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Diese Erfindung bezieht sich auf einen Aufzeichnungskopf zum
Einsatz in einem Tintenstrahlaufzeichnungsgerät, welches
Tinte ausstößt und Tintentröpfchen bildet und bewirkt, daß
sie auf einem Aufzeichnungsmedium wie Papier haften, um dabei
die Aufzeichnung auszuführen.
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Das Tintenstrahlaufzeichnungsverfahren ist ein
Aufzeichnungsverfahren, mit der Tinte
(Aufzeichnungsflüssigkeit) von einer in einem Aufzeichnungskopf versehenen
Ausstoßöffnung aus ausgestoßen wird, um Tintentröpfchen zu
bilden, die veranlaßt werden, auf einem Aufzeichnungsmedium
wie Papier zu haften, um dadurch die Aufzeichnung
auszuführen, wobei dieses Verfahren zahlreiche Vorteile hat,
daß sehr wenig Geräusche auftreten, daß
Hochgeschwindigkeitsaufzeichnung möglich ist und daß es nicht notwendig ist, ein
Aufzeichnungspapier spezieller Ausführung zu gebrauchen,
sondern Aufzeichnung auf einfachem Papier oder ähnlichem
möglich ist, und so wurden zahlreiche Typen von
Aufzeichnungsköpfen entwickelt.
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Wie das Tintenausstoßsystem in diesem
Tintenstrahlaufzeichnungsverfahren können zahlreiche Systeme erwähnt werden,
wie z.B. ein System, das ein piezoelektrisches Element als
ein energieerzeugendes Teil für den Tintenausstoß nutzt, wie
z.B. ein System, welches eine Druckänderung in einer
Flüssigkeitsbahn nutzbar macht, die durch die Verformung
eines piezoelektrischen Elementes verursacht wurde, oder ein
System, in welchem unter Druck stehende Tinte durch ein
piezoelektrisches Element in Schwingung versetzt wird, um
einen Flüssigkeitströpfchenstrom zu schaffen, und darauf
elektrische Ladung durch eine Elektrode übertragen wird, und
nur jene, für das Ausführen der Aufzeichnung notwendigen
Flüssigkeitströpfchen abgelenkt werden, oder ein System, das
ein wärmeerzeugendes Element als ein energieerzeugendes Teil
zum Ausstoßen der Tinte benutzt, in welchem ein
wärmeerzeugendes Element in einer Flüssigkeitsbahn
vvorgesehen ist und Tinte plötzlich erwärmt wird und
Flüssigkeitströpfchen durch die Kraft einer resultierenden
Blase ausgestoßen werden.
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Der typische Aufbau der Umgebung eines Ausstoßabschnittes, in
dem Flüssigkeitströpfchen gebildet werden, ist in einem Fall,
wo als wärmeenergieerzeugende Einrichtung ein
elektrothermisches Wandlerteil als das Teil zum Erzeugen von
Ausstoßenergie eines, in einem derartigen
Tintenstrahlaufzeichnungsverfahren eingesetzten Aufzeichnungskopfes benutzt
wird, in der Querschnittsansicht von Figur 1 der begleitenden
Zeichnungen gezeigt.
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Dieser Aufzeichnungskopf ist von einer Bauart, in welcher ein
elektrothermisches Wandlerteil, das zwei aus Aluminium oder
ähnlichem Material gebildete Elektroden 3 und ein aus HfB&sub2;
oder ähnlichem Material gebildetes, wärmeerzeugendes
Widerstandsteil 9 zum Erzeugen von Wärmeenergie für das
Ausstoßen von Tinte hat, auf einem Substrat 1 aus Si oder
ähnlichem mit oxidierter Oberfläche angeordnet ist, und
schließlich eine aus SiO&sub2; oder ähnlichem gebildete
Schutzschicht 4 oben auf dem wärmeerzeugenden Widerstandsteil
9 und den unter einer Flüssigkeitsbahn 6 und einer
Flüssigkeitskammer 11 angeordneten Elektroden 3 vorgesehen
ist, und eine aus Harz, Glas oder ähnlichem geformte
Kopfplatte 5, in welcher die Flüssigkeitsbahn 6 und die
Flüssigkeitskammer 11 gebildet werden, mit der Schutzschicht
4 (U.S. Patent-Nrn. 4.723.129, 4.740.796 und 4.417.251)
verbunden ist.
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Die Tintenausstoßenergie in diesem Aufzeichnungskopf wird
durch das elektrothermische Wandlerteil geschaffen, welches
die beiden Elektroden 3 und das zwischen diesen Elektroden
angeordnete, wärmeerzeugende Widerstandsteil 9 aufweist. Das
heißt, wenn ein elektrischer Strom auf die Elektroden 3
wirkt, um das wärmeerzeugende Widerstandsteil 9 Wärme
erzeugen zu lassen, wird die Tinte in dem Flüssigkeitsbahn 6
neben dem wärmeerzeugenden Widerstandsteil 9 für einen Moment
erhitzt, um dort eine Blase zu erzeugen, und wird die Tinte
durch eine Volumenänderung der Tinte durch die momentane
Expansion und Kontraktion des Tintenvolumens, die durch die
Erzeugung der Blase bis zum Verschwinden der Blase verursacht
werden, von einer Ausstoßöffnung 7 aus ausgestoßen.
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In dem Aufzeichnungskopf diesen Typs ist das wärmeerzeugende
Widerstandsteil 9 wie erforderlich oben mit einer Anti-
Kavitationsschicht und darunter mit einer wärmespeichernden
Schicht versehen. Zusätzlich sind in diesem Beispiel die
Flüssigkeitsbahn 6 und die Ausstoßöffnung 7 in einem
derartigen örtlichen Verhältnis geschaffen, daß die
Strömungsrichtung der Tinte in der Flüssigkeitsbahn 6
dieselbige ist wie die Ausstoßrichtung eines Tintentröpfchens von
der Ausstoßöffnung 7 aus, in einigen Fällen sind diese jedoch
so angeordnet, daß diese Richtungen sich voneinander
unterscheiden (U.S. Patent-Nr. 4.459.600).
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Der Aufzeichnungskopf der vorstehend beschriebenen Bauart
hatte den Nachteil, daß, wenn sich beim Tinteneinlaß in die
Flüssigkeitskammer eine Blase von ihrem Platz löst, oder wenn
eine neue Blase während des Gebrauchs des Aufzeichnungskopfes
erzeugt wird und sie nahe dem Öffnungsabschnitt in der
Flüssigkeitskammer in der mit der Ausstoßöffnung in
Verbindung stehenden Flüssigkeitsbahn stillsteht, nicht
ausreichender Tintenausstoß aus der Ausstoßöffnung eintritt.
Besonders in einem Aufzeichnungskopf, der das vorstehend
beschriebene, wärmeerzeugende Widerstandsteil nutzt, steigt
die Temperatur der Tinte in dem Kopf aufgrund von nicht zur
Aufzeichnung gebrauchter Wärmeenergie, und mit Gas gemischte
Tinte wird manchmal ausgestoßen, und dies führt zu der
Neigung schnell eintretender Blasenbildung.
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Zusätzlich ist der Tintenstrahlaufzeichnungskopf der
vorgehend beschriebenen Bauart mit einer Kopfplatte geformt, die
eine Flüssigkeitsbahn und eine Flüssigkeitskammer bildet, die
mit einer, gewöhnlich mit einer Grundplatte mit einem Teil
zum Erzeugen von Ausstoßenergie verbundenen Ausstoßöffnung in
Verbindung stehen, jedoch tritt wegen der Struktur dieses
Teiles zum Erzeugen von Ausstoßenergie ein Höhenunterschied
in der Umgebung des Öffnungsabschittes der Flüssigkeitsbahn
in der Flüssigkeitskammer (z.B. der Grenzabschnitt zwischen
der Flüssigkeitsbahn 6 und der Flüssigkeitskammer 11 der
Figur 2B der begleitenden Zeichnungen) schnell auf, und eine
Blase ist wahrscheinlich besonders dort im Stillstand.
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Deswegen wurden zahlreiche Einrichtungen gegen einen
derartigen Blasenstillstand eingeführt, aber Tatsache ist, daß eine
ausreichende Effektivität nicht immer erzielt wird.
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Es gibt zum Beispiel ein in der schematischen Draufsicht der
Figur 3A der begleitenden Zeichnungen und in der
schematischen Querschnittsansicht von Figur 3B der begleitenden
Zeichnungen gezeigtes Verfahren, in dem ein Raum 11a, in dem
sich Blasen sammeln können, in dem oberen Abschnitt einer
Flüssigkeitskammer 11 so geschaffen ist, daß in der
Flüssigkeitskammer 11 erzeugte, sich zusammenschließende und
sich dabei im Volumen vergrößernde und durch ihren eigenen
Auftrieb aufsteigende Blasen in dem Raum 11a eingeschlossen
werden, um dabei den Einfluß der Blasen auf das Innere der
Flüssigkeitsbahn zu beseitigen; ist jedoch die Kraft, mit der
die Blasen an den die Flüssigkeitskammer bildenden
Wandoberflächen haften, stark, kann mit dem Aufsteigen der
Blasen mit Hilfe ihres eigenen Auftriebes nicht mit
hinreichend großer Sicherheit gerechnet werden und ein gewünschter
Effekt nicht erzielt werden.
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Deswegen gibt es ein Verfahren, in welchem zwei
Verbindungslöcher 10a und 10b in der Flüssigkeitskammer 11 so
geschaffen werden, daß mindestens eines der Verbindungslöcher
als eine Öffnung für den Tinteneinlaß verwendet wird, wenn
der Kopf zur Aufzeichnung benutzt wird, und daß die Tinte
veranlaßt wird, von einem der Verbindungslöcher einzufließen
und aus dem anderen Verbindungsloch herauszuströmen, wenn der
Kopf nicht zum Aufzeichnen benutzt wird, wodurch ein
Tintenstrom zwischen diesen Verbindungslöchern geformt wird,
und in der Nähe des Öffnungsabschnittes der Flüssigkeitsbahn
6 haftende Blasen mit diesem Strom entfernt werden; auf diese
Weise wird das vorgehend beschriebene Problem (U.S.
Patent-Nr. 4.380.770) behoben.
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Jedoch wurde herausgefunden, daß in einigen Fällen sogar die
Nutzung eines derartigen Verfahrens keine ausreichende
Wirkung zeigt.
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Um ein derartiges Problem zu lösen, richtete der Erfinder
seine Aufmerksamkeit auf die Tatsache, daß bisher keine
ausreichende Studie über die Form der Flüssigkeitskammer, die
den vorgehend erwähnten Strom zwischen den Verbindungslöchern
begrenzt, und die örtliche Beziehung zwischen den
Verbindungslöchern in dem aus dem Stand der Technik bekannten
Aufzeichnungskopf ausgearbeitet wurde, wobei er zahlreiche
Studien über die Form der Flüssigkeitskammer und den
Flüssigkeitsstrom zwischen den Verbindungslöchern durchführte
und daraus resultierend die Konstruktion einer
Flüssigkeitskammer vervollständigte, welche jede Blase, die
neben dem Öffnungsabschnitt der mit der zur
Flüssigkeitskammer benachbarten Ausstoßöffnung in Verbindung
stehenden Flüssigkeitsbahn stillsteht, wirksam beseitigt; auf
diese Weise kam erauf die vorliegende Erfindung.
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Angesichts des Standes der Technik ist es Aufgabe der
vorliegenden Erfindung, einen Tintenstrahlaufzeichnungskopf mit
einer Bauart zu schaffen, in welcher die nachteilige Wirkung
jeder in einer Flüssigkeitskammer stillstehenden Blase
wirkungsvoll mit einer einfachen Betriebsweise behoben werden
kann.
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Erfindungsgemäß wurde dieses Problem nach Art und Weise des
kennzeichnenden Abschnittes des Anspruchs 1 oder 2 gelöst.
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Das wesentliche der Erfindung gemäß Anspruch 1 besteht in dem
besonderen Aufbau der inneren Wand 11b, mit deren Hilfe der
Tintenstrom zwischen den Löchern 10a und 10b in Richtung auf
dem Ausstoßbereich abgelenkt wird. Weiterhin sind innerhalb
des Tintenspeicherbereiches 11 Führungswande 11c geschaffen;
diese Führungswände leiten den Tintenstrom in Richtung auf
dem Tintenausstoßbereich 12 und tragen daher ebenfalls zu dem
Richtungswechsel des Tintenstromes bei. Resultierend aus der
Wirkungsweise der Führungswände 11b und 11c kann der
Tintenstrom veranlaßt werden, wirkungsvoll an der Umgebung
des Öffnungsabschnittes der Flüssigkeitsbahn aufzuprallen,
und kann jede stillstehende Blase in diesem Bereich entfernt
werden.
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Der unabhängige Anspruch 2 betrifft den Aufbau der
Führungswände 11c, welche erfindungsgemäß den Tintenstrom
zwischen den Verbindungslöchern so leiten, daß er teilweise
den Ausstoßbereich 12 einnimmt und entlang dem Ausstoßbereich
12 bestehende Blasen mitreist. Somit sind die Führungswände
11c in diesem Fall zwischen den Verbindungslöchern keine
Strömungsbehinderung sondern bilden eine Art Leitwerk für den
bereits durch die Führungswand 11a abgelenkten Tintenstrom.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Figur 1 zeigt eine schematische Querschnittsansicht mit dem
typischen Aufbau der Umgebung des
flüssigkeitströpfchenbildenden Ausstoßabschnittes eines Aufzeichnungskopfes.
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Figuren 2A und 2B zeigen den Aufbau der Flüssigkeitskammer
eines Aufzeichnungskopfes gemäß dem Stand der Technik, Figur
2A zeigt eine schematische Draufsicht, die die
Flüssigkeitskammer und den flüssigkeitströpfchenbildenden
Ausstoßabschnitt gestrichelt zeigt, und Figur 2B zeigt eine
schematische Querschnittsansicht entlang der Linie A - A in
Figur 2A.
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Figuren 3A und 3B zeigen ein Ausführungsbeispiel des
Tintenstrahlaufzeichnungskopfes der vorliegenden Erfindung,
Figur 3A zeigt eine schematische Draufsicht einer
Flüssigkeitskammer und eines flüssigkeitströpfchenbildenden
Ausstoßabschnittes gestrichelt, und Figur 3B zeigt eine
schematische Querschnittsansicht entlang der Linie A - A in Figur
3A.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜIIRUNGSBEISPIELE
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Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird
nachstehend in Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
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Figuren 3A und 3B zeigen ein Ausführungsbeispiel des
Tintenstrahlaufzeichnungskopfes der vorliegenden Erfindung,
Figur 3A zeigt gestrichelt eine schematische Draufsicht einer
Flüssigkeitskammer 11 und eines flüssigkeitströpfchenbilden
den Ausstoßabschnittes 12, und Figur 3B zeigt eine
schematische Querschnittsansicht entlang Linie A - A in Figur 3A.
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In der Flüssigkeitskammer 11 des
Tintenstrahlaufzeichnungskopfes der vorliegenden Erfindung sind für das
Ausbilden eines Flüssigkeitsstromes zum Entfernen der
vorgehend beschriebenen Blasen benutzbare Verbindungslöcher
10a und 10b und Führungswände 11b und 11c geschaffen, die ein
Hindernis für einen diese Verbindungslöcher geradlinig
miteinander verbindenden Flüssigkeitsstrom schaffen und den
Flüssigkeitsstrom zwischen den Verbindungslöchern in Richtung
auf dem Öffnungsabschnitt einer zu der Flüssigkeitskammer 11
benachbarten Flüssigkeitsbahn 6 leiten.
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Zusätzlich ist mindestens ein Abschnitt der Decke der
Flüssigkeitskammer 11 höher als die Decke der
Flüssigkeitsbahn 6 gestaltet, und ein zur Aufnahme von Blasen
ausreichender Raum 11a ist in dem oberen Abschnitt der
Flüssigkeitskammer 11 gebildet.
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Mit einem derartigen Aufbau kann jede in der
Flüssigkeitskammer 11, besonders in der Umgebung des
Öffnungsabschnittes der zu der Flüssigkeitskammer 11
benachbarten Flüssigkeitsbahn 6 stillstehende Blase wirksam
entfernt werden und deren nachteilige Wirkung auf den
Tintenausstoß beseitigt werden.
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Das heißt, wenn der Einsatz des Aufzeichnungskopfes
vorübergehend gestoppt wird und Tinte veranlaßt wird, z.B. von dem
Verbindungsloch 10a aus, bei einem vorbestimmten Druck
einzuströmen und veranlaßt wird, von dem Verbindungsloch 10b
auszuströmen, kann ein durch die Pfeile angezeigter Tintenstrom
gebildet werden. Zu diesem Zeitpunkt kann der Tintenstrom
durch die Wirkungsweise der Führungswände 11b und 11c
veranlaßt werden, wirkungsvoll an der Umgebung des
Öffnungsabschnittes der zu der Flüssigkeitskammer 11
benachbarten Flüssigkeitsbahn 6 aufzuprallen, und jegliche dort
stillstehende Blase kann problemlos entfernt werden.
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Andererseits ist die von der Umgebung des Öffnungsabschnittes
der zur Flüssigkeitskammer 11 benachbarten Flüssigkeitsbahn 6
entfernte Blase in dem vom als ein Auslaß für den
Flüssigkeitsstrom dienenden Verbindungsloch 10b kommenden
Tintenstrom enthalten oder wird veranlaßt, nach oben in den
Raum 11a im oberen Abschnitt der Flüssigkeitskammer
aufzuschwimmen und darin eingeschlossen, wodurch der Einfluß
der Blase auf den vorgehend beschriebenen Tintenausstoß
ausreichend behoben wird.
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Die Form der Führungswände, die Anordnungen der
Verbindungslöcher und die Bauart des oberen Abschnittes der
Flüssigkeitskammer kann geeigneterweise in Übereinstimmung
mit dem Aufbau und der Funktion des Aufzeichnungskopfes
gewählt werden, wie z.B. die Zahl der Anordnungen von
Ausstoßöffnungen und die Bauart der Flüssigkeitsbahn, oder
die Materialsorte der zahlreichen Abschnitte des
Aufzeichnungskopfes, besonders der Abschnitte, welche die mit
der Flüssigkeitskammer und den Ausstoßöffnungen verbundenen
Flüssigkeitsbahn so aufbauen, daß der vorgehend beschriebene
Effekt erzielt werden kann.
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Wie vorgehend beschrieben prallt der in der
Flüssigkeitskammer bewirkte Flüssigkeitsstrom in dem
Tintenstrahlaufzeichnungskopf der vorliegenden Erfindung
durch die Wirkungsweise der in der Flüssigkeitskammer
geschaffenen Führungswände wirkungsvoll an der Umgebung des
Öffnungsabschnittes der zu der Flüssigkeitskammer
benachbarten Flüssigkeitsbahn auf, und jede darin stillstehende Blase
kann problemlos entfernt werden. Daraus resultierend wird
eine gute Bedingung zum Tintenausstoß problemlos
aufrechtherhalten und das Wiederherstellen des Betriebes nach
unzureichendem Ausstoß wegen des Stillstandes einer Blase
problemlos.
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Zusätzlich kann die durch den Flüssigkeitsstrom entfernte
Blase in dem im oberen Abschnitt der Flüssigkeitskammer
geschaffenen Raum aufgenommen werden und deren Einfluß auf den
Tintenausstoß wirkungsvoll behoben werden.
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In einem Tintenstrahlaufzeichnungkopf mit einer
Ausstoßöffnung, um dadurch Tinte auszustoßen, einer
Flüssigkeitsbahn, die mit der Ausstoßöffnung verbunden ist
und einen Abschnitt hat, in welchem zum Ausstoßen der Tinte
verfügbare Energie auf die Tinte wirkte einem
energieerzeugenden Teil zum Erzeugen von Energie, einer
Flüssigkeitskammer, die darin Tinte speichern kann und in
welcher der Öffnungsabschnitt der Flüssigkeitsbahn geschaffen
ist, und einem Verbindungsloch zum Verbinden des Inneren der
Flüssigkeitskammer mit deren Außenseite ist mindestens ein
Abschnitt der Decke der Flüssigkeitskammer auf einer Höhe
geschaffen, die höher als die Höhe der Decke der
Flüssigkeitsbahn ist, und ist mindestens ein Satz an
Verbindungslöchern in der Flüssigkeitskammer geschaffen,
wobei
Flüssigkeit veranlaßt wird, in eines der als ein Einlaß
für den Flüssigkeitsstrom dienenden Verbindungslöcher
einzuströmen und aus einem als ein Auslaß für den
Flüssigkeitsstrom dienenden Verbindungsloch auszuströmen, wobei eine
Führungswand geschaffen wurde, die bei dem Bilden eines
Flüssigkeitsstromes zwischen den Verbindungslöchern ein
Hindernis für den die Verbindungslöcher miteinander
geradlinig verbindenden Flüssigkeitsstrom schafft und den
Flüssigkeitsstrom in Richtung auf dem Öffnungsabschnitt der
Flüssigkeitsbahn in der Flüssigkeitkammer leitet.