DE3804456A1 - Tintenstrahl-aufzeichnungskopf und hiermit ausgestattetes aufzeichnungsgeraet - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf einen Tintenstrahl- Aufzeichnungskopf zur Aufzeichnung durch den Ausstoß einer als Tinte bezeichneten Flüssigkeit sowie auf ein Aufzeichnungs­ gerät mit einem derartigen Aufzeichnungskopf; insbesondere bezieht sich die Erfindung auf einen Tintenstrahl-Aufzeichnungs­ kopf mit hoher Ansprechgeschwindigkeit und hervor­ ragender Ausstoßgleichförmigkeit.

Nach einem bekannten Tintenstrahl-Aufzeichnungsverfahren wird dadurch aufgezeichnet, daß die Aufzeichnungsflüssigkeit aus­ gestoßen und fliegend übertragen wird. Dieses Verfahren hat hervorragende Merkmale insofern, als ein Drucken mit hoher Geschwindigkeit ermöglicht ist, die hervorgerufenen Geräusche gering sind, die Aufzeichnung hohe Qualität hat, darüberhin­ aus Farbbilder aufgezeichnet werden können und auf gewöhn­ lichem Papier oder dergleichen aufgezeichnet werden kann.

Bei diesem Tintenstrahl-Aufzeichnungsverfahren werden Tinten­ strahl-Aufzeichnungsköpfe verwendet, bei denen für die Aufzeichnung der Flüssigkeitsausstoß auf verschiedenerlei Prin­ zipien beruht, wobei im allgemeinen gemäß der JP-OS 59936/1979 für den Flüssigkeitsausstoß als Energieerzeugungs­ vorrichtung ein elektromechanischer oder elektrothermischer Wandler benutzt wird.

Als Tintenstrahl-Aufzeichnungsverfahren ist beispielsweise in der JP-OS 59936/1979 ein Verfahren beschrieben, gemäß dem einem in einen Flüssigkeitskanal angebrachten elektrothermi­ schen Wandler ein Stromimpuls zugeführt wird, um damit durch Wärme an der Aufzeichnungsflüssigkeit eine Zustandsänderung herbeizuführen und durch diese für die Aufzeichnung die Aufzeichnungsflüssigkeit aus einer Ausstoßöffnung auszu­ stoßen. Unabhängig von dem zugrundeliegenden Funktionsprinzip ist es aber zum Erreichen einer Leistungsfähigkeit in der Praxis wie in einem Aufzeichnungsgerät erforderlich, das wiederholte Ausstoßen der Flüssigkeit mit einer hohen Fre­ quenz von 1 kHz bis 10 kHz zu ermöglichen.

Für den wiederholten Flüssigkeitsausstoß aus einem derartigen Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf muß nun die durch einen Aus­ stoß abgegebene Flüssigkeitsmenge bis zu dem nächsten Ausstoß nachgefüllt werden. Ein typisches Verfahren hierfür besteht darin, daß die Oberflächenspannung der Flüssigkeit genutzt wird und die Flüssigkeit der Ausstoßöffung durch Kapillar­ wirkung zugeleitet wird.

Infolgedessen ist es für das Betreiben der Energieerzeugungs­ vorrichtung mit hoher Frequenz und damit für das schnelle Aufzeichnen erforderlich, eine Gestaltung zu wählen, die das leichte Nachfüllen der Ausstoßöffnung mit der Flüssigkeit erlaubt, nämlich eine Gestaltung, bei der der Flüssigkeitska­ nal kurz ist und dessen Querschnittsfläche groß ist, d. h., der Strömungswiderstand des Flüssigkeitskanals gering ist. Falls jedoch der Strömungswiderstand des Flüssigkeitskanals klein ist, tritt während des Erzeugers der für den Ausstoß der Flüssigkeit benutzten Energie eine Energieverlust zur Rückseite des Flüssigkeitskanals hin auf, wodurch der für den Flüssigkeitsausstoß wirksame Beitrag der Energie vermindert ist; dies hat zu einer geringen Flüssigkeitsausstoßgeschwin­ digkeit oder zu kleinen Durchmessern der Flüssigkeitströpf­ chen geführt, was wiederum manchmal eine verringerte Qualität der Aufzeichnung ergeben hat. D. h., es entstand manchmal das Problem, daß der Versuch, die Ansteuerungsfrequenz zu erhö­ hen, eine verringerte Ausstoßgeschwindigkeit ergibt, und der Versuch, die Ausstoßgeschwindigkeit zu verbessern, infolge der erforderlichen Erhöhung des Strömungswiderstands des Flüssigkeitskanals und dadurch der Verringerung der Energie­ verluste keine Steigerung der Frequenz zuläßt; daher wurde es bei dem herkömmlichen Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf schwie­ rig, ein schnelles und gleichmäßiges Aufzeichnen zu errei­ chen.

In Anbetracht des vorstehend genannten, bei den Köpfen nach dem Stand der Technik auftretenden Problems liegt der Erfin­ dung die Aufgabe zugrunde, einen Tintenstrahl-Aufzeichnungs­ kopf zu schaffen, in welchem der Energieverlust während des Erzeugens der für den Flüssigkeitsausstoß genutzten Energie gering ist, die wirksame Nutzung der Energie bei dem Flüssigkeits­ ausstoß ermöglicht ist und der Strömungswiderstand des Flüssigkeitskanals gering ist, so daß das schnelle Nachführen der Aufzeichnungsflüssigkeit nach dem Ausstoß der Flüssigkeit ermöglicht ist; ferner soll mit der Erfindung ein Tintenstrahl- Aufzeichnungskopf geschaffen werden; d. h., mit der Erfindung sollen ein Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf sowie ein mit einem solchen Aufzeichnungskopf ausgestattetes Tintenstrahl-Auf­ zeichnungsgerät geschaffen werden, die ein schnelles und gleichmäßiges Aufzeichnen in hoher Qualität ermöglichen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 aufgeführten Mitteln gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Aufzeichnungs­ kopfes sind in den Unteransprüchen aufgeführt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispie­ len unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 ist eine schematische perspektivische An­ sicht eines Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfes gemäß einem Ausführungsbeispiel.

Fig. 2 ist eine schematische Draufsicht auf den Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf gemäß dem Ausführungsbeispiel.

Fig. 3 bis 6 sind schematische Draufsichten auf Tintenstrahl-Aufzeichnungsköpfe gemäß dem Stand der Technik und gemäß Vergleichsbeispielen.

Fig. 7 ist eine schematische perspektivische An­ sicht eines Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfes gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.

Fig. 8 ist eine schematische perspektivische An­ sicht eines Tintenstrahl-Aufzeichnungsgerätes mit einem Auf­ zeichnungskopf gemäß einem Ausführungsbeispiel.

In dem erfindungsgemäßen Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf gemäß den Ausführungsbeispielen wird in einer Flüssigkeitszuführ­ bahn stromauf in bezug auf eine Energieerzeugungsvorrichtung, nämlich an der von dem Ausstoßauslaß abgewandten Seite eine Füllung bzw. Einlage angeordnet, deren prozentualer Anteil an Lücken bzw. Leerstellen stromaufwärts größer wird, d. h., deren Strömungswiderstand bei dem Fließen der Aufzeichnungs­ flüssigkeit von dem Ausstoßauslaß weg größer und bei dem Fließen der Aufzeichnungsflüssigkeit zu dem Ausstoßauslaß hin geringer wird; daher wird durch diese Füllung bzw. Einlage der Verlust an nicht zu dem Flüssigkeitsausstoß beitragender Energie verhindert und eine verbesserte Ausstoßgeschwindigkeit erreicht, wobei auch durch das schnelle Nachführen der Aufzeichnungsflüssigkeit nach dem Flüssigkeitsausstoß ein schnelles gleichmäßiges Aufzeichnen ermöglicht ist.

Als Füllung sind typischerweise Glaskügelchen gemäß Fig. 1 zu nennen, jedoch besteht weder hinsichtlich des Materials noch hinsichtlich der Form eine Einschränkung hierauf. Derartige Füllkörper werden stromauf der Energieerzeugungsvorrichtung angeordnet, wobei deren Anteil an Lücken sich z. B. stufenlos oder absatzweise ändern kann.

Die Energieerzeugungsvorrichtung kann eine bekannte Vorrich­ tung sein, wie eine Vorrichtung, bei der die Veränderung des Zustands der Aufzeichnungsflüssigkeit durch Zuführen von Wärme beispielsweise mittels verschiedenartiger Heizelemente genutzt wird, oder eine Vorrichtung, bei dem die Veränderung des Volumens des Flüssigkeitskanals beispielsweise mittels eines piezoelektrischen Elements genutzt wird.

Im folgenden wird als Ausführungsbeispiel hauptsächlich ein Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf mit einer Vielzahl von Aus­ stoßöffnungen beschrieben, jedoch ist die erfindungsgemäße Gestaltung auch bei einem Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf mit einer einzigen Ausstoßöffnung anwendbar.

Die Fig. 1 und 2 zeigen ein Ausführungsbeispiel des Tintenstrahl- Aufzeichnungskopfes, wobei die Fig. 1 eine schemati­ sche perspektivische Ansicht des Kopfes ist, während die Fig. 2 eine schematische Draufsicht auf den Kopf ist, von dem eine Abdeckplatte 7 abgenommen ist.

In diesen Figuren ist mit 1 ein Substrat aus einem gewünsch­ ten Material wie beispielsweise bei diesem Ausführungsbeispiel aus Silicium bezeichnet. Auf dem Substrat 1 ist als Energieerzeugungsvorrichtung eine gewünschte Anzahl von Heiz­ elementen 2 angebracht, von denen zur leichteren Darstellung zwei gezeigt sind. Obgleich dies nicht dargestellt ist, sind Leiter für das Zuführen elektrischer Signale zu den Heizele­ menten 2 vorgesehen.

Mit 3 sind Ausstoßöffnungen für den Ausstoß der Aufzeichnungs­ flüssigkeit bezeichnet. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Ausstoßöffnungen rechteckig mit einer Größe von ungefähr 40 µm×35 µm dargestellt, jedoch können natürlich die Anzahl und die Form der Ausstoßöffnungen beliebig gewählt werden. Mit 4 sind jeweils mit den Ausstoßöffnungen 3 in Verbindung stehende Flüssigkeits- bzw. Tintenkanäle bezeich­ net, während mit 6 eine mit den mehreren Tintenkanälen 4 in Verbindung stehende Flüssigkeits- bzw. Tintenkammer bezeich­ net ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Flüssigkeits­ zuführbahn aus den Tintenkanälen 4 und der Tintenkammer 6 gebildet. Die Strecke von der jeweiligen Ausstoßöffnung 3 bis zu der Tintenkammer 6 beträgt bei diesem Ausführungsbeispiel 300 µm. Mit 5 ist ein Teil für das Formen der Ausstoßöffnungen 3, der Tintenkanäle 4 und der Tintenkammer 6 bezeichnet. Dieses Teil 5 wird dadurch hergestellt, daß auf das Substrat 1 fotoempfindlicher Decklack aufgebracht wird und nach dem üblicherweise angewandten fotolithografischen Verfahren ein Muster ausgebildet wird. Mit 7 ist die auf das Teil 5 aufge­ setzte Abdeckplatte bezeichnet. An die Abdeckplatte 7 ist für das Zuführen der Aufzeichnungsflüssigkeit von außen her zu der Tintenkammer 6 ein Zuführrohr 8 angeschlossen.

Mit 9, 10, 11 und 12 sind sehr kleine Glaskügelchen als Beispiele für die vorangehend genannte Füllung bzw. Füllkörper bezeichnet. Diese Glaskügelchen 9, 10, 11 und 12 haben in dieser Reihenfolge zunehmend größere Durchmesser und sind in der genannten Reihenfolge in der Tintenkammer 6 angeordnet, so daß stromaufwärts der prozentuale Anteil der Lücken zwi­ schen ihnen größer wird. Jedes Glaskügelchen 9 ist etwas größer als das Querschnittsformat des Tintenkanals 4, um damit das Eindringen der Glaskügelchen 9 in die Tintenkanäle 4 zu verhindern. Bei diesem Ausführungsbeispiel werden die Glaskügelchen 9, 10, 11 und 12 vor dem Einlegen in die Tin­ tenkammer 6 mittels eines Grenzflächen-Aktivierungsmittels ausreichend gewaschen und danach einer Sauerstoffplasma- Behandlung bei einem O₂-Druck von 1 mmHg mit einer Hochfre­ quenzleistung von 100 W über ungefähr 5 min unterzogen, um dadurch ihre Oberfläche wasseranziehend zu machen. Die Größen dieser Glaskügelchen können natürlich nach Belieben gewählt werden, jedoch haben bei diesem Ausführungsbeispiel die Glaskügelchen 9 einen mittleren Korndurchmesser von 60 µm±5%, die Glaskügelchen 10 einen mittleren Korndurchmesser von 80 µm±5%, die Glaskügelchen 11 einen mittleren Korn­ durchmesser von 100 µm±5%, und die Glaskügelchen 12 einen mittleren Korndurchmesser von 130 µm±5%.

Mit diesem Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf wurde auf die glei­ che Weise wie nach dem Stand der Technik aufgezeichnet, wobei beispielsweise an die Energieerzeugungsvorrichtung Spannungs­ impulse mit einer Impulsbreite in der Größenordnung von 10 µs angelegt wurden. Durch das Anlegen dieser Spannungsimpulse erzeugen die Heizelemente auf dem Substrat Wärme, durch die sich der Zustand der Aufzeichnungsflüssigkeit verändert, wo­ durch entsprechend dieser Zustandsänderung die Aufzeichnungs­ flüssigkeit aus den Ausstoßöffnungen 3 ausgestoßen wird, um dadurch aufzuzeichnen.

Die bei dem Aufzeichnen mit dem Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf gemäß dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel erreichten Aufzeichnungscharakteristika sind in der nachste­ henden Tabelle 1 aufgeführt. Ferner sind in der Tabelle 1 Aufzeichnungscharakteristika aufgeführt, die bei dem Auf­ zeichnen mit in Fig. 3 und 4 gezeigten Tintenstrahl-Aufzeichnungs­ köpfen nach dem Stand der Technik erzielt werden, welche für den Leistungsvergleich mit dem Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf gemäß dem Ausführungsbeispiel hergestellt wurden, sowie Aufzeichnungscharakteristika, die bei dem Aufzeichnen mit in Fig. 5 und 6 gezeigten Tintenstrahl-Aufzeichnungsköpfen gemäß Vergleichsbeispielen erzielt wurden, bei denen der Anteil der Lücken der Füllung bzw. Füllkörper konstant gehal­ ten wurde. Im folgenden wird der Aufzeichnungskopf nach Fig. 3 als Stand der Technik Nr. 1, der Aufzeichnungskopf nach Fig. 4 als Stand der Technik Nr. 2, der Aufzeichnungskopf nach Fig. 5 als Vergleichsbeispiel Nr. 1 und der Aufzeichnungs­ kopf nach Fig. 6 als Vergleichsbeispiel Nr. 2 bezeich­ net.

Tabelle 1

Vor der Beschreibung der Aufzeichnungscharakteristika des Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfes gemäß dem Ausführungsbei­ spiel anhand der Tabelle 1 werden zunächst die Gestaltungen und Aufzeichnungscharakteristika der in den Fig. 3 bis 6 dargestellten Tintenstrahl-Aufzeichnungsköpfe gemäß dem Stand der Technik und gemäß den Vergleichsbeispielen beschrieben. Diese Figuren sind jeweils Draufsichten auf die Aufzeichnungs­ köpfe, wobei jeweils eine der Abdeckplatte bei dem vor­ stehend beschriebenen Ausführungsbeispiel gleichartige Ab­ deckplatte 7 abgenommen ist.

In diesen Figuren sind mit 2 Heizelemente und mit 3 Ausstoß­ öffnungen bezeichnet. Mit den Ausstoßöffnungen 3 stehen Tin­ tenkanäle 4 in Verbindung, mit denen eine Tintenkammer 6 in Verbindung steht. Mit 5 ist jeweils ein Teil für das Formen der Ausstoßöffnungen 3, der Tintenkanäle 4 und der Tintenkam­ mer 6 bezeichnet. Das Teil 5 wird wie bei dem Ausführungsbeispiel durch das Ausbilden eines Musters in einem fotoempfind­ lichen Decklack geformt. Mit 9 und 12 sind Glaskügelchen bezeichnet: wie bei dem Ausführungsbeispiel haben die Glaskügelchen 9 einen mittleren Korndurchmesser von 60 µm±5% und die Glaskügelchen 12 einen mittleren Korndurchmesser von 130 µm±5%. Diese Glaskügelchen wurden gleichfalls wie bei dem Ausführungsbeispiel der Oberflächenwaschung und der Wasseran­ ziehungs-Behandlung unterzogen.

Die Tintenstrahl-Aufzeichnungsköpfe gemäß dem Stand der Tech­ nik und gemäß den Vergleichsbeispielen werden nun einzeln beschrieben.

Der in Fig. 3 gezeigte Aufzeichnungskopf "Stand der Technik Nr. 1" ist mit der Ausnahme, daß die Glaskügelchen in der Tintenkammer weggelassen sind, im Aufbau völlig gleich dem Aufzeichnungskopf gemäß dem Ausführungsbeispiel.

Der in Fig. 4 gezeigte Aufzeichnungskopf "Stand der Technik Nr. 2" ist derart ausgebildet, daß die Strecke von einem jeweiligen Heizelement 2 bis zu der Tintenkammer 6 lang ist und die Länge eines jeden Tintenkanals 4 von der jeweiligen Ausstoßöffnung 3 bis zu der Tintenkammer 6 doppelt so groß wie bei dem Ausführungsbeispiel ist.

Die in den Fig. 5 und 6 gezeigten Aufzeichnungsköpfe gemäß den Vergleichsbeispielen Nr. 1 und Nr. 2 sind jeweils dem Aufzeichnungskopf gemäß dem Ausführungsbeispiel mit der Aus­ nahme gleichartig, daß die die Tintenkammer füllenden Glaskü­ gelchen gleich groß sind und der Anteil der Lücken dieser Füllkörper konstant ist. Bei dem Vergleichsbeispiel Nr. 1 werden die Glaskügelchen mit dem mittleren Korndurch­ messer von 13 µm±5% benutzt, während bei dem Vergleichs­ beispiel Nr. 2 die Glaskügelchen mit dem mittleren Korndurch­ messer von 60 µm±5% benutzt werden. D. h., von den bei dem Ausführungsbeispiel verwendeten vier Arten von Glaskügelchen werden bei dem Vergleichsbeispiel Nr. 1 die Glaskügelchen 12 mit dem größten Korndurchmesser benutzt, während bei dem Vergleichsbeispiel 2 die Glaskügelchen 9 mit dem kleinsten Korndurchmesser verwendet werden.

Anhand der Tabelle 1 werden nun die Aufzeichnungscharakteri­ stika der Tintenstrahl-Aufzeichnungsköpfe gemäß dem Stand der Technik und gemäß den Vergleichsbeispielen beschrieben.

Mit dem Aufzeichnungskopf "Stand der Technik Nr. 1" mit dem kurzen Tintenkanal wurden gute Frequenzeigenschaften, nämlich eine maximale Wiederkehrfrequenz von 7,1 kHz erzielt, wobei aber infolge des kurzen Tintenkanals der Energieverlust zu der Tintenkammer hin groß war und im Vergleich mit dem Aus­ führungsbeispiel die Geschwindigkeit der Tintentröpfchen mit 3,5 m/s niedrig war und die ausgestoßenen Tintentröpfchen mit 35 µm klein waren. Ferner wurden bei einem Probedruck mit einer Ansteuerungsfrequenz von 4 kHz unter Verwendung von gewöhnlichem Papier in einigen Fällen Druckbilder mit nur geringer Qualität erzielt.

Bei dem Aufzeichnungskopf "Stand der Technik Nr. 2", in dem der Tintenkanal länger war als in dem Aufzeichnungskopf "Stand der Technik Nr. 1", wurden eine relative gute Tröpf­ chengeschwindigkeit von 8,0 m/s und ein relativ guter Tröpf­ chendurchmesser von 44 µm erzielt. Dies ist wahrscheinlich auf die durch die größere Länge des Tintenkanals erreichte Verringerung der Energieverluste zurückzuführen, jedoch wird durch die größere Länge des Tintenkanals auch dessen Strö­ mungswiderstand erhöht, so daß daher für das Nachfüllen der Aufzeichnungsflüssigkeit eine lange Zeitspanne von einem Tintenausstoßzyklus bis zu dem nächsten Tintenausstoßzyklus beansprucht wurde und im Vergleich zu dem Ausführungsbeispiel die Frequenz mit 1,9 kHz niedrig war. Ferner wurde mit diesem Aufzeichnungskopf bis zu dem Bereich niedriger Ansteuerungs­ frequenz, nämlich bis ungefähr 2,0 kHz eine gute Druckquali­ tät erzielt, während dagegen bei einer Ansteuerungsfrequenz von 2,3 kHz und darüber in manchen Fällen Nebenlinien, Sprit­ zer und dergleichen auftraten und der Durchmesser der Tinten­ tröpfchen nicht gleichmäßig war, so daß daher in vielen Fällen eine sehr geringe Druckqualität erreicht wurde. Dies scheint auf dem Umstand zu beruhen, daß vor dem vollständigen Ergänzen der Aufzeichnungsflüssigkeit nach einem Ausstoßzyk­ lus der nächste Ausstoßzyklus eingeleitet wurde und dadurch die Größe der ausgestoßenen Tintentröpfchen ungleichmäßig war.

Hinsichtlich der Aufzeichnungsköpfe gemäß den Vergleichsbei­ spielen wurde mit dem Aufzeichnungskopf gemäß dem Vergleichs­ beispiel Nr. 1, bei dem Glaskügelchen mit gleichem Korndurch­ messer eingelegt waren, mit 4,9 kHz ein gutes Frequenzverhal­ ten erreicht, während aber im Vergleich zu dem Ausführungsbeispiel die Geschwindigkeit der Tintentröpfchen mit 6,5 m/s niedrig war. D. h., in den Aufzeichnungskopf gemäß diesem Vergleichsbeispiel wurden die Glaskügelchen mit dem großen Korndurchmesser eingelegt, so daß daher die in den Bahnen für die Aufzeichnungsflüssigkeit gebildeten Lücken verhältnis­ mäßig groß waren, was zwar das verhältnismäßig leichte Ergän­ zen bzw. Nachführen der Aufzeichnungsflüssigkeit ermöglicht, aber keine ausreichende Verminderung der Energieverluste zur Tintenkammer hin bewirkt; dies scheint die im Vergleich zu dem Ausführungsbeispiel niedrige Tröpfchengeschwindigkeit verursacht zu haben. Ferner war selbst bei einer Ansteue­ rungsfrequenz von 4 kHz die Druckqualität verhältnismäßig gut, jedoch hat in manchen Fällen die niedrige Tröpfchenge­ schwindigkeit zu Unregelmäßigkeiten hinsichtlich der Auf­ treffstellen der Aufzeichnungsflüssigkeit auf dem Aufzeichnungs­ papier geführt.

In dem Aufzeichnungskopf gemäß dem Vergleichsbeispiel Nr. 2, in den die Glaskügelchen mit kleinerem Korndurchmesser als im Aufzeichnungskopf gemäß dem Vergleichsbeispiel Nr. 1 einge­ legt wurden, waren die in den Bahnen für die Aufzeichnungs­ flüssigkeit gebildeten Lücken klein, wodurch der Strömungswi­ derstand der Flüssigkeitsbahnen erhöht war; daher waren die Energieverluste gering, so daß die Tröpfchengeschwindigkeit mit 10,3 m/s hoch war; demgegenüber war für das Ergänzen der Aufzeichnungsflüssigkeit viel Zeit aufzubringen und daher im Vergleich zu dem Ausführungsbeispiel die Frequenz mit 2,7 kHz niedrig. Ferner traten bei dem Drucken mit einer Ansteuerungs­ frequenz von 4 kHz Nebenlinien und Spritzer auf, wodurch die Druckqualität vermindert war.

Im Gegensatz dazu wurden mit dem Aufzeichnungskopf gemäß dem Ausführungsbeispiel mit den Glaskügelchen mit den unter­ schiedlichen Durchmessern gute Aufzeichnungseigenschaften erzielt. D. h., die Tröpfchengeschwindigkeit und das Frequenz­ verhalten waren mit 9,8 m/s bzw. 4,8 kHz beide gut, wobei auch der Tröpfchendurchmesser mit 43 µm zufriedenstellend war.

Bei dem Aufzeichnungskopf gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist anzunehmen, daß durch das Anordnen der Glaskügelchen mit dem kleinen Durchmesser, nämlich mit dem kleinen Anteil an Lücken stromauf der Heizelemente der bei dem Flüssigkeitsaus­ stoß auftretende Energieverlust zu der Tintenkammer hin ver­ hindert werden konnte und das hinsichtlich des Nachführens der Aufzeichnungsflüssigkeit nach beendetem Ausstoß durch das Anordnen der Glaskügelchen mit den von den Heizelementen her zu der Tintenkammer hin stufenweise größeren Durchmessern der Anteil der Lücken im Beispiel stufenweise vergrößert war und dadurch der Strömungswiderstand der Flüssigkeitsbahn verrin­ gert werden konnte, so daß die für das Nachführen der Aufzeichnungs­ flüssigkeit benötigte Zeit verkürzt war. Weiterhin war dieser Aufzeichnungskopf auch hinsichtlich seiner Druck­ qualität sehr gut; bei dem Betrachten eines mit einer An­ steuerungsfrequenz von 4 kHz aufgezeichneten Druckes durch das Mikroskop wurden nur sehr wenige oder keine Abweichungen oder Verzeichnungen von Punkten gefunden. Ferner zeigte der auf diese Weise aufgezeichnete Druck große Durchmesser der erzeugten Punkte, eine hohe Druckdichte und ein gefälliges Aussehen. Darüberhinaus wurde selbst bei einer höheren Fre­ quenz von 5 kHz ein im wesentlichen gleichartiger Druck erreicht.

In dem Aufzeichnungskopf müssen die Ausstoßöffnungen nicht unbedingt in der Weise gestaltet sein, daß gemäß der Darstel­ lung in Fig. 1 die Tinte in einer Richtung ausgestoßen wird, die im wesentlichen parallel zu der Richtung verläuft, in der die Tinte in der Flüssigkeitszuführbahn zugeführt wird. Bei­ spielsweise können die Ausstoßöffnungen derart ausgebildet sein, daß die Tinte in einer Richtung ausgestoßen wird, die im wesentlichen zu der Richtung senkrecht verläuft, in der die Tinte in der Flüssigkeitszuführbahn zugeführt wird.

Die Fig. 7 ist eine schematische perspektivische Ansicht, die als zweites Ausführungsbeispiel einen derartig gestalteten Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf zeigt. In die Tintenkammer 6 des Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfes nach Fig. 7 ist eine Füllung derart eingelegt, daß gemäß der vorangehenden Be­ schreibung der Anteil der Lücken der Füllung verändert ist, nämlich der Anteil der Lücken zu Tintenzuführdurchlässen 20 hin größer wird, wodurch ein Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel gebildet ist. Nach Fig. 7 sind Heizelemente als Energieerzeugungsvorrichtung längs Tintenkanälen 4 angeordnet, die im wesentlichen unmit­ telbar unterhalb der Ausstoßöffnungen 3 liegen. Mit 7 ist eine Abdeckplatte mit den Ausstoßöffnungen 3 bezeichnet, während mit 21 ein Tintenvorratsbehälter bezeichnet ist, der über die Tintenzuführdurchlässe 20 mit der Tintenkammer 6 in Verbindung steht.

Die Fig. 8 ist eine schematische perspektivische Ansicht, die ein Beispiel für das erfindungsgemäße Tintenstrahl-Aufzeich­ nungsgerät mit dem erfindungsgemäßen Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf zeigt. Die Fig. 8 zeigt ein Gerätegehäuse 1000, einen Hauptschalter 1100 und ein Bedienungsfeld 1200.

Obgleich dies vorstehend nicht im einzelnen erläutert ist, verhindern in dem Aufzeichnungskopf gemäß den Ausführungsbeispielen die eingelegten Glaskügelchen das Eindringen von Staub oder Fremdkörpern in die Tintenkanäle oder Ausstoßöffnungen, wodurch die Nebenwirkung erreicht wird, daß das durch den Staub oder die Fremdkörper verursachte Verstopfen des Aufzeichnungskopfes verhindert wird.

Gemäß der vorstehenden Beschreibung wird daher auf sparsame bzw. wirtschaftliche Weise ein Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf bzw. ein hiermit ausgestattetes Tintenstrahl-Aufzeichnungs­ gerät derart gestaltet, daß ein schnelles und gleichmäßiges Aufzeichnen in hoher Qualität ermöglicht ist.

Es wird ein Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf mit einer Flüssigkeits­ zuführbahn, die mit einer Ausstoßöffnung für den Tinten­ ausstoß in Verbindung steht, und mit einer an der Flüssigkeits­ zuführbahn angebrachten Energieerzeugungsvorrichtung zum Erzeugen von Energie für den Tintenausstoß beschrieben; die Flüssigkeitszuführbahn ist stromauf der Energieerzeugungsvorrichtung mit einer Füllung derart versehen, daß in dem strom­ auf gelegenen Teil der Flüssigkeitszuführbahn ein gefüllter Bereich entsteht, in dem der Anteil von Lücken stromaufwärts größer wird. Ferner ist ein Tintenstrahl-Aufzeichnungsgerät mit einem derartigen Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf beschrie­ ben.

Claims (15)

1. Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf mit einer mit einem Aus­ stoßauslaß für den Tintenausstoß in Verbindung stehenden Flüssigkeitszuführbahn und mit einer an der Flüssigkeitszuführbahn angebrachten Energieerzeugungsvorrichtung zum Erzeu­ gen von Energie für den Tintenausstoß, dadurch gekennzeichnet, daß stromauf der Energieerzeugungsvorrichtung (2) die Flüssigkeitszuführbahn (4, 6) mit Füllkörpern (9 bis 12) derart gefüllt ist, daß in dem mit den Füllkörpern gefüllten stromauf gelegenen Teil der Flüssigkeitszuführbahn ein Raum gebildet ist, in dem der Anteil an Lücken stromaufwärts zunimmt.

2. Aufzeichnungskopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitszuführbahn (4, 6) mit dem Ausstoßauslaß (3) jeweils über einen Flüssigkeitskanal (4) in Verbindung steht.

3. Aufzeichnungskopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitszuführbahn (4, 6) eine mit dem Flüssig­ keitskanal (4) in Verbindung stehende Flüssigkeitskammer (6) hat.

4. Aufzeichnungskopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß als Ausstoßauslaß (3) mehrere Aus­ stoßöffnungen (3) vorgesehen sind.

5. Aufzeichnungskopf nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitszuführbahn (4, 6) eine mit den mehreren Ausstoßöffnungen (3) in Verbindung stehende Flüssigkeitskam­ mer (6) hat.

6. Aufzeichnungskopf nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß der Ausstoßauslaß (3) für den Aus­ stoß der Tinte in einer im wesentlichen zu der Richtung des Zuführens der Tinte über die Flüssigkeitszuführbahn (4, 6) parallelen Richtung ausgebildet ist (Fig. 1).

7. Aufzeichnungskopf nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß der Ausstoßauslaß (3) zum Ausstoßen der Tinte in einer im wesentlichen zu der Richtung des Zufüh­ rens der Tinte über die Flüssigkeitszuführbahn (4, 6) senk­ rechten Richtung ausgebildet ist (Fig. 7).

8. Aufzeichnungskopf nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß die Energieerzeugungsvorrichtung (2) ein elektrothermischer Wandler ist.

9. Aufzeichnungskopf nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß die Energieerzeugungsvorrichtung (2) ein elektromechanischer Wandler ist.

10. Aufzeichnungskopf nach einem der Ansprüche 1 bis 9, da­ durch gekennzeichnet, daß die Füllkörper (9 bis 12) Glaskü­ gelchen sind.

11. Aufzeichnungskopf nach einem der Ansprüche 1 bis 10, da­ durch gekennzeichnet, daß die Oberflächen der Füllkörper (9 bis 12) einer Wasseranziehungsbehandlung unterzogen sind.

12. Aufzeichnungskopf nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasseranziehungsbehandlung eine Sauerstoffplas­ ma-Behandlung ist.

13. Aufzeichnungskopf nach einem der Ansprüche 1 bis 12, da­ durch gekennzeichnet, daß sich der Anteil an Lücken konti­ nuierlich ändert.

14. Aufzeichnungskopf nach einem der Ansprüche 1 bis 12, da­ durch gekennzeichnet, daß sich der Anteil an Lücken absatz­ weise ändert.

15. Tintenstrahl-Aufzeichnungsgerät mit einem Tintenstrahl- Aufzeichnungskopf gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14.