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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Flüssigkeitsauslasskopf, der die
Flüssigkeit
durch Wirken einer thermischen Energie auf die Flüssigkeit
zum Erzeugen von Blasen auslässt,
auf ein Verfahren zum Herstellen desselben und auf ein Flüssigkeitsauslassgerät, das denselben
Kopf verwendet, sowie auf ein Verfahren zum Auslassen einer Flüssigkeit
aus demselben Kopf.
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Die
vorliegende Erfindung ist auf Vorrichtungen anwendbar, wie zum Beispiel
ein Drucker und ein Kopierer, die Bilder auf einem Druckmedium aufzeichnen
(wie zum Beispiel Papier, Garn, Fasern, Gewebe, Leder, Metall, Kunststoff,
Glas, Holz und Keramik), ein Faxgerät mit einem Kommunikationssystem,
eine Textverarbeitungsvorrichtung mit einem Drucker und eine Baugruppe,
bei der eine gewerbliche Aufzeichnungsvorrichtung mit einer sich ändernden
Verarbeitungsvorrichtung kombiniert ist.
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Der
hierbei verwendete Begriff „Aufzeichnen" bezieht sich nicht
nur auf die Erzeugung eines Bildes mit einer Bedeutung (zum Beispiel
Buchstaben, Mustern oder dergleichen) auf einem Aufzeichnungsmedium,
sondern auch auf bedeutungslose Bilder (wie zum Beispiel Muster).
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ZUGEHÖRIGER STAND DER TECHNIK
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Das
Tintenstrahlaufzeichnungsverfahren ist für Aufzeichnungsvorrichtungen
wie zum Beispiel für
Drucker bekannt. Dieses Verfahren, das auch als ein Blasenstrahlaufzeichnungsverfahren
bekannt ist, bringt eine Energie (zum Beispiel Wärme) auf eine flüssige Tinte
auf, die in einem Strömungskanal
strömt,
um Blasen zu erzeugen, wobei eine schnelle volumetrische Änderung
infolgedessen zum Auslassen der Tinte aus dem Auslassanschluss auf
einem Aufzeichnungsmedium verwendet wird, um darauf ein Bild zu
erzeugen. Die Aufzeichnungsvorrichtung, die auf dem Blasenstrahlaufzeichnungsverfahren
beruht, hat im Allgemeinen einen Tintenauslassanschluss, aus dem
die Tinte ausgelassen wird, einen Tintenkanal, der zu dem Auslassanschluss
führt,
und einen elektrothermischen Wandler als die Energieerzeugungseinrichtung,
die zum Auslassen der Tinte in dem Kanal erforderlich ist, wie dies
zum Beispiel in US-4 723 129 offenbart ist.
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Diese
Art des Aufzeichnungsverfahrens hat verschiedene Vorteile, zum Beispiel
das schnelle Erstellen eines Bildes mit hoher Qualität bei geringem
Lärm, und
außerdem
ein einfaches Erstellen eines Aufzeichnungsbildes mit hoher Auflösung und
eines Farbbildes durch eine kompakte Vorrichtung, da ihr Kopf mit
den Tintenauslassanschlüssen
mit einer hohen Dichte versehen ist. Daher hat das Blasenstrahlaufzeichnungsverfahren
unlängst
massiven Einzug in verschiedene Bürovorrichtungen gehalten, wie
zum Beispiel Drucker, Kopierer und Faxgeräte, und sogar bei gewerblichen
Systemen wie zum Beispiel Textildrucker.
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Da
die Blasenstrahltechniken breitere Verwendung in vielfältigen Bereichen
finden, wird vermehrt gefordert, dass sie mehrere Funktionen haben,
für die
verschiedene Vorschläge
gemacht wurden, zum Beispiel Antriebszustände für verbesserte Flüssigkeitsauslassverfahren,
die eine höhere
Geschwindigkeit beim Auslassen der Tinte und ein besseres Auslassen
der Tinte auf der Grundlage einer stabilen Blasenerzeugung für Bilder
mit höherer
Qualität
ermöglichen,
und verbesserte Formen der Tintenströmungskanäle für einen Flüssigkeitsauslasskopf, der das
schnellere Nachfüllen
der ausgelassenen Flüssigkeit
in den Kanal gewährleistet.
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Für den Kopf,
bei dem die Blasen in der Düse
zum Auslassen der Flüssigkeit
erzeugt werden und anwachsen, ist es bekannt, dass das Anwachsen
der Blasen von dem Auslassanschluss weg und die darauf resultierenden
Flüssigkeitsströmung den
Wirkungsgrad der Auslassenergie und die Nachfüllcharakteristika verschlechtern.
Die Strukturen zum Verbessern des Wirkungsgrades der Auslassenergie
und der Nachfüllcharakteristika
sind in der europäischen
Patentanmeldung EP-0 436 047 A1 offenbart.
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Die
vorstehend genannte Erfindung hat das erste Ventil zwischen der
Nähe des
Auslassanschlusses und einem Blasenerzeugungsbereich, um diese vollständig voneinander
zu unterbrechen, und ein zweites Ventil zwischen dem Blasenerzeugungsbereich
und einem Tintenzuführungsbereich,
um ebenfalls diese vollständig
voneinander zu unterbrechen, wobei diese Ventile abwechselnd geöffnet oder
geschlossen werden (4 bis 9 in der Beschreibung der EP-0 436 047
A1). Zum Beispiel unter Bezugnahme auf die 14 dieser
Beschreibung, die die 7 in der Beschreibung
der EP-0 436 047 A1 ist, ist das Wärmeerzeugungselement 110 nahezu
an der Mitte des Tintenkanales 112 vorgesehen, der zwischen
dem Tintenbehälter 116 und
der Düse 115 verläuft, wobei
der Tintenbehälter 116 an
der Basisplatte 125 ist, die die Innenwand für den Tintenkanal 112 bildet.
Das Wärmeerzeugungselement 110 ist
in den vollständig
abgeschlossenen Abteil 120 in dem Tintenkanal 112 eingeschlossen.
Der Tintenkanal 112 besteht aus der Basisplatte 125,
die mit den dünnen
Filmen 123 und 126 direkt beschichtet ist, die
aufeinander angeordnet sind, und aus zungenartigen Stücken 113 und 130 als
die Schließkörper. Das
zungenartige Stück
in dem Öffnungszustand
ist in der 31 durch die gepunktete
Linien gezeigt. Der dünne
Film 123, der in der Ebene verläuft, die parallel zu der Basisplatte 125 ist
und an dem Stopper 124 endet, deckt den Tintenkanal 112 ab.
Wenn die Blasen in der Tinte erzeugt werden, dann bewegt sich das
freie Ende des zungenartigen Stückes 130 in
dem Düsenbereich
nach oben, das in engem Kontakt mit dem Stopper 126 ist,
während
es ortsfest ist, und die Tintenflüssigkeit in dem Abteil 120 wird
aus der Düse 115 über den
Tintenkanal 112 ausgestoßen. In diesem Fall wird verhindert,
dass sich die Tintenflüssigkeit
in dem Abteil 120 zu der Tintenlage 116 bewegt,
da das zungenartige Stück 113 in der
Tintenlage 116 in einen engen Kontakt mit dem Stopper 124 gelangt,
während
es ortsfest ist. Das zungenartige Stück 130 bewegt sich
nach oben, wenn die Blasen in der Tinte verschwinden, und es gelangt
erneut in einen engen Kontakt mit dem Stopper 126. Dann
fällt das
zungenartige Stück 113 in
das Tintenabteil 120, wodurch es möglich wird, dass die Tintenflüssigkeit
in das Abteil 120 hinein strömt.
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KURZFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung, die in EP-0 436 047 A1 offenbart ist, hat mehrere Nachteile.
Zum Beispiel wird die Tinte, die den Blasen folgt, merklich geschleppt,
während
sie ausgelassen wird, da zwei von drei Abteilen nahe dem Auslassanschluss,
dem Blasenerzeugungsbereich und dem Tintenzuführungsbereich voneinander entfernt sind,
wodurch eine Menge von Satellitenpunkten erzeugt wird, die sehr
viel größer als
bei dem herkömmlichen Auslassverfahren
ist, das mit einem Anwachsen, Schrumpfen und Verschwinden der Blasen
einhergeht. Diese Strömung
resultiert möglicherweise
aus einem Verlust der Wirkung beim Zurückziehen des Meniskus, was
das Verschwinden der Blasen begleitet. Ein anderer Nachteil ist
eine Dissipation einer großen
Energiemenge zum Auslassen der Tinte, wenn das Ventil an der Blasenauslassseite
geschlossen ist. Weitere Nachteile sind eine große Schwankung der Größe der ausgelassenen
Flüssigkeitstropfen
und eine extrem niedrige Auslassreaktionsfrequenz, wodurch die Erfindung
unpraktisch ist. Diese Probleme können von ihrer Struktur führen: Das Abteil
wird nachgefüllt,
damit die Tinte zu der Düse
zugeführt
werden kann, wenn die Blasen in der Flüssigkeit in dem Blasenerzeugungsbereich
verschwinden, und die Nähe
des Auslassanschlusses kann nicht mit der Flüssigkeit versorgt werden, bis
die neuen Blasen erzeugt sind.
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Ein
anderer Flüssigkeitsauslasskopf
mit einem Auslassanschluss, einer Blasenerzeugungseinrichtung, einem
Flüssigkeitskanal
mit einem offenen und einem geschlossenen Ende und einem bewegbaren
Element in dem Flüssigkeitskanal über einem
Flüssigkeitszuführungsanschluss
ist aus der 25 der EP-0 811 491 A
bekannt.
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Die
vorliegende Erfindung sieht ein innovatives Verfahren und Kopfstrukturen
vor, die gleichzeitig die Charakteristika erfüllen, die einander gegenläufig sind;
eine verbesserte Wirkung beim Steuern des Anwachsens der Blasenkomponente,
die von dem Auslassanschluss entfernt ist, und eine verbesserte
Nachfüllwirkung
und verbesserte Nachfüllcharakteristika
auf der Grundlage des neuen Konzeptes. Sie erfüllen auch Anforderungen für eine verbesserte
Auslasswirkung.
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Die
Erfindung ist im beigefügten
Anspruchsatz definiert.
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Die
Erfinder der vorliegenden Erfindung haben nach ausgiebigen Studien
zum Erfüllen
der vorstehend genannten Anforderungen herausgefunden, dass das
Anwachsen der Blasen von den Auslassanschluss weg (d. h. zu der
hinteren Seite) durch die spezielle Rückschlagventilfunktion in der
geraden Düsenstruktur
in dem Flüssigkeitsauslasskopf
gesteuert wird, bei dem die Flüssigkeit
bei dem Anwachsen der Blasen ausgelassen wird, und dass die Auslassenergie
zu der hinteren Seite in wirksamer Weise für die Auslassanschlussseite
genutzt werden kann. Sie haben außerdem herausgefunden, dass
das Steuern des Anwachsens der Blasenkomponente zu der hinteren
Seite durch die spezielle Rückschlagventilfunktion
die Auslassreaktionsfrequenz auf ein äußerst hohes Niveau erhöhen kann.
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Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, gleichzeitig die Auslassleistung
und eine Auslassfrequenz durch die Düsenstruktur und das Auslassverfahren
zu verbessern, bei dem eine neuartige Ventilfunktion eingebaut ist,
um dadurch die neuartige Auslassformel (Struktur) für einen
Kopf einzurichten, der Bilder mit höherer Qualität und einer
höheren
Geschwindigkeit einzurichten, als sie durch den herkömmlichen
Kopf erreicht werden können.
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Um
die vorstehend genannte Aufgabe zu lösen, hat der Flüssigkeitsauslasskopf
gemäß der vorliegenden
Erfindung einen Auslassanschluss zum Auslassen der Flüssigkeit,
einen Flüssigkeitskanal,
der mit einer Blasenerzeugungseinrichtung zum Erzeugen der Blasen
in der Flüssigkeit
versehen ist, die über
einen Flüssigkeitszuführungsanschluss
zugeführt
ist, und der mit dem Auslassanschluss an einem seiner Enden in Verbindung
ist, und ein bewegbares Element, das von dem Auslassanschluss über einen
Spalt in dem Flüssigkeitskanal
für die
Blasenerzeugungseinrichtung entfernt angeordnet ist, wobei der vorstehende
Bereich des bewegbaren Elementes an dem Flüssigkeitszuführungsanschluss
größer ist
als der Öffnungsbereich
des Flüssigkeitszuführungsanschlusses;
wobei die Blasenerzeugungseinrichtung an der Wand über das
bewegbare Element angeordnet ist, die jener Wand gegenüber liegt,
in der der Flüssigkeitszuführungsanschluss
in dem Flüssigkeitskanal
mündet;
wobei das bewegbare Element an dem einen Ende des Flüssigkeitskanales
als der Hebelpunkt ist, wobei dessen freies Ende an der geschlossenen
Seite des Flüssigkeitskanales
angeordnet ist; wobei die Blasenerzeugungseinrichtung so angeordnet
ist, dass sie dem freien Ende des bewegbaren Elementes in derselben
Richtung gegenüber
liegt, der Flüssigkeitszuführungsanschluss
in den Flüssigkeitskanal an
der Seite des Hebelpunktes für
das bewegbare Element mündet;
und der Auslassanschluss an der Seite des Hebelpunktes für das bewegbare
Element positioniert ist.
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Bei
dem vorstehend beschriebenen Flüssigkeitsauslasskopf
erzeugen die Blasen Druckwellen, wenn sie durch die Blasenerzeugungseinrichtung
in dem Flüssigkeitskanal
erzeugt werden, wodurch das freie Ende des bewegbaren Elementes
so versetzt wird, dass der Flüssigkeitszuführungsanschluss
durch das bewegbare Element im Wesentlichen geschlossen wird, wobei
das bewegbare Element durch ein Ende des Flüssigkeitskanales als der Hebelpunkt
gestützt
ist, und der Auslassanschluss mit dem Flüssigkeitskanal in dem Bereich des
Hebelpunktes für
das bewegbare Element in Verbindung ist. Daher vergrößert sich
das Volumen des Flüssigkeitskanales
ein wenig, auch wenn das bewegbare Element versetzt wird, mit dem
Ergebnis, dass die meisten Druckwellen, die durch die Blasen erzeugt
werden, zu dem Auslassanschluss fortschreiten, so dass sie die Auslassleistung
stark erhöhen.
Infolgedessen kann ein gutes Auslassen gewährleistet werden, auch wenn eine
Viskoseflüssigkeit
verwendet wird oder die Flüssigkeit
die Viskosität
bei geänderten
Umgebungen erhöht. Die
Flüssigkeit
bewegt sich ein wenig zu dem Flüssigkeitszuführungsanschluss,
da der Flüssigkeitszuführungsanschluss
im Wesentlichen geschlossen ist, wodurch das Zurückziehen des Meniskus an dem
Auslassanschluss gesteuert wird, der die Flüssigkeit ausgelassen hat. Infolgedessen
stellt sich der Meniskus schnell wieder her, nachdem die Flüssigkeit
ausgelassen wurde, und die Auslassfrequenz (Antriebsfrequenz) kann drastisch
erhöht
werden, wenn die Flüssigkeit
genau auszulassen ist (mit einer konstanten Rate).
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Der
Flüssigkeitsauslasskopf
gemäß der vorliegenden
Erfindung hat einen Auslassanschluss zum Auslassen der Flüssigkeit,
einen Flüssigkeitskanal,
der mit einer Blasenerzeugungseinrichtung zum Erzeugen der Blasen
in der Flüssigkeit
versehen ist, die über
einen Flüssigkeitszuführungsanschluss
zugeführt
wird, und der mit dem Auslassanschluss an einem seiner Enden in
Verbindung ist, und das bewegbare Element, das von dem Auslassanschluss
in dem Flüssigkeitskanal
für die
Blasenerzeugungseinrichtung entfernt angeordnet ist, wobei der vorstehende
Bereich des bewegbaren Elementes an dem Flüssigkeitszuführungsanschluss
länger als
der Öffnungsbereich
des Flüssigkeitszuführungsanschlusses
ist; wobei der Flüssigkeitskanal
mit dem Auslassanschluss an einem Ende in Verbindung ist; das bewegbare
Element durch den Hebelpunkt an jener Seite gestützt ist, an der die Blasen
stark anwachsen, die durch die Blasenerzeugungseinrichtung erzeugt
werden, und das freie Ende an jener Seite hat, an der das Anwachsen
der Blasen gesteuert wird; der Flüssigkeitszuführungsanschluss
zu den Flüssigkeitskanal
an der Seite des Hebelpunktes für
das bewegbare Element offen ist; und das bewegbare Element den Flüssigkeitszuführungsanschluss
im Wesentlichen schließt,
wenn die Blasen durch die Blasenerzeugungseinrichtung erzeugt werden.
Der Flüssigkeitsauslasskopf
mit diesem Design lässt
die Druckwellen, die durch die Blasen erzeugt werden, in einer konzentrierten
Art und Weise zu dem Auslassanschluss fortschreiten, der an der
Seite des Hebelpunktes für
das bewegbare Element positioniert ist, um die Flüssigkeit
durch den Auslassanschluss auszulassen, und er versetzt das freie
Ende des bewegbaren Elementes zur Seite der Blasenerzeugungseinrichtung,
wenn die Blasen verschwinden, und er ermöglicht, dass der Flüssigkeitszuführungsanschluss,
der an der Seite des Hebelpunktes für das bewegbare Element positioniert
ist, mit dem Flüssigkeitskanal
in Verbindung gelangt, um die Flüssigkeit
zu dem Flüssigkeitskanal über den
Flüssigkeitszuführungsanschluss
zuzuführen.
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Bei
dem vorstehend beschriebenen Flüssigkeitsauslasskopf
erzeugen die durch die Blasenerzeugungseinrichtung erzeugten Blasen
die Druckwellen, die das freie Ende des bewegbaren Elementes versetzen,
um den Flüssigkeitszuführungsanschluss
durch das bewegbare Element im Wesentlichen zu schließen. Die
Blasen wachsen zur Seite des Auslassanschlusses stark an, aber ihr
Anwachsen in der entgegen gesetzten Richtung wird in dem Flüssigkeitskanal
gesteuert, dessen ein Ende mit dem Auslassanschluss in Verbindung
ist, und dessen anderes Ende geschlossen ist. Da das bewegbare Element
dem Hebelpunkt an jener Seite hat, an der die Blasen stark anwachsen,
und das freie Ende an jener Seite, an der das Anwachsen der Blasen
gesteuert wird, wie dies bei dem Flüssigkeitsauslasskopf der Fall
ist, werden die meisten Druckwellen, die durch die Blasen erzeugt
werden, zur Seite des Auslassanschlusses gerichtet, um die Auslassleitung
drastisch zu erhöhen.
Der Flüssigkeitszuführungsanschluss
ist im Wesentlichen geschlossen, und die Blasen an der geschlossenen
Seite in dem Flüssigkeitskanal
als der Blasenerzeugungsbereich, in dem die Blasen durch die Blasenerzeugungseinrichtung
erzeugt werden, beginnen schneller zu verschwinden als die Blasen
in dem Blasenerzeugungsbereich an der Seite des Auslassanschlusses,
wodurch die Flüssigkeit
aus dem Flüssigkeitszuführungsanschluss
in den Flüssigkeitskanal
strömt,
und gleichzeitig das bewegbare Element zu dem Blasenerzeugungsbereich
versetzt wird, mit dem Ergebnis, dass sich der Meniskus schnell
wiederherstellt, nachdem die Flüssigkeit
ausgelassen wurde, und somit wird die Auslassfrequenz drastisch
erhöht.
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Für den Flüssigkeitsauslasskopf
gemäß der vorliegenden
Erfindung ist es vorzuziehen, dass der Auslassanschluss an der Seite
des Hebelpunktes für
das bewegbare Element positioniert ist, und dass der Flüssigkeitszuführungsanschluss
zu dem Flüssigkeitskanal
auch an der Seite des Hebelpunktes für das bewegbare Element offen
ist. Das bewegbare Element schließt im Wesentlichen die Seite
des Flüssigkeitszuführungsanschlusses
in dem Flüssigkeitskanal
während
der Anfangsstufe der Blasenbildung in dem Blasenerzeugungsbereich.
Es ist zum Beispiel für
den Vorgang zum Wiederherstellen durch Halten der Seite des Auslassanschlusses
auf ein Vakuum schwierig, die restlichen Blasen in einfacher Weise
zu beseitigen, wenn diese Blasen, die während des Blasenbildungsprozesses
erzeugt werden, in den geschlossenen Raum in dem Flüssigkeitskanal
verbleiben. Andererseits kann die vorliegende Erfindung die restlichen Blasen
beseitigen, da das bewegbare Element das freie Ende an jener Position
hat, an der der Flüssigkeitskanal
geschlossen ist, und da der Flüssigkeitskanal
mit der Flüssigkeit
aus dem geschlossenen Blasenerzeugungsbereich in dem Flüssigkeitskanal über den
Flüssigkeitszuführungsanschluss
nachgefüllt
wird, wenn das freie Ende des bewegbaren Elementes versetzt wird,
was die Auslasscharakteristika des Flüssigkeitsauslasskopfes und
dessen Zuverlässigkeit
verbessern.
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Das
Flüssigkeitsauslassgerät gemäß der vorliegenden
Erfindung hat den vorstehend beschriebenen Flüssigkeitsauslasskopf gemäß der vorliegenden
Erfindung und eine Fördereinrichtung
zum Fördern
des Aufzeichnungsmediums, das die aus dem Flüssigkeitsauslasskopf ausgelassene
Flüssigkeit
aufnimmt, um Bilder auf dem Aufzeichnungsmedium mit der Tinte aufzuzeichnen,
die aus dem Flüssigkeitsauslasskopf
ausgelassen wird.
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Das
Verfahren zum Auslassen einer Flüssigkeit
gemäß der vorliegenden
Erfindung ist ein Flüssigkeitsauslassverfahren
für den
Flüssigkeitsauslasskopf
mit einem Auslassanschluss zum Auslassen der Flüssigkeit, einer Blasenerzeugungseinrichtung
zum Erzeugen der Blasen, um die Flüssigkeit aus dem Auslassanschluss auszulassen,
einem Flüssigkeitskanal,
von dem ein Ende mit dem Auslassanschluss in Verbindung ist, und
von dem das andere Ende geschlossen ist, einem Flüssigkeitszuführungsanschluss
in dem Flüssigkeitskanal,
um die Flüssigkeit
zu dem Kanal zuzuführen,
und einem bewegbaren Element, das von dem Auslassanschluss an der
Seite des Flüssigkeitskanales
für die
Blasenerzeugungseinrichtung entfernt angeordnet ist, wobei der vorstehende
Bereich des bewegbaren Elementes an dem Flüssigkeitszuführungsanschluss
größer ist
als der Öffnungsbereich
des Flüssigkeitszuführungsanschlusses;
das bewegbare Element den Flüssigkeitszuführungsanschluss
im Wesentlichen schließt,
wenn die Blasen durch die Blasenerzeugungseinrichtung erzeugt werden; die
Blasen stark zur Seite des Auslassanschlusses anwachsen, während ihr
Anwachsen zur geschlossenen Seite des Flüssigkeitskanales gesteuert
wird, um die Flüssigkeit
aus dem Auslassanschluss auszulassen; und das freie Ende des bewegbaren
Elementes zur Seite der Blasenerzeugungseinrichtung versetzt wird,
wenn die Blasen verschwinden, und der Flüssigkeitszuführungsanschluss,
der an der Seite des Hebelpunktes für das bewegbare Element positioniert
ist, mit dem Flüssigkeitskanal
in Verbindung gelangt, um eine Strömung der Flüssigkeit über den Flüssigkeitszuführungsanschluss
von der Seite des Hebelpunktes zur Seite des freien Endes des bewegbaren
Elementes an der Seite des Flüssigkeitszuführungsanschlusses
des bewegbaren Elementes zu veranlassen, und auch von der Seite
des freien Endes zur Seite des Hebelpunktes des bewegbaren Elementes
an der Seite der Blasenerzeugungseinrichtung des bewegbaren Elementes,
um die Flüssigkeit
zu dem Flüssigkeitskanal
zuzuführen.
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Die
vorliegende Erfindung sieht auch ein Verfahren zum Herstellen des
Flüssigkeitsauslasskopfes
vor, mit einem Auslassanschluss zum Auslassen der Flüssigkeit,
einer Blasenerzeugungseinrichtung zum Erzeugen der Blasen in der
Flüssigkeit,
die über
den Flüssigkeitszuführungsanschluss
zugeführt
wird, einem Flüssigkeitskanal,
der mit dem Auslassanschluss in Verbindung ist, und einem bewegbaren
Element, das von dem Zuführungsanschluss
in dem Flüssigkeitskanal
für den
Blasenerzeugungsbereich entfernt angeordnet ist, wobei der vorstehende
Bereich des bewegbaren Elementes an dem Flüssigkeitszuführungsanschluss
größer ist als
der Öffnungsbereich
des Flüssigkeitszuführungsanschlusses.
Dieses Verfahren hat mehrere Schritte zum Ausbilden des ersten Spaltbildungselementes
zum Bilden eines Spaltes an der ersten Basisplatte zwischen dem
Flüssigkeitszuführungsanschluss
und dem bewegbaren Element; zum Ausbilden eines Filmes aus einem Material,
das als das Material für
das bewegbare Element dient, das die erste Basisplatte und das erste
Spaltbildungselement abdeckt; zur Musterbildung des vorstehend genannten
Filmes mit einer Kragträger-Form,
wobei ein Ende als der Hebelpunkt an der Seite des Flüssigkeitskanales
und das andere Ende als das freie Ende vorhanden ist; zum Ausbilden
des zweiten Spaltbildungselementes in dem Flüssigkeitskanal an dem vorstehend
genannten Film; zum Ausbilden des Wandelementes als die Seitenwand
des Flüssigkeitskanales
an dem vorstehend genannten Film und dem zweiten Spaltbildungselement;
zum Abflachen des zweiten Spaltbildungselementes und der Seitenwand
derart, dass sie eine Ebene bilden; zum Ausbilden der zweiten Basisplatte,
die die Blasenerzeugungseinrichtung an den abgeflachten, zweiten
Spaltbildungselement und der abgeflachten Seitenwand enthält; zum
Ausbilden des Auslassanschlusses in dem Bereich der zweiten Basisplatte
entsprechend dem einen Ende des Flüssigkeitskanales; zum Öffnen der
ersten Basisplatte, um den Flüssigkeitszuführungsanschluss
mit einer kleineren Öffnungsfläche als
das vorstehende, bewegbare Element auszubilden; und zum Beseitigen
des ersten Spaltbildungselementes, des zweiten Spaltbildungselementes über die
Flüssigkeitszuführungs-
und Auslassanschlüsse.
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Das
vorstehend beschriebene Verfahren kann den Flüssigkeitsauslasskopf mit einer
stark verbesserten Auslassleistung und -frequenz herstellen, wie
dies vorstehend beschrieben ist.
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Weitere
Wirkungen der vorliegenden Erfindung werden verständlich,
wie sie nachfolgend bei den bevorzugten Ausführungsbeispielen beschrieben
werden.
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Die
Begriffe „stromaufwärts" und „stromabwärts", die hierbei beschrieben
werden, beziehen sich auf eine Strömungsrichtung der Flüssigkeit
von der Flüssigkeitszuführungsquelle
zu dem Auslassanschluss über den
Blasenerzeugungsbereich (oder über
das bewegbare Element), oder auf eine derartige Richtung hinsichtlich
der Konfiguration.
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Die „stomabwärtige Seite" der Blasen selbst
meint jene, die stromabwärts
von der vorstehend genannten Strömung
erzeugt werden, oder eine Konfigurationsrichtung hinsichtlich der
Blasenmitte oder einer Bereichsmitte des Wärmeerzeugungselementes.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt
eine Schnittansicht des Flüssigkeitsauslasskopfes
als ein Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung entlang des Flüssigkeitskanals in der Längsrichtung;
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2 zeigt
eine Schnittansicht des in der 1 gezeigten
Flüssigkeitsauslasskopfes
in der Y-Y'-Richtung;
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3A, 3B und 3C zeigen
Schnitte des Flüssigkeitsauslasskopfes
in der Flüssigkeitsströmungsrichtung,
um die Auslassvorgänge
des Kopfes mit Struktur zu beschrieben, die in der 1 und
in der 2 gezeigt ist, wobei die charakteristischen Phänomene individuell
gezeigt werden;
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4D, 4E und 4F zeigen
Schnitte des Flüssigkeitsauslasskopfes
in der Flüssigkeitsströmungsrichtung,
um die Auslassvorgänge
nach den Vorgängen
zu beschreiben, die in den 3A bis 3C gezeigt
sind;
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5A, 5B, 5C, 5D und 5E zeigen
ein isotropisches Anwachsen der Blasen, was in der 3B gezeigt
ist;
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6 zeigt
eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen einem Verhalten
des bewegbaren Elementes und der Zeit in Bereichen A und B, die
in den 2 und 3A bis 3C gezeigt
sind;
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7A, 7B,
/C, 7D, 7E und 7F beschreiben
das Verfahren zum Herstellen des Flüssigkeitsauslasskopfes, der
in den 1 und 2 gezeigt ist;
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8G, 8H, 8I, 8J und 8K beschreiben
das Verfahren zum Herstellen des Flüssigkeitsauslasskopfes, der
in den 1 und 2 gezeigt ist, für die Schritte
nach jenen Schritten, die in den 7A bis 7F gezeigt
sind;
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9L, 9M, 9N und 9O beschreiben
das Verfahren zum Herstellen des Flüssigkeitsauslasskopfes, der
in den 1 und 2 gezeigt ist, und zwar für die Schritte
nach den Schritten, die in den 8G bis 8K gezeigt
sind;
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10 zeigt
eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen einer Tintenauslassmenge
und einem Flächeninhalt
des Wärmeerzeugungselementes;
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11 zeigt
eine Wellenform zum Antreiben des Wärmeerzeugungselementes, das
in dem Flüssigkeitsauslasskopf
gemäß der vorliegenden
Erfindung montiert ist;
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12 zeigt
ein Konzept der Struktur des Flüssigkeitsauslassgerätes, das
den Flüssigkeitsauslasskopf
gemäß der vorliegenden
Erfindung trägt;
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13 zeigt
ein Blockdiagramm des Gesamtsystems zum Aufzeichnen mit der ausgelassenen
Flüssigkeit
durch das Flüssigkeitsauslassverfahren
und den Flüssigkeitsauslasskopf
gemäß der vorliegenden
Erfindung; und
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14 zeigt
eine Schnittansicht des bewegbaren Elementes für den herkömmlichen Flüssigkeitsauslasskopf.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Als
nächstes
werden die bevorzugten Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen
beschrieben.
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Die 1 zeigt
eine Schnittansicht des Flüssigkeitsauslasskopfes
als ein Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung entlang des Flüssigkeitskanales in der Längsrichtung,
und die 2 zeigt die Schnittansicht des
in der 1 gezeigten Flüssigkeitsauslasskopfes
in der Y-Y'-Richtung.
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Der
Flüssigkeitsauslasskopf
gemäß diesem
Ausführungsbeispiel
hat die Basisplatte 1 als das Hauptelement der Kanalstruktur
und die obere Platte 2, die an der Basisplatte 1 ist
und den Flüssigkeitskanal 3 zusammen
mit der Basisplatte 1 bildet.
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Die
Basisplatte 1 besteht aus einem Si-Substrat 12,
einem bewegbaren Element 8, das an dem Si-Substrat 12 ausgebildet
ist, und aus einer Seitenwand 10, die als die Seitenwand
für den
Flüssigkeitskanal 3 dient.
Dieser Flüssigkeitsauslasskopf
hat zwei oder mehrere Flüssigkeitskanäle 3,
die jeweils ihr eigenes bewegbares Element 8 aufweisen.
Das Si-Substrat 12 trägt
die gemeinsame Flüssigkeitszuführungskamme 6, die
die Flüssigkeit
hält, die
zu jedem Flüssigkeitskanal 3 zuzuführen ist.
Zwei oder mehrere Flüssigkeitszuführungsanschlüsse 5,
die jeweils einem entsprechenden Flüssigkeitskanal 3 entsprechen,
münden
in die gemeinsame Flüssigkeitszuführungskammer 6,
und jeder Flüssigkeitskanal 3 ist
mit einer einzigen, gemeinsamen Flüssigkeitszuführungskammer 6 über den
Flüssigkeitszuführungsanschluss 5 in
Verbindung.
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Das
bewegbare Element 8 ist wie ein Kragträger geformt, das den Flüssigkeitszuführungsanschluss 5 abdeckt,
während
ein kleiner Spalt α von
dem Si-Substrat 12 gehalten wird, und es ist durch einen
Teil des dünnen
Filmes über
dem Si-Substrat 12 ausgebildet. Das zungenförmige Stück 8C,
das dann ausgebildet wird, während
das bewegbare Element 8 aus dem vorstehend beschriebenen
dünnen
Film ausgebildet wird, ist in der Verlängerung des freien Endes 8B des
bewegbaren Elementes 8 derart, dass das freie Ende 8B und
das zungenförmige
Stück 8C einander
zugewandt sind. Das bewegbare Element 8 hat kleine Spalte β zwischen dem
freien Ende 8B und dem zungenförmigen Stück 8C, und außerdem zwischen
den beiden Enden, die kontinuierlich zu dem freien Ende 8B und
der Kanalseitenwand 10 sind.
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Der
Flüssigkeitszuführungsanschluss 5 ist
zu dem Flüssigkeitskanal 3 an
der Seite des Hebelpunktes 8A für das bewegbare Element 8 offen,
wobei der vorstehende Bereich des bewegbaren Elementes 8 an
dem Si-Substrat 12 größer ist
als der Öffnungsbereich
des Flüssigkeitszuführungsanschlusses 5,
wie dies in der 2 gezeigt ist. Wenn das bewegbare
Element 8 zu dem Si-Substrat 12 versetzt wird,
dann gelangt zumindest das freie Ende 8B mit dem Si-Substrat 12 in
Kontakt, so dass der Flüssigkeitszuführungsanschluss 5 zu dem
Flüssigkeitskanal 3 im
Wesentlichen geschlossen wird. Der Hebelpunkt 8A für das bewegbare
Element 8 ist in dem Grenzbereich zwischen der Kanalseitenwand 10 an
dem Abschnitt des vorstehend beschriebenen dünnen Filmes, der das bewegbare
Element 8 bildet, und den Flüssigkeitskanal 3 an
dem bewegbaren Element 8.
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Die
obere Platte 2 ist an der Kanalseitenwand 10 vorgesehen,
wobei sie als die obere Wand für
jeden Flüssigkeitskanal 3 dient.
Es handelt sich um eine mehrlagige Struktur mit dem Wärmeerzeugungselement 4 als
die Blasenerzeugungseinrichtung, die die Flüssigkeit in dem Flüssigkeitskanal 3 erwärmt, um
die Blasen zu erzeugen, und sie besteht aus dem hohlraumbeständigen Film 13,
dem Schutzfilm 14, der das Wärmeerzeugungselement 4 vor
der Flüssigkeit
schützt,
der Wärme
erzeugenden Widerstandslage 15, elektrischen Verdrahtungsschaltungen 16A und 16B zum
Aufbringen einer elektrischen Spannung auf die Wärme erzeugende Widerstandslage 15 und
einem SiN-Film 17 als die oberste Lage von diesem Flüssigkeitsauslasskopf, und
zwar in dieser Reihenfolge von unten. Der Bereich zwischen den elektrischen
Verdrahtungsschaltungen 16a und 16b ist das Wärmeerzeugungselement 4,
und die Blasen werden in dem Blasenerzeugungsbereich 11 erzeugt,
der durch das Wärmeerzeugungselement 4 innerhalb
des Flüssigkeitskanales 3 erwärmt wird.
Das Wärmeerzeugungselement 4 ist
so angeordnet, dass es dem freien Ende 8B des bewegbaren
Elementes 8 zugewandt ist. Der Auslassanschluss 7 ist
in der oberen Platte 2 so ausgebildet, dass er mit dem
Flüssigkeitskanal 3 in
Verbindung ist, um die Flüssigkeit
nach außen
auszulassen. Er ist an der Seite des Endes des Flüssigkeitskanales 3 in
der Längsrichtung
gegenüber
der Seite vorgesehen, die dem freien Ende 8B des bewegbaren
Elementes 8 zugewandt ist, das heißt an der Seite des Hebelpunktes 8A für das bewegbare
Element 8. Bei dem Flüssigkeitsauslasskopf
dieser Konfiguration strömt
die Flüssigkeit
aus der gemeinsamen Flüssigkeitszuführungskammer 6 in
den Bereich unter den bewegbaren Element 8 über den
Flüssigkeitszuführungsanschluss 5 zu
dem freien Ende 8B, an dem sie in den Bereich über dem
bewegbaren Element 8 zu dem Hebelpunkt 8A für das bewegbare
Element 8 abgelenkt wird, und sie wird über den Auslassanschluss 7 ausgelassen.
Dies ist die Hauptströmung
der Flüssigkeit
aus der gemeinsamen Flüssigkeitszuführungskammer 6 zu dem
Auslassanschluss 7.
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Als
nächstes
wird das Auslassverhalten des Flüssigkeitsauslasskopfes
gemäß der vorliegenden
Erfindung im Einzelnen beschrieben. Die 3A bis 3C und
die 4D bis 4F zeigen
die Bereiche des Flüssigkeitsauslasskopfes,
und zwar geschnitten in der Längsrichtung
des Flüssigkeitskanales
für den
Flüssigkeitsauslasskopf,
und außerdem
die charakteristischen Phänomene,
die damit verbunden sind, wobei dies in sechs Schritten geteilt
ist, nämlich
in den 3A bis 3C und
in den 4D bis 4F. Der
Abschnitt, der mit M in den 3A bis 3C und 4D bis 4F markiert
ist, ist der Meniskus, der durch die ausgelassene Flüssigkeit
gebildet wird. Die 3A zeigt den Zustand, bevor
die Energie wie zum Beispiel die elektrische Energie auf das Wärmeerzeugungselement 4 aufgebracht
wird, das heißt
den Zustand, bevor das Wärmeerzeugungselement 4 Wärme erzeugt.
Bei dieser Stufe gibt es einen kleinen Spalt mit einer Länge von ungefähr 1,0 μm zwischen
dem bewegbaren Element 8, das zwischen dem Flüssigkeitszuführungsanschluss 5 und
dem Flüssigkeitskanal 3 vorgesehen
ist, und dem Flüssigkeitszuführungsanschluss 5.
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Die 3B zeigt
den Zustand, bei dem ein Teil der Flüssigkeit, die den Flüssigkeitskanal 3 füllt, durch das
Wärmeerzeugungselement 4 erwärmt wird,
um ein Filmsieden an dem Wärmeerzeugungselement 4 zu bewirken,
und die Blasen 21 wachsen isotropisch an. Das „isotropische
Anwachsen der Blasen" meint
ein Anwachsen der Blasen mit ungefähr derselben Rate an jedem
Punkt der Blasenflächen
in der Richtung, die senkrecht zu der Oberfläche ist. Während der Anfangsstufe der
Blasenerzeugung, bei der die Blasen 21 isotropisch anwachsen,
wird das freie Ende 8B des bewegbaren Elementes 8 zu
dem Si-Substrat 12 hin versetzt und gelangt mit diesem
in einem engen Kontakt, um den Flüssigkeitszuführungsanschluss 5 zu
schließen.
Infolge dessen wird der Flüssigkeitskanal 3 im
Inneren im Wesentlichen außer
dem Auslassanschluss 7 geschlossen, der offen ist. Dieser
geschlossene Zustand dauert für
eine gewisse Zeit während
der Zeitperiode des isotropischen Anwachsens der Blasen 21 an.
Diese Zeitperiode kann von dem Start der Aufbringung der elektrischen Antriebsspannung
auf das Wärmeerzeugungselement 4 bis
zu dem Ende des isotropischen Anwachsens der Blasen 21 andauern.
Eine Trägheit
(ein Widerstand einer ortsfesten Flüssigkeit bezüglich irgendeiner
schnellen Bewegung) zwischen der Mitte des Wärmeerzeugungselementes 4 und
dem Flüssigkeitszuführungsanschluss 5 ist
in dem geschlossenen Flüssigkeitskanal 3 im
Wesentlichen unendlich. Während
dieser Zeitperiode wird die Trägheit
zwischen der Mitte des Wärmeerzeugungselementes 4 und
dem Flüssigkeitszuführungsanschlusses 5 noch
infinitiver als ein Abstand zwischen dem Wärmeerzeugungselement 4 und
dem bewegbaren Element 8. Der Abstand H1 ist die maximale
Versetzung des freien Endes 8B des bewegbaren Elementes 8 zu
dem Si-Substrat 12.
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Die 3C zeigt
den Zustand, bei dem die Blasen 21 weiterhin anwachsen.
Bei diesem Zustand verbleibt der Flüssigkeitskanal 3 im
Inneren im Wesentlichen außer
dem Auslassanschluss 7 geschlossen, der offen ist, wie
dies vorstehend beschriebenen ist, und das Fortschreiten der Druckwellen
zur Seite des Flüssigkeitszuführungsanschlusses 5 wird
gesteuert, was aus der Erzeugung der Blasen 21 resultiert.
Daher wachsen die Blasen 21 nach dieser Stufe unterschiedlich
an. Genauer gesagt wachsen die Blasen 21 zu jener Seite stark
an, an der der Auslassanschluss 7 in dem Flüssigkeitskanal 3 offen
ist, da sich die Flüssigkeit
in einfacher Weise dorthin bewegt, wohingegen sie nur in einem begrenzten
Maß zu
der entgegen gesetzten Richtung anwachsen (zu dem geschlossenen
Ende). Infolge dessen dauert das Anwachsen der Blasen 21 in
dem Blasenerzeugungsbereich 11 an der Seite des Auslassanschlusses 7 an,
während
es in dem Bereich an der Seite des geschlossenen Endes gestoppt
wird. Die Flüssigkeit
gewinnt ein wenig an Volumen an der Seite, an der der Auslassanschluss 7 in
dem Flüssigkeitskanal 3 mündet, auch
wenn das bewegbare Element 8 versetzt wird, da das bewegbare
Element 8 durch den Hebelpunkt 8A an jener Seite
gestützt
ist, an der der Auslassanschluss 7 zu dem Flüssigkeitskanal 3 mündet, mit
dem Ergebnis, dass sich die Flüssigkeit überwiegend
zu dem Auslassanschluss 7 bewegt. Infolgedessen schreiten
die Druckwellen der Blasen 21 überwiegend zu dem Auslassanschluss 7 fort,
um eine Leistung zum Auslassen der Flüssigkeit über den Auslassanschluss 7 bereitzustellen.
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Der
Prozess, bei dem die Blasen 21 anwachsen, wie er in den 3A bis 3C gezeigt
ist, wird unter Bezugnahme auf die 5A bis 5E im
Einzelnen beschrieben, die das Wärmeerzeugungselement 4 schematisch
zeigen. Unter Bezugnahme auf die 5A tritt
ein zufälliges
Kernsieden an dem Wärmeerzeugungselement 4 während der
Anfangsstufe auf, bei der es erwärmt
wird, und der Siedemodus wird später
zu dem Filmsieden geändert,
um das Wärmeerzeugungselement 4 mit
den filmartigen Blasen abzudecken, wie dies in der 5B dargestellt
ist. Die Blasen 21 setzen ihr isotropisches Anwachsen in
dem Filmsiedemodus fort, wie dies in den 5B bis 5C dargestellt
ist (das isotropische Anwachsen der Blasen wird als ein Halb-Kissen-Zustand
bezeichnet). Wenn der Flüssigkeitskanal 3 im
Inneren im Wesentlichen außer
dem Auslassanschluss 7 geschlossen ist, der offen ist,
wie dies in der 3B gezeigt ist, dann können die
Blasen bei dem Halb-Kissen-Zustand nur auf ein begrenztes Maß an der
stromaufwärtigen
Seite anwachsen, und zwar aufgrund der gesteuerten Bewegung der
Flüssigkeit
an der stromaufwärtigen
Seite, mit dem Ergebnis, dass die restlichen Blasen an der stromabwärtigen Seite
(das heißt
an der Seite des Auslassanschlusses 7) stark anwachsen.
Dies ist in den 3C und in den 5D und 5E dargestellt.
Zur Vereinfachung der Beschreibung ist die Oberfläche des
Wärmeerzeugungselementes 4 in
zwei Bereiche eingeteilt, nämlich
einen Bereich A an der Seite des Auslassanschlusses 7,
in dem die Blasen anwachsen, während
das Wärmeerzeugungselement 4 eingeschaltet
ist, und einen Bereich B, in dem die Blasen wenig anwachsen.
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Die 4D zeigt
den Zustand, bei dem die Blase 21 in dem Bereich A weiterhin
anwächst,
aber in dem ein Schrumpfen in dem Bereich B beginnt, wobei die Blasen 21 zu
dem Auslassanschluss 7 in dem Bereich A stark anwachsen,
wodurch der Tropfen 22 aus dem Auslassanschluss 7 ausgelassen
wird. Andererseits beginnt ein Verschwinden der Blase 21 an
der Seite des freien Endes 8B des bewegbaren Elementes 8 (in
dem Bereich B) in dem Blasenerzeugungsbereich 11, wodurch
die Flüssigkeit
aus der gemeinsamen Flüssigkeitszuführungskammer 6 in
den Flüssigkeitskanal 3 über den
Flüssigkeitszuführungsanschluss 5 gezogen wird.
Dies versetzt das freie Ende 8B des bewegbaren Elementes 8 zu
dem Blasenerzeugungsbereich 11, wodurch die gemeinsame
Flüssigkeitszuführungskammer 6 und
der Flüssigkeitskanal 3 miteinander
in Verbindung gelangen.
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Die 4E zeigt
den Zustand, bei dem die Blase annähernd auf das maximale Maß in dem
Bereich A anwächst,
während
sie in dem Bereich B in etwa verschwindet. Der Tropfen 22,
der aus dem Auslassanschluss 7 ausgelassen wird, wird geschleppt,
wobei er weiterhin mit dem Meniskus M in Verbindung ist.
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Die 4F zeigt
den Zustand, bei dem die Blase 21 schon ihr Anwachsen stoppt
und nur verschwindet, und der Tropfen 22 und der Meniskus
M werden voneinander getrennt. Die mit dem Schrumpfen der Blase verknüpfte Energie,
unmittelbar nachdem die Blase ihr Anwachsen stoppt und in dem Bereich
A zu verschwinden beginnt, dient insgesamt zum Bewegen der Flüssigkeit
in der Nähe
des Auslassanschlusses 7 stromaufwärts. Daher wird der Meniskus
M bei dieser Stufe aus dem Auslassanschluss 7 in den Flüssigkeitskanal 3 hinein
gezogen, um die Flüssigkeitssäule von
dem Tropfen 22 schnell zu trennen, der durch eine starke
Kraft ausgelassen wird. Gleichzeitig induziert das Schrumpfen der
Blase 21 eine massive Strömung der Flüssigkeit aus der gemeinsamen
Flussigkeitszuführungskammer 6 in
den Flüssigkeitskanal 3 über den
Flüssigkeitszuführungsanschluss 5.
Dies schwächt
stark die schnelle Strömung
des Meniskus M in den Flüssigkeitskanal 3 ab,
und er bewegt sich zurück
zu der Anfangsposition in einer kurzen Zeit, wodurch das Rückzugsvolumen
des Meniskus M von dem Volumen des Meniskus reduziert wird, der
durch den Flüssigkeitsauslasskopf
erzeugt wird, dem das bewegbare Element 8 gemäß der vorliegenden
Erfindung fehlt, und die Schwingungen des Meniskus M klingen schnell
ab. Der Abstand h2 ist die maximale Versetzung des freien Endes 8B des
bewegbaren Elementes 8 zu dem Blasenerzeugungsbereich 11.
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Wenn
die Blase 21 schließlich
vollständig
verschwunden ist, kehrt das bewegbare Element 8 zu der normalen
Position zurück,
wie dies in der 3A gezeigt ist, und dem Meniskus
M ist in der Nähe
des Auslassanschlusses 7 bereits wiederhergestellt.
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Die 6 zeigt
eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen dem Verhalten
des bewegbaren Elementes und der Zeit, in der sich das Volumen der
Blasen in Bereichen A und B ändert,
wie dies in den 3A bis 3C und
in den 5D bis 4F gezeigt
ist, wobei Kurven A und B die volumetrische Änderung der Blasen in den Bereichen
A und B jeweils über
die Zeit darstellen. Diese Beziehung wird nachfolgend beschrieben.
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Wie
dies in der 6 gezeigt ist, ist die Kurve
A parabolisch mit einem Maximum. Anders gesagt wird die Lebenszeit
der in dem Bereich A erzeugten Blase durch deren Volumen dargestellt,
das sich über
die Zeit vergrößert, so
dass sie ein Maximum erreicht und sich danach dann verringert. Die
in dem Bereich B erzeugte Blase unterscheidet sich andererseits
sehr von jener Blase, die in den Bereich A erzeugt wird, wobei die
Erstgenannte eine kürze
Lebenszeit, ein kleineres maximales Volumen und eine kürzere Zeit
aufweist, das maximale Volumen zu erreichen. Die Zeit zwischen einer
Erzeugung und einem Verschwinden der Blasen und das Anwachsen der
volumetrischen Änderung
der Blasen sind nämlich
zwischen den Bereichen A und B sehr unterschiedlich, und beide Werte
sind in dem Bereich B kleiner.
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Es
ist zu beachten, dass die Kurven A und B sich während der Anfangsstufe einander überlappen,
in der sie mit einer gleichen Rate anwachsen, das heißt isotropisch
und in einem Halb-Kissen-Zustand,
wie dies in der 6 gezeigt ist. Nachfolgend trennt
sich die Kurve B von der Kurve A in einer gewissen Zeit, bei der die
Blase, die in dem Bereich B erzeugt wird, zu verschwinden beginnt,
während
die in dem Bereich A erzeugte Blase weiterhin anwächst. Es
gibt eine Zeitperiode, in der die in dem Bereich A erzeugte Blase
wächst,
wohingegen die in dem Bereich B erzeugte Blase verschwindet (Zeitperiode
des teilweisen Anwachsens und des teilweisen Schrumpfens).
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Das
bewegbare Element 8 zeigt das folgende Verhalten gemäß dem Blasenanwachsmodus,
der vorstehend beschrieben ist, wenn das Wärmeerzeugungselement 4 teilweise
durch das freie Ende 8B des bewegbaren Elementes 8 abgedeckt
ist. Während
der in der 6 gezeigten Zeitperiode (1)
wird das bewegbare Element 8 nach unten und zu dem Flüssigkeitszuführungsanschluss 5 versetzt.
Während
der Zeitperiode (2) gelangt das bewegbare Element 8 mit
dem Si-Substrat 12 in einen engen Kontakt, wodurch der
Flüssigkeitskanal 3 im
Inneren im Wesentlichen geschlossen wird, außer dass der Auslassanschluss 7 offen
bleibt. Dieser geschlossene Zustand wird gestartet, während die
Blase isotropisch anwächst.
Während
der Zeitperiode (3) wird das bewegbare Element 8 nach
oben zu der normalen Position versetzt. Der Flüssigkeitszuführungsanschluss 5 beginnt
sich zu öffnen,
was durch das bewegbare Element 8 in einer gewissen Zeitperiode
nach dem Start der Zeitperiode des teilweisen Anwachsens und des
teilweisen Schrumpfens bewirkt wird. Während der Zeitperiode (4)
wird das bewegbare Element 8 weiter nach oben aus der normalen
Position versetzt. Während der
Zeitperiode (5) wird eine nach oben gerichtete Versetzung
des bewegbaren Elementes 8 nahezu gestoppt, es wird ein
Gleichgewichtszustand für
das bewegbare Element 8 an der offenen Position hergestellt.
Während der
Zeitperiode (6) wird schließlich das bewegbare Element 8 nach
unten zu der normalen Position versetzt.
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Wie
dies in der 6 gezeigt ist, gilt die Beziehung
Vf > Vr immer bei
dem Flüssigkeitsauslasskopf gemäß der vorliegenden
Erfindung, wobei Vf das maximale Volumen der Blase ist, die an der
Seite des Auslassanschlusses 7 in dem Blasenerzeugungsbereich 11 anwächst, das
heißt
der Blase, die in dem Bereich A ausgebildet wird, und wobei Vr das
maximale Volumen der Blase ist, die an der Seite des Flüssigkeitszuführungsanschlusses 5 in
dem Blasenerzeugungsbereich 11 anwächst. Das heißt der Blase,
die in dem Bereich B ausgebildet wird. Gleichzeitig gilt auch immer
die Beziehung Tf > Tr
bei dem Flüssigkeitsauslasskopf
gemäß der vorliegenden
Erfindung, wobei Tf die Lebenszeit der Blase ist (Zeitspanne von
der Erzeugung bis zu dem Verschwinden der Blase), die an der Seite
des Auslassanschlusses 7 in dem Blasenerzeugungsbereich 11 anwächst, das
heißt
der Blase, die in dem Bereich A ausgebildet wird, und wobei Tr die
Lebenszeit der Blase ist, die an der Seite des Flüssigkeitszuführungsanschlusses 5 in
dem Blasenerzeugungsbereich 11 anwächst, das heißt der Blase,
die in dem Bereich B ausgebildet wird. Diese Beziehungen bedeuten,
dass der Punkt, an dem die Blase verschwindet, an der Seite des
Auslassanschlusses 7 um die Mitte des Blasenerzeugungsbereiches 11
herum positioniert ist.
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Außerdem gilt
immer die Beziehung h1 < h2
bei der Kopfstruktur gemäß diesem
Ausführungsbeispiel, wie
dies in der 3B und in der 4F gezeigt
ist, wobei h1 die maximale Versetzung des freien Endes 8B des
bewegbaren Elementes 8 zur Seite des Flüssigkeitszuführungsanschlusses 5 während der
Anfangsstufe der Erzeugung der Blase 21 ist, und wobei
h2 die maximale Versetzung des freien Endes 8B des bewegbaren Elementes 8 zur
Seite des Auslassanschlusses 7 ist, wenn die Blase 21 verschwindet.
h1 beträgt
zum Beispiel 1 μm,
wenn h2 10 μm
beträgt.
Diese Beziehung bedeutet, dass das Anwachsen der Blase 21 zu
der hinteren Seite des Wärmeerzeugungselementes
(das heißt
gegenüber
dem Auslassanschluss 7) während der Anfangsstufe der
Blasenerzeugung gesteuert wird, um das Anwachsen der Blase zu der
vorderen Seite des Wärmeerzeugungselementes
(d. h. zu dem Auslassanschluss 7 hin) weiter zu beschleunigen.
Dies verbessert eine Wirkung zum Umwandeln der bei dem Wärmeerzeugungselement 4 erzeugten
Blasenleistung zu der kinetischen Energie der Flüssigkeit zum Auslassen des
Tropfens aus dem Auslassanschluss 7.
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Die
Kopfstruktur von diesem Ausführungsbeispiel
und ihre Flüssigkeitsauslassmechanismen,
wie sie vorstehend beschrieben sind, lassen die Blase ungleichmäßig zu der
stromaufwärtigen
und der stromabwärtigen
Seite anwachsen, wobei die Blase kleine Anwachskomponente zu der
stromaufwärtigen
Seite aufweist, um eine Bewegung der Flüssigkeit in dieser Richtung
zu steuern. Die gesteuerte Bewegung der Flüssigkeit zu der stromaufwärtigen Seite
bedeutet, dass die Flüssigkeitsströmung hauptsächlich zur
Seite des Auslassanschlusses gerichtet ist, während die Blasenkomponente,
die zur stromaufwärtigen
Seite hin anwächst,
gehalten wird, wodurch die Flüssigkeitsauslassleistung
stark erhöht
wird. Außerdem
reduziert dies das Rückzugsvolumen
des Meniskus, wodurch eine Größe des Meniskus
reduziert wird, mit der er aus der Öffnungsseite während der
Nachfüllschrittes
vorsteht, und dadurch werden Schwingungen des Meniskus gesteuert,
was wiederum eine Stabilisierung des Auslassens der Flüssigkeit über eine
breite Antriebsfrequenz von einer niedrigen zu einer hohen Frequenz
unterstützt.
Anders gesagt kehrt der Meniskus zu dem Anfangszustand sehr schnell
zurück,
nachdem die Flüssigkeit
ausgelassen wurde, wodurch die Auslassfrequenz (Antriebsfrequenz) für eine vorgegebene
Menge der ausgelassenen Flüssigkeit
drastisch verbessert wird.
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Sowohl
der Auslassanschluss als auch der Flüssigkeitszuführungsanschluss
befinden sich an der Seite des Hebelpunktes für das bewegbare Element, und
das freie Ende des bewegbaren Elementes befindet sich an der Seite
des geschlossenen Endes des Flüssigkeitskanals.
Diese Struktur ermöglicht
eine Bewegung der Flüssigkeit
zu dem Flüssigkeitszuführungsanschluss
zum Nachfüllen,
wenn das freie Ende des bewegbaren Elementes versetzt wird, und
es bewirkt eine Strömung
der Flüssigkeit
sogar in der Nähe
des geschlossenen Endes des Flüssigkeitskanales,
wodurch es schwierig ist, dass die restliche Flüssigkeit in dem Flüssigkeitskanal
für den
Flüssigkeitsauslasskopf
verbleibt.
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Wenn
eine Tinte als die Flüssigkeit
zu verwenden ist, dann ist diese manchmal hoch viskos, womit die Tinte
auf dem Aufzeichnungsmedium mit einer hohen Geschwindigkeit fixiert
wird und das Verlaufen der Tinte in dem Grenzbereich zwischen der
schwarzen Farbe und einer anderen Farbe verhindert wird. Der Kopf
gemäß der vorliegenden
Erfindung kann eine derartige Tinte behutsam auslassen, da seine
Auslassleistung drastisch verbessert ist. Die Tinte kann einen verdickten
Bereich aufweisen, wenn sich die Aufzeichnungsumgebungen ändern, insbesondere
bei einer niedrigen Temperatur oder einem Feuchtigkeitszustand,
und zwar bis zu einem Maß,
dass die Tinte während
der Anfangsstufe nicht behutsam ausgelassen werden kann. Die vorliegende
Erfindung kann die Tinte beim allerersten Mal auch bei den verstehend
genannten Zuständen
behutsam auslassen. Die drastisch erhöhte Auslassleistung reduziert
eine Größe des Wärmeerzeugungselementes
als die Blasenerzeugungseinrichtung, und sie reduziert außerdem die
Energie, die zum Auslassen der Flüssigkeit erforderlich ist.
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Als
nächstes
wird ein Ausführungsbeispiel
des Verfahrens zum Herstellen des Flüssigkeitsauslasskopfes unter
Bezugnahme auf die 7A bis 7F, auf
die 8G bis 8K und
auf die 9L bis 9O beschrieben.
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Unter
Bezugnahme auf die 7A wird der PSG-Film 31 durch
CVD mit einer Dicke von ungefähr
1,0 μm auf
dem Si-Substrat 12 ausgebildet, wobei der Film 31 das
erste Spaltbildungselement zum Ausbilden eines kleinen Spaltes von
dem bewegbaren Element (siehe 1) dient,
das bei dem nachfolgenden Schritt ausgebildet wird.
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Als
nächstes
wird auf dem PSG-Film 31 ein Muster durch einen bekannten
photolithographischen Prozess gebildet, wie dies in der 7B gezeigt
ist.
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Als
nächstes
wird der SiN-Film 32 durch Plasma-CVD mit einer Dicke von
ungefähr
3,0 μm auf
dem PSG-Film 31 und einem unbeschichteten Si-Substrat 12 ausgebildet,
um diese so zu beschichten, wie dies in der 7C gezeigt
ist, wobei der Film 32 das bewegbare Element 8 und
eine Fügestelle
(Stütze)
zwischen dem Si-Substrat 12 und dem bewegbaren Element 8 bildet.
Auf dem SiN-Film 32 wird ein derartiges Muster gebildet,
dass er Form des bewegbarer Elementes 8 aufweist, und zwar
durch einen photolithographischen Prozess, wie dies in der 7D gezeigt
ist.
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Als
nächstes
wird der Al/Cu-Film 33 als das zweite Spaltbildungselement
durch Sputtern mit einer Dicke von ungefähr 20 μm auf dem mit Muster versehenen
SiN-Film 32 ausgebildet, wobei der Film 33 den
Flüssigkeitskanal 3 bildet
(siehe 1). Dann wird er mit einem derartigen Muster versehen,
dass er die Form des Flüssigkeitskanals 3 aufweist,
und zwar durch Ätzen
mit einer gemischten Lösung
auf Essigsäure,
Phosphor- und Salpetersäure,
und zwar mit einer Erwärmung,
wie dies in der 7F gezeigt ist.
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Als
nächstes
wird der SiN-Film 34 durch Plasma-CVD mit einer Dicke von
ungefähr
25 μm ausgebildet, um
den SiN-Film 32 und den Al/Cu-Film 33 zu beschichten.
Dieser bildet die Seitenwand 10 für den Flüssigkeitskanal 3 (siehe 1).
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Als
nächstes
werden der Al/Cu-Film 33 und der SiN-Film 34 durch
ein CMP-Verfahren (chemisch/mechanisches Polieren) ausgeschliffen
und abgeflacht, so dass ihre Oberflächen dieselbe Ebene bilden,
wie dies in der 8H gezeigt ist, und so dass
sie das Ausrichtungsmuster (nicht gezeigt) als den Standard für die später durchgeführte Photolithographie
aufweisen.
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Wie
dies in der 8I gezeigt ist, wird als nächstes der
Ta-Film 35 durch
Sputtern mit einer Dicke von ungefähr 2500 Angström ausgebildet,
und ein SiN-Film 36 wird durch Plasma-CVD mit einer Dicke
von ungefähr
5000 Angström
(auf dem abgeflachten Al/Cu-Film 33 und dem SiN-Film 34)
in dieser Reihenfolge ausgebildet, wobei der Ta-Film 35 und
der SiN-Film 36 den cavitationsbeständigen Film 13 bzw.
den Schutzfilm 14 bilden (siehe 1). Dann
wird auf dem Al/Cu-Film 33 und dem SiN-Film 34 in
dieser Reihenfolge die Musterbildung durch ein bekanntes photolithographisches
Verfahren mit den Formen des Schutzfilmes 14 bzw. des cavitationsbeständigen Filmes 13 durchgeführt.
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Als
nächstes
wird der TaSiN-Film 37 mit einer Dicke von ungefähr 500 Angström auf dem
SiN-Film 36 (Schutzfilm 14) ausgebildet, wie dies
in der 8J gezeigt ist, wobei der TaSiN-Film 37 die
Wärme erzeugende
Widerstandslage 15 bildet (siehe 1), und
dann wird der Al-Film 38 mit einer Dicke von ungefähr 5000 Angström auf dem
TaSiN-Film 37 ausgebildet, wie dies in der 8K gezeigt
ist. Auf dem Al-Film 38 wird durch einen photolithographischen
Prozess eine Musterbildung durchgeführt, so dass er die elektrischen
Verdrahtungsschaltungen 16 und 16b aufweist, wie
dies in der 9L gezeigt ist. Dann wird auf
dem TaSiN-Film 37 die Musterbildung mit der Form der Wärme erzeugenden
Widerstandslage 15 durchgeführt.
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Als
nächstes
wird der SiN-Film 17 durch Plasma-CVD mit einer Dicke von
ungefähr
5 μm ausgebildet, und
durch das CMP-Verfahren abgeflacht/abgeschliffen, wie dies in der 9M gezeigt
ist. Er ist die äußerste Lage
bei dem CMP-Verfahren.
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Der
SiN-Film 17 wird bei einer hohen Temperatur einem Wasser
abweisenden Film (nicht gezeigt) beschichtet, der Fluoratome enthält. Die
für den
Wasser abweisenden Film nützlichen
Materialien beinhalten fluorhaltige, organische Zusammensetzungen,
zum Beispiel insbesondere organische Zusammensetzungen mit einer
Fluoralkyl-Gruppe und Organo-Silikon-Zusammensetzungen
mit einem Dimethyl-Siloxan-Gerüst.
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Die
fluorhaltigen organischen Zusammensetzungen, die für die vorliegende
Erfindung vorzuziehen sind, beinhalten Heptadecafluoro-1,1,2,2-tetrahydrodecyl-Trimethoxy-Silane
and Heptadecafluoro-1,1,2,2-tetrahydrotrichlour; die Alkane mit
einem einer Fluoroalkyl-Gruppe beinhalten Octafluorocyclobutan,
Perfluoromethylcyclohexan, Perfluoro-n-Hexan, Perfluoro-n-Heptan, Tetradecafluoro-2-Methylpentan,
Perfluorododekan und Perfluoroeikosan; die the Karboxylik-Säuren mit
einer Fluoroalkyl-Gruppe beinhalten Perfluorodekanoik-Säure und Perfluorooctanoik-Säure; die
Alkohole mit einer Fluoroalkyl-Gruppe
beinhalten 3,3,4,4,5,5,5-Heptafluoro-2-Pentanol; die Amine mit einer
Fluoroalkyl-Gruppe beinhalten Heptadecafluoro-1,1,2,2-Tetrahydrodecylamine; und die
Organosilikon-Zusammensetzungen
mit einem Dimethyl-Siloxan-Gerüst
beinhalten α,
w-bis (3-Aminopropyl)Polydimethyl-Siloxan and α, w-bis(Vinyl)Polydimethyl-Siloxan.
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Die äußerste Lage
kann mit Teflon (eingetragene Marke von Du Pont's) mit einer Dicke von ungefähr 5,0 μm beschichtet
werden, und dann auf eine hohe Temperatur von ungefähr 400°C zur Behandlung
erwärmt werden,
damit sie Wasser abweisend wird. Sie kann außerdem mit Fluor-Plasma behandelt
werden.
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Als
nächstes
wird der Auslassanschluss 7 durch ein Ätzsystem ausgebildet, das ein
dielektrisch gekoppeltes Plasma verwendet, wie dies in der 9N gezeigt
ist. Der Al/Cu-Film 33 als das zweite spaltbildende Element
wird als die Ätzstopplage
verwendet.
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Als
nächstes
werden der Abschnitt des Si-Substrates 12 für die gemeinsame
Flüssigkeitszuführungskammer 6 und
der PSG-Film 31 als das erste spaltbildende Element durch Ätzen mit
TMAH (Tetramethyl-Ammonium-Hydrid) beseitigt, um die gemeinsame
Flüssigkeitszuführungskammer 6,
den Flüssigkeitszuführungsanschluss 5 und
einen Spalt zwischen dem Si-Substrat und dem SiN-Film 32 auszubilden,
wie dies in der 9O gezeigt ist.
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Schließlich wird
der Al/Cu-Film 33 als das zweite spaltbildende Element
durch Ätzen
unter Erwärmung mit
einer gemischten Lösung
aus Essigsäure,
Phosphor- und Salpetersäure über den
Flüssigkeitszuführungsanschluss 5 und
den Auslassanschluss 7 beseitigt.
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Diese
Schritte liefern den Flüssigkeitsauslasskopf,
der in der 1 gezeigt ist, mit dem Si-Substrat 12, das
mit dem bewegbaren Element 8 versehen ist, dem Flüssigkeitskanal 3,
dem Flüssigkeitszuführungsanschluss 5 und
dem Auslassanschluss 7.
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(Andere bevorzugte Ausführungsbeispiele)
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Die
anderen bevorzugten Ausführungsbeispiele
werden nachfolgend beschrieben, auf die der vorstehend beschriebene
Flüssigkeitsauslasskopf
anwendbar ist.
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[Bewegbares Element]
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Es
kann ein beliebiges Material für
das bewegbare Element bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel
verwendet werden, solange es hinsichtlich der ausgelassenen Flüssigkeit
beständig
und elastisch ist, um sanft als das bewegbare Element zu dienen.
-
Die
Materialien, die für
das bewegbare Element vorzuziehen sind, beinhalten haltbare Materialien,
wie zum Beispiel Metalle (zum Beispiel Silber, Nickel, Gold, Eisen,
Titan, Aluminium, Platin, Tantal, Edelstahl, Phosphorbronze wie
Legierungen davon; Kunststoffe mit: einer Nitril-Gruppe (zum Beispiel
Acrylonitril, Butadien und Styren), Kunststoff mit einer Amid-Gruppe
(zum Beispiel Polyamid), Kunststoffe mit einer Carboxyl-Gruppe (zum
Beispiel Polycarbonat), Kunststoffe mit einer Aldehyd-Gruppe (zum
Beispiel Polyacetal), Kunststoffe mit einer Sulfon-Gruppe (zum Beispiel
Polysulfon), Flüssigkristall-Polymere
und ihre Zusammensetzungen. Sie können außerdem tintenbeständige Materialien
beinhalten, wie zum Beispiel Metalle (zum Beispiel Gold, Wolfram,
Tantal, Nickel, Edelstahl, Titan und deren Legierungen), die beschichtet
werden können, um
ihre Beständigkeit
Gegenüber
Tinte weiter zu verbessern; Kunststoffe mit einer Amid-Gruppe (zum
Beispiel Polyamid), Kunststoffe mit einer Aldehyd-Gruppe (zum Beispiel
Polyacetal), Kunststoffe mit einer Keton-Gruppe (zum Beispiel Polyetheretherketon, Kunststoffe
mit einer Imid-Gruppe (zum Beispiel Polyimid), Kunststoffe mit einer
Hydroxyl-Gruppe (zum Beispiel Phenol-Kunststoff), Kunststoffe mit einer Ethyl-Gruppe
(zum Beispiel Polyethylen), Kunststoffe mit einer Alkyl-Gruppe (zum
Beispiel Polypropylen), Kunststoffe mit einer Epoxid-Gruppe (zum
Beispiel Epoxid-Kunststoff), Kunststoffe mit einer Amino-Gruppe
(zum Beispiel Melamin-Kunststoff), Kunststoffe mit einer Methylol-Gruppe (zum Beispiel
Xylen-Kunststoff) und ihre Zusammensetzungen; und Keramiken (zum
Beispiel jene aus Siliziumdioxid und Siliziumnitrid) und ihre Zusammensetzungen.
Das bewegbare Element für
die vorliegende Erfindung hat eine Dicke in der Größenordnung
von Mikrometern.
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Als
nächstes
wird die relative Position zwischen dem Wärmeerzeugungselement und dem
bewegbaren Element beschrieben. Es ist möglich, die Flüssigkeitsströmung genau
zu steuern, wenn die Blasen durch das Wärmeerzeugungselement erzeugt
werden, und diese in wirksamer Weise zu nutzen, indem diese Elemente
optimal angeordnet werden.
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Das
Tintenstrahlaufzeichnungsverfahren (oder das Blasenstrahlaufzeichnungsverfahren)
liefert Energie (zum Beispiel Wärme)
zu einer Tinte, um eine schnelle volumetrische Änderung (d. h. eine Erzeugung
der Blasen) zu bewirken, und die Kraft, die durch diese Änderung
erzeugt wird, wirkt auf die Flüssigkeit,
um diese auf ein Aufzeichnungsmedium auszulassen und darauf Bilder
zu erzeugen. Bei den herkömmlichen
Techniken für
dieses Aufzeichnungsverfahren erhöht sich die Tintenauslassmenge
linear in einem Bereich des Wärmeerzeugungselementes
zum Beispiel entsprechend einer Beziehung, die durch die gestrichelte
Linie in der 10 dargestellt ist. Diese Figur
zeigt außerdem
den nicht wirksamen Blasenbildungsbereich S, der keinen Beitrag zum
Auslassen der Tinte vorsieht. Es wird außerdem angeregt, dass diese
nicht wirksamen Blasenbildungsbereiche S an Stellen um den Wärmeerzeugungsbereich
ausgebildet werden, die aus den Verschmorungszuständen an
dem Wärmeerzeugungselement
bestimmt werden. Es ist auf der Grundlage diese Beobachtungen akzeptabel,
dass eine Breite von ungefähr
4 μm um
dem Wärmeerzeugungselement
keinen Beitrag zur Blasenbildung liefert. Im Gegensatz dazu hat
der Flüssigkeitsauslasskopf
gemäß der vorliegenden
Erfindung einen Bereich mit einer konstanten Auslassmenge, wie dies
durch die durchgezogene Linie in der 10 gezeigt
ist, und zwar trotz der Schwenkungen des Wärmeerzeugungsbereiches oder
der Blasenbildungsleistung, da sein Flüssigkeitskanal einschließlich des
Blasenerzeugungselementes im Wesentlichen geschlossen ist, außer dass
der Auslassanschluss offen ist, um die maximale Auslassmenge zu
begrenzen. Dieser Bereich der konstanten Auslassmenge kann zum Stabilisieren
der Auslassmenge eines großen
Bildpunktes verwendet werden.
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<Wärmeerzeugungselement>
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Das
vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel
verwendet das Wärmeerzeugungselement
als die Blasenerzeugungseinrichtung, die die Wärme erzeugende Widerstandslage
aufweist, welche Wärme
gemäß den elektrischen
Signalen erzeugt, die sie aufnimmt. Jedoch ist das Wärmeerzeugungselement
für die
vorliegende Erfindung nicht: auf das vorstehend Genannte beschränkt, und
es kann eine beliebige Einrichtung verwendet werden, solange sie
eine ausreichende Blasenmenge in der Flüssigkeit zum Auslassen der
Flüssigkeit. erzeugen
kann. Einige der Beispiele beinhalten optothermische Wandler, die
Wärme erzeugen,
wenn sie mit Licht wie zum Beispiel Laserstrahlen bestrahlt werden,
und andere Beispiele, die Wärme
erzeugen, wenn sie mit elektromagnetischen Wellen bestrahlt werden.
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Die
in der 1 gezeigte obere Platte 2 einschließlich der
Wärme erzeugenden
Widerstandslage 15 für
das Wärmeerzeugungselement 4 und
den elektrischen Verdrahtungsschaltungen 16a und 16b zum
Zuführen
der elektrischen Signale zu der Lage 15 können des
Weiteren eine Funktionsvorrichtung wie zum Beispiel einen Transistor,
eine Diode, eine Latch-Schaltung und einen Schaltresistor aufweisen,
um das Wärmeerzeugungselement 4 (elektrothermischen
Wandler) in der Halbleiterherstellungslinie wahlweise anzutreiben,
um eine Monolith-Baugruppe auszubilden.
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Um
das vorstehend beschriebene Wärmeerzeugungselement 4 anzutreiben
und die Flüssigkeit
auszulassen, werden rechteckige Pulse, wie sie in der 11 gezeigt
sind, auf die Wärmeerzeugende
Widerstandslage 15 über
die elektrischen Verdrahtungsschaltungen 16A und 16B aufgebracht,
um eine schnelle Erzeugung der Wärme
durch die Lage 15 zu unterstützen, die zwischen diesen Schaltungen 16A und 16B platziert
ist. Der Flüssigkeitsauslasskopf
gemäß dem vorstehend
beschriebenen Ausführungsbeispiel
arbeitet, wenn sein Wärmeerzeugungselement
mit den elektrischen Signalen angetrieben wird, die eine elektrische Spannung
von 24V, eine Pulsbreite von 7 μs,
eine Stromstärke
von 150 mA und eine Frequenz von 6 kHz aufweisen, um die Flüssigkeit
aus dem Auslassanschluss durch die vorstehend beschriebenen Vorgänge auszulassen.
Jedoch sind die Antriebssignalzustände nicht auf die vorstehend
beschriebenen beschränkt,
und es kann ein beliebiges Signal verwendet werden, solange es das
Wärmeerzeugungselement
zum angemessenen Bilden von Blasen in der Flüssigkeit antreiben kann.
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<Auszulassende Flüssigkeit>
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Die
auszulassende Flüssigkeit
kann, wenn sie eine Tinte zum Aufzeichnen (Aufzeichnungsflüssigkeit) ist,
die Tinte mit der Zusammensetzung sein, die normalerweise für die Blasenstrahlaufzeichnungsvorrichtung verwendet
wird.
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Jedoch
hat die Flüssigkeit
selbst vorzugsweise Eigenschaften, durch die die Flüssigkeit
das Auslassen, das Blasenbilden oder die Bewegung des bewegbaren
Elementes nicht stört.
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Eine
hochviskose Tinte kann als die Flüssigkeit verwendet werden,
die zum Aufzeichnen auszulassen ist.
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Bei
dem Ausführungsbeispiel
gemäß der vorliegenden
Erfindung wurde die Farbtinte mit der Zusammensetzung zum Aufzeichnen
verwendet, die in der Tabelle 1 vorgegeben ist, zwar als die Aufzeichnungsflüssigkeit,
die durch die vorliegende Erfindung ausgelassen werden kann. Sie
hatte eine Viskosität
von 2 cP (2 × 10
–3Pa·s). [Tabelle
1]
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Es
wurde herausgefunden, dass der Flüssigkeitsauslasskopf gemäß der vorliegenden
Erfindung sehr gute Aufzeichnungsbilder auch mit einer Tinte der
vorstehend genannten Zusammensetzung erzeugt, und zwar unter Berücksichtigung
von seiner verbesserten Auslassleistung, die die Flüssigkeitsauslassrate
erhöht und
die Tropfenfluggenauigkeit verbessert.
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<Flüssigkeitsauslassgerät>
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Die 12 umreißt die Struktur
einer Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung als ein Beispiel, auf
das der Flüssigkeitsauslasskopf
gemäß der Struktur
anwendbar ist, die durch eines des vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele
beschrieben ist. Die Kopfkartusche 601, die in der Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung 600 eingebaut
ist, wie in der 12 gezeigt ist, hat den Flüssigkeitsauslasskopf gemäß der vorstehend
beschriebenen Struktur und einen Flüssigkeitsbehälter, der
die Flüssigkeit
so hält,
dass sie zu dem Flüssigkeitsauslasskopf
zugeführt
wird. Wie dies in der 12 gezeigt ist, wird die Kopfkartusche 601 durch
den Schlitten 607 gestützt,
an die Spiralnut 606 für
die Führungsschraube 605 gepasst
ist, die sich dreht, zwar über
Antriebskraftübertragungszahnräder 603 und 604,
die mit dem Antriebsmotor 602 in Phase sind, der sich der
Vorwärts- und
Rückwärtsrichtung
dreht. Die Kopfkartusche 601 wird durch den Antriebsmotor 602 so
angetrieben, dass sie sich in den Richtungen (a) und (b) entlang
des Schlittens 607 und einer Führung 608 hin und
her bewegt. Die Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung 600 hat
eine Einrichtung (nicht gezeigt) zum transferieren des Aufzeichnungsmediums,
die ein Druckpapier P als das Aufzeichnungsmedium transferiert,
auf dem die Tinte aus der Kopfkartusche 601 ausgelassen
wird. Die Platte 610 zum Halten des Druckpapiers Position,
das auf die Walze 609 durch die Einrichtung zum Transferieren
des Aufzeichnungsmediums transferiert wird, drückt das Druckpapier P zu der
Walze 609 über
die Wegstrecke des Schlittens 607.
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Die
lichtgekoppelten Vorrichtungen 611 und 612 sind
in der Nähe
von einem Ende der Führungsschraube 605 vorgesehen.
Sie sind Einrichtungen zum Erfassen einer Ruheposition, und sie
unterstützen
ein Schalten der Drehrichtung des Antriebsmotors, nachdem sie das
Vorhandensein des Hebels 607A des Schlittens 607 in
ihren Bereichen bestätigt
haben. Das Stützelement 613 ist
in der Nähe
von einem Ende der Walze 609 vorgesehen, um das Abdeckungselement 614 zu
stützen,
das die vordere Seite (d. h. die Seite des Auslassanschlusses) der
Kopfkartusche 601 abdeckt. Die Tinteneinzugseinrichtung 615 ist
zum Einziehen der Tinte vorgesehen, die innerhalb des Abdeckungselementes 614 verbleibt,
die die Kopfkartusche 601 nicht ausgelassen hat. Die Tinteneinzugseinrichtung 615 stellt
die Flüssigkeitseinzugsfunktion
der Kopfkartusche 601 über die Öffnung des
Abdeckungselementes 614 wieder her.
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Die
Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung 600 hat das Körperstützelement 619,
das das Bewegungselement 618 stützt, um dessen Bewegung nach
vorn und zurück
zu unterstützen,
das heißt
in der Richtung, die senkrecht zu der Bewegung des Schlittens 607 ist.
Das Bewegungselement 618 hat die Reinigungslamelle 617,
die Form nicht auf die gezeigte Form beschränkt ist und irgendeine andere
Form einer anderen Art sein kann. Die Tinteneinzugseinrichtung 615 hat
den Hebel 620 zum Starten der Wiederherstellung der Tinteneinzugsbewegung,
die sich in Phase mit der Bewegung des Nockens 621 bewegt,
der an dem Schlitten 607 angebracht ist, und sie wird durch
die Antriebskraft von dem Antriebsmotor 602 angetrieben
und gesteuert, die durch ein bekanntes Verfahren wie zum Beispiel
durch ein Schalten einer Kupplung übertragen wird. Die Tintenstrahlaufzeichnungssteuervorrichtung
(in der 12 nicht gezeigt) ist an der
Seite des Aufzeichnungsvorrichtungskörpers vorgesehen, um das Signal
zu dem Wärmeerzeugungselement
in der Kopfkartusche 601 zu übertragen und die Antriebs/Steuerfunktionen
von jedem der bereits beschriebenen Mechanismen zu steuern.
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Bei
der Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung 600 gemäß der vorstehend
beschriebenen Struktur bewegt sich die Kopfkartusche 601 über die
gesamte Breite des Druckpapieres P hin und her, das durch die vorstehend
beschriebene Einrichtung zum Transferieren des Aufzeichnungsmediums
an der Walze 609 transferiert wird. Beim Aufnehmen des
Antriebssignales über
die Einrichtung zum Zuführen
der Antriebssignale (nicht gezeigt), während sich die Kopfkartusche 601 hin
und her bewegt, triggert die Kopfkartusche 601 den Flüssigkeitsauslasskopf
zum Auslassen der Tinte (Aufzeichnungsflüssigkeit) auf dem Aufzeichnungsmedium
zum Aufzeichnen, und zwar gemäß dem Signal.
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Die 13 zeigt
ein Blockdiagramm des gesamten Systems zum Tintenstrahlaufzeichnen
durch den Flüssigkeitsauslasskopf
gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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Die
Aufzeichnungsvorrichtung nimmt Druckinformationen als das Steuersignal
von dem Hostcomputer 300 auf. Die Druckinformationen werden
vorübergehend
in der Eingabeschnittstelle 301 bei der Druckvorrichtung
gespeichert, und gleichzeitig in verarbeitbare Daten in der Aufzeichnungsvorrichtung
umgewandelt und in die CPU (Zentralverarbeitungseinheit) 302 eingegeben,
die auch als die Einrichtung zum Zuführen der Kopfantriebssignale
dient. Die CPU 202 verarbeitet die dabei eingegebenen Daten
auf der Grundlage des Steuerprogramms, das in dem ROM (Festwertspeicher) 303 gespeichert
ist, und zwar unter Verwendung der Peripherieeinheiten wie zum Beispiel
einem RAM (Direktzugriffsspeicher) 304, und sie wandelt
diese in die Daten (Bilddaten) um, die zu drucken sind. Die CPU 302 erzeugt
außerdem
die Antriebsdaten zum Antreiben des Antriebsmotors 602,
der den Schlitten 607 synchron mit den Bilddaten bewegt,
der das Aufzeichnungspapier und die Kopfkartusche 601 trägt, um die
Bilddaten an einer angemessenen Position auf dem Aufzeichnungspapier
aufzuzeichnen. Die Bilddaten und die Motorantriebsdaten werden jeweils
zu der Kopfkartusche 601 und dem Antriebsmotor 602 über den
Kopftreiber 307 und den Motortreiber 305 übertragen,
und sie werden zeitlich abgestimmt, um die Bilder in einer gesteuerten
Art und Weise zu erzeugen.
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Verschiedene
Arten der Aufzeichnungsmedien 150 können verwendet werden, um die
Bilder darauf mit der Flüssigkeit
wie zum Beispiel Tinte durch die vorstehend beschriebene Aufzeichnungsvorrichtung
zu erzeugen. Sie beinhalten verschiedene Arten von Papier und OHP-Blätter, Grundstoffe,
die für
CD's und dekorative
Platten verwendet werden, Gewebe, metallische Materialien (zum Beispiel
Aluminium und Kupfer), natürliche
und künstliche
Lederwaren (zum Beispiel Rindsleder und Schweinsleder), Holz einschließlich Sperrholz,
Bambus, Keramiken (zum Beispiel Dachziegel) und dreidimensionale
Strukturen (zum Beispiel Schwämme).
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Die
Aufzeichnungsvorrichtung kann verschiedene Arten von Druckern zum
Drucken oder zum Färben von
Bildern beinhalten, zum Beispiel auf verschiedenen Arten von Papier
und OHP-Blättern,
Kunststoffen (zum Beispiel CD's,
metallischen Materialien (zum Beispiel metallische Platten), Lederprodukte,
Holz, Keramiken, dreidimensionale Strukturen (zum Beispiel Schwämme), Textilien
(zum Beispiel Gewebe).
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Die
aus dem Flüssigkeitsauslassgerät auszulassende
Flüssigkeit
kann aus jenen Flüssigkeiten
ausgewählt
werden, die für
ein spezifisches Aufzeichnungsmedium und für spezifische Aufzeichnungszustände geeignet
sind.
