DE60122074T2

DE60122074T2 - Tintenstrahlaufzeichnungsverfahren, Aufzeichnungseinheit und Aufzeichnungsgerät

Info

Publication number: DE60122074T2
Application number: DE2001622074
Authority: DE
Inventors: c/o Canon Kabushiki Kaisha Hiroyuki Ohta-ku Ishinaga; c/o Canon Kabushiki Kaisha Shinya Ohta-ku Mishina
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2000-09-04
Filing date: 2001-09-04
Publication date: 2006-12-21
Anticipated expiration: 2021-09-05
Also published as: DE60122074D1; US6663237B2; US20020054195A1; EP1184429A2; EP1184429A3; EP1184429B1; JP2002079659A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Tintenstrahlaufzeichnungsverfahren, eine Aufzeichnungseinheit, ein Tintenstrahlaufzeichnungsgerät und dergleichen.
Stand der Technik
Für herkömmlich verwendete Tinte für Schreibgeräte (Füllfederhalter, Filzstifte mit Nylonspitze, Kugelschreiber auf Wasserbasis usw.) und Tinte für Tintenstrahldrucker, die Carbon Black als schwarzen Farbstoff oder dergleichen für die Druckertinte verwenden und ausgezeichnet in Druckdichte und Festigkeit sind, wurde über verschiedene Zusammensetzungen berichtet. Unter anderem wurde in den letzten Jahren eine detaillierte Forschung und Entwicklung durchgeführt über Zusammensetzungen und physikalische Eigenschaften von Carbon Black-Farbstoffen, über Zusammensetzungen und physikalische Eigenschaften von Tinte, die Carbon Black enthält, und solcherart, daß eine Aufzeichnung befriedigend durchgeführt werden kann auf glattem Papier, wie z. B. Kopierpapier, Berichtspapier, Schreibblockpapier, Schreibpapier, gebundenes Papier und kontinuierliches Gleitpapier, das allgemein in Büros verwendet wird.
Zum Beispiel wird Tinte, die saures Carbon Black und alkalisch lösliches Polymer verwendet, im japanischen Dokument 3-210373 beschrieben. Darüber hinaus wird Tinte für Tintenstrahldrucker, mit der eine hervorragende Beständigkeit und Ausstoßbarkeit in einem Bubble-Jet-Aufzeichnungsgerät reali siert werden kann, im japanischen Dokument 3-134073 beschrieben.
Außerdem stellt das japanische Dokument 8-3498 eine technische Problemstellung vor, wonach Tinte, die ein Dispergiermittel zusammen mit Carbon Black enthalten, instabil beim Ausstoßen als Tinte für Tintenstrahldrucker ist und keine hinreichende Druckdichte realisieren kann, wobei eine Tinte offenbart wird, die selbstausbreitende Carbon Blacks verwendet, die in einer Lösung dispergieren können, indem ein Dispersionsmittel als Tinte verwendet wird, mit der die Aufgabe gelöst werden kann.
Das internationale Dokument 96/18695 (japanisches Dokument 10-510862) und US-Dokument 5,746,818 (japanisches Dokument 10-95941) offenbaren ebenfalls Tinte für Tintenstrahldrucker, die selbstausbreitende Carbon Blacks verwendet, und beschreiben, daß qualitativ hochwertige Bilder durch die Verwendung dieser Tinte erhalten werden können.
Außerdem offenbaren die Erfinder der vorliegenden Erfindung im europäischen Dokument EP943666 technische Vorrichtungen zum Hinzufügen von Salz in die Tinte zusätzlich zu den vorstehend genannten Carbon Blacks zum Zwecke der Verbesserung der Papiertyp-Abhängigkeit der Bilddichte, der Verringerung des Auslaufens in einem Grenzbereich zwischen Schwarz und Farbe und dergleichen zum Verwenden des oben erwähnten selbstausbreitenden Carbon Blacks als Tinte für Tintenstrahldrucker.
Im übrigen ist in Bezug auf herkömmliche Pigmenttinte bekannt, daß die Ausstoßstabilität verloren gehen kann. Genauer gesagt kann, wenn die Tinte z. B. aus einer vorbestimmten Düse eines Tintenstrahlaufzeichnungskopfes ausgestoßen wird und dann die Tinte wieder aus der Düse ausgestoßen wird, nachdem der Ausstoß der Tinte aus der Düse für eine bestimmte Zeitdauer (z. B. 12 Stunden) beendet wurde, der Wiederausstoß der Tinte instabil werden, wodurch das Drucken fehl schlägt (Vorgänge zum Ausstoßen von Tinte von einer vorbestimmten Düse und das nochmalige Ausstoßen der Tinte aus der Düse nach dem Beenden des Ausstoßens aus der Düse für eine vorbestimmte Zeitdauer wird nachfolgend als „unterbrochenes Ausstoßen von Tinte" bezeichnet und ein Zustand, in dem das Wiederausstoßen von Tinte instabil ist, wird nachfolgend als „mangelhafte unterbrochene Ausstoßbarkeit" bezeichnet).
Zusätzlich kann, wenn die Tinte wieder aus einer Düse ausgestoßen wird, nachdem der Ausstoß der Tinte aus der Düse für eine längere Zeitdauer (z. B. für einige Tage oder mehr) beendet wurde, ein Wiedergewinnungsarbeitsgang zum Beseitigen von Tinte, die eine erhöhte Viskosität aufweist oder in der Düse eingetrocknet ist, erforderlich sein (ein Zustand, in dem das Wiederausstoßen von Tinte instabil ist aufgrund eines Anstiegs der Viskosität oder aufgrund der Erstarrung der Tinte in einer Düse wird nachfolgend als „Sperren von Tinte" bezeichnet und ein Zustand, in dem ein Wiederherstellungsarbeitsgang mehrmalig erforderlich ist, um eine zuverlässiges Wiederausstoßen zu erreichen, wird nachstehend als „mangelhafte Rückhaltefähigkeit" bezeichnet).
Wie vorstehend beschrieben, sind die Eigenschaften der schwarzen Tinte, die für das Tintenstrahldrucken erforderlich sind, äußerst ausgeklügelt in Übereinstimmung mit durch Tintenstrahlen aufgenommenen Bildern, deren Qualität in den letzten Jahren sehr gesteigert werden konnte. Bezüglich der Pigmenttinte, die das oben erwähnte Carbon Black als selbstausbreitendes Farbmaterial enthält, kann nicht gesagt werden, daß ausreichendes technisches Wissen gesammelt wurde für die Gewährleistung eines hohen OD, von scharfen Rändern und für das Erreichen von ausgezeichneten Tintenstrahlausstoßeigenschaften wie z. B. die unterbrochene Ausstoßbarkeit und die Rückhaltefähigkeit. Somit ist ein Teil des Verhaltens von solch einer Pigmenttinte als Tinte für die Tintenstrahlaufzeichnung ungeklärt.
Andererseits sind verschiedene Verbesserungen bei der Gestaltung des Tintenstrahlkopfs gemacht worden. Eine Anordnung, in der ein bewegliches Element für die Regulierung einer Strömung einer Flüssigkeit (Tinte) und eine Wachstumsrichtung einer Blase in einem Blasenerzeugungsbereich innerhalb eines Flüssigkeitsströmungswegs bereitgestellt wird, wird z. B. in den japanischen Dokumenten 2000-62180, 2000-62181 und 2000-62182 offenbart.
Zum Beispiel ist die vorstehend erwähnte, wie durch die Erfinder der vorliegenden Erfindung offenbarte selbstausbreitendes Carbon Black und Salz enthaltende Tinte äußerst wirksam für die Verringerung der Papiertyp-Abhängigkeit der Bilddichte, für die Verringerung des Auslaufens in einem Grenzbereich zwischen Schwarz und Farbe in einem Bild, das eine Anfangsaufgabe ist. Indes werden als Ergebnis weiterer Untersuchungen durch die Erfinder der vorliegenden Erfindung, die das Ziel hatten, eine ausgezeichnetere Tintenstrahlaufzeichnungstechnologie zu schaffen, manchmal große Schwankungen bezüglich der unterbrochenen Ausstoßbarkeit und der Rückhaltefähigkeit der Tinte in Abhängigkeit vom Aufbau eines verwendeten Aufzeichnungskopfes.
Das europäische Dokument 1167471A2, das einen Teil des Stands der Technik bildet aufgrund des Artikels 54(3) EPC, offenbart eine Aufsatzschießanordnung für einen Aufzeichnungskopf, d. h. ohne bewegbare Elemente, in dem die Bildung von Ablagerungen verhindert wird durch die Verwendung einer Tinte, die Kaliumionen in einer Menge von 0,6% oder mehr relativ zum Verhältnis des selbstausbreitenden Carbon Black in der Tinte enthält.
Demgegenüber wird mit dem Tintenstrahlaufzeichnungskopf einer Anordnung, in der ein bewegliches Element in einem Flüssigkeitsströmungsweg vorliegt, eine sich verändernde Geschwindigkeit eines Wechsels zwischen Wachstum und Schrumpfen einer Blase im Flüssigkeitsströmungsweg stabilisiert und ein schnelles Abtrennen der Flüssigkeit zufriedenstellend und stabil ermöglicht, wodurch die Druckqualität verbessert werden kann. Jedoch wird mit der Tinte, die selbstausbreitende Pigmente verwendet, auf solch einem beweglichen Element Pigment abgelagert aufgrund des Umwälzens der Flüssigkeit oder ähnlichem durch die Bewegung des beweglichen Elements, und eine Anfangsstabilität hinsichtlich der Bewegung des beweglichen Elements kann nicht gewährleistet werden, wenn die Menge der Ablagerung zunimmt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Jetzt, da erwartet wird, daß der Aufbau eines Aufzeichnungskopfes diversifiziert wird in Übereinstimmung mit einer breiten Produktentwicklung von Tintenstrahldruckern und der Erweiterung von Bereichen, in denen die Tintenstrahlaufzeichnungstechnologie in Zukunft angewendet wird, wird erkannt, daß die Entwicklung einer Technologie für die Tinte erforderlich ist, die befriedigende und stabile Tintenstrahleigenschaften aufweist in Bezug auf die Diversifizierung von Aufzeichnungsköpfen, indem von den exzellenten Eigenschaften von Tinte Gebrauch gemacht wird, die selbstausbreitende Carbon Blacks enthält.
Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die oben erwähnten Nachteile gemacht, wobei es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein Tintenstrahlaufzeichnungsverfahren, eine Aufzeichnungseinheit und ein Tintenstrahlaufzeichnungsgerät zu schaffen, welche hervorragende Eigenschaften aufweisen was die unterbrochene Ausstoßbarkeit und die Rückhaltefähigkeit der Tinte betrifft. Zusätzlich ist es eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Tintenstrahlaufzeichnungs-verfahren, eine Aufzeichnungseinheit und ein Tintenstrahlaufzeichnungsgerät und dergleichen zu schaffen, womit eine gleichmäßige hohe Druckqualität erhalten werden kann.
Gemäß einem ersten Aspekt schafft die vorliegende Erfindung eine Aufzeichnungsvorrichtung, die mit einem tintenenthaltenden Abschnitt versehen ist, in dem die Tinte enthalten ist, und einen Aufzeichnungskopfabschnitt zum Ausstoßen der Tinte als Tintentröpfchen, wobei der Aufzeichnungskopf aufweist:
einen Flüssigkeitsströmungsweg, der mit einer Ausstoßöffnung zum Ausstoßen der Flüssigkeitströpfchen verbunden ist, wobei der Flüssigkeitsströmungsweg einen Blasenerzeugungsbereich aufweist;
ein Heizelement für das Zuführen von thermischer Energie zum Blasenerzeugungsbereich zum Erzeugen einer Blase in der Flüssigkeit und
ein Element, das dem Blasenerzeugungsbereich ein Mechanismus detaillierter überliegt und das in Erwiderung auf ein Wachstum der Blase verschoben werden kann;
dadurch gekennzeichnet, daß
die Tinte eine Tinte ist, die ein Farbmaterial, das wenigstens selbstausbreitendes Carbon Black aufweist und das aus wenigstens einer hydrophilen Gruppe ausgebildet ist, die an der Oberfläche eines Carbon Blacks direkt oder mittels einer anderen Atomgruppe angebunden ist, und ein wäßriges Medium enthält, und die des weiteren Kaliumionen von 0,6% oder mehr in einem Massenverhältnis bezüglich des Carbon Blacks aufweist.
Die vorliegende Erfindung schafft auch ein Tintenstrahlgerät, das solch eine Aufzeichnungsvorrichtung enthält, und ein Aufzeichnungsverfahren, das die Aufzeichnungsvorrichtung verwendet. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht.
Erfindungsgemäß wird ein Strömungsbereich, in dem ein Querschnitt eines Flüssigkeitsströmungsweg eines Aufzeichnungskopfs scharf begrenzt ist, durch einen Aufbau ausgebildet, der ein bewegliches Element und einen regulierenden Abschnitt aufweist, die im Flüssigkeitsströmungsweg angeordnet sind, wodurch das Sperren durch feste Stoffe, die durch das Verdunsten einer Lösungsmittelkomponente der Tinte oder dergleichen zurückzuführen sind, und von einer Verschlechterung der Ausstoßleistung eingedämmt wird, so daß damit die Stabilität des Ausstoßens und die Ausstoßkraft aufrechterhalten werden kann, selbst wenn die Aufzeichnung nach längerem Nichtgebrauch des Aufzeichnungskopfs fortgesetzt wird. Darüber hinaus wird die Anhäufung von Carbon Black verhindert durch das Vorkommen von in der Tinte vorkommenden Kaliumionen, so daß eine hervorragende Wirkung für die Verhinderung des Sperrens erreicht wird. Daher können hervorragende Eigenschaften erhalten werden in Bezug auf die unterbrochene Ausstoßbarkeit (Auswurfstabilität bei unterbrochenem Auswurf) und die Rückhaltefähigkeit durch eine Kombination aus Tinte mit einer spezifischen Zusammensetzung und einem Aufzeichnungskopf, der unabhängige Betriebsabläufe auf der vorgelagerten Seite und der nachgelagerten Seite aufweist und durch ein Heizelement in der Mitte unterteilt ist.
Andererseits werden, wenn das bewegliche Element gegenüber dem im Aufzeichnungskopf der vorliegenden Erfindung verwendeten Heizelement angeordnet ist, Komponenten der Tinte auf dem Heizelement, insbesondere eine Feuchtigkeitsmenge, zurückbehalten in einem relativ hohen Maß, selbst wenn eine Lösungsmittelkomponente der Tinte oder dergleichen von der Ausstoßöffnung verdampft. Somit kann, da die Stabilität der Blasenbildung in diesem Bereich bewahrt wird, die Abnahme der Ausstoßleistung verhindert werden. Da die Anhäufung von Carbon Black durch Kaliumionen auch in einem Bereich zwischen der Ausstoßöffnung, dem beweglichen Element und dem regulierenden Abschnitt vermieden wird, kann der Grad der Sperrung durch feste Stoffe äußerst wirksam unterdrückt werden. Folglich können hervorragende Eigenschaften erhalten werden in Bezug auf die unterbrochene Ausstoßbarkeit (Auswurfstabilität bei unterbrochenem Auswurf) und die Rückhaltefähigkeit durch eine Kombination aus Tinte mit einer spezifischen Zusammensetzung und einem Aufzeichnungskopf, der unabhängige Betriebsabläufe auf der vorgelagerten Seite und der nachgelagerten Seite aufweist und durch ein Heizelement in der Mitte unterteilt ist.
Außerdem wird, wenn das Lösungsmittel der Tinte oder dergleichen an der Ausstoßöffnung des Aufzeichnungskopfes verdampft, ein Strömungswegwiderstand, der unterschiedlich groß ist auf der vorgelagerten Seite und der nachgelagerten Seite des Heizelements in der Mitte, überwältigend groß auf der Seite der Ausstoßöffnung. In der vorliegenden Erfindung wird jedoch, da der Zwischenraum zwischen dem beweglichen Element und dem regulierenden Abschnitt zum Zeitpunkt der Blasenbildung durch die Einwirkung dieser Abschnitte im wesentlichen geschlossen ist, der Strömungswegwiderstand auf der vorgelagerten Seite trotz der Verdampfung extrem groß, wodurch es keinen Leistungsverlust auf der Seite der Ausstoßöffnung gibt. Da insbesondere die Konzentration von Carbon Black durch Kaliumionen im Bereich von der Ausstoßöffnung bis zum beweglichen Element, als auch zum regulierenden Abschnitt, kann das Maß des Sperrens durch feste Stoffe extrem wirksam unterdrückt werden. Deshalb können in Bezug auf die unterbrochene Ausstoßbarkeit (Auswurfstabilität bei unterbrochenem Auswurf) und die Rückhaltefähigkeit hervorragende Eigenschaften erhalten werden durch eine Kombination aus Tinte mit einer spezifischen Zusammensetzung und einem Aufzeichnungskopf, der unabhängige Betriebsabläufe auf der vorgelagerten Seite und der nachgelagerten Seite aufweist und durch ein Heizelement in der Mitte unterteilt ist.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die begleitenden Zeichnungen, die aufgenommen wurden und ein Teil der Beschreibung sind, stellen die Ausführungsformen der Erfindung dar und dienen zusammen mit der Beschreibung dazu, wie folgt die Prinzipien der Erfindung darzulegen:
1A, 1B, 1C, 1D, 1E und 1F sind Querschnittsansichten, die je ein Beispiel eines Tintenstrahlkopfes zeigen, der in Richtung des Flüssigkeitsströmungswegs geschnitten wurde;
2 ist eine perspektivische Ansicht, die das Verhalten der Tinte im Tintenstrahlkopf zeigt;
3A, 3B und 3C sind schematische Ansichten, die verschiedene Formen eines beweglichen Elements zeigen;
4A und 4B sind vertikale Querschnittsansichten eines Beispiels des Tintenstrahlkopfs;
5A und 5B sind Ansichten, die andere Gesichtspunkte des Tintenstrahlkopfs zeigen.
6 ist eine vertikale Querschnittsansicht, die ein Beispiel einer Tintenstrahlkassette zeigt.
7 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Beispiel einer Aufzeichnungseinheit zeigt.
8A, 8B und 8C sind Ansichten zur Darstellung des Verhaltens von Kaliumionen und Pigment in Tinte in einem Tintenstrahlkopf mit beweglichem Element;
9 ist eine perspektivische Ansicht, die eine schematische Anordnung eines Flüssigkeitsausstoßgeräts zeigt, die mit einem Flüssigkeitsausstoßkopf ausgestattet ist, der den in 1 dargestellten Aufbau aufweist;
10 ist ein Blockdiagramm der gesamten Vorrichtung, das den Betrieb des Bildaufzeichnungsgeräts ermöglicht;
11A, 11B und 11C stellen den Mechanismus der Wirkung der vorliegenden Erfindung dar und
12A und 12B stellen die Unterschiede zwischen der Hydratationsneigung eines Natriumions oder dergleichen und eines Kaliumions dar.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
Außerdem kennzeichnen in den begleitenden Zeichnungen gleiche Bezugszeichen die selben oder ähnliche Teile in all deren Abbildungen.
Zunächst werden Untersuchungen der Erfinder der vorliegenden Erfindung für die vorliegende Erfindung beschrieben unter Bezugnahme auf die 11A, 11B und 11C und die 12A und 12B, was das Verhalten der Tinte bei Verwendung von Kaliumsalz als Salz betrifft. 11A ist eine schematische Ansicht, die einen Zustand des selbstausbreitenden Carbon Blacks in Tinte zeigt, die Carbon Black enthält. In der Figur bezeichnet das Bezugszeichen 2701 selbstausbreitendes Carbon Black, 2705 bezeichnet hydrophile Gruppengegenionen des Carbon Blacks und 2703 bezeichnet Wassermoleküle. Die selbstausbreitenden Carbon Blacks 2701 halten einen stabilen, dispergierten Zustand aufrecht durch das Beibehalten der Affinität mit den rund um sie vorhandenen Wassermolekülen.
Der Fall, in dem Kaliumsalz der Tinte als Salz hinzugefügt wird, ist in 11B gezeigt und der Fall, in dem Natriumsalz der Tinte als Salz hinzugefügt wird, ist in 11C gezeigt. Ein Kaliumion zeigt, wie in 12B dargestellt, eine negative Hydratationsneigung, währenddessen ein Natriumion, ein Lithiumion und dergleichen, wie in 12A gezeigt, eine positive Hydratationsneigung aufweisen.
Wenn Natriumionen in der Tinte in einer vorbestimmten Konzentration vorliegen, neigen die rund um die selbstausbreitenden Carbon Blacks existierenden Wassermoleküle dazu, sich an der Seite der Natriumionen anzuordnen. Andererseits wird keine so große Änderung beim Verhältnis zwischen dem selbstausbreitenden Carbon Black und den Wassermolekülen beobach tet, wenn Kaliumionen existieren, im Vergleich mit dem Fall, wenn keine Kaliumionen vorliegen.
Es ist unnötig zu erwähnen, daß dieser Zustand schematisch einen unmittelbaren Zustand beschreibt, wenn jede Art von Tinte vorliegt, aber nicht darauf hinweist, daß die Tinte immer in diesem Zustand ist. Es wird einfach angenommen, daß die Tinte hinsichtlich der Wahrscheinlichkeit oft in diesem Zustand ist. Daher nimmt die Dispersionsstabilität des Carbon Blacks der Tinte, die Natriumsalz enthält, nicht immer sofort ab.
Weiterhin ist die vorliegende Erfindung aufgrund von technischem Wissen und von Untersuchungen entwickelt worden, die darauf hinweisen, daß die vorstehend beschriebenen Wirkungen erhalten werden, wenn die Tinte, in der Kaliumionen mit solch einer Funktion vorliegen, kombiniert wird mit dem Aufzeichnungskopf, der das bewegliche Element und den regulierenden Abschnitt aufweist.
Außerdem kann sich bei der Verwendung des beweglichen Elements das in der Tinte verteilte Pigment auf dem beweglichen Element ablagern, und wenn die Menge der Ablagerung zunimmt, kann die Betriebsstabilität des beweglichen Elements nicht gewährleistet werden. Demgegenüber wird in der vorliegenden Erfindung, da eine vorbestimmte Konzentration von Kaliumionen vorliegt, die Ablagerung solch eines Pigments auf dem beweglichen Element wirksam unterdrückt. Das Erreichen dieser Wirkung des Verhinderns der Ablagerung von Pigment durch Kaliumionen wird durch die in 8A bis 8C angezeigten Zustände berücksichtigt. Das heißt, wenn Kaliumionen (K) in schwarzer Tinte zusammen mit Pigment (0) vorliegt, wird ein stabiler Zustand des Pigments durch das Beibehalten der Affinität mit den Wassermolekülen aufrechtbehalten. Dann wird es, da das Pigment in einem Bereich vorliegt, in dem es mit dem beweglichen Element in Berührung kommt, wenn es sich bewegt und auch seine Affinität mit den Wassermolekülen beibehält, schwer für das Pigment, sich auf der Seite des beweg lichen Elements abzulagern, wobei der Verteilungszustand ebenfalls durch das Vorliegen der Kaliumionen aufrechterhalten wird.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung wiederholten detaillierte Untersuchungen zu einzelnen Effekten, zu zusammengesetzten Effekten und dergleichen bezüglich der vorstehend erwähnten zwei Punkte für das für die Tinte verwendete Pigment, insbesondere für das selbstausbreitende Carbon Black, im Hinblick auf den vorstehend erwähnten technischen Hintergrund. Im Ergebnis fanden die Erfinder der vorliegenden Erfindung, daß z. B. bei einem Massenverhältnis von 0,6% Kaliumionen oder mehr in Bezug auf Carbon Black, selbst wenn dem Carbon Black Salz hinzugefügt wurde, um die Papiertyp-Abhängigkeit der Bilddichte zu verringern und um das Auslaufen in einem Grenzbereich zwischen Schwarz und Farbe zu verringern, die zufriedenstellende unterbrochene Ausstoßbarkeit und Rückhaltefähigkeit der Tinte erlangt werden, ohne stark vom Aufbau des zu verwendenden Aufzeichnungskopfes abzuhängen, und einfacher als Tinte für das Tintenstrahlen zu verwenden ist als vorher, und daß durch die Tinte eine zufriedenstellende Bildqualität erreicht werden kann. Auf diese Weise sind die Erfinder der vorliegenden Erfindung zu dieser Erfindung gelangt.
Die vorliegende Erfindung wird detaillierter unter Bezugnahme auf die bevorzugten Ausführungsformen beschrieben.
Eine Ausführungsform der Tinte ist erfindungsgemäß eine Tinte, die charakterisiert ist durch das Enthalten eines Farbmaterials das wenigstens selbstausbreitendes Carbon Black aufweist, das aus wenigstens einer hydrophilen Gruppe ausgebildet ist, die an der Oberfläche eines Carbon Blacks direkt oder mittels einer anderen Atomgruppe gebunden ist, und ein wäßriges Medium enthält, und die des weiteren Kaliumionen von 0,6% oder mehr in einem Massenverhältnis bezüglich des Carbon Blacks aufweist. Materialien, die diese Tinte ausbilden werden nachfolgend beschrieben.
[Kaliumion]
Die Konzentration von Kaliumionen in Tinte gemäß dieser Ausführungsform ist 0,6% oder mehr in einem Massenverhältnis bezüglich des Carbon Blacks. Zusätzlich ist es auch möglich, die Erhaltungsstabilität oder dergleichen der Tinte selbst auf einem äußerst hohen Niveau zu halten, indem die Konzentration der Tinte geringer als 50% in einem Massenverhältnis bezüglich des Carbon Blacks eingestellt wird.
Das heißt, wenn die Konzentration der Kaliumionen innerhalb dieses Bereichs liegt, kann die Tinte als Tinte für das Tintenstrahlen geschaffen werden, in der eine erhebliche Verbesserung der unterbrochenen Ausstoßbarkeit und der Rückhaltefähigkeit verwirklicht wird. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung sind der Auffassung, daß die vorstehend erwähnte Verbesserung der unterbrochenen Ausstoßbarkeit und der Rückhaltefähigkeit wirksamer mit der Einstellung der Konzentration der Kaliumionen in der Tinte innerhalb des oben erwähnten Bereichs ist zu erreichen ist als mit der Einstellung eines pH-Werts der Tinte innerhalb eines geeigneten Bereichs, um die Dispersionsstabilität des selbstausbreitenden Carbon Blacks zu verbessern.
Die vorstehend beschriebene Wirkung wird gestützt durch die Tatsache, daß wenn der pH-Wert von Tinte mit hinzugefügtem Kaliumhydrat, Kaliumbenzoat oder dergleichen und der pH-Wert von Tinte mit hinzugefügten Aminen wie z. B. Ammonium und Triäthanolaminen so eingestellt werden, daß sie gleich groß sind, derart daß die Konzentration von Kalium in der Tinte im vorstehend genannten Bereich liegt, und die unterbrochene Ausstoßbarkeit und die Rückhaltefähigkeit der jeweiligen Tinte verglichen werden, die Verbesserung der unterbrochenen Ausstoßbarkeit und der Rückhaltefähigkeit sich in der Tinte mit der auf den oben erwähnten Bereich eingestellten Kaliumkonzentration als größer erweist als in der Tinte mit dem gleich großen pH-Wert. Darüber hinaus erweist sich die Verbesserung der unterbrochenen Ausstoßbarkeit und der Rückhaltefähigkeit der Tinte mit hinzugefügtem Kalium auch beim Vergleich mit Tinte als überlegen, der Lithium und Natrium hinzugefügt wurde, die zu derselben Gruppe der alkalischen Metalle gehören.
Es ist unnötig zu erwähnen, daß die Stabilität der Tinte der vorliegenden Erfindung verbessert wird, wenn der pH-Wert auf der alkalischen Seite liegt. Wenn diese Tatsache und die vorliegende Erfindung kombiniert werden, wird die Wirkung der vorliegenden Erfindung leichter erreichbar. Das anionische, selbstausbreitende Carbon Black neigt gemäß der vorliegenden Erfindung in einer sauren Lösung zu einer mangelnden Dispersionsstabilität, so daß wenn man das Tintenkontaktverhalten an einem Aufzeichnungskopf in Betracht zieht, der bevorzugte pH-Bereich der in der vorliegenden Erfindung zu verwendenden Tinte zwischen 7 und 10 liegen sollte.
Obwohl die detaillierten Ursachen dafür, weshalb die Tinte der vorliegenden Erfindung die vorstehend beschriebenen Eigenschaften zeigt, unbekannt sind, scheinen die Ursachen darin zu liegen, daß die Verringerung der Dispersionsstabilität und der Wiederverteilbarkeit des selbstausbreitenden Carbon Blacks durch wechselseitige Wirkungen der in der Tinte in einer vorbestimmten Menge vorliegenden Kaliumionen und der an der Oberfläche des Carbon Blacks gebundenen hydrophilen Gruppe ausgeglichen wird. Das heißt, daß die vorliegende Erfindung Ideen birgt, die sich grundlegend unterscheiden vom Hinzufügen von Kaliumhydrat oder dergleichen, um das Dispergiermittel löslich zu machen, d. h. zur Umwandlung der Dispersionsflüssigkeit in eine alkalische Flüssigkeit.
Zusätzlich ist die in der vorliegenden Erfindung verwendete Tinte allein als Tinte auf der alkalischen Seite stabiler als auf der neutralen Seite. Das Wesen der vorliegenden Erfindung ist es jedoch nicht, nach der Stabilität der Tinte an sich zu streben, sondern deren Hauptziel ist auf die Verbesserung der Stabilität in der Nähe der Ausstoßöffnung gerichtet. Die vorliegende Erfindung weist auch aus diesem Blickwinkel Ideen auf, die sich grundlegend unterscheiden vom Hinzufügen von Kaliumhydrat oder dergleichen, zur Umwandlung der Dispersionsflüssigkeit in eine alkalische Flüssigkeit.
Außerdem wird nachfolgend mit Bezug auf die 11A bis 11C ein Mechanismus detaillierter beschrieben, der die Wirkungen durch das Vorliegen der Kaliumionen zeigt. 11A, 11B und 11C sind schematische Ansichten zur Darstellung eines Mechanismus, bei dem die Existenz von Kaliumionen die erfindungsgemäßen Wirkungen hervorbringt. In der Abbildung bezeichnet das Bezugszeichen 2703 Wassermoleküle, 2709 bezeichnet Natriumionen, 2707 bezeichnet Kaliumionen, 2701 bezeichnet selbstausbreitendes Carbon Black und 2705 bezeichnet hydrophile Gruppengegenionen zum Carbon Black.
Wie 11A zeigt, weisen die selbstausbreitenden Carbon Blacks 2701 gewöhnlich Gegenionen 2705 auf und es existiert eine Vielzahl von Wassermolekülen 2703, die in einem stabilen Zustand rund um die hydrophilen Gruppengegenionen verteilt sind. Eine Vorstellung für den Fall, bei dem eine große Menge von einwertigen Kationen in der Tinte existiert und die Kationen zusätzlich zu den Gegenionen des Carbon vorliegen, wird in den in den 11B und 11C gezeigten Zuständen angenommen.
Demzufolge ist der Zustand im Fall, in dem eine große Menge von Kaliumionen 2707 neben den um das selbstausbreitende Carbon Black vorliegenden Gegenionen als Kationen existieren, im Wesentlichen nicht so unterschiedlich vom in 11A gezeigten Zustand und eine Verschlechterung der Dispersionsstabilität oder dergleichen wird nicht beobachtet. Andererseits tendieren im Fall, in dem Natriumionen neben den um das selbstausbreitende Carbon Black vorliegenden Gegenionen als Kationen existieren, die Wassermoleküle 2703 eher dazu, um die Natriumionen 2709 als um das selbstausbreitende Carbon Black 2701 wie in 11C gezeigt zu existieren. Als Ergebnis wird vermutet, daß die Dispersionsstabilität der selbstausbreitenden Carbon Blacks verschlechtert wird.
In diesem Fall wird angenommen, daß ein in den 11A bis 11C gezeigter Unterschied nur schwer auf den Typ der Gegenionen zurückgeführt werden kann. Die Gegenionen sind nicht vorzugsweise begrenzt auf Kaliumionen, sondern können auch Natriumionen oder dergleichen sein. Es erübrigt sich zu erwähnen, daß sich die Ionen in der Tinte bewegen und identische Ionen nicht immer als Gegenionen für das Carbon Black vorliegen, sondern sich stets gegenseitig ersetzen. Die in den 11A bis 11C gezeigten konzeptionellen Ansichten zeigen Zustände von bestimmten Beispielen.
Wenn jedoch eine große Menge von Kaliumionen in der Tinte vorliegt, wird angenommen, daß die Tinte mit hoher Wahrscheinlichkeit den in 11B gezeigten Zustand aufweist, und wenn eine große Menge von Natriumionen in der Tinte vorliegt, wird angenommen, daß die Tinte mit hoher Wahrscheinlichkeit den in 11C gezeigten Zustand aufweist. Der Unterschied zwischen beiden Zuständen ist auf den Unterschied der Hydratationsneigung der Ionen zurückzuführen. Lithiumionen, Natriumionen und ähnliche werden im Vergleich zu Kaliumionen sehr leicht hydratisiert.
Insofern sind die Erfinder der vorliegenden Erfindung der Ansicht, daß der Unterschied auf die Tatsache zurückzuführen ist, daß Lithiumionen oder Natriumionen eine sogenannte positive Hydratationsneigung aufweisen, während Kaliumionen eine negative Hydratationsneigung haben. Das heißt, daß der Unterschied scheinbar deshalb auftritt, weil sich die Wassermoleküle, die ursprünglich um die selbstausbreitenden Carbon Blacks vorliegen und die Dispersionsstabilität erhalten, von den selbstausbreitenden Carbon Blacks weg bewegen aufgrund der Stärke der Hydratationsneigung dieser Ionen und um die Kationen herum anlagern.
Demzufolge wird in Betracht gezogen, daß die Kaliumionen eine schwächere Hydratationsneigung als die selbstausbreitenden Carbon Blacks aufweisen und die um die selbstausbreitenden Carbon Blacks existierenden Wassermoleküle nicht in Be wegung versetzt werden können, sich um sie herum anzulagern. Darüber hinaus ist 12 eine konzeptionelle Ansicht zur Darstellung des Gesichtspunktes, daß Natriumionen oder dergleichen und Kaliumionen unterschiedliche Hydratationsneigungen aufweisen.
Es erübrigt sich zu erwähnen, daß es dem Idealzustand entspricht, wenn alle selbstausbreitenden Carbon Blacks in dem in 11B gezeigten Zustand vorliegen. Im Ergebnis der gewissenhaften, erfinderischen Untersuchungen wurde jedoch, um die Wirkungen der vorliegenden Erfindung zu zeigen gefunden, daß alle selbstausbreitenden Carbon Blacks nicht stets in dem in 11B gezeigten Zustand sein können, sondern teilweise im Zustand vorliegen können, wie er in 11C gezeigt wird. Anders ausgedrückt wurde gefunden, daß sich die Wirkungen der vorliegenden Erfindung sogar in einem gemischten System der in den 11B und 11C gezeigten Zustände zeigen. Demzufolge kommen die Erfinder der vorliegenden Erfindung zu dem Schluß, daß die Wirkungen der vorliegenden Erfindung hervorgerufen werden, wenn die Tinte Kaliumionen von 0,6% oder mehr in einem Massenverhältnis bezüglich des Carbon Blacks aufweist.
Wie vorstehend beschrieben, wurde der von den Erfindern der vorliegenden Erfindung vermutete Mechanismus im Detail beschrieben. Bei den technischen Überlegungen zur vorliegenden Erfindung ist wichtig, daß die Hydratationsneigung der einwertigen Kationen rund um das selbstausbreitende Carbon Black schwach ist im Vergleich zu derjenigen des selbstausbreitenden Carbon Blacks, was eine wichtige Bedeutung hat. Daher wird in Betracht gezogen, daß andere Ionen als Kaliumionen innerhalb der technischen Überlegungen der vorliegenden Erfindung liegen, so lange die Ionen die gleichen Eigenschaften aufweisen wie die Kaliumionen (keine Affinitätsneigung in Bezug auf Wasser).
Außerdem werden die vorstehend erwähnten Erscheinungen beträchtlicher, wenn ein Aufzeichnungskopf verwendet wird, der einen Abschnitt aufweist, der den Strömungszustand der Tinte in Übereinstimmung mit der Tintenzufuhr turbulent macht, z. B. ein Aufzeichnungskopf, der einen Abschnitt aufweist, in dem sich ein Strömungswegwiderstand in hohem Maße verändert. Die Details für die Ursache dafür sind noch unsicher, die Erfinder der vorliegenden Erfindung beschreiben jedoch nachfolgend die vermuteten Ursachen.
Das oben mit Bezug auf die 11A bis 11C beschriebene Phänomen ist äußerst schwer in Tinte zu beobachten, die sich in einem geschlossenen Zustand befindet (anders gesagt in einem Zustand, in dem die Tinte nicht irgendeiner externen Größe außer Zeit und Gravitation ausgesetzt ist). Wie vorstehend beschrieben verändert sich selbst in derselben Tinte deren Rückhaltefähigkeit oder ähnliches in starker Abhängigkeit vom zu verwendenden Aufzeichnungskopf.
Im Hinblick auf diesen Punkt gehen die Erfinder der vorliegenden Erfindung davon aus, daß irgend etwas im Aufzeichnungskopf eine signifikante Verschlechterung der Dispersionsstabilität der Tinte auslöst. Als Ergebnis gewissenhafter Untersuchungen zu diesem Auslösen wurde klar, daß die Verschlechterung auf den Aufbau des Aufzeichnungskopfes zurückzuführen ist und nicht auf die im Aufzeichnungskopf verwendeten Materialien. Das heißt es wird angenommen, daß das Auslösen der Verschlechterung dadurch verursacht wird, daß der Strömungswegwiderstand in einem hohen Maß innerhalb des Strömungswegs der Tinte variiert.
Es wird angenommen, daß solch eine Veränderung des Strömungswegwiderstands in Übereinstimmung mit dem Ausstoßvorgang in einem Tintenstrahlkopf einer Anordnung, die ein bewegliches Element im Flüssigkeitsströmungsweg aufweist, verursacht wird, wodurch die Dispersionsstabilität des Pigments verringert wird. Wie vorstehend beschrieben, hält die vorliegende Erfindung diese Dispersionsstabilität aufrecht, indem Kaliumionen hinzugefügt werden.
[Selbstausbreitendes Carbon Black]
Ein selbstausbreitendes Carbon Black ist ein Carbon Black, in dem wenigstens eine hydrophile Gruppe an die Oberfläche eines Carbon Black direkt oder über eine andere Atomgruppe gebunden ist. Als Ergebnis der Einführung dieser hydrophilen Gruppe in die Oberfläche des Carbon Black, wird das Dispersionsmittel zur Verteilung des Carbon Black, das in herkömmlicher Tinte erforderlich ist, überflüssig. Als selbstausbreitendes Carbon Black kann jenes mit ionischen Eigenschaften bevorzugt werden.
Ein Carbon Black, das als Anionen-Art vorliegt, wird veranschaulicht durch ein Carbon Black mit hydrophilen Gruppen, die wie nachfolgend gezeigt an seiner Oberfläche gebunden sind: -COOM, -SO₃M, -PO₃HM, -PO₃M₂.
In den obigen Formeln steht M für ein Wasserstoffatom, ein Alkalimetall, Ammonium oder eine organische Ammoniumverbindung. Da ein Carbon Black, das insbesondere -COOM oder -SO₃M unter den obigen Verbindungen an seiner Oberfläche gebunden hat und aufgrund seiner Anioneneigenschaft eine Ladung aufweist, eine zufriedenstellende verteilende Eigenschaft in Tinte hat, kann es insbesondere vorzugsweise in dieser Ausführungsform verwendet werden.
Man beachte, daß es unter den obigen als M bezeichneten hydrophilen Gruppen als spezifische Beispiele für Alkalimetalle z. B. Li, Na, K, Rb und Cs gibt. Darüber hinaus gibt es als spezifische Beispiele für organische Ammoniumverbindungen z. B. Methylammonium, Dimethylammonium, Trimethylammonium, Äthylammonium, Diäthylammonium, Triäthylammonium, Methanolammonium, Dimethanolammonium und Trimethanolammonium. Tinte, die selbstausbreitendes Carbon Black mit M als Ammonium oder organischer Ammoniumverbindung enthält, kann die Wasserbeständigkeit eines aufgezeichneten Bildes verbessern, das bevorzugt in dieser Beziehung verwendet werden kann. Es wird angenommen, daß dies zurückzuführen ist auf den Einfluß einer Erscheinung, bei der, wenn die Tinte auf ein Aufzeich nungsmedium aufgebracht wird, Ammonium gelöst wird und Ammoniak verdampft.
Hierbei gibt es als Verfahren für die Umwandlung von M in Ammonium im selbstausbreitenden Carbon Black zum Beispiel die Anwendung des Ionenaustauschverfahrens auf das selbstausbreitende Carbon Black, bei dem ein Alkalimetall als M vorliegt, so daß das Alkalimetall durch Ammonium ersetzt wird, und weiterhin ein Verfahren für die Umwandlung von M in Ammonium durch das Hinzufügen von von Ammoniumhydroxid nachdem M durch die Zugabe von Säure in einen H-Typ umgewandelt wurde.
Als ein Verfahren zur Herstellung von selbstausbreitenden Carbon Black, das als Anion aufgeladen ist, ist zum Beispiel ein Verfahren zum Ansäuern von Carbon Black mit Hilfe von Hypochlorsäure-Soda bekannt. Mit diesem Verfahren kann die COONa-Gruppe chemisch an der Oberfläche des Carbon Black gebunden werden.
Dabei muß beachtet werden, daß die vorstehend erwähnten verschiedenen hydrophilen Gruppen direkt an der Oberfläche eines Carbon Black gebunden werden können. Alternativ können die hydrophilen Gruppen indirekt an die Oberfläche des Carbon Black gebunden werden, wobei eine andere Atomgruppe vorhanden ist, die zwischen der Oberfläche des Carbon Blacks und den hydrophilen Gruppen eingreift.
Hierbei sind als spezielle Beispiele für die andere Atomgruppe z. B. gerade Ketten- oder verzweigte Kettenalkene mit einer Kohlenstoffanzahl von 1 bis 12 bekannt, substituierte oder nicht substituierte Phenylene und substituierte oder nicht substituierte Naphtylene. Als Beispiele für eine Substituentengruppe der Phenylene oder Naphtalene gibt es z. B. gerade Ketten- oder verzweigte Kettenalkyle mit einer Kohlenstoffanzahl von 1 bis 6. Darüber hinaus sind als spezifische Beispiele einer Kombination einer anderen Atomgruppe mit einer hydrophilen Gruppe z. B. -C2H4, -COOM, -Ph-SO3M und -Ph-COOM bekannt (vorausgesetzt daß Ph Phenylene bezeichnet und M wie vorstehend definiert ist).
Außerdem zeigt das vorstehend erwähnte selbstausbreitende, als Anion aufgeladene Carbon Black im Ergebnis detaillierter erfinderischer Untersuchungen eine besonders vorzügliche unterbrochene Ausstoßbarkeit und Rückhaltefähigkeit durch die Verwendung eines Carbon Blacks mit einer Konzentration der hydrophilen Gruppe von 1,8 μmol/m² oder mehr und mit Kalium. Als Ursache dafür wird angenommen, daß Kaliumionen die Dispersionsstabilität und die Wiederverteilbarkeit verbessern durch Wechselwirkung mit einer hydrophilen Gruppe und daß dieser Effekt noch leichter auftritt, wenn ein Carbon Black mit einer Konzentration der hydrophilen Gruppe im vorstehend genannten Bereich verwendet wird.
Außerdem ist in der vorliegenden Erfindung ein in der Tinte aufzunehmendes, selbstausbreitendes Carbon Black nicht auf einen Typ begrenzt, und zwei oder mehr Typen des selbstausbreitenden Carbon Blacks können zum Einstellen der Tinte verwendet werden. Darüber hinaus sollt die Menge der Zugabe des selbstausbreitenden Carbon Blacks in der Pigmenttinte der vorliegenden Erfindung vorzugsweise zwischen 0,1 Masse und 15 Masse% liegen und mehr bevorzugt zwischen 1 Masse% und 10 Masse . Zudem kann der Farbton der Tinte eingestellt werden durch die Verwendung eines Farbstoffes zusätzlich zu einem selbstausbreitenden Carbon Black.
(Konzentration der hydrophilen Gruppe)
Als ein Verfahren zur Messung der Konzentration einer hydrophilen Gruppe des selbstausbreitenden Carbon Blacks gibt es zum Beispiel ein Verfahren zum Reinigen von kohlenstoffdispergierten Flüssigkeiten, um alle Gegenionen gegen Natriumionen auszutauschen, wobei die Natriumionen durch eine Natriumelektrodensonde ermittelt werden und die verteilte Körperkonzentration in ppm für einen Feststoff umgewandelt wird. Hierbei wird die Umwandlung durchgeführt unter der Annahme, daß eine hydrophile Gruppe wie z. B. ein Carboxyl oder dergleichen in der gleichen mol-Menge vorliegen wie als Gegenionen fungierende Natriumionen.
Als nächstes wird ein Verfahren zur Einstellung eines Kaliumgehaltes in der Tinte beschrieben. Als ein Verfahren zur Einstellung gibt es ein Verfahren zum Hinzufügen des Kaliums in Form von Salz.
Genauer gesagt gibt es zum Beispiel Kaliumhydrat, Kaliumbenzoat, Kaliumphtalat, Kaliumacetat, Kaliumsuccinat, Kaliumcitrat, Kaliumgluconat, Kaliumnitrat, Kaliumphospat, Kaliumkarbonat, Kaliumchlorid und Kaliumbromid. Die vorstehend genannten Kaliumsalze können einzeln oder als Mischung verwendet werden.
Des Weiteren wird, wenn Kaliumionen in der vorstehend erwähnten Salzform hinzugefügt werden, ein Teil oder die Gesamtheit aller Gegenionen einer Oberflächenfunktionsgruppe des selbstausbreitenden Carbon Blacks durch Kaliumionen ersetzt, und zwar, wenngleich es sich zu erwähnen erübrigt, in Abhängigkeit von der Menge der Beimengung.
[Einwertige Kationen]
Die Gesamtmenge der einwertigen Kationen in der Tinte liegt gemäß der vorliegenden Erfindung vorzugsweise im Bereich zwischen 0,05 mol/l und 1 mol/l und mehr bevorzugt zwischen 0,1 mol/l und 0,5 mol/l in Bezug auf eine Gesamtmenge der wäßrigen Pigmenttinte. Das heißt, wenn angenommen wird, daß eine Gesamtmenge einwertiger Kationen innerhalb dieses Bereichs liegt, es wird ein hochwertiges Bild mit hoher Dichte verwirklicht und es treten keinerlei Probleme bezüglich der Eigenschaften der Tinte auf, z. B. bei der Erhaltungsstabilität.
Es wird angenommen, daß ein hochdichtes und hochwertiges Bild herbeigeführt wird, weil einwertige Kationen in der Tinte in der vorstehend erwähnten vorbestimmten Menge als Ganzes enthalten sind, so daß feste und flüssige Trennung (Fest/Flüssig-Separation) unmittelbar nachdem die Tinte aus einem Düsendepot auf eine Papieroberfläche ausgestoßen wurde. Die Gesamtmenge der einwertigen Kationen ist für diese Erscheinung wichtig.
Das heißt, daß feste und flüssige Trennung bei einer erforderlichen Geschwindigkeit nicht vorkommt in dem Fall, bei dem die Gesamtmenge der einwertigen Kationen gleich oder kleiner ist als eine festgelegte Menge, mehr bevorzugt kleiner als 0,05 mol/l. Außerdem wird im Gegensatz dazu die Gesamtmenge der einwertigen Kationen, die 1 mol/l überschreitet, hinsichtlich der Stabilität der Tinte nicht bevorzugt.
Obgleich Kapillarität, Feuchteverdampfung oder ähnliches als Faktoren für die Erzeugung dieser festen und flüssigen Trennung möglich sind, sind die Erfinder der vorliegenden Erfindung der Auffassung, daß der größte Faktor für die feste und flüssige Trennung der Tinte der vorliegenden Erfindung nach dem Ausstoßen die Feuchteverdampfung ist. Obwohl nicht erwähnt werden muß, daß die Kapillarität auf dem Papier nach dem Ankommen der Tinte ein Faktor für die Verursachung der festen und flüssigen Trennung ist, nehmen die Erfinder der vorliegenden Erfindung darüber hinaus an, daß die Feuchteverdampfung nach dem Ausstoßen der größte Faktor für die Verursachung der festen und flüssigen Trennung der Tinte ist gemäß der vorliegenden Erfindung aufgrund der nachfolgend beschriebenen Tatsachen.
Die feste und flüssige Trennung der Tinte der vorliegenden Erfindung tritt selbst auf einer sauberen Glasoberfläche frühzeitiger auf im Vergleich mit Tinte mit einer Gesamtmenge von einwertigen Kationen in der Tinte gleich groß oder weniger als der vorstehend erwähnte vorbestimmte Betrag. Das heißt, diese Tatsache zeigt realistisch an, daß die feste und flüssige Trennung der Tinte der vorliegenden Erfindung vorkommt, selbst wenn die Kapillarität nicht auftritt. Deshalb kamen die Erfinder der vorliegenden Erfindung zu der Ansicht, daß der größte Faktor für die Herbeiführung der festen und flüssigen Trennung der Tinte der vorliegenden Erfindung nach dem Ausstoßen die Feuchteverdampfung ist.
Hierbei umfaßt eine Gesamtmenge der einwertigen Kationen alle einwertigen, in der Tinte enthaltenen Kationen. Das heißt damit ist die Menge aller einwertigen, in der Tinte enthaltenen Kationen gemeint, die Kationen sind wie z. B. Gruppengegenionen mit Oberflächenfunktion eines selbstausbreitenden Carbon Blacks, Kationen, die als pH-Wert-regulierendes Mittel zugegeben wurden und Kationen, die in Form von Salz hinzugefügt wurden und als Kationen ermittelt werden können. Hierbei gibt als Verfahren zur Quantifizierung von Kationen in Tinte zum Beispiel Verfahren, die sowohl Ionenchromatographie als auch Plasmaemissionsspektroskopie verwenden.
Dann gibt es als Beispiele für Kationen z. B. Alkalimetall-Ionen, Ammoniumionen und organische Ammoniumionen. Genauer gesagt sind als Alkalimetall-Ionen zum Beispiel Lithiumionen, Natriumionen und Kaliumionen bekannt. Als organisches Ammoniumion gibt es zum Beispiel Mono- bis Tetra-Methylammoniumionen, Mono- bis Tetraethylammoniumionen und Mono- bis Tetramethylammoniumionen.
Außerdem kann als Verfahren für das Einstellen einer Gesamtmenge von Kationen in der Tinte zum Beispiel das vorstehend erwähnte Verfahren des Hinzufügens von Kationen in Form von Salz verwendet werden. Dann wird in einer Kombination aus einem Kation und einem Anion, die füreinander das Gegenstück in dem Fall bilden, bei dem Kationen in der Form von Salz hinzugefügt werden, das Salz eines Ions, das als Kation ausgewählt wurde aus dem Ammoniumion, dem Kaliumion, dem Natriumion und dem Lithiumion, insbesondere das Ammoniumion, und ein Ion, das als Anion ausgewählt wurde aus Halogenionen (Chlorion oder dergleichen), Acetationen, Benzoationen und dergleichen, Tinte verwirklicht, die eine besonders herausragende Bilddichte und Bildgüte aufweist, vermutlich des halb, weil sie eine ausgezeichnete Verträglichkeit mit einem selbstausbreitenden Carbon Black hat.
[Wäßriges Medium]
Ein bevorzugtes wäßriges Medium, das die Tinte in Übereinstimmung mit jeder der vorstehend genannten Ausführungsformen dazu veranlaßt, die vorstehend erwähnten Eigenschaften zu zeigen, besteht allein aus Wasser oder aus einer Mischung aus Wasser und einem löslichen organischen Lösemittel. Bei der besonders bevorzugten Verwendung von löslichem organischen Lösemittel muß auf die Verhinderung des Eintrocknens der Tinte achtgegeben werden, oder bei der Verwendung von Wasser ist es wünschenswert, eher deionisiertes Wasser zu verwenden als allgemeines Wasser, das verschiedene Ionen enthält.
[Lösliches organisches Lösemittel]
Als lösliches organisches Lösemittel, das in der vorliegenden Erfindung verwendet werden soll, gibt es speziell zum Beispiel Alkylalkohol mit einer Anzahl von Kohlenstoffatomen von 1 bis 4 wie z. B. Methylalkohol, Äthylalkohol, n-Propylalkohol, Isopropylalkohol, n-Buthylalkohol, sec-Buthylalkohol, tert-Buthylalkohol; Amide wie z. B. Dimethylformamid und Dimethylacetamid; Ketone oder Ketonalkohole wie z. B. Aceton und Diacetonalkohol; Ether wie z. B. Tetrahydrofuran und Dioxan; Polyalkenglykole wie z. B. Polyethyelnglykol und Polypropylenglykol; Alkylenglykole, in denen eine Alkylen-Gruppe zwei bis sechs Kohlenstoffatome enthält wie z. B. Athylenglykol, Propylenglykol, Butylenglykol, Triethylenglykol, 1,2,6-Hexantriol, Thiogiglykol, Hexylenglykol und Diethylenglykol; niedrigstufige Alkyletheracetat wie z. B. Polyethylenglykol Monoethyletheracetat; Glyzerin; niedrigstufige Alkylether von mehrwertigem Alkohol wie z. B. Ethylenglycolmonomethyl (oder Äthyl) -ether, Diethylenglykolmonomethyl (oder Äthyl) -ether und Triethylenglykolmonomethyl (oder Äthyl) -ether; mehrwertiger Alkohol wie z. B. Trimethylolpropan und Trimethyloläthan; N-Methyl-2-Pyrrolidon, 2-Pyrrolidon, 1,3-Dimethyl-2-Imidazolidinon und Acetylenal kohol. Das vorstehend beschriebene lösliche organische Lösemittel kan n allein oder als Mischung verwendet werden.
Obwohl der Gehalt des oben erwähnten, in der wäßrigen Pigmenttinte der vorliegenden Erfindung enthaltenen löslichen organischen Lösemittels nicht speziell begrenzt ist, wird ein Gehalt im Bereich zwischen 3 Masse% und 50 Masse% in Bezug auf die Gesamtmasse der Tinte bevorzugt. Außerdem liegt der Gehalt von in der Tinte enthaltenem Wasser vorzugsweise im Bereich zwischen 50 Masse% und 95 Masse% in Bezug auf die Gesamtmasse der Tinte.
Des Weiteren ist es, wenn die Einstellung einer Oberflächenspannung der Tinte erforderlich ist, wirkungsvoll, in geeigneter Weise ein oberflächenaktives Mittel hinzuzufügen wie z. B. Acetylenalkohol, das durch die nachfolgende Formel dargestellt wird – ein durchlässiges Lösemittel oder dergleichen in einer vorbestimmten Menge.
Strukturformel (4)

(n + m = 10)

Zudem können, um die wäßrige Pigmenttinte der vorliegenden Erfindung als Tinte zu verwirklichen, die die gewünschten physikalischen Eigenschaften aufweist, falls notwendig zusätzlich zu den vorstehend erwähnten Komponenten oberflä chenaktive Mittel, blasenauflösende Mittel, antiseptische Mittel, schimmelpilzverhindernde Mittel oder dergleichen hinzugefügt werden und weiterhin ein kommerziell erhältlicher löslicher Farbstoff oder ähnliches dazu gegeben werden.
Wie vorstehend beschrieben, ist die Tinte der vorliegenden Erfindung besonders wirksam, wenn sie bei der Tintenstrahlaufzeichnung verwendet wird. Als Verfahren für die Tintenstrahlaufzeichnung gibt es ein Verfahren, bei dem mechanische Energie auf die Tinte einwirkt, um die Flüssigkeitströpfchen auszustoßen, und ein Verfahren, bei dem der Tinte thermische Energie zugeführt wird, um Flüssigkeitströpfchen durch das Aufschäumen der Tinte auszustoßen. Die Tinte der vorliegenden Erfindung kann besonders bevorzugt für diese Aufzeichnungsverfahren verwendet werden.
Als Nächstes wird ein Aufzeichnungskopf beschrieben.
1A bis 1F zeigen eine Ausführungsform eines Tintenstrahlkopfes, der vorzugsweise in der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, in Querschnittsansichten, die in Richtung des Flüssigkeitsströmungsweges geschnitten sind, und zeigen ebenfalls eine charakteristische Erscheinung im Flüssigkeitsströmungsweg, indem die Vorgänge in die Schritte A bis F eingeteilt sind.
In diesem Tintenstrahlkopf ist ein Heizelement 2 zum Einwirken von thermischer Energie auf die Tinte auf einer flachen Elementunterlage 1 angeordnet als ein Ausstoßenergie erzeugendes Element zum Ausstoßen der Tinte. Ein Flüssigkeitsströmungsweg 10 ist so angebracht, daß er dem auf der Elementunterlage 1 befindlichen Heizelement 2 zugeordnet ist. Der Flüssigkeitsströmungsweg 10 steht in Verbindung mit der Ausstoßöffnung 18 und ebenfalls mit einer gemeinsamen Flüssigkeitskammer 13 zur Zuführung von Tinte zu einer Vielzahl von Flüssigkeitsströmungswegen 10, die dadurch Tinte in einer Menge aus der gemeinsamen Flüssigkeitskammer 13 erhalten, die gleich der Tintenmenge ist, die aus der Ausstoßöff nung 18 ausgestoßen wird. Das Bezugszeichen M bezeichnet einen Meniskus, der durch die Ausstoßflüssigkeit ausgebildet wird. Der Meniskus M wird ins Gleichgewicht gebracht durch einen inneren Druck der gemeinsamen Flüssigkeitskammer 13, der gewöhnlich ein negativer Druck ist und durch eine Kapillarkraft, die erzeugt wird durch die inneren Wände der Ausstoßöffnung 18 und durch den Flüssigkeitsströmungsweg 10, der damit in der Nähe der Ausstoßöffnung 18 verbunden ist.
Der Flüssigkeitsströmungsweg 10 ist durch das Aneinanderfügen der mit dem Heizelement 2 versehenen Elementunterlage 1 und einer Oberplatte 50. In einem Gebiet in der Nähe der Oberfläche, bei der sich das Heizelement 2 und die Ausstoßflüssigkeit berühren, existiert ein Blasenerzeugungsbereich 11, wo das Heizelement 2 schnell aufgeheizt wird, um eine Blase in der Ausstoßflüssigkeit zu erzeugen. Ein Teil eines beweglichen Elements 31 ist so im Flüssigkeitsströmungsweg 10, der diesen Blasenerzeugungsbereich 11 aufweist, angeordnet, daß es dem Heizelement 2 gegenübersteht. Das bewegliche Element 31 hat ein freies Ende 32 auf der stromabwärts gerichteten Seite zur Ausstoßöffnung 18 hin und wird durch ein auf der stromaufwärts gelegenen Seite angeordnetes Stützelement 34 abgestützt. Insbesondere ist das freie Ende 32, um das Wachstum der Blase in der Stromaufwärtshälfte zu unterdrücken, was eine Rückwärtswelle zur Stromaufwärtsseite hervorrufen und eine Trägheitskraft der Tinte hervorrufen würde, in der Nähe der Mitte des Blasenerzeugungsbereichs 11 angeordnet. Danach kann das bewegliche Element 31 in Bezug auf das Stützelement 34 verschwenkt werden, wenn eine im Blasenerzeugungsbereich 11 erzeugte Blase anwächst. Ein Drehpunkt 33 für das Verschwenken ist ein Auflageabschnitt des beweglichen Elements 31 am Stützelement 34.
Ein Anschlag (Regulierungsabschnitt) 64 ist in der oberen Mitte des Blasenerzeugungsbereichs 11 positioniert und reguliert die Verschwenkung des beweglichen Elements 31 innerhalb eines vorgegebenen Bereichs, um das Anwachsen der Blase in die stromaufwärts gelegene Hälfte zu unterdrücken. In ei ner Strömung von der gemeinsamen Flüssigkeitskammer 13 zur Ausstoßöffnung 18 ist ein Gebiet mit geringem Strömungswegwiderstand 65 auf der stromaufwärts gelegenen Seite quer zum Anschlag 64 angeordnet, in dem der Strömungswegwiderstand relativ klein ist im Vergleich mit dem Flüssigkeitsströmungsweg 10. Die Strömungsweganordnung in diesem Gebiet 65 weist keine obere Wand und einen großen Strömungswegquerschnitt auf, wodurch der Widerstand, der durch den Strömungsweg aufgrund der Bewegung der Flüssigkeit hervorgerufen wird, gering gehalten wird.
Mit der vorstehend beschriebenen Anordnung wird ein charakteristischer Kopfaufbau verwirklicht, in dem der Flüssigkeitsströmungsweg mit dem Blasenerzeugungsbereich 11 einen im Wesentlichen geschlossenen Raum ausbildet mit der Ausnahme der Ausstoßöffnung 18 durch den Kontakt des verschwenkten beweglichen Elements 31 mit dem Anschlag 64.
Ein Ausstoßvorgang des Tintenstrahlkopfes dieser Ausführungsform wird nun im Detail beschrieben.
1A zeigt einen Zustand, bevor Energie wie z. B. als elektrische Energie dem Heizelement 2 zugeführt wird und bevor das Heizelement 2 Wärme erzeugt. Wichtig ist hier, daß das bewegliche Element 31 in einer Position angeordnet ist, die der stromaufwärts gelegenen Hälfte einer durch das Heizen des Heizelements 2 erzeugten Blase gegenübersteht und der Anschlag 64 zur Regulierung der Verschiebung des beweglichen Elements 31 in der oberen Mitte des Blasenerzeugungsbereichs 11 angeordnet ist. Das heißt die stromaufwärts gelegenen Hälfte der Blase wird durch das bewegliche Element 31 heruntergedrückt aufgrund des Aufbaus des Flüssigkeitsströmungsweges und der verwendeten Position des beweglichen Elements.
1B zeigt einen Zustand, in dem ein Teil der den Blasenerzeugungsbereich 11 ausfüllenden Tinte durch das Heizelement 2 aufgeheizt wird und eine Blase 40, die durch Filmver dampfung erzeugt wurde, im wesentlichen bis zu einem Maximum gewachsen ist. An diesem Punkt pflanzt sich eine Druckwelle aufgrund der Erzeugung der Blase in den Flüssigkeitsströmungsweg 10 hinein fort und die Tinte bewegt sich entsprechend zur stromabwärts oder stromaufwärts gelegenen Seite des zentralen Abschnitts des Blasenerzeugungsbereichs. Auf der stromaufwärts gelegenen Seite wird das bewegliche Element 31 aufgrund einer durch das Wachsen der Blase 40 verursachten Strömung der Flüssigkeit verschoben und auf der stromabwärts gelegenen Seite wird ein Tröpfchen 66 aus der Ausstoßöffnung 18 ausgestoßen. Hierbei entwickelt sich die Bewegung der Tinte zur stromaufwärts gelegenen Seite, d. h. in die Richtung der gemeinsamen Flüssigkeitskammer 13 zu einer starken Strömung durch das Gebiet mit geringem Strömungswegwiderstand 65, das ein Gebiet ist, in dem der Strömungswegwiderstand relativ klein ist im Vergleich mit der stromabwärts gelegenen Seite in Bezug auf die Bewegung und Strömungsneigung der Tinte. Wenn jedoch das bewegliche Element 31 bis zu einer Position verschoben wird, bei der es den Anschlag 64 erreicht oder berührt, wird die weitere Verschwenkung gestoppt, so daß die Bewegung der Tinte in die Stromaufwärtsrichtung ebenfalls signifikant begrenzt wird. Dementsprechend wird das Wachstum der Blase 40 auf der stromaufwärts gelegenen Seite ebenfalls durch das bewegliche Element 31 beschränkt. Somit wird ein maximaler Strömungswegwiderstand auf der stromaufwärts gelegenen Seite des Blasenerzeugungsbereichs des Strömungswegs ausgebildet, um das Wachstum der Blase auf der stromaufwärts gelegenen Seite im wesentlichen gleichförmig zu gestalten. Mit dieser Anordnung kann die Bildung von Flüssigkeitströpfchen zum Ausstoßen stabiler gemacht und die Kennlinie der Reaktionsfrequenzabhängigkeit selbst verbessert werden.
Außerdem ist, da eine bewegende Kraft der Tinte in Stromaufwärtsrichtung an diesem Punkt groß ist, das bewegliche Element 31 einer mechanischen Spannung ausgesetzt in Form einer Dehnung in die Stromaufwärtsrichtung. Zudem tritt ein Teil der durch das bewegliche Element 31 begrenzten Blase 40 durch eine schmale Lücke zwischen beiden Seitenwänden, die den Flüssigkeitsströmungsweg 10 ausbilden und den Seiten des beweglichen Elements 31 hindurch, um zur oberen Oberflächenseite des beweglichen Elements 31 aufzusteigen. Diese hochgestiegene Blase wird in dieser Beschreibung als „erhöhte Blase (41)" bezeichnet.
In diesem Zustand nimmt die Gesamtform der Flüssigkeit im Strömungsweg zur Ausstoßöffnungsseite in Bezug auf das bewegliche Element 31 eine Form an, die sich von der stromaufwärts gelegenen Seite zur stromabwärts gelegenen Seite allmählich ausbreitet.
In der vorliegenden Erfindung ist der Strömungsweg, wie in den 1A bis 1F gezeigt, zwischen einem Teil der Blase 40 auf der Ausstoßöffnungsseite und der Ausstoßöffnung in einem „linearen Verbindungszustand", in dem der Strömungsweg eine gerade Strömungsweganordnung in Bezug auf die Flüssigkeitsströmung beibehält. Es ist wünschenswert, einen idealen Zustand auszubilden, in dem ein Ausstoßzustand wie z. B. eine Ausstoßrichtung und eine Ausstoßgeschwindigkeit des Ausstoßtröpfchens 66 bei einem extrem hohen Niveau stabilisiert wird, mehr bevorzugt durch die Einstellung einer Fortpflanzungsrichtung der Druckwelle, die erzeugt wird, wenn eine Blase erzeugt wird und eine der Ausbreitung der Druckwelle folgende Strömungsrichtung und Ausstoßrichtung der Tinte miteinander linear zusammenfallen. In der vorliegenden Erfindung genügt als eine Definition für das Erreichen dieses Idealzustands oder zur Annäherung an diesen Idealzustand eine Anordnung, in der die Ausstoßöffnung 18 und das Heizelement 2, insbesondere die Ausstoßöffnungsseite (stromabwärts gelegene Seite) des Heizelements, die Einfluß auf die Ausstoßöffnungsseite der Blase hat, in einer geraden Linie direkt miteinander verbunden sind. Dies ist ein Zustand, in dem das Heizelement, insbesondere die von der Außenseite der Ausstoßöffnung gesehen, stromabwärts gelegene Seite des Heizelements beobachtet werden kann, wenn keine Flüssigkeit im Strömungsweg vorliegt.
Andererseits wird, da wie vorstehend beschrieben die Verschiebung des beweglichen Elements 31 durch den Anschlag 64 in dem Abschnitt auf der stromaufwärts gelegenen Seite der Blase 40 reguliert wird, dieser Abschnitt klein gestaltet in einem Zustand, in dem das bewegliche Element 31 in einer herausstehenden Form zur stromaufwärts gelegenen Seite gekrümmt ist durch eine Trägheitskraft der Flüssigkeitsströmung zur stromaufwärts gelegenen Seite, um Spannung zuzuführen.
In diesem Abschnitt als Ganzes wird ein Teil der Blase, die sich in ein Gebiet auf der stromaufwärts gelegenen Seite bewegt, durch den Anschlag und eine Abtrennwand des Flüssigkeitsströmungswegs 101, das bewegliche Element 31 und den Drehpunkt 33 fast auf Null verringert. (Eine teilweise in einen Spalt zwischen dem beweglichen Element 31 und der Abtrennwand des Flüssigkeitsströmungswegs 101 hochgehobene Blase mit einem Abstand von 10 μm oder weniger ist jedoch erlaubt.)
Somit wird eine Flüssigkeitsströmung zur stromaufwärts gelegenen Seite maßgeblich geregelt und ein Flüssigkeitsquerverlauf zu einer benachbarten Düse oder eine Umkehrströmung und eine Druckvibration der Flüssigkeit im Zufuhrwegsystem, was wie nachfolgend beschrieben eine schnelles Rückfüllen behindert, wird verhindert.
1C zeigt einen Zustand, in dem der Unterdruck innerhalb der Blase die Bewegung der Tinte zur stromabwärts gelegenen Seite nach der oben erwähnten Filmverdampfung übertrifft, wobei die Kontraktion der Blase eingeleitet wird. Zu diesem Zeitpunkt ist das bewegliche Element 31, da die Kraft der Tinte in Stromaufwärtsrichtung aufgrund des Blasenwachstums in starkem Maße nachgelassen hat, in einem Zustand, in dem es für eine festgelegte Zeitspanne immer noch den Anschlag 64 berührt nach dem die Kontraktion der Blase begonnen hat. Somit erzeugt die Kontraktion der Blase 40 in den meisten Fällen eine Kraft zur Bewegung der Flüssigkeit von der Aus stoßrichtung 18 in Stromaufwärtsrichtung. Im Zustand von 1B ist das bewegliche Element 31 in einem spannungsgeladenen Zustand, in dem es in einer zur stromaufwärts gelegenen Seite in einer vorspringenden Form gekrümmt ist. Somit wird, wie in 1C gezeigt, im beweglichen Element 31 selbst eine Kraft zum Zurückziehen der Flüssigkeitsströmung aus dem Bereich des nachlassenden Spannung, d. h. aus der stromaufwärts gelegenen Seite, erzeugt und sie verändert das bewegliche Element 31 in eine Form mit Vertiefung in Bezug auf die Stromaufwärtsrichtung. Daher übersteigt die Rückziehkraft des beweglichen Elements auf der stromaufwärts gelegenen Seite die mechanische Kraft der Flüssigkeit in der vorstehend erwähnten Stromaufwärtsrichtung von einem gewissen Zeitpunkt an, um eine leichte Strömung von der stromaufwärts gelegenen Seite zur Ausstoßöffnung zu erzeugen. Danach verringert das bewegliche Element 31 seine Krümmung und die Verschiebung zu einer vorspringenden Form in die Stromaufwärtsrichtung beginnt. Das heißt es wird ein unausgeglichender Zustand auf der stromaufwärts und stromabwärts gelegenen Seite der Blase 40 erzeugt, in dem zeitweilig eine Strömung der Tinte in eine Richtung im Flüssigkeitsströmungsweg als Ganzes in Richtung der Ausstoßöffnung weisend erzeugt wird.
Zu einem Zeitpunkt unmittelbar danach wird, ist der Flüssigkeitsströmungsweg 10 mit dem Blasenerzeugungsbereich 11, was das gesamte Innere des Flüssigkeitsströmungswegs betrifft, immer noch im wesentlichen in einem geschlossenen Zustand, ausgenommen die Ausstoßöffnung 18, durch die Berührung des verschwenkten beweglichen Elements 31 mit dem Anschlag 64. Dadurch wirkt sie Kontraktionsenergie der Blase 40 stark als eine Kraft, um die Tinte in die Nähe der Ausstoßöffnung 18 in Stromaufwärtsrichtung zu bewegen für einen übergreifenden Ausgleich der Kräfte. Daher wird der Meniskus M hierbei weitgehend in den Flüssigkeitsströmungsweg 10 zurückgezogen, um sofort mit einer starken Kraft eine flüssige Säule abzuschneiden, die mit dem ausgestoßenen Flüssigkeitströpfchen 66 zusammenhing. Als Folge davon wird, wie in 1D gezeigt, ein aus der Ausstoßöffnung 18 heraus gelassenes Flüs sigkeitströpfchen, d. h. ein Satelliten (Subtröpfchen) 67, klein gehalten.
In 1D stellt einem Zustand dar, in dem das Verschwinden der Blase fast abgeschlossen ist und das ausgestoßene Flüssigkeitströpfchen 66 und der Meniskus M getrennt sind. In dem Gebiet mit geringem Strömungswegwiderstand 65 werden die Abwärtsschwenkung des beweglichen Elements 31 und eine abwärts, ins Gebiet mit geringem Strömungswegwiderstand 65 gerichtete, der Schwenkung folgende Strömung durch die Kontraktion gestartet mittels des Rückstoßes des beweglichen Elements 31, aufgrund des Verschwindens der Blase 40, in Bezug auf die bewegende Kraft in Stromaufwärtsrichtung der Tinte, wobei begonnen wird, den Annäherungszustand oder die Berührung zwischen dem beweglichen Element 31 und dem Anschlag 64 wieder freizugeben. Danach wächst die Strömung in Stromabwärtsrichtung in das Gebiet mit geringem Strömungswegwiderstand 65 schnell zu einer starken Strömung an, um in den Flüssigkeitsströmungsweg 10 über den Anschlag 64 einzuströmen, da der Strömungswegwiderstand gering ist. Auf diese Weise beginnt der Meniskus M, da die Strömung, die den Meniskus M in den Flüssigkeitsströmungsweg 10 führt, plötzlich abnimmt, zu der Position vor der relativ langsamen Blasenbildung zurückzukehren, während der Abschnitt der Flüssigkeitssäule, der außen übriggeblieben ist, wieder einfließt oder einen Vorsprung bildet in Richtung der Ausstoßöffnung 18 ohne möglichst viel davon abzutrennen. Insbesondere fallen der Rückfluß des Meniskus M und das stromaufwärts gerichtete Wiederauffüllen miteinander zusammen, wodurch ein Bereich zwischen der Ausstoßöffnung 18 und dem Heizelement 2 gebildet wird, in dem die Strömungsgeschwindigkeit nahezu Null beträgt und die Konvergenz des Meniskus gut ist. Erfindungsgemäß kann, was das Verursachen der bei der Trennung dieser Flüssigkeitssäule entstehenden Satelliten und die beim Ablagern auf einem Ausdruck erzeugte Verringerung der Bildqualität betrifft, die Ablagerung in der Nähe der Öffnung, die eine Ausstoßrichtung nachteilig beeinflußt und Ausstoßmängel erzeugt, erheblich verringert werden, obgleich dies auch von der Viskosität und der Oberflächenspannung er Tinte abhängt.
Darüber hinaus vervollständigt der Meniskus M, da er selbst auch mit der Rückkehr zu seiner Ursprungsposition beginnt, bevor er weitgehend in den Flüssigkeitsströmungsweg hinein zurückgeführt wird, seine Rückkehr in einer kurzen Zeitspanne selbst, wenn die Geschwindigkeit der Flüssigkeitsbewegung nicht so hoch ist. Somit kann ein Überschwingen des Meniskus M, d. h. der Menge der Tinte, die nicht an der Ausstoßöffnung 18 stoppt und eine auf der Außenseite der Ausstoßöffnung 18 vorspringende Form bildet, verringert werden und das Phänomen einer gedämpften Vibration mit der Ausstoßöffnung 18 als Konvergenzpunkt, das als Folge des Überschwingens erzeugt wird, kann in einer extrem kurzen Zeit beendet werden. Da dieses Phänomen einer gedämpften Vibration auch die Druckqualität nachteilig beeinflußt, verwirklicht die vorliegende Erfindung einen dauerhaften Hochgeschwindigkeitsdruck.
Zudem ist, da der Zufluß in den Flüssigkeitsströmungsweg 10 über den vorstehend erwähnten Abschnitt zwischen dem beweglichen Element 31 und dem Anschlag 64, wie in 1D gezeigt, die Strömungsgeschwindigkeit an der Wandoberfläche auf der Seite der Deckplatte 50 erhöht, der Rest an Mikroblasen oder dergleichen in diesem Gebiet äußerst gering, was zur Stabilität des Ausstoßes beiträgt.
Andererseits liegen einige Satelliten 67, die unmittelbar nach dem Ausstoßtröpfchen 66 existieren, wie in 1C gezeigt, durch den schnellen Meniskuseinzug äußerst nah am Ausstoßtröpfchen vor, und eine Erscheinung tritt auf, in der eine Kraft das Ausstoßtröpfchen 66 durch einen Luftwirbel anzieht, der in hinter dem fliegenden Ausstoßtröpfchen 66 erzeugt wird, so daß eine sogenannte Streifenströmung vorkommt.
Dieses Phänomen wird im Detail beschrieben. In einem herkömmlichen Tintenstrahlkopf bildet ein flüssiges Tröpfchen keine Kugel bei dem Vorgang aus, wenn Tinte aus einer Ausstoßöffnung ausgestoßen wird, sondern wird annähernd in Form einer flüssigen Säule ausgestoßen, die eine kugelförmigen Abschnitt an der Spitze aufweist. Weiterhin ist bekannt, daß wenn ein Endabschnitt sowohl durch das Haupttröpfchen als auch durch den Meniskus gezogen wird und vom Meniskus abgetrennt wird, ein Satellitenpunkt aus dem Endabschnitt gebildet wird, der zusammen mit dem Haupttröpfchen zum Aufzeichnungsmedium fliegt. Da der Satellitenpunkt dem Haupttröpfchen hinterher fliegt, die Ausstoßgeschwindigkeit durch die Anziehung des Meniskus gering ist und die Stelle seiner Ablagerung von der des Haupttröpfchens abweicht, wird die Druckqualität verschlechtert. Im Tintenstrahlkopf gemäß der vorliegenden Erfindung gilt, da eine Kraft, die für die Rückbewegung des Meniskus sorgt, größer ist als die im vorstehend beschriebenen herkömmlichen Tintenstrahlkopf, daß eine Kraft, die den Endabschnitt zieht, nachdem das Haupttröpfchen ausgestoßen wurde, stark ist, wodurch eine den Endabschnitt vom Meniskus abtrennende Kraft stark wird und der Zeittakt für das Abtrennen früher erfolgt. Daher wird ein aus einem Endabschnitt gebildeter Satellitenpunkt klein und der Abstand zwischen dem Haupttröpfchen und dem Satellitenpunkt wird kurz. Darüber hinaus wird, da der Endabschnitt nicht so lange fortgesetzt durch den Meniskus gezogen wird, die Ausstoßgeschwindigkeit nicht verringert, und der Satellit 67 wird durch ein sogenanntes Streifenströmungsphänomen hinter dem Ausstoßtröpfchen 66 hergezogen.
1E zeigt einen Zustand, in dem der Zustand von 1D weiter fortgeschritten ist. Der Satellit 67 bewegt sich weiter nah am Haupttröpfchen 66, wird zur gleichen Zeit angezogen und eine Zugkraft wird durch das Phänomen der Streifenströmung erhöht. Andererseits wird die Bewegung der Tinte von der stromaufwärts gelegenen Seite in Richtung der Ausstoßrichtung 18 nach unten verschoben als eine Anfangsposition durch die Vervollständigung des Schritts für das Ver schwinden der Blase 40 und das Verschiebungsüberschwingen des beweglichen Elements 31, wodurch ein Phänomen erzeugt wird, bei dem die Tinte aus der stromaufwärts gelegenen Seite gezogen wird und in Richtung der Ausstoßöffnung 18 ausgedrückt wird. Ferner wird die Flüssigkeitsströmung in Richtung der Ausstoßöffnung 18 durch die Vergrößerung des Querschnitts des Flüssigkeitsströmungswegs in der Nähe des Anschlags 64 verstärkt und die Rückkehr des Meniskus M zur Ausstoßöffnung 18 wird beschleunigt. Somit wird die Wiederbefüllbarkeit in dieser Ausführungsform beträchtlich verbessert.
Außerdem ist, da der Punkt des Blasenverschwindens und die Ausstoßöffnung 18 geteilt werden durch die Abwärtsbewegung des beweglichen Elements 31 nach der Erzeugung der Kavitation, die erzeugt wird, wenn eine Blase verschwindet, eine Druckwelle aufgrund der Kavitation nicht direkt mit der Ausstoßöffnung 18 verbunden, wobei die Druckwelle in hohem Maße vom beweglichen Element 31 absorbiert wird. Somit wird, da die Erzeugung von Mikrotröpfchen, die als Mikropunkte bezeichnet werden, nur schwerlich aus dem Meniskus hervorgebracht wird, bis zu dem die Druckwelle durch die Kavitation reicht, ein Phänomen bei dem der Mikropunkt sich auf einem Ausdruck ablagert, um die Bildqualität zu verringern oder sich in der Nähe der Ausstoßöffnung 18 ablagert, um den Ausstoß zu destabilisieren, stark verringert.
Darüber hinaus wird, weil der Punkt der Kavitätserzeugung durch das Verschwinden der Blase vom Drehpunkt 33 an der Seite des beweglichen Elements 31 abweicht, die Beschädigung des Heizelements verringert. Außerdem wird die erzwungene Bewegung vermehrter Adhäsionstinte zwischen dem beweglichen Element 31 und dem Heizelement 2 verursacht und die Tinte aus diesem geschlossenen Gebiet entfernt, wodurch die Ausstoßbeständigkeit verbessert wird. Gleichzeitig wird die Ablagerung verbrannter Tinte auf dem Heizelement 2 in diesem Gebiet durch das gleiche Phänomen verringert, wodurch die Ausstoßstabilität verbessert wird.
1F zeigt einen Zustand, in dem der Zustand aus 1E weiter fortgeschritten ist und der Satellit 67 in das Ausstoßtröpfchen 66 eingebaut wird. Der Verbund des Ausstoßtröpfchens 66 mit dem Satelliten 67 ist nicht eine Erscheinung, die für jeden Ausstoß in anderen Ausführungsformen stets ebenso auftritt, sondern kann vorkommen in Abhängigkeit von einer Bedingung oder nicht. Jedoch ist die Menge von Satelliten zumindest verringert oder eliminiert, wodurch die Zielpositionen des Haupttröpfchens und des Satellitenpunktes schwerlich voneinander abweichen auf einem Medium, auf dem aufgezeichnet werden soll und der Einfluß auf die Druckqualität extrem klein wird. Das heißt, die Schärfe eines Bildes wird erhöht und die Druckqualität wird verbessert, und gleichzeitig kann ein nachteiliger Einfluß wie z. B. ein Übergang der Tinte in Nebel, der das Druckmedium und das Innere der Aufzeichnungsvorrichtung beschmutzt, verringert werden.
Demgegenüber erzeugt das bewegliche Element 31 eine Verschiebung in Richtung des Anschlags 64 wieder mittels einer Rückwirkung durch sein Überschwingen. Dieses konvergiert durch die Form und das Elastizitätsmodul des beweglichen Elements 31, die Viskosität der Tinte im Flüssigkeitsströmungsweg und die gedämpfte Schwingung, die durch die spezifische Schwerkraft bestimmt wird, und endet schließlich in der Startposition.
Die Strömung der Tinte von der gemeinsamen Flüssigkeitskammer 13 in Richtung der Ausstoßöffnung 18 wird gesteuert durch die Aufwärtsschwenkung des beweglichen Elements 31, und die Bewegung des Meniskus M konvergiert ohne Verzögerung in der Nähe der Ausstoßöffnung 18. Somit kann ein Faktor für das Erzeugen eines instabilen Ausstoßzustandes und die Verringerung der Druckqualität, wie z. B. das Phänomen des Überschwingens des Meniskus, signifikant verringert werden.
Weitere charakteristische Wirkungen dieser Ausführungsform werden nun beschrieben.
2 ist eine transparente Perspektivansicht des Kopfes, der einen Teil aus 1B darstellt und grundlegend den gleichen Zustand wie 1B zeigt, außer daß nun die Düse zu sehen ist und durch gestrichelte Linien gekennzeichnet wird. In dieser Ausführungsform liegt ein kleiner Abstand vor zwischen beiden Seitenwänden, die den Flüssigkeitsströmungsweg 10 ausbilden, und beiden Seiten des beweglichen Elements 31, was eine reibungslose Verschiebung des beweglichen Elements 31 ermöglicht. Zudem verschiebt die Blase 40 im Wachstumsschritt der Blasenbildung durch das Heizelement 2 das bewegliche Element 31, wobei die Blase über den vorstehend erwähnten Zwischenraum auch zur oberen Oberflächenseite des beweglichen Elements 31 hochsteigt und geringfügig in das Gebiet mit geringem Strömungswegwiderstand 65 eintritt. Die aufgestiegene Blase 41, die in das Gebiet mit geringem Strömungswegwiderstand 65 eingetreten ist, macht eine Kehrtwendung zur Rückseite (die andere Oberfläche, die nicht dem Blasenerzeugungsbereich 11 gegenüberliegt) des beweglichen Elements 31, wodurch eine Abweichung des beweglichen Elements 31 unterdrückt und die Ausstoßeigenschaften stabilisiert werden.
Außerdem unterstützt die aufgestiegene Blase 41 im Blasenauflöseschritt der Blase 40 die Flüssigkeitsströmung vom Gebiet mit geringem Strömungswegwiderstand 65 zum Blasenerzeugungsbereich 11 und vervollständigt unverzüglich das Verschwinden der Blase in Zusammenhang mit dem oben erwähnten schnellen Zurückziehen des Meniskus von der Seite der Ausstoßöffnung 18. Insbesondere werden Blasen kaum in der Ecke des beweglichen Elements 31 oder des Flüssigkeitsströmungswegs 10 durch die Flüssigkeitsströmung gesammelt, die durch die aufgestiegene Blase 41 erzeugt wurde.
Auf diese Art und Weise wird beim Tintenstrahlen mit der oben erwähnten Anordnung ein Ausstoßflüssigkeitströpfchen in einem Zustand ausgestoßen, der einer Flüssigkeitssäule ähnelt, die einen kugelförmigen Abschnitt an der Spitze aufweist, bei einem Vorgang, wenn Tinte durch die Erzeugung ei ner Blase aus einer Ausstoßöffnung ausgestoßen wird. In diesem Fall wird das bewegliche Element durch einen Wachstumsschritt der Blase verschoben, so daß der Flüssigkeitsströmungsweg mit dem Blasenerzeugungsbereich, wenn das verschobene bewegliche Element den regulierenden Abschnitt berührt, mit Ausnahme der Ausstoßöffnung einen im wesentlichen geschlossenen Raum ausbildet. Daher arbeitet, wenn die Blase in diesem Zustand verschwindet, weil der oben erwähnte geschlossene Raum aufrechterhalten wird bis das bewegliche Element vom regulierenden Abschnitt durch das Verschwinden der Blase getrennt wird, fast die gesamte Energie der Blasenauflösung als eine Kraft zur Bewegung der Tinte in die Umgebung der Ausstoßöffnung in die Stromaufwärtsrichtung. Als Ergebnis davon wird der Meniskus unmittelbar nach dem Beginn der Blasenauflösung schnell von der Ausstoßöffnung in den Flüssigkeitsströmungsweg zurück gezogen und die Außenseite der Ausstoßöffnung und das Ausstoßflüssigkeitströpfchen verbinden sich miteinander, wodurch der die Flüssigkeitssäule ausbildende Endabschnitt schnell mit einer starken Kraft durch den Meniskus abgeschnitten wird. Somit wird ein Satellitenpunkt, der sich aus dem Endabschnitt herausbildet, klein gehalten, wodurch eine hohe Genauigkeit des Eintreffens der Tinte beim Hochgeschwindigkeitsdrucken erhalten werden kann und die Druckqualität verbessert werden kann.
Zudem wird, da der Endabschnitt nicht so lange fortgesetzt durch den Meniskus gezogen wird, die Ausstoßgeschwindigkeit nicht verringert und der Abstand zwischen dem ausgestoßenen Tröpfchen und dem Satellitenpunkt verkürzt wird, der Satellit durch ein sogenanntes Streifenströmungsphänomen hinter dem Ausstoßtröpfchen hergezogen. Demzufolge ist die Verbindung des ausgestoßenen Tröpfchens und des Satellitenpunkts ebenfalls möglich, wodurch ein Tintenstrahlkopf geschaffen werden kann, der kaum irgendwelche Satellitenpunkte erzeugt.
Weiterhin kann in dem vorstehend beschriebenen Kopf das bewegliche Element dafür vorgesehen werden, nur ein Blasen wachstum in Stromaufwärtsrichtung hinsichtlich der Strömung der Tinte zur Ausstoßöffnung weisend zu steuern. Eine Anordnung in der das freie Ende des beweglichen Elements im wesentlichen in der Mitte des Blasenerzeugungsbereichs positioniert ist, ist mehr zu bevorzugen. Entsprechend dieser Anordnung kann eine Rückwelle zur stromaufwärts gelegenen Seite und eine Trägheitskraft der Tinte, die auf das Wachstum der Blase zurückzuführen ist, welche nicht direkt mit dem Ausstoß der Tinte in Beziehung stehen, unterdrückt werden und eine Wachstumskomponente auf der stromabwärts gelegenen Seite der Blase kann ohne Probleme in Richtung der Ausstoßöffnung ausgerichtet werden.
Weiterhin kann im vorstehend beschriebenen Kopf eine Anordnung angewendet werden, in welcher der Strömungswegwiderstand des Flüssigkeitsströmungswegs auf der entgegengesetzten Seite der Ausstoßöffnung quer zum regulierenden Abschnitt gering ist. Gemäß dieser Anordnung wächst die Bewegung der Tinte in Stromaufwärtsrichtung durch das Wachstum der Blase zu einer starken Strömung an aufgrund des Flüssigkeitsströmungswegs mit einem geringen Strömungswegwiderstand, so daß wenn das verschobene bewegliche Element den regulierenden Abschnitt berührt, das bewegliche Element einer Spannung in der Form ausgesetzt ist, daß es in die Stromaufwärtsrichtung gezogen wird. Infolgedessen kann, selbst wenn die Auflösung der Blase in diesem Zustand begonnen wird, da die Antriebskraft der Tinte in Stromaufwärtsrichtung aufgrund des Blasenwachstums in hohem Maße übriggeblieben ist, das bewegliche Element 31 den oben erwähnten geschlossenen Raum für eine festgelegte Zeitperiode aufrechterhalten bis die Abstoßung des beweglichen Elements diese Tintenantriebskraft übersteigt. Das heißt, daß in Übereinstimmung mit dieser Anordnung das Ziehen eines hohen Meniskus weiterhin gewährleistet ist. Des Weiteren wird, wenn das Verschwinden der Blase fortschreitet und die Abstoßung des beweglichen Elements die Tintenantriebskraft in der Stromaufwärtsrichtung durch das Wachstum der Blase überschreitet, das bewegliche Element nach unten verschoben, um in den Anfangszustand zurückzukehren, auch gefolgt von einer Strömung in die Stromabwärtsrichtung in das Gebiet mit geringem Strömungswegwiderstand. Da die Strömung auf der stromabwärts gelegenen Seite im Gebiet mit geringem Strömungswegwiderstand einen geringen Strömungswegwiderstand aufweist, schwillt sie zu einer starken Strömung an, die über den regulierenden Abschnitt in den Flüssigkeitsströmungsweg einströmt. Als Ergebnis wird das oben beschriebene Ziehen des Meniskus schnell abgebremst durch die Bewegung der Flüssigkeit in Stromabwärtsrichtung zur Ausstoßöffnung weisend, wodurch Schwingungen des Meniskus mit einer hohen Geschwindigkeit gedämpft werden können.
Weiterhin ist der regulierende Abschnitt nicht auf jene begrenzt, die in den oben erwähnten Ausführungsformen angezeigt sind so lang wie er einen Zustand ausbilden kann, in dem eine Komponente auf der stromaufwärts gelegenen Seite einer maximalen Blase im wesentlichen fixiert ist.
[Bewegliches Element]
Die 3A bis 3C zeigen andere Formen des beweglichen Elements 31. 3A zeigt das bewegliche Element 31 in einer rechteckigen Form, 3B zeigt das bewegliche Element 31 in einer Form, die eine verengte Endseite aufweist und die Bewegung des beweglichen Elements leicht macht, und 3C zeigt das bewegliche Element 31 in einer Form, die eine aufgeweitete Endseite aufweist und die Steifigkeit des beweglichen Elements verbessert.
Das bewegliche Element 31 kann z. B. aus Nickel mit einer Dicke von 5 μm hergestellt werden. Das bewegliche Element 31 ist jedoch nicht darauf beschränkt und kann aus irgendeinem Material hergestellt werden so lange es lösemittelbeständig gegen die Ausstoßflüssigkeit ist und eine Elastizität aufweist, die für den Betrieb als bewegliches Element zufriedenstellend ist. Als Material für das bewegliche Element 31 sind geeignet Metalle mit hoher Beständigkeit wie Silber, Nickel, Gold, Eisen, Titan, Aluminium, Platin, Tantal, rost freier Stahl und Phosphor-Bronze und Legierungen dieser Metalle, oder Kunstharze mit Nitrilgruppe wie z. B. Acrylnitril, Butadien und Styrol, ein Kunstharz mit Karboxylgruppe wie z. B. Polykarbonat, ein Kunstharz mit Aldehylgruppe wie z. B. Polyacetale, ein Kunstharz mit Sulfongruppe wie z. B. Polysulfon, ein Kunstharz wie z. B. Flüssigkristallpolymer und Verbindungen aus diesen Kunstharzen; Metalle mit hoher Anti-Tinte-Beständigkeit wie z. B. Gold, Wolfram, Tantal, Nickel, rostfreier Stahl und Titan und Legierungen dieser Metalle, ein Kunstharz, das mit diesen Metallen oder Legierungen für die Anti-Tinte-Beständigkeit auf seiner Oberfläche beschichtet ist oder das eine Amidgruppe wie z. B. Polyamid aufweist, ein Kunstharz mit Aldehydgruppe wie z. B. Polyacetal, ein Kunstharz mit Ketongruppe wie z. B. Polyether-Etherketon, ein Kunstharz mit Imidgruppe wie z. B. Polyimid, ein Kunstharz mit Hydroxylgruppe wie z. B. Phenolkunstharz, ein Kunstharz mit Äthylgruppe wie z. B. Polyäthylen, ein Kunstharz mit Alkylgruppe wie z. B. Polypropylen, ein Kunstharz mit Epoxygruppe wie z. B. Epoxydkunstharz, ein Kunstharz mit Aminogruppe wie z. B. Melaminkunstharz, ein Kunstharz mit Methylolgruppe wie z. B. Xylenkunstharz und Verbindungen aus diesen Kunstharzen; und eine Keramik wie z. B. Siliziumdioxid und Siliziumnitrid und deren Verbindungen. Die Dicke des beweglichen Elements 31 hat die Größenordnung von μm.
Anordnungsbeziehungen zwischen dem Heizelement und dem beweglichen Element werden nachfolgend beschrieben. Es ist möglich, die Strömung der Flüssigkeit zum Zeitpunkt der Blasenbildung durch das Heizelement einzustellen und zu steuern und dies wirksam zu nutzen durch eine optimale Anordnung des Heizelements und des beweglichen Elements.
Es gibt einen herkömmlichen Stand der Technik für ein Tintenstrahlaufzeichnungsverfahren zur Erzeugung einer Zustandsänderung, die eine drastische Volumenänderung (Erzeugung von Blasen) in der Tinte durch Energiezufuhr wie Wärme in die Tinte umfaßt, so daß die Tinte durch eine Ausstoßöff nung ausgestoßen wird durch die Wirkung einer Kraft, die aus dieser Zustandsänderung herrührt, und bewirkt, daß die Tinte sich auf einem Aufzeichnungsmedium abscheidet und ein Bild formt, die ein sogenanntes Blasenstrahlaufzeichnungsverfahren ist. Es ist erkennbar, daß in diesem herkömmlichen Stand der Technik, obwohl die Fläche des Heizelements und die ausgestoßene Menge der Tinte in einer proportionalen Beziehung stehen, eine für die Blasenbildung unwirksame Fläche S existiert, die nicht zur Ausstoßung der Tinte beiträgt. Außerdem wird aus einem Zustand verbrannter Tinte (kogation) am Heizelement erkannt, daß diese für die Blasenbildung unwirksame Fläche S rund um das Heizelement vorliegt. Diese Ergebnisse lassen annehmen, daß ein Abschnitt von annähernd 4 μm Breite vom Außenrand des Heizelements an nicht in die Blasenbildung einbezogen ist.
Daher ist, um einen Blasenbildungsdruck wirksam anzuwenden, ein Abschnitt unmittelbar über einer für die Blasenbildung wirksamen Fläche annähernd 4 μm oder mehr innerhalb des Rands des Heizelements eine wirksam auf das bewegliche Element einwirkende Fläche. Im Fall der vorliegenden Erfindung ist es sehr wichtig, daß indem die Aufmerksamkeit auf die Einteilung eines Zustands gerichtet wird, der für die Bewegung der Blasen zur stromaufwärts gelegenen Seite und zur stromabwärts gelegenen Seite eines im wesentlichen zentralen Gebiets des Blasenerzeugungsbereichs (und zwar eines Gebiets von annähernd ± 10 μm in Strömungsrichtung der Flüssigkeit von der Mitte aus gesehen) verantwortlich ist, um unabhängig auf die Flüssigkeitsströmung innerhalb des Flüssigkeitsströmungswegs und einen Zustand für die Erzeugung von künstlichen Wirkungen einzuwirken, das bewegliche Element so angeordnet ist, daß nur der Anteil des zentralen Gebiets dem beweglichen Element gegenübersteht. Obwohl für diese Ausführungsform angenommen wird, daß die für die Blasenbildung wirksame Fläche ungefähr 4 μm oder mehr vom Rand des Heizelements nach innen liegt, ist es nicht darauf beschränkt abhängig von einem Typ oder einem Herstellungsverfahren des Heizelements.
[Elementunterlage]
Nun wird ein Aufbau einer Elementunterlage beschrieben. 4A und 4B zeigen vertikale Querschnittansichten des Flüssigkeitsausstoßkopfes der vorliegenden Erfindung. 4A zeigt den Kopf mit einem Schutzfilm, der später beschrieben wird und 4B zeigt den Kopf ohne Schutzfilm. Die Deckplatte 50, die mit einer Nut ausgestattet ist, die den Flüssigkeitsströmungsweg 10 ausbildet, die Ausstoßöffnung 18, die mit dem Flüssigkeitsströmungsweg 10 verbunden ist, das Gebiet mit geringem Strömungswegwiderstand 65 und die gemeinsame Flüssigkeitskammer 13 sind auf der Elementunterlage 1 angeordnet.
Eine Siliziumoxid-Schicht oder eine Siliziumnitrid-Schicht 106 ist zur Isolation und zur Wärmespeicherung auf einer aus Silizium oder dergleichen hergestellten Unterlage 107 ausgebildet. Auf der Schicht sind, wie in 4A gezeigt, eine aus Hafniumborid (HfB₂), Tantalnitrid (TaN), Tantalaluminum (TaAl) oder ähnlichem hergestellte elektrische Widerstandsschicht 105 (0,01 bis 0,2 μm Dicke) und Leitungselektroden 104 (0,2 bis 1,0 μm Dicke), die aus Aluminium oder dergleichen bestehen, ausgebildet.
Eine Spannung wird über die Leitungselektroden 104 an die Widerstandsschicht 105 angelegt, so daß ein Strom durch die Widerstandsschicht 105 fließt und dadurch die Widerstandsschicht 105 erwärmt wird. Eine aus Siliziumdioxid, Siliziumnitrid oder dergleichen bestehende Schutzschicht 103 ist auf der Widerstandsschicht 105 mit einer Dicke von 0,1 bis 2,0 μm zwischen den Leitungselektroden ausgebildet, und eine aus Tantal oder ähnlichem Material hergestellte Anti-Kavitationsschicht 102 (0,1 bis 0,6 μm Dicke) ist darauf ausgebildet, wodurch die Widerstandsschicht 105 vor verschiedenen Flüssigkeiten wie z. B. Tinte geschützt ist.
Insbesondere wird, da ein Druck und eine Druckwelle, welche bei der Bildung von Blasen oder der Blasenauflösung erzeugt werden, sehr stark sind, eine extrem sinkende Haltbarkeit des Oxidfilms vorliegt, der hart aber leicht zerbrechlich ist, Tantal (Ta) oder ähnliche metallische Materialien als Anti-Kavitationsschicht 102 verwendet.
Zudem kann die Elementunterlage einen Aufbau aufweisen, in dem die Schutzschicht 103 auf der vorstehend erwähnten Widerstandsschicht 105 nicht erforderlich ist in Abhängigkeit von der Kombination der Flüssigkeit, der Anordnung des Flüssigkeitsströmungswegs und des Widerstandsmaterials. Ein Beispiel dieses Aufbaus ist in 4B gezeigt. Als Material für solch eine Widerstandsschicht 105, die keine Schutzschicht 103 erfordert, bietet sich eine Iridium-Tantal-Aluminium-Legierung oder dergleichen an.
Wie vorstehend beschrieben, kann der Aufbau eines Heizelements nur die Widerstandsschicht (Heizabschnitt) zwischen den Elektroden beinhalten oder kann auch zusätzlich die Schutzschicht für den Schutz der Widerstandsschicht umfassen.
[Seitenschießtyp]
Nachfolgend wird ein Kopf des Seitenschießtyps beschrieben, in dem sich ein Heizelement und eine Ausstoßöffnung einander gegenüberstehen und für das die mit Bezug auf die 1A bis 1F und 2 beschriebenen Prinzipien des Tintenausstoßes angewendet werden. 5A und 5B sind Ansichten zur Darstellung dieses Kopfes des Seitenschießtyps.
In 5A und 5B sind das Heizelement 2 auf der Elementunterlage 1 und die in der Deckplatte 50 ausgebildete Ausstoßöffnung 18 so angeordnet, daß sie sich gegenüber stehen. Die Ausstoßöffnung 18 steht quer über das Heizelement 2 mit dem Flüssigkeitsströmungsweg 10 in Verbindung. In der Umgebung einer Ebene, in der sich das Heizelement 2 und die Tinte berühren, liegt ein Blasenerzeugungsbereich vor. Die beiden beweglichen Elemente 31 sind auf der Elementunterlage 1 angeordnet, wobei jede der beiden so ausgebildet ist, daß sie flach und symmetrisch sind hinsichtlich einer Ebene, die durch die Mitte des Heizelements durchführt. Die freien En den der beweglichen Elemente 31 sind so angeordnet, daß sie sich auf dem Heizelement 2 gegenüberliegen. Darüber hinaus weist jedes bewegliche Element 31 eine gleich große Projektionsfläche zum Heizelement 2 auf und die freien Enden der beweglichen Elemente 31 sind durch ein gewünschtes Maß voneinander getrennt. Hierbei sind, wenn angenommen wird, daß die beweglichen Elemente durch eine Trennwand einer Ebene, die durch die Mitte des Heizelements hindurchführt, unterteilt sind, die beweglichen Elemente so angeordnet, daß deren freie Enden um die Mitte jedes Teils des unterteilten Heizelements angeordnet sind. In der Abbildung kennzeichnet das Bezugszeichen CP die zentrale Ebene.
Die Anschläge 64 zur regulierenden Verschiebung jedes beweglichen Elements 31 innerhalb eines bestimmten Bereichs sind an der Deckplatte 50 angeordnet. In der Strömung von der gemeinsamen Flüssigkeitskammer 13 zur Ausstoßöffnung 18 sind die Gebiete mit geringem Strömungswegwiderstand 65, in denen der Strömungswegwiderstand relativ klein ist im Vergleich mit dem Flüssigkeitsströmungsweg 10, auf der stromaufwärts gelegenen Seite quer über die Anschläge 64 angeordnet. Eine Strömungsweganordnung in diesen Gebieten 65 weist einen Strömungswegquerschnitt auf, der größer ist als der des Flüssigkeitsströmungswegs 10, wodurch der durch den Strömungsweg verursachte Widerstand in Bezug auf die Bewegung der Tinte verringert wird.
Charakteristische Vorgänge und Wirkungen in Übereinstimmung mit dem Aufbau dieser Ausführungsform werden nun beschrieben.
5A zeigt einen Zustand, in dem ein Teil der Tinte, der das Innere des Blasenerzeugungsbereichs 11 ausfüllt, durch das Heizelement 2 erwärmt wird und die Blase 40 infolge der Filmverdampfung auf ihre maximale Größe angewachsen ist. Zu diesem Zeitpunkt bewegt sich die Tinte im Flüssigkeitsströmungsweg 10 in die Richtung der Ausstoßöffnung 18 durch einen Druck, der auf der Erzeugung der Blase 40 basiert, wobei jedes bewegliche Element 31 durch das Wachstum der Blase 40 verschoben wird und das ausgestoßene Tröpfchen 66 dabei ist, aus der Ausstoßöffnung 18 heraus zu drängen. Hierbei verstärkt sich die Bewegung der Tinte in Richtung der gemeinsamen Flüssigkeitskammer 13 durch das jeweilige Gebiet mit geringem Strömungswegwiderstand 65 zu einer bedeutenden Strömung. Da jedoch, wenn die beiden beweglichen Elemente 31 zu einer Position verschoben werden, bei der sie sich an die Anschläge 64 annähern oder sie berühren, die weitere Verschiebung geregelt wird, wird dort die Bewegung der Tinte in Richtung der gemeinsamen Flüssigkeitskammer 13 signifikant begrenzt. Gleichzeitig wird das Wachstum der Blase 40 auf der stromaufwärts gelegenen Seite durch die beweglichen Elemente eingeschränkt. Da jedoch die bewegende Kraft der Tinte in Stromaufwärtsrichtung groß ist, tritt ein Teil der Blase 40, die durch das bewegliche Element 31 am Wachsen gehindert wird, durch die Lücke zwischen den Seitenwänden, die den Flüssigkeitsströmungsweg 10 ausbilden, und den Seiten der beweglichen Elemente 31 hindurch und steigt auf die obere Oberflächenseite der beweglichen Elemente 31 hoch. Das heißt, ein Teil der Blase bildet die hochgestiegene Blase 41 aus.
Wenn die Kontraktion der Blase 40 nach dem Filmverdampfen beginnt, bleiben die beweglichen Elemente 31, da die Kraft der Tinte in Stromaufwärtsrichtung zu diesem Zeitpunkt noch in hohem Maße vorhanden ist, immer noch in Kontakt mit den Anschlägen 64, und das Zusammenziehen der Blase 40 verursacht in den meisten Fällen eine Flüssigkeitsbewegung von der Ausstoßöffnung 18 in Stromaufwärtsrichtung. Daher wird der Meniskus größtenteils in den Flüssigkeitsströmungsweg 10 gezogen, so daß die mit dem ausgestoßenen Flüssigkeitströpfchen 66 verbundene Flüssigkeitssäule mit einer großen Kraft schnell abgeschnitten wird. Als Ergebnis wird eine Menge des aus der Ausstoßöffnung 18 herausgelassenen Flüssigkeitströpfchens, d. h. ein Satellit verringert.
Wenn der Vorgang des Verschwindens der Blase fast abgeschlossen ist, übersteigt der Rückstoß (Wiederherstellungskraft) der beweglichen Elemente 31 die bewegende Kraft in Stromaufwärtsrichtung der Tinte in jedem Gebiet mit geringem Strömungswegwiderstand 65, so daß die Abwärtsverschiebung der beweglichen Elemente 31 und die nachfolgende Strömung in Stromabwärtsrichtung in den Gebieten mit geringem Strömungswegwiderstand 65 eingeleitet werden. Gleichzeitig vergrößert sich, da der Strömungswegwiderstand klein ist, die Strömung in Stromabwärtsrichtung in den Gebieten mit geringem Strömungswegwiderstand 65 rasch zu einer starken Strömung, die über die Anschläge 64 hinweg in den Flüssigkeitsströmungsweg 10 einfließt. In 5B ist die Flüssigkeitsströmung beim Vorgang des Verschwindens der Blase 40 durch die Bezugszeichen A und B gekennzeichnet. Die Flüssigkeitsströmung A bezeichnet eine Komponente der Tinte aus der gemeinsamen Flüssigkeitskammer 13, die über die obere Oberflächenseite (diejenige Oberfläche, die nicht dem Heizelement gegenübersteht) der beweglichen Elemente 31 in Richtung der Ausstoßöffnung 18 fließt, und die Flüssigkeitsströmung B bezeichnet eine Komponente, die über beide Seiten der beweglichen Elemente 31 und über das Heizelement 2 fließt.
Wie vorstehend beschrieben, wird die auszustoßende Tinte aus dem Gebiet mit geringem Strömungswegwiderstand 65 zugeführt, wodurch die Wiederbefüllbarkeit eine hohe Geschwindigkeit erreicht. Darüber hinaus wird, da der Strömungswegwiderstand in der gemeinsamen Flüssigkeitskammer 13, die neben dem Gebiet mit geringem Strömungswegwiderstand 65 liegt, kleiner ist, ein schnelleres Wiederbefüllen ermöglicht.
Zudem fördert die hochgehobene Blase 41 beim Vorgang des Verschwindens der Blase 40 die Flüssigkeitsströmung von jedem der Gebiete mit geringem Strömungswegwiderstand 65 zum Blasenerzeugungsbereich 11, um das Verschwinden der Blase zu vervollständigen in Verbindung mit dem oben erwähnten schnellen Ziehen des Meniskus von der Seite der Ausstoßöffnung 18. Insbesondere werden die Blasen durch die Flüssig keitsströmung, die durch die hochgehobene Blase 41 erzeugt wird, kaum in den Ecken der beweglichen Elemente 31 oder des Flüssigkeitsströmungswegs 10 angesammelt.
[Ausstoßflüssigkeit]
Als Flüssigkeitstyp für die Aufzeichnung (Aufzeichnungsflüssigkeit) kann Tinte mit einer Zusammensetzung verwendet werden, wie sie auch in herkömmlichen Blasenstrahlvorrichtungen benutzt wird. Zudem können auch Flüssigkeiten verwendet werden wie z. B. Flüssigkeiten mit geringfügigen Sprudeleigenschaften, die in der Vergangenheit schwer für das Ausstoßen geeignet waren, Flüssigkeiten, die leicht durch Hitze zerfallen oder sich verschlechtern und Flüssigkeiten mit hoher Viskosität.
Es ist jedoch wünschenswert, daß die Flüssigkeit als Ausstoßflüssigkeit nicht das Ausstoßen, die Blasenbildung, die Bewegung des beweglichen Elements oder dergleichen in der Ausstoßflüssigkeit verhindert.
Als Ausstoßflüssigkeit zur Aufzeichnung kann hochviskose Tinte oder dergleichen verwendet werden.
In der vorliegenden Erfindung wird weiterhin Tinte der folgenden Zusammensetzungen als auszustoßende Aufzeichnungsflüssigkeit verwendet, um ein Bild aufzuzeichnen. Da die Ausstoßgeschwindigkeit der Tinte durch die Erhöhung der Ausstoßkraft vergrößert wird, wird die Präzision der Flüssigkeitströpfchen verbessert und ein sehr zufriedenstellendes, aufgezeichnetes Bild kann erzielt werden.
Als spezifische Beispiele für die Tinte seien folgende Tintenarten aufgeführt.
[Pigmentdispergierte Flüssigkeit A]
1,58 g Anthranilsäure wird einer Lösung von 5 g in 5,3 g Wasser aufgelöster konzentrierter Salzsäure bei einer Temperatur von 5 °C hinzugegeben. Eine Lösung von 1,78 g Natrium nitrit, aufgelöst in 8,7 g Wasser bei 5 °C, wird der obigen Lösung hinzugefügt unter Umgebungsbedingungen, bei denen stets 10 °C oder weniger beibehalten werden durch Rühren in einem Eisbad. Nach dem Rühren über eine Zeit von 15 Minuten, werden 7 g Carbon Black mit einem Oberflächeninhalt von 220 m²/g und eine DBP-ölabsorbierende Menge von 105 ml/100 g in einem gemischten Zustand hinzugefügt. Danach wird die Flüssigkeit für weitere 15 Minuten verrührt. Ein resultierender Schlamm wird mittels Toyo-Filterpapier Nr. 2 (hergestellt durch Advantice) gefiltert und die Pigmentteilchen werden ausreichend ausgewaschen und in einem Ofen bei 110 °C getrocknet. Dann wird Wasser zu diesem Pigment hinzugefügt, um eine Pigmentlösung mit einer 10-Masse%ige Pigmentkonzentration zuzubereiten.
Weiterhin wurde für das wie oben beschrieben zubereitete selbstausbreitende Carbon Black eine Konzentration der hydrophilen Gruppe auf die folgende Art und Weise ein Wert von 2,6 μmol/m² gemessen. Bei diesem Meßverfahren wird die Konzentration der Natriumionen mittels eines Ionenmeters (hergestellt durch DKK) gemessen und anschließend in die Konzentration der hydrophilen Gruppe konvertiert. Dann wird das Ionenaustausch-Verfahren angewendet, um Natriumionen gegen Ammoniumionen zu ersetzen, wodurch die pigmentdispergierte Flüssigkeit A mit dem darin verteilten selbstausbreitenden Carbon Black, auf dessen Oberfläche eine -Ph-COONH₄-Gruppe eingesetzt wurde, erhalten wird.
[Pigmentdispergierte Flüssigkeit B]
1,58 g Anthranilsäure wird einer Lösung von 5 g in 5,3 g Wasser aufgelöster konzentrierter Salzsäure bei einer Temperatur von 5 °C hinzugegeben. Eine Lösung von 1,78 g Natriumnitrit, aufgelöst in 8,7 g Wasser bei 5 °C, wird der obigen Lösung hinzugefügt unter Umgebungsbedingungen, bei denen stets 10 °C oder weniger beibehalten werden durch Rühren in einem Eisbad. Nach dem Rühren über eine Zeit von 15 Minuten, werden 8 g Carbon Black mit einem Oberflächeninhalt von 220 m²/g und eine DBP-ölabsorbierende Menge von 105 ml/100 g in einem gemischten Zustand hinzugefügt. Danach wird die Flüssigkeit für weitere 15 Minuten verrührt. Ein resultierender Schlamm wird mittels Toyo-Filterpapier Nr. 2 (hergestellt durch Advantice) gefiltert und die Pigmentteilchen werden ausreichend ausgewaschen und in einem Ofen bei 110 °C getrocknet. Dann wird Wasser zu diesem Pigment hinzugefügt, um eine Pigmentlösung mit einer 10-Masse%ige Pigmentkonzentration zuzubereiten.
Weiterhin wurde für das wie oben beschrieben zubereitete selbstausbreitende Carbon Black eine Konzentration der hydrophilen Gruppe auf die wie vorstehend beschriebene Art und Weise ein Wert von 1,6 μmol/m² gemessen. Bei diesem Meßverfahren wird die Konzentration der Natriumionen mittels eines Ionenmeters (hergestellt durch DKK) gemessen und anschließend in die Konzentration der hydrophilen Gruppe konvertiert. Dann wird das Ionenaustausch-Verfahren angewendet, um Natriumionen gegen Ammoniumionen zu ersetzen, wodurch die pigmentdispergierte Flüssigkeit B mit dem darin verteilten selbstausbreitenden Carbon Black, auf dessen Oberfläche eine -Ph-COONH₄-Gruppe eingesetzt wurde, erhalten wird.
[Spezifisches Beispiel 1]
Die folgenden Komponenten werden gemischt, hinreichend umgerührt und aufgelöst, dann unter Druck gesetzt und gefiltert durch einen Mikrofilter mit der Porengröße 3,0 μm (hergestellt durch Fuji Film), wodurch die Tinte der vorliegenden Erfindung zubereitet wird.

Zusammensetzung des vorstehend erwähnten Pigments:

dispergierte Flüssigkeit A	45 Teile
Trimethylolpropan	6 Teile
Glyzerin	6 Teile
Diethylenglykol	6 Teile
Acethylenglykoletylenoxid-Addukt
(Produktname: Acetylenol EH)	0,2 Teile
Kaliumhydroxid	0,06 Teile
Wasser	36,74 Teile

[Spezifisches Beispiel 2]
Die folgenden Komponenten werden gemischt, hinreichend umgerührt und aufgelöst, dann unter Druck gesetzt und gefiltert durch einen Mikrofilter mit der Porengröße 3,0 μm (hergestellt durch Fuji Film), wodurch die Tinte der vorliegenden Erfindung zubereitet wird.

Zusammensetzung des vorstehend erwähnten Pigments:

dispergierte Flüssigkeit A	45 Teile
Kaliumbenzoat	1,7 Teile
Trimethylolpropan	6 Teile
Glyzerin	6 Teile
Diethylenglykol	6 Teile
Acethylenglykoletylenoxid-Addukt
(Produktname: Acetylenol EH)	0,2 Teile
Wasser	35,1 Teile

[Spezifisches Beispiel 3]
Die folgenden Komponenten werden gemischt, hinreichend umgerührt und aufgelöst, dann unter Druck gesetzt und gefiltert durch einen Mikrofilter mit der Porengröße 3,0 μm (hergestellt durch Fuji Film), wodurch die Tinte der vorliegenden Erfindung zubereitet wird.

Zusammensetzung des vorstehend erwähnten Pigments:

dispergierte Flüssigkeit B	45 Teile
Kaliumbenzoat	1,7 Teile
Trimethylolpropan	6 Teile
Glyzerin	6 Teile
Diethylenglykol	6 Teile
Acethylenglykoletylenoxid-Addukt
(Produktname: Acetylenol EH)	0,2 Teile
Wasser	35,1 Teile

[Spezifisches Beispiel 4]
Die folgenden Komponenten werden gemischt, hinreichend umgerührt und aufgelöst, dann unter Druck gesetzt und gefiltert durch einen Mikrofilter mit der Porengröße 3,0 μm (hergestellt durch Fuji Film), wodurch die Tinte der vorliegenden Erfindung zubereitet wird.

Zusammensetzung des vorstehend erwähnten Pigments:

dispergierte Flüssigkeit A	45 Teile
Ammoniumbenzoat	0,7 Teile
Kaliumbenzoat	0,9 Teile
Trimethylolpropan	6 Teile
Glyzerin	6 Teile
Diethylenglykol	6 Teile
Acethylenglykoletylenoxid-Addukt
(Produktname: Acetylenol EH)	0,2 Teile
Wasser	35,2 Teile

[Aufbau des Flüssigkeitsausstoßkopfes]
6 zeigt ein Beispiel einer Tintenkassette 45, die Tinte enthält, die über ein Tintenzuführelement, z. B. eine Röhre, einem Aufzeichnungskopf zugeführt wird. Hierbei bezeichnet das Bezugszeichen 43 einen Tinte enthaltenden Abschnitt, z. B. einen Tintenbeutel, der die zuzuführende Tinte enthält, und die Verschlußkappe 42 aus Gummi ist an dessen oberen Ende angeordnet. Eine Nadel (nicht gezeigt) wird in diese Verschlußkappe 42 einführt, wodurch die Tinte im Tintenbeutel 43 zur Verfügung steht für die Zufuhr zum Kopf. Das Bezugszeichen 44 bezeichnet einen Tintenabsorber zum Aufnehmen von Tintenresten. Der Tinte enthaltende Abschnitt weist bevorzugt eine Flüssigkeitskontaktoberfläche, welche die Tinte berührt, auf, die aus Polyolefinen, insbesondere aus Polyethylen besteht.
Das Kopfteil, das in der vorliegenden Erfindung zum Einsatz gelangt, kann nicht nur in einer Aufzeichnungseinheit verwendet werden, die wie vorstehend beschrieben eine separat vom Kopf vorliegende Tintenkassette aufweist, sondern in einer Aufzeichnungseinheit, in der diese Teile als integrierte Bauform vorliegen. In 7 bezeichnet das Bezugszeichen 70 eine Aufzeichnungseinheit, in der z. B. ein Tinte enthaltender Abschnitt und ein Tintenabsorber beherbergt ist. Die Aufzeichnungseinheit ist so aufgebaut, daß die in solch einem Tintenabsorber enthaltene Tinte als Tintentröpfchen ausgestoßen wird von einem Kopfabschnitt 71, der eine Vielzahl von Öffnungen aufweist. Vorzugsweise wird für die vorliegende Erfindung Polyurethan als Material für den Tintenabsorber verwendet.
[Flüssigkeitsausstoßvorrichtung]
9 zeigt einen schematischen Aufbau einer Flüssigkeitsausstoßvorrichtung, auf der ein Flüssigkeitsausstoßkopf mit der in den 1A bis 1F dargestellten Bauform befestigt ist. In dieser Ausführungsform wird im Besonderen ein Tintenausstoßaufzeichnungsgerät beschrieben, das Tinte als Ausstoßflüssigkeit verwendet. Ein Schlitten HC der Flüssigkeitsausstoßvorrichtung ist mit einer Kopfkassette ausgestattet, an der eine Flüssigkeitstankeinheit 90 zur Aufbewahrung der Tinte und eine Flüssigkeitsausstoßkopfeinheit 200 abnehmbar angebracht sind. Der Schlitten HC bewegt sich hin und her in Richtung der Breite eines Mediums 150, auf dem aufgezeichnet wird, wie z. B. Aufzeichnungspapier, das durch eine Mediumbeförderungsvorrichtung befördert wird.
Wenn ein Steuersignal zur Flüssigkeitsausstoßvorrichtung auf dem Schlitten von einer nicht gezeigten Steuersignalgebervorrichtung bereitgestellt wird, wird die Aufzeichnungsflüssigkeit als Reaktion auf dieses Signal aus dem Flüssigkeitsausstoßkopf zum aufzuzeichnenden Medium ausgestoßen.
Außerdem weist die Flüssigkeitsausstoßvorrichtung dieser Ausführungsform einen Motor 111 als Antriebsquelle für den Antrieb der Beförderungsvorrichtung für das aufzuzeichnende Medium und den Schlitten auf, weiterhin Zahnräder 112 und 113 zur Übertragung von Kraft von der Antriebsquelle zum Schlitten, eine Schlittenwelle 115 und dergleichen. Mit diesem Aufzeichnungsgerät und einem Verfahren zum Ausstoßen der Flüssigkeit unter Verwendung dieses Aufzeichnungsgeräts wur de ein Ausdruck eines zufriedenstellenden Bildes erfolgreich erhalten durch das Ausstoßen von Flüssigkeit auf verschiedene zu beschreibende Medien.
10 ist ein Blockdiagramm der gesamten Vorrichtung, das dafür sorgt, daß das Tintenausstoßaufzeichnungsgerät mit dem Verfahren des Ausstoßens der Flüssigkeit und dem Flüssigkeitsausstoßkopf der vorliegenden Erfindung arbeitet.
Das Aufzeichnungsgerät empfängt Druckinformationen von einem Hostrechner 300 in Form eines Steuersignals. Die Druckinformation wird zeitweilig in einer Eingabe/Ausgabe-Schnittstelle 301 innerhalb des Aufzeichnungsgeräts gespeichert und gleichzeitig zu Daten konvertiert, die im Aufzeichnungsgerät verarbeitet und in eine CPU 302, die auch als Signalgebervorrichtung für die Kopfsteuerung dient, eingegeben werden können. Die CPU 302 verarbeitet die in die CPU 302 eingegebenen Daten unter Verwendung peripherer Einheiten wie ein RAM 304, um sie in Daten zu konvertieren, die gedruckt werden können (Bilddaten) auf der Grundlage eines Steuerprogramms, das in einem ROM 303 gespeichert ist.
Darüber hinaus bereitet die CPU 302, um die Bilddaten in einer geeigneten Position auf dem Aufzeichnungsblatt aufzuzeichnen, die Steuerdaten auf für die Steuerung eines Antriebsmotors zur Bewegung eines Aufzeichnungsblatts und eines Aufzeichnungskopfs synchron mit den Bilddaten. Die Bilddaten und die Motorsteuerdaten werden zum Kopf 200 und zu einem Antriebsmotor 306 mittels eines Kopftreibers 307 bzw. eines Motortreibers 305 übertragen, so daß durch eine zeitliche Steuerung ein Bild erzeugt wird.
Als Medium, auf das aufgezeichnet werden kann, das für das vorstehend beschriebene Aufzeichnungsgerät anwendbar ist und für das eine Flüssigkeit wie Tinte verwendbar ist, können verschiedene Arten von Papier, OHP-Folien, für CD's nutzbare Plastikmaterialien, Zierplatten oder ähnliches, Gewebe, ein metallisches Material wie z. B. Aluminium und Kupfer, ein Ledermaterial wie z. B. Rindsleder, Schweinehaut, Kunstle der, ein Holzmaterial wie z. B. Holz und Sperrholz, ein Bambusmaterial, ein keramisches Material wie z. B. Fliesen, dreidimensionale Strukturen wie z. B. Schwamm und dergleichen verwendet werden.
Außerdem schließt das vorstehend beschriebene Aufzeichnungsgerät ein eine Druckvorrichtung zur Aufzeichnung eines Bildes auf verschiedenen Arten von Papier, OHP-Folien oder dergleichen, eine Aufzeichnungsvorrichtung für als CD's nutzbare Plastikmaterialien zur Aufzeichnung eines Bildes darauf, Zierplatten oder ähnliches, Gewebe, eine Aufzeichnungsvorrichtung für Metalle zur Aufzeichnung eines Bildes auf einer Metallplatte, eine Aufzeichnungsvorrichtung für Leder zur Aufzeichnung eines Bildes auf Leder, eine Aufzeichnungsvorrichtung für Leder zur Aufzeichnung eines Bildes auf Leder, eine Aufzeichnungsvorrichtung für Holzmaterial zur Aufzeichnung eines Bildes auf Holz, eine Aufzeichnungsvorrichtung für Keramik zur Aufzeichnung eines Bildes auf Keramik, eine Aufzeichnungsvorrichtung für die Aufzeichnung eines Bildes auf dreidimensionalen, netzartigen Strukturen wie z. B. Schwamm, eine Textildruckvorrichtung zur Aufzeichnung eines Bildes auf Gewebe und dergleichen.
Zudem ist als in dieser Flüssigkeitsausstoßvorrichtung zu verwendende Ausstoßflüssigkeit die Verwendung einer Flüssigkeit hinreichend, die an jedes Medium, auf das aufgezeichnet werden soll, oder an die Aufzeichnungsbedingungen angepaßt ist.

Claims

Aufzeichnungsvorrichtung (70), die mit einem tintenenthaltenden Abschnitt versehen ist, in dem Tinte enthalten ist, und einem Aufzeichnungskopfabschnitt (71) für ein Aulassen der Tinte als Tintentropfen, wobei der Aufzeichnungskopf folgendes aufweist: einen Flüssigkeitsströmungsweg (10), der mit einem Auslassanschluss (18) für ein Auslassen von Flüssigkeitstropfen verbunden ist, wobei der Flüssigkeitsströmungsweg einen Blasenerzeugungsbereich (11) hat; ein Heizelement (2) für ein Zuführen von thermischer Energie zu dem Blasenerzeugungsbereich für ein Erzeugen einer Blase (40) in der Flüssigkeit, und ein bewegliches Element (31), das dem Blasenerzeugungsbereich gegenüber liegt, und das in Erwiderung auf ein Wachstum der Blase verschoben werden kann; dadurch gekennzeichnet, dass die Tinte eine Tinte ist, die ein Farbmaterial, das wenigstens selbstausbreitendes Carbon Black hat und das aus wenigstens einer hydrophilen Gruppe ausgebildet ist, die an einer Oberfläche eines Carbon Blacks direkt oder mittels einer anderen Atomgruppe angebunden ist, und ein wässriges Medium enthält, und die des weiteren Kaliumionen von 0,6% oder mehr in einem Massenverhältnis bezüglich des Carbon Blacks hat.
Aufzeichnungsmedium gemäß Anspruch 1, wobei die hydrophile Gruppe wenigstens eines von der Gruppe ist, die aus -COOM, -SO₃M, -PO₃HM, -PO₃M₂ besteht, wobei M ein Wasserstoffatom, ein Alkalimetall, Ammonium oder organisches Ammonium representiert.
Aufzeichnungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Kaliumionen als ein hydrophiler Gruppen-Counter des Carbon Blacks existieren.
Aufzeichnungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Kaliumionen von Kaliumhydroxid stammen.
Aufzeichnungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der pH-Wert der Tinte 7 oder mehr und 10 oder weniger ist.
Aufzeichnungsvorrichtung gemäß Anspruch 3, wobei eine Konzentration der hydrophilen Gruppe 1,8 μmol/m² oder mehr ist.
Aufzeichnungsvorrichtung gemäß Anspruch 3, wobei eine Gesamtmenge von einwertigen Kationionen 0,05 mol/l oder mehr und 1 mol/l oder weniger ist.
Aufzeichnungsvorrichtung gemäß Anspruch 7, wobei das einwertige Kationion wenigstens eines hat, das aus einem Alkalimetallion, einem Ammoniumion und einem organischen Ion zusammen mit einem Kaliumion ausgewählt ist.
Aufzeichnungsvorrichtung gemäß Anspruch 7, wobei ein Anteil der einwertigen Kationionen 0,1 mol/l oder mehr und 0,5 mol/l oder weniger bezüglich einer Gesamtmenge von wässriger Pigmenttinte ist.
Aufzeichnungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Aufzeichnungsmedium flaches Papier ist,
Aufzeichnungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, des weiteren mit einem Regulierabschnitt (64) für ein Regulieren einer Verschiebung des beweglichen Elements (31), das dem Wachstum der Blase (40) folgt, wobei das bewegliche Element verschoben wird, um den Regulierabschnitt im Wesentlichen zu berühren, wobei der Flüssigkeitsströmungsweg (10) im Wesentlichen bezüglich einer Strömungsrichtung einer Flüssigkeit unterteilt ist, die zu dem Auslassanschluss (18) geht.
Aufzeichnungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei ein freies Ende (32) des beweglichen Elements im Wesentlichen in dem zentralen Teil des Blasenerzeugungsbereichs (11) positioniert ist.
Aufzeichnungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der Aufzeichnungskopf eine Vielzahl von Düsen für ein Auslassen der Tinte hat.
Aufzeichnungsvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der tintenenthaltende Abschnitt und der Aufzeichnungskopf einstückig sind.
Tintenstrahlaufzeichnungsgerät, das mit einer Aufzeichnungsvorrichtung (70) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14 versehen ist.
Tintenstrahlaufzeichnungsverfahren das ein Zuführen von Energie zu einer Tinte und ein Bewirken, dass die Tinte von einem Aufzeichnungskopf ausgelassen und auf einem Aufzeichnungsmedium abgeschieden wird, aufweist, wobei der Aufzeichnungskopf die Tinte in einer Aufzeichnungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14 oder in einem Gerät gemäß Anspruch 15 enthalten sind.