102 als Energieerzeuger trägt, geschichtet, so daß Haupt- Flüssigkeitskanäle 201, Hilfs-Flüssigkeitskanäle 202 und Verbindungskanäle 203 gebildet werden. Im Haupt-Flüssigkeits­ kanal 201 ist bei dieser Ausführungsform stromauf vom Wand­ ler 102 ein Strömungswiderstandskörper 504 enthalten. Die durch eine Zufuhröffnung dem Aufzeichnungskopf zuge­ führte Schreibflüssigkeit füllt die Flüssigkeitskammer 107, den Haupt- sowie Hilfs-Flüssigkeitskanal 201 bzw. 202 sowie den Verbindungskanal 203 und bildet an der Ausstoßöffnung 109 einen Meniskus. Die Schreibflüssigkeit wird aus der Ausstoßöffnung 109 im Ansprechen auf dem elektrothermischen, am Substrat 103 angebrachten Wandler 102 zugeführter elektri­ scher Energie in Form von fliegenden Tröpfchen gemäß dem oben erläuterten Mechanismus ausgestoßen. Nach dem Ausstoß der Flüssigkeit hat der Meniskus, der von der Ausstoßöff­ nung 109 erheblich zurückgewichen ist, das Bestreben, durch die Oberflächenspannung zur ursprünglichen Position zurück­ zukehren, jedoch hängt der Grad der Ergänzung der Schreib­ flüssigkeit in den Flüssigkeitskanal hinein vom Strömungs­ widerstand darin ab. Da der Frequenzgang des Flüssigkeits­ ausstoßes durch die Rückstellzeit des Meniskus bestimmt wird, ist es anzustreben, die Länge des Haupt-Flüssigkeitskanals 201 zu vermindern, um den Strömungswiderstand in diesem herab­ zusetzen und die Rückstell- oder Rückkehrzeit des Meniskus zu verkürzen. Ein solcher kürzerer Flüssigkeitskanal hat je­ doch einen Abfall in der Ausstoßkraft für die Flüssigkeit zum Ergebnis, was auf das verminderte Verhältnis des Strö­ mungswiderstandes zwischen der Ausstoßöffnung 109 sowie der Energieerzeugungskammer zum Strömungswiderstand zwischen der Energieerzeugungskammer sowie der Flüssigkeitskammer 107 zurückzuführen ist. Auch kann daraus eine gegenseitige Be­ einträchtigung zwischen benachbarten Düsen resultieren. Bei der in Rede stehenden Ausführungsform ist deshalb zwi­ schen der Flüssigkeitskammer 107 und dem Wandler 102 im Haupt-Flüssigkeitskanal 201 noch ein Strömungswiderstands­ körper 504 vorgesehen, der den Strömungswiderstand auf der Seite der Flüssigkeitskammer 107 erhöht, um eine wirksame Ausstoßkraft an der Ausstoßöffnung 109 zu erhalten und auch die gegenseitige Beeinträchtigung zwischen benachbarten Dü­ sen zu vermindern. Dieser Widerstandskörper 504 ist derart ausgestaltet, daß der Abwärtsströmung von der Flüssigkeits­ kammer 107 zum Haupt-Flüssigkeitskanal 201 ein niedriger Strömungswiderstand, der Aufwärtsströmung in der entgegen­ gesetzten Richtung jedoch ein hoher Strömungswiderstand vermittelt wird, und bei der in Rede stehenden Ausführungs­ form ist dieser Körper 504 als ein dreieckiger Pfeiler aus­ gebildet. Der auf den Flüssigkeitsstrom von der Flüssigkeits­ kammer 107 zum Haupt-Flüssigkeitskanal 201 wirkende Strö­ mungswiderstand wird folglich zwangsläufig höher als in dem Fall, da dieser Widerstandskörper nicht vorhanden ist. Bei dieser Ausführungsform wird deshalb die Schreibflüssigkeit kurz stromoberhalb der Ausstoßöffnung 109 durch den Ver­ bindungskanal 203 sowie den Hilfs-Flüssigkeitskanal 202, der oberhalb des Haupt-Flüssigkeitskanals 201 angeordnet ist, ergänzt, womit der Gesamtströmungswiderstand für eine Flüs­ sigkeitsergänzung vermindert, die Rückstellzeit des Menis­ kus verkürzt und der Frequenzgang im Ausstoßen der Schreib­ flüssigkeitströpfchen verbessert werden.

Selbst bei einer länger andauernden Pause tritt eine Erhö­ hung in der Viskosität der Schreibflüssigkeit im Strömungs­ weg auf Grund der Lösungsmittelverdampfung an der oder durch die Ausstoßöffnung 109 nur langsam ein, weil das Volumen der Schreibflüssigkeit in der Nachbarschaft der Ausstoßöffnung 109 größer ist als bei der herkömmlichen Konstruktion, was auf das Vorhandensein des Verbindungskanals 203 und des Hilfs-Flüssigkeitskanals 202 zurückzuführen ist. Zusätzlich kann der Aufzeichnungsvorgang nach einer längeren Pause ohne Schwierigkeiten sowie rasch wieder aufgenommen werden, weil die Flüssigkeitskammer 107, der Hilfs-Flüssigkeitskanal 202, der Verbindungskanal 203 und der Haupt-Flüssigkeitskanal 201 eine relativ kleine Schleife bilden, um die Flüssigkeits­ konvektion in dieser Schleife anzuregen, so daß die Diffu­ sion der Flüssigkeit (Tinte) von erhöhter Viskosität im Flüssigkeitskanal in die Flüssigkeitskammer 107 erleich­ tert wird.

Eine Herstellung des relativ komplizierten Kopfes mit einem zweilagigen Aufbau wie bei der vorliegenden Ausführungsform ist mit dem herkömmlichen Spanabtrag-, Schleif- oder Form­ gußverfahren schwierig gewesen, da das mit Beschränkungen in bezug auf das Erhalten einer hohen Düsendichte oder fei­ ner Ausbildungen, auf Massenproduktion und Kosten verbunden ist, jedoch kann eine solch feine oder verfeinerte, kom­ plizierte Ausbildung bzw. Konstruktion präzis und ohne erheb­ liche Opfer in bezug auf die Massenproduktion verwirklicht werden, indem ein lichtempfindliches Material, wie licht­ empfindliches Harz oder Glas, als der die Wandteile bilden­ de Werkstoff verwendet wird und zur Ausbildung der Flüssig­ keitskanäle ein photolithographisches Verfahren zur Anwen­ dung kommt.

Die Fig. 5A zeigt einen schematischen Längsschnitt durch das Düsenteil einer zweiten Ausführungsform, die Fig. 5B zeigt den Schnitt nach der Linie C-C in der Fig. 5A, wonach ein Substrat 103 mit einem elektrothermischen Wand­ lerelement 102 als Ausstoßenergieerzeuger wie bei der vorhe­ rigen Ausführungsform versehen ist. Auf dem Substrat 103 sind in drei Lagen Wandteile 104 sowie eine Platte 105 auf­ geschichtet, um Haupt- sowie Hilfs-Flüssigkeitskanäle 201 und 202 sowie Verbindungskanäle 203 zu bilden. Im Haupt- Flüssigkeitskanal 201 ist ein Strömungswiderstandskörper 504 vorgesehen, um einen Verlust in der Ausstoßkraft für die Flüs­ sigkeit zu unterbinden und die gegenseitige Beeinträchtigung unter den Düsen herabzusetzen. Die Schreibflüssigkeit wird gemäß dem in der einschlägigen Technik üblichen und zu den vorherigen Vergleichsbeispielen beschriebenen Prinzip ausgestoßen. Bei der in Rede stehenden Ausführungsform ist das Substrat 103 jedoch mit Öffnungen versehen und weitere Wandteile 104 wie auch eine weitere Platte 105 sind ebenfalls auf der anderen (unteren) Seite des Haupt-Flüssig­ keitskanals 201 aufgeschichtet, um einen zweiten Hilfs- Flüssigkeitskanal zu bilden, so daß die Schreibflüssigkeit von der Flüssigkeitskammer 107 auch einer Stelle zwischen einer Ausstoßöffnung 109 und dem Wandler 102 über den Ver­ bindungskanal 203, den Hilfs-Flüssigkeitskanal 202 und einen weiteren Verbindungskanal 203 sowie Hilfs-Flüssigkeitskanal 202 zugeführt wird. Das Vorhanden­ sein des zweiten Hilfs-Flüssigkeitskanals 202 vermindert den Gesamtströmungswiderstand in der Ergänzung oder dem Ersatz der Schreibflüssigkeit nach einem Ausstoßen, womit also die Rückstellzeit des Meniskus verkürzt und ferner der Frequenzgang im Ausstoß der Flüssigkeitströpfchen gegenüber dem vorherigen Ausführungsbeispiel gesteigert werden.

Auch kann wegen der zu den vorherigen Vergleichsbeispielen er­ läuterten Gründe der Flüssigkeitsausstoß nach einer längeren Pause außerordentlich sicher und stabil erlangt werden.

Obwohl der ausführungsgemäße Kopf im Vergleich zu den Köpfen der Vergleichsbeispiele etwas komplizierter ist, kann er relativ leicht mit zufriedenstellender Präzision und mit einem mi­ nimalen Kostenanstieg sowie ohne ein wesentliches Opfer in bezug auf eine Massenproduktion gefertigt werden, indem ein lichtempfindliches Material für die Wände der Flüssigkeits­ kanäle verwendet wird und ein photolithographischer Prozeß zur Anwendung kommt.

Der Hilfs-Flüssigkeitskanal bei der Ausführungsform von Fig. 4 oder 5 ist an der gesamten oberen oder unteren Fläche des Haupt-Flüssigkeitskanals nach Art einer Verlängerung der Flüssigkeitskammer vorgesehen und weist keine zu den Haupt-Flüssigkeitskanälen gleichartigen Trennwände auf, d. h., der Hilfs-Flüssigkeitskanal enthält keine Trennung oder Scheidewand für jede einzelne Düse.

Der Strömungswiderstandskörper im Haupt-Flüssigkeitskanal muß nicht unbedingt die Gestalt eines dreieckigen Pfeilers wie bei den beschriebenen Ausführungsformen haben, sondern kann in irgendeiner Weise gestaltet und bemessen sein, die einen höheren Strömungswiderstand in stromaufwärtiger und einen niedrigeren Strömungswiderstand in stromabwärtiger Fließrichtung bietet.

Wie sich aus der obigen Beschreibung ergibt, wird gemäß den Ausführungsbeispielen ein Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf geschaf­ fen, der eine Düsenanordnung von hoher Dichte hat, der zu einem Aufzeichnen mit hoher Geschwindigkeit bei einem zu­ friedenstellenden Frequenzgang und einer zufriedenstellenden Abbildungsqualität imstande ist und der sofort einen stabi­ len Aufzeichnungsvorgang ohne besondere Schritte sowie Tä­ tigkeiten auch nach einer längeren Pause oder Unterbrechung beginnen kann. Die Verwendung von lichtempfindlichem Mate­ rial, wie lichtempfindliches Harz oder Glas, als das die Flüssigkeitskanäle bildende oder abgrenzende Material er­ leichtert eine feine, genaue Ausbildung aller Bauteile und des gesamten Kopfes. Der einen stabilen, beständigen Auf­ zeichnungsvorgang mit einer hohen Abbildungsqualität er­ möglichende Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf kann mit geringen Kosten in einem relativ einfachen, für eine Massen­ produktion geeigneten Verfahren gefertigt werden, wobei eine höhere Dichte in der Anordnung der Düsen und die Bildung von Flüssigkeitskanälen mit hoher Präzision erreicht werden.

Vergleichsbeispiele 1 bis 3

Ein Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf, wie er in Fig. 1 gezeigt und in der Tabelle 1 näher bezeichnet ist, wurde aus einem lichtempfindli­ chen Harz als Material zur Ausbildung der Flüssig­ keitskanäle gefertigt.

Der so hergestellte Kopf wurde an einem Flüssigkeitsstrahl- Aufzeichnungsgerät angebracht und Untersuchungen in bezug auf den Frequenzgang, um die Hochgeschwindigkeit-Druckleistung zu beurteilen, sowie in bezug auf die Sicherheit im Auf­ zeichnungsvorgang nach einer längeren Pause unterworfen.

Der Frequenzgang wurde durch Messen der maximalen Frequenz die ein stabiles Aufzeichnen zuläßt, bestimmt.

Die Sicherheit im Aufzeichnungsvorgang nach einer längeren Unterbrechung wurde durch Zählen der Anzahl der Impulse, die zur Wiedergewinnung des Flüssigkeitsausstoßes nach einer Pause von 12 h bei 10°C und 15% relativer Feuchtigkeit er­ forderlich waren, beurteilt.

Die in der Tabelle 1 zusammengefaßten Ergebnisse zeigen für den Aufzeichnungskopf gemäß den Vergleichsbeispielen 1-3 einen hohen Frequenzgang und eine kleine Anzahl von Impulsen vor dem Wiederbeginn des Aus­ stoßens.

Vergleichsbeispiel 4

Ein Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf mit dem in Fig. 1 gezeigten Aufbau wurde mit einem lichtempfind­ lichen Harz als Material zur Ausbildung der Flüssigkeitskanäle gefertigt.

Der fertige Aufzeichnungskopf wurde an einem Flüssigkeits­ strahl-Aufzeichnungsgerät angebracht und Untersuchungen in bezug auf den Frequenzgang zur Beurteilung der Hochgeschwin­ digkeit-Druckleistung sowie in bezug auf die Sicherheit eines Aufzeichnungsvorgangs nach einer längeren Unterbre­ chung unterzogen.

Der auf die obige Weise gefertigte Flüssigkeitsstrahl- Aufzeichnungskopf (Fig. 1) wurde jeweils an einem Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungsgerät an­ gebracht und in der gleichen Weise wie bei dem Vergleichsbeispiel 1 in bezug auf den Frequenzgang sowie die Sicherheit im Auf­ zeichnungsbetrieb nach einer längeren Pause untersucht.

Die in der Tabelle 1 zusammengefaßten Ergebnisse zeigen auch einen hohen Frequenz­ gang und eine geringe Impulszahl für die Wiederaufnahme des Ausstoßes nach einer längeren Unterbrechung.

Vergleichsbeispiel 5

Ein Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf mit dem in Fig. 2 gezeigten Aufbau wurde mit lichtempfindlichem Harz als Material für die Bildung der Flüssigkeitskanäle gefertigt.

Dieser Aufzeichnungskopf wurde an einem Flüssigkeitsstrahl- Aufzeichnungsgerät angebracht und Untersuchungen in bezug auf den Frequenzgang sowie auf die Sicherheit im Aufzeich­ nungsbetrieb nach einer längeren Pause in der zum Vergleichsbeispiel 1 gleichen Weise unterworfen.

Die in der Tabelle 1 zusammengestellten Ergebnisse zeigen, daß der Aufzeichnungskopf in der Lage ist, ein Aufzeichnen mit hoher Geschwindigkeit auszu­ führen, und daß er einen sicheren Aufzeichnungsbetrieb nach einer längeren Unterbrechung gewährleistet.

Beispiele 6 und 7

Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungsköpfe gemäß den Ausführungsbeispielen der in Fig. 4 (Bei­ spiel 6) und Fig. 5 (Beispiel 7) gezeigten Konstruktionen wurden unter Verwendung von lichtempfindlichem Harz, als Material für die Ausbildung des Haupt- sowie Hilfs-Flüssigkeitskanals und des Strömungswiderstandskörpers gefertigt.

Die Tabelle 2 zeigt die Abmessungen der Aufzeichnungsköpfe nach den Beispielen 6 und 7.

Diese zwei Aufzeichnungsköpfe wurden jeweils an Flüssigkeits­ strahl-Aufzeichnungsgeräten angebracht und in bezug auf den Frequenzgang, der für eine Druckleistung mit hoher Geschwin­ digkeit kennzeichnend ist, sowie in bezug auf die Sicherheit im Aufzeichnungsbetrieb nach einer längeren Pause untersucht. Die Messung des Frequenzganges oder der maximalen, ein sta­ biles Aufzeichnen ermöglichenden Frequenz und die Messung der Anzahl der erforderlichen Impulse vor dem Wiedereinset­ zen des Flüssigkeitsausstoßes nach einer Pause von 12 h wurden bei 10°C und einer relativen Feuchtigkeit (rF) von 15% ausgeführt. Die erhaltenen Ergebnisse sind in der Ta­ belle 3 zusammengestellt.

Bei den obigen Beispielen ist der Verbindungskanal in einem Bereich zwischen der Ausstoßöffnung und einer knapp außer­ halb der Energieerzeugungskammer befindlichen Stelle, wie in Fig. 4 und 5 gezeigt ist, angeordnet. Es hat sich erwie­ sen, daß ein noch höherer Frequenzgang als der bei den Bei­ spielen 1 bis 5 erhalten werden kann, wenn der Verbindungs­ kanal mit dem ersten Hilfs-Flüssigkeitskanal gerade an der Energieerzeugungskammer angeordnet ist.

Claims (5)

1. Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf mit einer Ausstoßöffnung zum Ausstoßen von Tinte, einem Flüssigkeitspfad, der mit der Ausstoßöffnung in Strömungsverbindung steht, und mit einer Flüssigkeitskammer (107) zur Versorgung des Flüssigkeitspfades mit Flüssigkeit, wobei der Flüssigkeitspfad einen Haupt-Flüssigkeitspfad (201), in dem ein Energie- Wandlerelement zur Erzeugung von Energie für das Ausstoßen der Flüssigkeit angeordnet ist und der mit der Ausstoßöffnung (109) sowie der Flüssigkeitskammer (107) in Strömungsverbindung steht, und einen Hilfs-Flüssigkeitspfad (202) aufweist, der mit dem Haupt-Flüssigkeitspfad (201) sowie mit der Flüssigkeitskammer (107) in Strömungsverbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß

• - das Energie-Wandlerelement ein elektrothermischer Wandler (102) ist, der nahe der Ausstoßöffnung angebracht ist und der auf die Flüssigkeit im Haupt-Flüssigkeitspfad (201) thermische Energie aufbringt, um eine schlagartige Volumenänderung hervorzurufen, die von der Bildung von Blasen in der Flüssigkeit begleitet ist, wodurch die Flüssigkeit von der Ausstoßöffnung (109) ausgestoßen wird,
• - der Haupt-Flüssigkeitspfad (201) im wesentlichen gerade und der Hilfs-Flüssigkeitspfad (202) im wesentlichen parallel zu dem Haupt-Flüssigkeitspfad (201) ist,
• - der Hilfs-Flüssigkeitspfad (202), welcher Flüssigkeit in den Haupt-Flüssigkeitspfad (201) einspeist, mit letzterem an einem Abschnitt zwischen der Ausstoßöffnung (109) und dem elektrothermischen Wandler (102) im Haupt-Flüssigkeitspfad (201) in Strömungsverbindung steht, so daß die Flüssigkeit zügig ausgetragen wird, und
• - im Haupt-Flüssigkeitspfad (201) stromauf vom elektrothermischen Wandler (102) ein richtungsabhängig ausgebildeter Strömungswiderstand (504) angeordnet ist, der der Strömung von der Flüssigkeitskammer (107) zur Ausstoßöffnung (109) einen niedrigeren Strömungswiderstand entgegensetzt als der Strömung in entgegengesetzter Richtung.

2. Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Haupt- und/oder der Hilfs- Flüssigkeitspfad (201, 202) aus einem fotoempfindlichen Material besteht.

3. Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das fotoempfindliche Material von einem fotoempfindlichen Harz gebildet ist.

4. Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausstoßöffnung (109) mehrfach vorgesehen ist und daß dem­ entsprechend auch mehrere Flüssigkeitspfade vorhanden sind.

5. Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfs- Flüssigkeitspfad (202) oberhalb des Haupt-Flüssigkeitspfades (201) angeordnet ist.