DE68914519T2 - Tintenstrahlaufzeichnungskopf. - Google Patents

Tintenstrahlaufzeichnungskopf.

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Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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).
  • 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.
  • 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.
  • Deswegen wurden zahlreiche Einrichtungen gegen einen derartigen Blasenstillstand eingeführt, aber Tatsache ist, daß eine ausreichende Effektivität nicht immer erzielt wird.
  • 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.
  • 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.
  • Jedoch wurde herausgefunden, daß in einigen Fällen sogar die Nutzung eines derartigen Verfahrens keine ausreichende Wirkung zeigt.
  • 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.
  • 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.
  • Erfindungsgemäß wurde dieses Problem nach Art und Weise des kennzeichnenden Abschnittes des Anspruchs 1 oder 2 gelöst.
  • 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.
  • 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
  • Figur 1 zeigt eine schematische Querschnittsansicht mit dem typischen Aufbau der Umgebung des flüssigkeitströpfchenbildenden Ausstoßabschnittes eines Aufzeichnungskopfes.
  • 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.
  • 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
  • Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nachstehend in Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (6)

1. Tintenstrahlaufzeichnungskopf, mit einem Tintenausstoßbereich (12), einem zu dem Tintenausstoßbereich (12) benachbarten Tintenspeicherbereich (11), einem ersten Verbindungsloch (10a) zum Tinteneinlaß in den Tintenspeicherbereich (11) und einem zweiten Verbindungsloch (10b) für den Tintenauslaß, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Tintenspeicherbereichs (11) Führungswände (11b, 11c) gebildet sind, welche eine Behinderung für einen geradlinig von dem ersten Verbindungsloch (10a) zu dem zweiten Verbindungsloch (10b) gehenden Tintenstrom schaffen und welche den Tintenstrom in Richtung auf dem Tintenausstoßbereich (12) ablenken.
2 Tintenstrahlaufzeichnungskopf, mit einem Tintenausstoßbereich (12) und einem zu dem Tintenausstoßbereich (12) benachbarten Tintenspeicherbereich (11), einem ersten Verbindungsloch (10a) zum Tinteneinlaß in den Tintenspeicher bereich (11) und einem zweiten Verbindungsloch (10b) für den Tintenauslaß, wobei die Verbindungslöcher (10a, 10b) derart geschaffen sind, daß ein Tintenstrom in dem Tintenspeicherbereich (11) senkrecht zu einer Richtung gebildet wird, in weicher Tinte von dem Tintenspeicherbereich (11) ausgestoßen wird, gekennzeichnet durch zwei jeweils in dem Tintenspeicherbereich (11) gegenüber den Positionen der Öffnung der Verbindungslöcher (10a, 10b) geschaffenen Führungswände (11c), die dem Tintenspeicherbereich (11) mit dem Tintenausstoßbereich (12) verbinden und den Tintenstrom zwischen den zwei Verbindungslöchern (10a, 10b) leiten.
3. Tintenstrahlaufzeichnungskopf nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Tintenausstoßbereich (12) ein elektrothermisches Wandlerelement zum Erzeugen thermischer Energie hat, die zum Tintenausstoß gebraucht wird.
4. Tintenstrahlaufzeichnungskopf nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Tintenausstoßbereich (12) ein Teil zum Erzeugen von Ausstoßenergie hat, das als piezoelektrisches Element gebraucht wird.
5. Tintenstrahlaufzeichnungskopf nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein Abschnitt des Tintenspeicherbereiches (11) der Tinte, welcher zwischen einer das erste (10a) und das zweite Verbindungsloch (10b) und den Tintenausstoßbereich (12) für die Tinte verbindenden Linie angeordnet ist, einen Aufbau hat, der den Tintenstrom von dem ersten Verbindungsloch (10a) zu dem zweiten Verbindungsloch (10b) leitet.
6. Tintenstrahlaufzeichnungskopf nach Anspruch 1 oder 2, wobei mindestens ein Abschnitt einer Decke des Tintenspeicher bereiches (11) höher geschaffen ist als eine Decke des Tintenausstoßbereiches (12).
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