DE69617540T2 - Mikrogerät, damit ausgerüsteter Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopf, Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungsvorrichtung mit diesem Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopf - Google Patents
Mikrogerät, damit ausgerüsteter Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopf, Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungsvorrichtung mit diesem FlüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopfInfo
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Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Mikrogerät, wie beispielsweise eine Mikropumpe und einen Mikromotor, das einen Rotator aufweist, dessen Außendurchmesser einige um bis einige mm beträgt, einen Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopf unter Verwendung eines derartigen Mikrogerätes und eine Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungsvorrichtung, auf der ein solcher Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopf montiert ist.
- Generell benötigt eine Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungsvorrichtung, die als "Bubble-Jet-Drucker" bezeichnet wird, Wartungsmaßnahmen zur Wiederherstellung des Abgabeverhaltens durch Entfernung von Blasen, die sich während des Druckvorganges in den Düsen ansammeln, indem ein periodischer Saugvorgang durchgeführt wird, gemäß dem ein negativer Druck auf die Düsen (Flüssigkeitsbahnen) des Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopfes ausgeübt wird.
- Es ist daher erforderlich, eine Pumpe vorzusehen, um Tinte (Aufzeichnungsflüssigkeit) von der gemeinsamen Flüssigkeitskammer des Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopfes abzusaugen. Auch ist es erforderlich, einen Tank und ein Tintenabsorptionsmittel o.ä. am Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopf vorzusehen, um zu verhindern, dass Tinte rückwärts in die Düsen strömt, wenn die Wiederherstellung des Absaugvorganges durchgeführt wird. Das hat zur Folge, dass ein Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopf größer ausgebildet wird und höhere Kosten verursacht.
- Fig. 26 ist eine teilweise weggebrochene perspektivische Ansicht, die den Hauptteil eines Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopfes E&sub0; gemäß einem herkömmlichen Ausführungsbeispiel zeigt. Dieser Kopf umfaßt eine Heizplatte 1000 mit Wärmeerzeugungseinheiten 1001a, die geradlinig angeordnet sind, daran angeschlossene Leitungselektroden 1001b u. a., eine auf der Oberfläche der Heizplatte laminierte Harzschicht 1010 und eine Deckplatte 1020 zur Abdeckung der Oberseite der Harzschicht 1010. Die Harzschicht 1010 bildet Düsen 1011, die auf jede der Wärmeerzeugungseinheiten 1001a auf der Heizplatte 1000 weisen, und eine gemeinsame Flüssigkeitskammer 1012, die mit diesen Düsen in leitender Verbindung steht. An eine Öffnung 1020a auf der Deckplatte 1020 ist ein Tintenzuführrohr 1021 angeschlossen, um der gemeinsamen Flüssigkeitskammer 1012 Tinte zuzuführen.
- Wenn den Wärmeerzeugungseinheiten 1001a elektrischer Strom für eine Antriebsschaltung (nicht gezeigt) durch die Leitungselektroden 1001b zugeführt wird, wird die Tinte in jeder Düse 1011 erhitzt, so dass ein Filmsieden erzeugt und die Tinte in fliegende Tröpfchen überführt wird, die von jeder Düse 1011 zum Drucken abgegeben werden.
- Wenn ein Druckvorgang dieser Art wiederholt wird, sammeln sich Blasen in den Düsen 1011 an. Folglich wird das Innere einer jeden Düse 1011 in einen solchen Zustand gebracht, dass eine ausreichende Tintenzufuhr nicht länger möglich ist und einige der Düsen nicht mehr in der Lage sind, Tinte abzugeben. Dieser Zustand führt in manchen Fällen zu fehlerhaften Drucken.
- Wie vorstehend beschrieben, besteht daher ein Bedarf nach einer solchen Wartung, um einen negativen Druck periodisch auf die Tinte in den Düsen 1011 mit Hilfe eines Saugvorganges aufzubringen und die angesammelten Blasen zu entfernen. Dabei wird es generell praktiziert, eine Saugpumpe separat vorzusehen, um diese Wartung durchzuführen.
- Bei der vorstehend beschriebenen herkömmlichen Technik sollte jedoch die Pumpe, die separat vorgesehen ist, um einen negativen Druck auszuüben und die Düsen des Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopfes abzusaugen, mit dem Tintenzuführrohr auf der Deckplatte in Verbindung stehen, was zur Durchführung einer derartigen Wartung erforderlich ist.
- Auf diese Weise wird die Vorrichtung komplizierter, und diese Funktionsweise führt unvermeidbar zu erhöhten Betriebskosten. Ferner wird es erforderlich, ein Tintenabsorptionsmittel an der Vorrichtung zu montieren, um die durch Aufbringung des negativen Drucks abgesaugte überschüssige Tinte zu beseitigen. Dies führt zu dem Problem, dass die Größe der Vorrichtung insgesamt erhöht wird.
- Es ist nunmehr wünschenswert, einen Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopf zu entwickeln, der mit einer kleinen Saugpumpe versehen ist. Eine als Membranpumpe oder Zahnradpumpe ausgebildete Einspritzpumpe oder eine kleinere Pumpe vom indirekten Typ (Borrow-Typ) oder Rohrtyp, die gegenwärtig auf dem Markt erhältlich ist, ist jedoch in bezug auf ihre Außenabmessungen (Länge, Breite und Höhe) 100 bis 200 mm groß, selbst wenn man Pumpen geringerer Größe betrachtet. Ferner wird eine externe Stromzufuhr als Stromquelle benötigt. Wenn alle diese Bestandteile an einem Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopf montiert werden, ist es unvermeidbar, dass der Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopf größer und sein Montagevorgang extrem kompliziert wird.
- Nicht nur für den Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopf einer Flüssigkeitsstrahiaufzeichnungsvorrichtung, sondern auch für andere OAT- Ausrüstungen, diverse Arten von medizinischen Einrichtungen, biotechnologischen Einrichtungen o.ä. ist daher in den letzten Jahren ein erhöhter Bedarf in bezug auf eine Mikropumpe, die eine Flüssigkeitsmenge von weniger als 1/100 g steuern kann, nach einem Mikromotor, der ultrafeine Komponenten antreiben kann, die auf einem Substrat montiert sind, oder nach irgendwelchen anderen Mikrogeräten entstanden.
- Die Entwicklung von Mehrfachdüsen ist bis zu einem Stadium fortgeschritten, in dem die Verwirklichung eines schnelleren Druckvorganges möglich geworden ist. Als Folge davon ist die gemeinsame Flüssigkeitskammer des Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopfes größer geworden. Es besteht daher die Tendenz, dass die Menge der in der gemeinsamen Flüssigkeitskammer zu haltenden Tinte entsprechend ansteigt. Wenn jedoch die Menge der Tinte in der gemeinsamen Flüssigkeit ansteigt, werden die Temperatur, Viskosität und andere Faktoren in bezug auf die Tinte ungleich, was zu dem Problem führt, dass die Druckqualität unvermeidbar schlechter wird, beispielsweise eine ungleiche Dichte der Drucke erreicht wird.
- Die vorliegende Erfindung wurde angesichts dieser Probleme der vorstehend beschriebenen herkömmlichen Technik konzipiert. Es ist ein Ziel der Erfindung, ein extrem kleines Mikrogerät zu schaffen, dessen Komponenten mit niedrigen Kosten hergestellt und in einfacher Weise montiert werden können, sowie einen Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopf unter Verwendung eines derartigen Mikrogerätes und eine Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungsvorrichtung mit einem solchen, daran montierten Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopf vorzusehen.
- Die Erfindung stellt ein Mikrogerät zur Verfügung, das mindestens eine Wärmeerzeugungseinheit, die auf der Oberfläche eines Substrates angeordnet ist, Einrichtungen zum Halten einer Flüssigkeit, die mit einem Flüssigkeitshalteabschnitt entlang einer jeden Wärmeerzeugungseinheit versehen sind, und einen Rotator umfaßt, der drehbar im Flüssigkeitshalteabschnitt der Einrichtungen zum Halten der Flüssigkeit gelagert ist, wobei dieser Rotator so ausgebildet ist, dass er durch das Sieden der Flüssigkeit im Flüssigkeitshalteabschnitt rotiert, wenn Wärme von jeder der Wärmeerzeugungseinheiten erzeugt wird.
- Die Erfindung sieht ferner einen Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopf vor, der ein Substrat mit einer Vielzahl von Wärmeerzeugungseinheiten zur Verwendung für eine Tröpfchenabgabe, Einrichtungen zur Ausbildung von Flüssigkeitsbahnen mit einer gemeinsamen Flüssigkeitskammer, die leitend mit den Flüssigkeitsbahnen entlang jeder Wärmeerzeugungseinheit auf dem Substrat verbunden ist, und mindestens eine Mikropumpe umfaßt, die bewirkt, dass Aufzeichnungsflüssigkeit in der gemeinsamen Flüssigkeitskammer der Einrichtungen zur Ausbildung der Flüssigkeitsbahnen zwangsweise strömt. Die Mikropumpe ist mit einer zweiten Wärmeerzeugungseinheit, die an einer vorgegebenen Stelle auf dem Substrat angeordnet ist, und einem Rotator versehen, der durch das Sieden der Aufzeichnungsflüssigkeit rotieren kann, wenn von den Wärmeerzeugungseinheiten Wärme erzeugt wird.
- Die Flüssigkeit im Flüssigkeitshalteabschnitt wird durch die Wärmeerzeugung der Wärmeerzeugungseinheiten auf dem Substrat zum Sieden gebracht. Die auf diese Weise erzeugten Blasen werden von den Flügeln o.ä. des Rotators aufgenommen, so dass dieser rotiert. Die Flüssigkeit im Flüssigkeitshalteabschnitt strömt somit zwangsweise, wenn durch die Drehung des Rotators ein negativer Druck ausgeübt wird. Auf diese Weise funktioniert diese Konstruktion als Mikropumpe, die in der Lage ist, die Flüssigkeit im Flüssigkeitshalteabschnitt zu agitieren und die Flüssigkeit dem Flüssigkeitshalteabschnitt zuzuführen oder von diesem abzuziehen.
- Die Wärmeerzeugungseinheit auf dem Substrat wird in einfacher Weise in den gleichen Herstellschritten wie in den Schritten zur Erzeugung der elektrothermischen Wandlerelemente eines Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopfes hergestellt. Dann wird ein Rotator mit daran befestigten spiralförmigen Flügeln einfach auf dem Flüssigkeitshalteabschnitt der Einrichtungen zum Halten der Flüssigkeit montiert. Daher sind die Montageschritte extrem einfach, und es besteht keine Gefahr, dass die Vorrichtung insgesamt größer ausgebildet wird.
- Der Rotator selbst kann durch Spritzgießen von Kunststoff geformt werden. Durch Kombination einer Laserbehandlung hiermit ist es möglich, einen extrem kleinen Rotator mit niedrigen Kosten herzustellen.
- Mit einer Mikropumpe dieser Art, die in einem Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopf eingebaut ist, ist es möglich, zwangsweise Aufzeichnungsflüssigkeit umzuwälzen und zu jeder Zeit ein gutes Abgabeverhalten der Aufzeichnungsflüssigkeit aufrecht zu erhalten.
- Wenn nun die Zahl der Flügel des Rotators und die Zahl der Wärmeerzeugungseinheiten in primärer Beziehung zueinander stehen, ohne irgendwelche einander beeinflussende Faktoren aufzuweisen, wird das Drehmoment regelmäßiger auf jeden der Flügel ausgeübt, so dass die Rotation des Rotators stabilisiert wird.
- Die Flüssigkeit im Flüssigkeitshalteabschnitt wird durch die Wärmeerzeugung der Wärmeerzeugungseinheit auf dem Substrat zum Sieden gebracht. Die auf diese Weise erzeugten Blasen werden von den Flügeln eines ersten Rotators empfangen und bewirken, dass sich dieser dreht. Dann wird ein zweiter Rotator, der koaxial zum ersten Rotator angeordnet ist, zum Rotieren gebracht. Durch die Rotation des zweiten Rotators wird an dessen Umfang befindliche Flüssigkeit mit einer Zwangsströmung beaufschlagt, so dass die Flüssigkeit zugeführt, abgeführt und agitiert wird.
- Es folgt nunmehr eine Kurzbeschreibung der Zeichnungen. Hiervon zeigen:
- Fig. 1 eine teilweise weggebrochene, perspektivische Ansicht einer Mikropumpe im teilweise weggebrochenen Zustand gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
- Fig. 2 eine Querschnittsansicht, die schematisch den Innenaufbau eines Substrates gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
- Fig. 3 eine Draufsicht auf eine Wärmeerzeugungseinheit und die daran angeschlossene Verdrahtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
- Fig. 4 einen Schaltplan, der die elektrische Schaltung der Wärmeerzeugungseinheit gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
- Fig. 5A und 5B die Rotatoren einer Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei Fig. 5A eine Draufsicht und Fig. 5B eine Seitenansicht hiervon sind;
- Fig. 6A Bis 6D Schnittansichten, die das Rotationsprinzip des Rotators einer Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen;
- Fig. 7 eine teilweise weggebrochene, perspektivische Ansicht eines Mikromotors in teilweise weggebrochenen Zustand gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
- Fig. 8 eine teilweise weggebrochene, perspektivische Ansicht des Hauptteiles eines Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopfes in einem teilweise weggebrochenen Zustand, bei dem eine Mikropumpe gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung Verwendung findet;
- Fig. 9 eine teilweise weggebrochene, perspektivische Ansicht einer Mikropumpe im teilweise weggebrochenen Zustand gemäß noch einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
- Fig. 10 eine Draufsicht auf die an die Wärmeerzeugungseinheiten angeschlossene Verdrahtung gemäß noch einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
- Fig. 11 einen Schaltplan der elektrischen Schaltung der Wärmeerzeugungseinheit gemäß noch einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
- Fig. 12A Und 12 B die Rotatoren einer Vorrichtung gemäß noch einer anderen Ausführungsform der Erfindung, wobei die Fig. 12A eine Draufsicht und Fig. 12B eine Seitenansicht hiervon zeigen;
- Fig. 13A bis 13D Schnittansichten, die das Rotationsprinzip des Rotators einer Vorrichtung gemäß noch einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen;
- Fig. 14 eine teilweise weggebrochene, perspektivische Ansicht eines Mikromotors im teilweise weggebrochenen Zustand gemäß noch einer anderen Ausführungsform der Erfindung;
- Fig. 15 eine teilweise weggebrochene, perspektivische Ansicht des Hauptteiles der Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungsvorrichtung unter Verwendung einer Mikropumpe gemäß noch einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
- Fig. 16 eine teilweise weggebrochene, perspektivische Ansicht einer Mikropumpe in einem teilweise weggebrochenen Zustand gemäß noch einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
- Fig. 17 eine Schnittansicht, die schematisch den Hauptteil einer Vorrichtung gemäß noch einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
- Fig. 18 eine Draufsicht auf die an die Wärmeerzeugungseinheiten einer Vorrichtung gemäß noch einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angeschlossene Verdrahtung;
- Fig. 19 einen Schaltplan der elektrischen Schaltung der Wärmeerzeugungseinheit einer Vorrichtung gemäß noch einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
- Fig. 20 eine teilweise weggebrochene, perspektivische Ansicht des Hauptteiles eines Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopfes in einem teilweise weggebrochenen Zustand, bei dem eine Mikropumpe gemäß noch einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung Verwendung findet;
- Fig. 21 eine teilweise weggebrochene, perspektivische Ansicht der Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopfkartusche in einem auseinandergezogenen Zustand, bei der ein Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopf gemäß jeder der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Verwendung findet;
- Fig. 22 eine perspektivische Ansicht, die die Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopfkartusche in einem montierten Zustand zeigt, bei der ein Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopf gemäß jeder der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Verwendung findet;
- Fig. 23 eine perspektivische Ansicht einer Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungsvorrichtung insgesamt;
- Fig. 24 eine perspektivische Ansicht, die in schematischer Weise einen Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopf vom Vollzeilentyp zeigt;
- Fig. 25 eine perspektivische Ansicht, die in schematischer Weise eine Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungsvorrichtung mit einem daran montierten Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopf zeigt; und
- Fig. 26 eine teilweise weggebrochene, perspektivische Ansicht des Hauptteiles eines Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopfes in einem teilweise weggebrochenen Zustand gemäß einem herkömmlichen Ausführungsbeispiel.
- Hiernach werden in Verbindung mit der Zeichnung Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben.
- Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Mikropumpe E&sub1; in einem teilweise weggebrochenen Zustand gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Die Mikropumpe E&sub1; umfaßt ein Substrat 1 mit drei Wärmeerzeugungseinheiten 1a bis 1c (die Wärmeerzeugungseinheit 1c ist in den Fig. 3 und 4 gezeigt), die in gleichen Intervallen um eine vorgegeben Achse O angeordnet sind, eine Deckplatte 2, die mit der Oberseite des Substrates verklebt ist und als Einrichtung zum Halten von Flüssigkeit dient, und einen Rotator, der drehbar in einer zylindrischen Pumpenkammer 2a gelagert ist, welche als Flüssigkeitshalteabschnitt dient, der auf dem Boden der Deckplatte 2 ausgebildet ist. Die Deckplatte 2 ist in einem Zustand gezeigt, in dem nahezu die Hälfte der Deckplatte weggebrochen ist.
- Am Boden der Deckplatte 2 ist eine Saugöffnung 2b leitend mit der Pumpenkammer 2a verbunden. Das obere Ende der Pumpenkammer 2a mündet in einen Auslaß 2c, der die Deckplatte 2 in Fig. 1 nach oben durchdringt. Wenn sich der Rotator 3 gegen den Uhrzeigersinn dreht, wird Flüssigkeit durch die Saugöffnung 2b angesaugt und durch den Auslaß 2c ausgestoßen.
- Jede der Wärmeerzeugungseinheiten 1a bis 1c auf dem Substrat 1 ist an jeden von getrennten Polen 11a bis 11c und an einen gemeinsamen Pol 11d angeschlossen, die am Rand des Substrates 1 freiliegen. Über diese Pole werden die Wärmeerzeugungseinheiten eine nach der anderen oder gleichzeitig zu einem vorgegebenen Zeitpunkt erregt, um die Flüssigkeit in der Pumpenkammer 2a zu erwärmen und zum Sieden zu bringen.
- Der Rotator 3 ist mit drei Flügeln 3a bis 3c versehen, d. h. der gleichen Zahl der Wärmeerzeugungseinheiten 1a bis 1c auf dem Substrat 1. Diese Flügel nehmen die Expansionskraft der Blasen auf, die durch die von jeder Wärmeerzeugungseinheit 1a bis 1e erzeugte Wärmeenergie verursacht wurde und bewirken eine Drehung des Rotators 3.
- Die Mikropumpe der vorliegenden Ausführungsform soll eine Zwangsumwälzung oder Agitation der als Aufzeichnungsflüssigkeit für den Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopf dienenden Tinte bewirken. Wie in Fig. 2 gezeigt, besitzt das Substrat 1 einen Hauptkörper 12 aus einem Siliciumsubstrat, auf dem eine SiO&sub2;-Schicht 13 in einer Dicke von etwa 1,2 um durch Oxidieren der Oberfläche des Siliciumsubstrates ausgebildet ist. Dann ist als Zwischenschicht-Isolationsfilm ein SiO&sub2;-Film 14 mit einer Filmdicke von etwa 1,2 um mit Hilfe von PE-CVD o.ä. auf der Oberfläche der oxidierten Schicht ausgebildet. Danach ist hierauf ein wärmeerzeugendes Widerstandselement 15 aus einem Tantalnitridfilm mit einer Filmdicke von 100 Å durch Reaktivsputtern laminiert. Ferner ist eine Al-Verdrahtungsschicht 16 mit einer Filmdicke von 5500 Å ebenfalls durch Sputtern zum Bemustern laminiert. Auf diese Weise sind die Wärmeerzeugungseinheiten 1a bis 1c durch jedes Wärmeerzeugungswiderstandselement 15 angeordnet, welche durch den unterbrochenen Abschnitt der so gemusterten Al-Verdrahtungsschicht 16 freiliegen.
- Die Oberfläche, an der die Al-Verdrahtungsschicht 16 und das Wärmeerzeugungswiderstandselement 15 freiliegen, wird von einer Schutzschicht bedeckt, die aus einer SiN&sub4; Schicht (Siliciumnitridschicht) 17 einer Filmdicke von 1 um gebildet wird, welche durch das PE-CVD- Verfahren hergestellt wurde, wobei hierauf eine Ta-Schicht (Tantalschicht) 18 mit einer Filmdicke von 2300 Å laminiert ist.
- Die getrennten Pole 11a bis 11c und der gemeinsame Pol 11d einer jeden Wärmeerzeugungseinheit 1a bis 1c sind am Endabschnitt der gemusterten Al-Schicht angeordnet, wie in Fig. 3 gezeigt, und sind durch für die Schutzschicht vorgesehene Durchgangslöcher freigelegt.
- Bei der vorliegenden Ausführungsform wird das Siliciumsubstrat als Hauptkörper des Substrates 1 verwendet. Es ist jedoch auch möglich, an Stelle des Siliciumsubstrates eine Glasplatte oder eine Keramikplatte, wie aus Al&sub2;O&sub3;, zu verwenden.
- Jede Wärmeerzeugungseinheit 1a bis 1c ist 60 um breit und 300 um lang. Der Schichtwiderstand des Wärmeerzeugungswiderstandselementes 15 beträgt 21 T Ω/ , und der Widerstandswert beträgt 105 Ω. Wie in Fig. 4 gezeigt, ist der gemeinsame Pol 11d an die Stromquelle VH mit einer angelegten Spannung von 30 V angeschlossen, während jeder der getrennten Pole 11a bis 11c an einen Transistor 41 mit einer EIN-Zeit von 20 usec angeschlossen ist. Dann ist es möglich, ausreichend Energie zu erhalten, um die Flüssigkeit (Tinte) in der Pumpenkammer 2a in einen aufgeschäumten Zustand zu bringen.
- Jeder der Flügel 3a bis 3c des Rotators 3 ist in gleichen Abständen um die Welle 31 herum angeordnet, wie in Fig. 5A gezeigt, so dass jede der extrem dünnen Platten spiralförmig um die Welle 31 herum fixiert und einstückig mit der Welle 31 ausgebildet ist. Bei dieser Anordnung kann die Expansionskraft der Blasen, die durch das Sieden der Flüssigkeit in jeder der Wärmeerzeugungseinheiten 1a bis 1c auf dem Substrat 1 erzeugt werden, in einfacher Weise in die Rotationskraft des Rotators 3 überführt werden.
- Es wird bevorzugt, ein Kunststoffmaterial mit einem geringen spezifischen Gewicht zu verwenden, wie Polypropylen, Polyethylen, Polysulfon oder Polyethersulfon, das in einfacher Weise für eine einstückige Ausbildung durch Spritzgießen o.ä. geeignet ist.
- Die Dimension des Rotators 3 entspricht beispielsweise den in Fig. 5B gezeigten Abmessungen. Der maximale Außendurchmesser desselben wird auf 2 mm eingestellt. Der Durchmesser d&sub2; der Welle 31 beträgt 0,5 mm. Die Dicke w&sub1; eines jeden Flügels 3a bis 3c beträgt 0,2 mm, und die Länge t&sub1; der Welle 31 beträgt 0,7 mm.
- Die Mikropumpe E&sub1; wird durch Positionierung der Deckplatte 2 relativ zu den Wärmeerzeugungseinheiten 1a bis 1c montiert, nachdem der Rotator 3 in der Pumpenkammer 2a der Deckplatte 2 gelagert worden ist. Dann wird die Deckplatte mit der Oberfläche des Substrates 1 verklebt.
- Das in diesem Fall verwendete Bindemittel sollte ausreichend große Antikorrosionseigenschaften gegen Tinte besitzen. Es sollte ferner in der Lage sein, eine luftdichte Verbindung zwischen der Deckplatte 2 und dem Substrat 1 herzustellen, um jedwedes Lecken von Tinte hiervon zu vermeiden. Beispielsweise sollten vorzugsweise ein Silikondichtungsmittel TSE (hergestellt von der Firma Toshiba Silicone), ein Epoxidklebemittel, HP2R-HP2H (hergestellt von der Firma Canon Chemical) oder diverse Urethanklebemittel für diesen Fall bevorzugt Verwendung finden.
- Die Deckplatte 2 wird vorzugsweise durch Spritzgießen unter Verwendung des gleichen Kunststoffmateriales, aus dem der Rotator besteht, oder durch eine durch Ätzen bearbeitete Glasplatte geformt.
- Die Fig. 6A bis 6D sind Ansichten, die den Prozeß zeigen, bei dem der erste Flügel 3a des Rotators 3 eine Drehung des Rotators 3 bewirkt, indem er die Expansionskraft der in der ersten Wärmeerzeugungseinheit 1a auf dem Substrat 1 erzeugten Blasen aufnimmt, um Flüssigkeit (Tinte) von der Saugöffnung 2b abzusaugen. Wie in Fig. 6A gezeigt, wird eine Blase B erzeugt, wenn Flüssigkeit auf der ersten Wärmeerzeugungseinheit 1a auf dem Substrat 1 von dieser Einheit erhitzt wird. Diese Blase expandiert allmählich, wie in Fig. 6B gezeigt. Der auf diese Weise ausgeübte Druck wirkt auf den ersten Flügel 3a ein, so dass sich der Rotator 3 in der durch den Pfeil A angedeuteten Richtung drehen kann. Wenn, wie in Fig. 6C gezeigt, der erste Flügel 3a sich auf die zweite Wärmeerzeugungseinheit 1b verschiebt, wird die Blase B eliminiert, so dass ein Zustand erzeugt wird, in dem der Druck reduziert wird. Folglich wird ein Abschnitt mit abgebautem Druck auf der zweiten Wärmeerzeugungseinheit 1b erzeugt, so dass Flüssigkeit auf den Umfang des Rotators gesaugt wird. An dieser Verbindungsstelle der ersten und dritten Wärmeerzeugungseinheit 1a und 1c herrscht der gleiche Druckabbauzustand vor. Wie in Fig. 6D gezeigt, wird neue Flüssigkeit durch die Saugöffnung 2b in die Pumpenkammer 2 gesaugt, um die Flüssigkeit vom Auslaß 2c auszustoßen.
- Wenn beispielsweise eine Flüssigkeit eine Tinte ist, deren Hauptkomponente Wasser ist und deren Viskosität etwa 4 bis 5 cp beträgt, ist es möglich, unter Verwendung einer derartigen Pumpe etwa 0,1 bis 5 cm³/min. abzupumpen.
- Wenn die Richtung eines jeden Flügels 3a bis 3c, die um die Welle 31 des Rotators 3 herumgewunden sind, entgegengesetzt ist, ist die Drehrichtung des Rotators 3 entgegengesetzt zu der durch den Pfeil A angedeuteten Richtung. Flüssigkeit wird vom Auslaß 2 an der Deckplatte 2 angesaugt und aus der Saugöffnung 2 ausgestoßen.
- Bei der vorliegenden Ausführungsform ist ein extrem kleiner Rotator in der Pumpenkammer, die auf der Deckplatte angeordnet ist, gelagert. Daher ist die Montage der Mikropumpe extrem einfach.
- Auch die Schaumbildung der Flüssigkeit wird als Antriebsquelle genutzt. Daher sind das Ansteigen und Abfallen der Pumpwirkung extrem schnell, so dass diese vorzugsweise zum intermittierenden Pumpen der Flüssigkeit in speziellen Intervallen oder zum Agitieren der Flüssigkeit eingesetzt werden kann.
- Da darüber hinaus die Pumpwirkung stabilisiert wird, ist es möglich, eine spezielle Menge mit einem konstanten Durchsatz zu pumpen.
- Ferner ist es einfach, den Rotator selbst herzustellen, weil kein teures Material benötigt wird. Folglich sind die Kosten der Teile gering, so dass es möglich ist, die Anordnung von billigen Mikrogeräten vorzusehen.
- Fig. 7 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Mikromotor E2 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einem teilweise weggebrochenen Zustand zeigt.
- Der Mikromotor E&sub2; umfaßt ein Substrat 51 mit einer Vielzahl von Wärmeerzeugungseinheiten 51a, die in gleichen Intervallen um eine vorgegebene Achse angeordnet sind, eine Deckplatte 52, die mit der Oberfläche des Substrates verklebt ist und als Einrichtung zum Halten einer Flüssigkeit dient, und einen Rotor 53, bei dem es sich um einen Rotator handelt, der drehbar in einer zylindrischen Rotorkammer 52 gelagert ist, welche am Boden der Deckplatte 52 ausgebildet ist und als Flüssigkeitshalteabschnitt dient. Die Deckplatte 52 ist im teilweise weggebrochenen Zustand gezeigt.
- Der Rotor 53 umfaßt eine Spindel 54, bei der es sich um ein Wellenelement handelt, das das Durchgangsloch 52b der Deckplatte 52 durchdringt, und eine Vielzahl von sich in Axialrichtung erstreckenden ebenen Flügeln 53a, die in gleichen Intervallen um das Wellenelement angeordnet sind. Der Rotor ist aus dem gleichen Material hergestellt, das für den Rotator 3 der ersten Ausführungsform verwendet wird.
- Ein Verfahren zur Herstellung des Rotors 53 kann darin bestehen, den Rotor über einen Spritzgießvorgang, wie im Falle des Rotators 3 der ersten Ausführungsform, in seine Endform zu bringen. Da jedoch die Flügel 53a eben sind und sich in Axialrichtung erstrecken, ist es möglich, zuerst einen Rohling in einer Form herzustellen, bei der ein Ringelement mit dem gleichen Außendurchmesser wie die Flügel 53a einstückig mit einer Spindel 54 durch Spritzgießen ausgebildet ist, und dann jeden Flügel 53a durch eine Laserbehandlung unter Anwendung eines Excimer-Lasers o.ä. auszuschneiden. In diesem Falle findet für das Material des Rotors vorzugsweise Polysulfon oder Polyethersulfon Verwendung, wobei ein Absorptionsbereich in der Nachbarschaft der Wellenlänge von 248 nm des Excimer-Lasers vorgesehen ist.
- Bei einem speziellen Ausführungsbeispiel werden ein Rohling mit einem Ringelement mit einem Durchmesser von 5 mm und einer Dicke von 0,5 mm und eine Spindel mit einem Durchmesser von 0,5 mm durch Spritzgießen ausgebildet. Dann wird ein Rotor mit den Flügeln, deren Außendurchmesser 1,5 mm beträgt, hergestellt, indem eine Chargenbelichtung unter Verwendung eines Excimer-Laseroszillators, eine mit einem optischen System, das die Energiekonzentration erhöht, kombinierte Lichtquelle und eine Maske aus rostfreiem Stahl Anwendung finden.
- Wie vorstehend beschrieben, ist es möglich, extrem kleine Rotoren mit hoher Genauigkeit bei niedrigen Kosten herzustellen, indem das Spritzgießen und die Laserbearbeitung kombiniert werden.
- Das Substrat 51 ist mit einem gemeinsamen Pol 61b und getrennten Polen 61a zur elektrischen Beaufschlagung einer jeden Wärmeerzeugungseinheit 51a versehen. Der Innenaufbau des Substrates 51 entspricht dem des Substrates 1 der ersten Ausführungsform.
- Der Mikromotor E&sub2; wird in der nachfolgenden Weise montiert. Zuerst wird die Spindel 54 des Rotors 53 eingesetzt, so dass sie das Durchgangsloch 52b der Deckplatte 52 durchdringt und die Flügel 53a in der Rotorkammer 52a gelagert werden. Dann wird die Deckplatte 52 an einer vorgegebenen Steile auf dem Substrat 51 angeordnet und mit dem Substrat verklebt, wie bei der ersten Ausführungsform. Danach wird ein Schmiermittel, beispielsweise Fett, das auch als Dichtungsmittel wirkt, zwischen das Durchgangsloch 52b der Deckplatte 52 und die Spindel 54 des Rotors 53 injiziert. Flüssigkeit wird von der für die Deckplatte 52 vorgesehenen Flüssigkeitszuführöffnung 52c in die Rotorkammer 52a eingefüllt, wonach die Flüssigkeitszuführöffnung 52c abgedichtet wird.
- Jede der Wärmeerzeugungseinheiten 51 wird gleichzeitig vor oder nacheinander erregt, so dass die Flüssigkeit, die in Kontakt mit jeder Wärmeerzeugungseinheit steht, aufgeschäumt wird. Dann wird wie bei der ersten Ausführungsform durch die Aufbringung des von den expandierten Blasen ausgeübten Drucks der Rotor 53 gedreht, um die Spindel 54 zu drehen. Auf diese Weise kann ein mit der Spindel gekoppeltes rotierendes Element (nicht gezeigt) mit einer Umdrehung von diversen 10 UpM bis zu diversen tausenden von UpM rotieren.
- Ein Teil der Flüssigkeit in der Rotorkammer 52a strömt in den Spalt zwischen dem Durchgangsloch 52b der Deckplatte 52 und der Spindel 54. Als Folge davon wird die Spindel 54 durch den auf diese Weise ausgeübten statischen Druck axial gelagert. Daher kann sich die Spindel 54 mit hoher Genauigkeit bei einer Ablenkung von weniger als 0,5 um drehen.
- Fig. 8 ist eine teilweise perspektivische Ansicht, die den Hauptteil eines Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopfes E3 zeigt, bei dem die gleiche Mikropumpe wie bei der ersten Ausführungsform Verwendung findet. Dieser Kopf umfaßt ein Substrat 81, dessen Inneres in der gleichen Weise ausgebildet ist wie das Substrat 81 der ersten Ausführungsform, und eine Deckplatte 82, die als Einrichtung zur Ausbildung von Flüssigkeitsbahnen dient und aus Kunststoff gebildet ist. Diese Deckplatte wird auf die Oberfläche des Substrates 81 durch ein später zu beschreibendes elastisches Element gepreßt. Das Substrat 81 ist mit den Wärmeerzeugungseinheiten 81a zum Einsatz zur Tröpfchenabgabe versehen, die auf einer Linie in der Nähe eines Endes des Substrates angeordnet sind. Zweite Wärmeerzeugungseinheiten (nicht gezeigt) sind auf dem mittleren Teil des Substrates angeordnet, um ein Paar von Mikropumpen zu bilden. Am anderen Ende des Substrates 81 liegen getrennte Pole 81b und ein gemeinsamer Pol (nicht gezeigt) frei, um Wärmeerzeugungseinheiten 81a zu erregen und auf diese Weise Tröpfchen abzugeben und Mikropumpen in einem vorgegebenen Timing anzutreiben.
- Die Deckplatte 82 umfaßt ein Paar von rohrförmigen Extrusionsabschnitten 82a (von denen einer nicht gezeigt ist) sowie ein Öffnungsplattenelement 82b mit Öffnungen, die darauf auf einer Linie angeordnet sind. Auf dem Hauptkörper 82c der Deckplatte 82 sind Flüssigkeitsbahnen (Düsen) 82d ausgebildet, die in Strömungsmittelverbindung mit jeder Öffnung auf dem Öffnungsplattenelement 82b stehen, sowie eine Pumpenkammer 82f, die mit einer gemeinsamen Flüssigkeitskammer 82e und jeden der Extrusionsabschnitte 82a in Strömungsmittelverbindung steht. Der gleiche Rotator 83 wie der Rotator 3 der ersten Ausführungsform ist drehbar in jeder Pumpenkammer 82f gelagert.
- Jede der Öffnungen 82a des Öffnungsplattenelementes 82b der Deckplatte 82 ist über etwa 4,5 mm in gleichen Intervallen in einer hohen Dichte von etwa 360 dpi (Punkte pro Zoll) angeordnet.
- Der Innenaufbau der Wärmeerzeugungseinheiten 81a für die Tröpfchenabgabe und der der Wärmeerzeugungseinheiten für die Mikropumpen auf dem Substrat 81 ist, mit Ausnahme von deren Flächen, gleich. Folglich ist es möglich, diese durch ein- und denselben Prozeß herzustellen. Diesbezüglich beträgt die Abmessung einer jeden Wärmeerzeugungseinheit zur Verwendung der Mikropumpen 105 · 40 um², während die Fläche einer jeden Wärmeerzeugungseinheit 81a zum Einsatz für die Tröpfchenabgabe extrem fein ist, so dass solche Punkt/Flächen-Zahlen wie vorstehend beschrieben, verwirklicht werden.
- Die Deckplatte 82 wird in der gleichen Weise wie die Deckplatte 1 der ersten Ausführungsform einstückig durch Spritzgießen geformt. Dann wird auf die Oberfläche des Öffnungsplattenelementes 82b ein wasserabstoßender Film (Saitop CTX, hergestellt von der Firma Asahi Glass) aufgebracht. Wenn irgendeine Verbesserung der Adhäsion erforderlich ist, ist es wirksam, ein die Adhäsion verbesserndes Mittel (Sealant coupling agent A1110, hergestellt von der Firma Nihon Unika) aufzubringen, bevor irgendein wasserabstoßendes Mittel aufgebracht wird.
- Es wird ferner bevorzugt, eine Laserbearbeitung durch Anwendung eines Excimer-Lasers o.ä. für einen Bohrvorgang durchzuführen, um die Öffnung auf dem Öffnungsplattenelement 82b der Deckplatte 82 vorzusehen. Für die Herstellung eines jeden Rotators 83 wird ein Spritzgießverfahren in der gleichen Weise wie bei der Herstellung des Rotators 3 der ersten Ausführungsform eingesetzt. Wenn jedoch die Form der Flügel vereinfacht ist, kann es möglich sein, ein Verfahren einzusetzen, bei dem ein Spritzgießverfahren und eine Laserbearbeitung miteinander kombiniert sind, wie bei der zweiten Ausführungsform. Im vorliegenden Fall sind die Richtungen, in denen die Flügel um ein Paar von Rotatoren gewunden sind, einander entgegengesetzt, wobei ein Rotator so ausgebildet ist, dass er als Mikropumpe auf der Zufuhrseite der Aufzeichnungsflüssigkeit wirkt, während der andere Rotator als Mikropumpe auf der Abgabeseite der Aufzeichnungsflüssigkeit wirkt.
- Das Substrat 81 ist zusammen mit einer Leiterplatte 84 mit einer Antriebsschaltung (nicht gezeigt) darauf, um die Wärmeerzeugungseinheiten 81a für die Tröpfchenabgabe und die Wärmeerzeugungseinheiten für die Mikropumpen mit einem vorgegebenen Timing anzutreiben, auf einer Wärmeabstrahlplatte 85 gelagert.
- Die Aufzeichnungsflüssigkeit wird durch die Mikropumpe auf der Zufuhrseite der Aufzeichnungsflüssigkeit in die gemeinsame Flüssigkeitskammer 82e gesaugt und von der Mikropumpe auf der Abgabeseite der Aufzeichnungsflüssigkeit ausgestoßen.
- Die Aufzeichnungsflüssigkeit, die von der gemeinsamen Flüssigkeitskammer 82e zu jeder Flüssigkeitsbahn 82d strömt, wird von den Wärmeerzeugungseinheiten 81a für die Tröpfchenabgabe erhitzt, welche durch Anwendung der vorstehend beschriebenen Antriebsschaltung in selektiver Weise Wärme erzeugen. Die Aufzeichnungsflüssigkeit wird auf diese Weise aufgeschäumt und in der Form von fliegenden Tröpfchen von den Öffnungen der Öffnungsplatteneinheit 82b abgegeben. Sie haften dann auf einem Aufzeichnungsblatt o.ä. (nicht gezeigt), um einen Druck zu bilden.
- Die Aufzeichnungsflüssigkeit in der gemeinsamen Flüssigkeitskammer 82e wird durch beide vorstehend beschriebenen Mikrogeräte zwangsumgewälzt. Daher werden die Blasen, die durch die Tröpfchenabgabe bei jeder Flüssigkeitsbahn und der gemeinsamen Flüssigkeitskammer angesammelt werden, kontinuierlich ausgestoßen, so dass es möglich wird, eine Verschlechterung der Druckqualität durch das Vorhandensein von solchen Blasen zu verhindern.
- Ferner wird die Aufzeichnungsflüssigkeit in der gemeinsamen Flüssigkeitskammer kontinuierlich agitiert, so dass es möglich wird, eine Temperaturänderung der Aufzeichnungsflüssigkeit zu verhindern und auf diese Weise das Druckverhalten zu stabilisieren.
- Des weiteren ist es möglich, den auf die Aufzeichnungsflüssigkeit in der gemeinsamen Flüssigkeitskammer ausgeübten Druck zu erhöhen, indem die Mikropumpe auf der Auslaßseite zeitweise ausgeschaltet wird oder deren Drehzahl reduziert wird, um die Adhäsionspartikel in jeder Flüssigkeitsbahn 82d durch zwangsweises Herausdrücken der Aufzeichnungsflüssigkeit aus jeder Flüssigkeitsbahn 82d zu entfernen. Auf diese Weise ist es möglich, das Tröpfchenabgabeverhalten wieder herzustellen. In herkömmlicher Weise wird die Wiederherstellung des Tröpfchenabgabeverhaltens durch eine separat hergestellte Pumpe durchgeführt. Bei der vorliegenden Ausführungsform kann jedoch die in den Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopf eingearbeitete Mikropumpe für einen derartigen Zweck verwendet werden. Es ist daher möglich, die Montageprozesse und die Wartung einer Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungsvorrichtung in signifikanter Weise zu vereinfachen.
- Fig. 9 ist eine teilweise weggebrochene, perspektivische Ansicht, die eine Mikropumpe E&sub1; gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Die Mikropumpe E&sub1; umfaßt ein Substrat 1 mit vier Wärmeerzeugungseinheiten 1a bis 1d (die Wärmeerzeugungseinheiten 1c und 1d sind in den Fig. 10 und 11 gezeigt), welche in gleichen Intervallen um eine vorgegebene Achse O herum angeordnet sind, eine Deckplatte 2, die mit der Substratoberfläche verklebt ist und als Einrichtung zum Halten von Flüssigkeit dient, und einen Rotator 3, der drehbar in einer zylindrischen Pumpenkammer 2a gelagert ist, welche am Boden der Deckplatte 2 ausgebildet ist, um als Flüssigkeitshalteabschnitt zu dienen. Die Deckplatte ist in einem Zustand gezeigt, in dem im wesentlichen eine Hälfte hiervon weggebrochen ist.
- Am Boden der Deckplatte 2 ist eine Saugöffnung 2b vorgesehen, die mit der Pumpenkammer 2a in Verbindung steht. Das obere Ende der Pumpenkammer 2a ist zum Auslaß 2c offen, der die Deckplatte 2 nach oben durchdringt, wie in Fig. 9 gezeigt. Wenn sich der Rotator 3 gegen den Uhrzeigersinn dreht, wird Flüssigkeit von der Saugöffnung 2b angesaugt und vom Auslaß 2c ausgestoßen.
- Jede der Wärmeerzeugungseinheiten 1a bis 1d auf dem Substrat 1 ist an jeden der getrennten Pole 11a bis 11d und einen gemeinsamen Pol 11e angeschlossen, die am Rande des Substrates 1 freiliegen. Durch diese Pole werden die Wärmeerzeugungseinheiten eine nach der anderen oder gleichzeitig in einem vorgegebenen Timing erregt, um Flüssigkeit in der Pumpenkammer 2a zu erhitzen und auf diese Weise die Flüssigkeit zum Sieden zu bringen.
- Der Rotator 3 ist mit drei Flügeln 3a bis 3c versehen, die Blasen empfangen, welche durch die Wärme erzeugt werden, die durch jede Wärmeerzeugungseinheit 1a bis 1d erzeugt wird, und wandeln einen derartigen Expansionsdruck in ein Drehmoment um, so dass der Rotator 3 zum Drehen gebracht wird.
- Die Mikropumpe der vorliegenden Ausführungsform soll Tinte zwangsumwälzen oder agitieren. Diese Tinte ist die Aufzeichnungsflüssigkeit, die vom Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopf verwendet wird. Der Innenaufbau des Substrates 1 wurde bereits in Verbindung mit Fig. 2 beschrieben.
- Jeder der getrennten Pole 11a bis 11d und der gemeinsame Pol 11e der Wärmeerzeugungseinheiten 1a bis 1d ist am Endabschnitt der Verdrahtungsschicht 16 aus Al angeordnet, welche in der in Fig. 10 gezeigten Weise gemustert ist.
- Bei der vorliegenden Ausführungsform wird das Silicumsubstrat als Hauptkörper des Substrates 1 verwendet. Es kann jedoch auch möglich sein, anstelle des Siliciumsubstrates eine Glasplatte oder eine Keramikplatte, beispielsweise aus Al&sub2;O&sub3;, zu verwenden.
- Jede Wärmeerzeugungseinheit 1a bis 1c ist 60 um breit und 300 um lang. Der Schichtwiderstand des wärmeerzeugenden Widerstandselementes 15 beträgt 21 Ω/ , der Widerstandswert beträgt 105 Ω. Wie in Fig. 11 gezeigt, ist der gemeinsame Pol 11d an die Stromversorgung VH mit einer angelegten Spannung von 30 V angeschlossen, während jeder getrennter Pol 11a bis 11c an einen Transistor 41 mit einer EIN- Zeit von 20 usec angeschlossen ist. Dann ist es möglich, ausreichend Energie zu erhalten, um ein Aufschäumen der Flüssigkeit (Tinte) in der Pumpenkammer 2a zu bewirken.
- Jeder Flügel 3a bis 3c des Rotators 3 ist um die Welle 31 in gleichen Intervallen in einer Form angeordnet, dass jede der extrem dünnen Platten spiralförmig um die Welle 31 herum fixiert und einstückig mit der Welle 31 ausgebildet ist, wie in Fig. 12A gezeigt. Mit dieser Anordnung kann die Expansionskraft der Blasen, die durch das Sieden der Flüssigkeit in jeder Wärmeerzeugungseinheit 1a bis 1c auf dem Substrat 1 hervorgerufen wird, in einfacher Weise in die Drehkraft des Rotators 3 umgewandelt werden.
- Es wird bevorzugt, ein Kunststoffmaterial mit geringem spezifischen Gewicht, wie Polypropylen, Polyethylen, Polysulfon oder Polyethersulfon, zu verwenden, das in einfacher Weise durch Spritzgießen o.ä. für eine einstückige Ausbildung geeignet ist.
- Die Abmessung des Rotators 3 entspricht beispielsweise der in Fig. 12E gezeigten Abmessung. Der maximale Außendurchmesser desselben wird auf 2 mm eingestellt. Der Durchmesser d&sub2; der Welle 31 beträgt 0,5 mm, die Dicke w&sub1; eines jeden Flügels 3a bis 3c 0,2 mm, der Montagewinkel θ 25º und die Länge t&sub1; der Welle 31 0,7 mm.
- Die Mikropumpe E&sub1; wird montiert, indem die Deckplatte 2 an den Wärmeerzeugungseinheiten 1a bis 1c positioniert wird, nachdem der Rotator 3 in der Pumpenkammer 2a der Deckplatte 2 gelagert worden ist. Dann wird die Deckplatte mit der Oberfläche des Substrates 1 verklebt.
- Das in diesem Fall verwendete Klebemittel sollte ausreichend große Antikorrosionseigenschaften gegen Tinte besitzen. Es sollte ferner in der Lage sein, eine luftdichte Verbindung zwischen der Deckplatte 2 und dem Substrat 1 herzustellen, um jede Tintenleckage hierdurch zu vermeiden. Diesbezüglich sind ein Silikondichtungsmittel TSE (hergestellt von der Firma Toshiba Silicone), ein Epoxidklebemittel HP2R- HP2H (hergestellt von der Firma Canon Chemical) oder diverse Urethankleber bevorzugt geeignet.
- Auch die Deckplatte 2 wird vorzugsweise durch Spritzgießen unter Verwendung des gleichen Kunststoffmateriales, wie es der Rotator 3 aufweist, oder durch eine durch Ätzen behandelte Glasplatte ausgebildet.
- Die Fig. 13A bis 13D zeigen den Prozeß, gemäß dem der erste Flügel 3a des Rotators 3 bewirkt, dass sich der Rotator 3 dreht, indem er die Expansionskraft der Blasen empfängt, welche in der ersten Wärmeerzeugungseinheit 1a auf dem Substrat erzeugt wurden, um Flüssigkeit (Tinte) von der Sauföffnung 2b anzusaugen. Wie in Fig. 13A gezeigt, wird eine Blase B erzeugt, wenn Flüssigkeit auf der ersten Wärmeerzeugungseinheit 1a auf dem Substrat 1 dadurch erhitzt wird. Diese Blase expandiert allmählich, wie in Fig. 13B gezeigt. Der auf diese Weise ausgeübte Druck wirkt auf den ersten Flügel 3a ein, so dass sich der Rotator 3 in der durch den Pfeil A angedeuteten Richtung dreht. Wenn, wie in Fig. 13C gezeigt, sich der erste Flügel 3a auf der zweiten Wärmeerzeugungseinheit 1b verschiebt, wird die Blase B eliminiert, so dass ein Zustand erzeugt wird, in dem der Druck reduziert ist. Folglich wird ein Abschnitt mit abgebautem Druck auf der zweiten Wärmeerzeugungseinheit 1b erzeugt, so dass die Flüssigkeit auf den Umfang des Rotators gesaugt wird. An dieser Stelle auf der ersten, dritten und vierten Wärmeerzeugungseinheit 1a, 1c und 1d tritt der gleiche Zustand eines Druckabbaues auf. Wie in Fig. 13D gezeigt, wird neue Flüssigkeit in die Pumpenkammer 2a durch die Saugöffnung 2b angesaugt und vom Auslaß 2c ausgestoßen.
- Wenn beispielsweise eine Flüssigkeit eine Tinte ist, deren Hauptkomponente Wasser ist und deren Viskosität etwa 4 bis 5 cp beträgt, ist es möglich, unter Verwendung einer derartigen Pumpe etwa 0,1 bis 5 cm³/min zu pumpen.
- Wenn die Richtung eines jeden Flügels 3a bis 3c, der um die Welle 31 des Rotators 3 gewunden ist, entgegengesetzt ist, ist die Drehrichtung des Rotators 3 entgegengesetzt zu der durch den Pfeil A angedeuteten Richtung. Flüssigkeit wird vom Auslaß 2c auf der Deckplatte 2 angesaugt und von der Saugöffnung 2b ausgestoßen.
- Bei der vorliegenden Ausführungsform wird ein extrem kleiner Rotator in der auf der Deckplatte angeordneten Pumpenkammer gelagert. Daher ist die Montage der Mikropumpe extrem einfach.
- Auch das Aufschäumen der Flüssigkeit wird als Antriebsquelle verwendet. Daher sind das Ansteigen und Abfallen der Pumpwirkung extrem schnell, so dass die Pumpe bevorzugt zum intermittierenden Pumpen von Flüssigkeit in speziellen Intervallen oder zum Agitieren der Flüssigkeit geeignet ist.
- Da desweiteren die Pumpenwirkung stabilisiert ist, ist es möglich, eine spezifische Menge mit einem konstanten Durchsatz zu pumpen. Da die Zahl der Wärmeerzeugungseinheiten auf dem Substrat 4 beträgt, während die Zahl der Flügel des Rotators 3 beträgt, stehen diese in einer direkten Beziehung zueinander, wobei keine weiteren Faktoren zwischen diesen vorhanden sind. Es ist daher möglich, den Rotator zu allen Zeitpunkten auf beständige Weise zu drehen, selbst wenn eine geringfügige Unregelmäßigkeit in der Wärmeerzeugungsmenge (Schäumungsenergie) zu einer jeden Wärmeerzeugungseinheit vorhanden ist. Wie vorstehend beschrieben, kann eine Schwankung des Drehmomentes verhindert werden, indem die Zahl der Wärmeerzeugungseinheiten auf dem Substrat und die Zahl der Flügel des Rotators so ausgewählt werden, dass sie in direkter Beziehung zueinander stehen. Auf diese Weise wird ein ausgezeichneter Effekt in bezug auf die Stabilisierung der Pumpenwirkung erreicht.
- Da der Montagewinkel eines jeden Flügels des Rotators 25º beträgt, besteht der Vorteil, dass die Effizienz zur Umwandlung der Schäumungsenergie in Drehmoment an jeder Wärmeerzeugungseinheit extrem hoch ist. Generell ist es wünschenswert, den Montagewinkel der Flügel auf weniger als 30º einzustellen. Wenn irgendwelche Einschränkungen, beispielsweise das Einsparen von Raum, für die Konstruktion vorhanden sind, wird bevorzugt, einen derartigen Winkel auf weniger als 20º einzustellen.
- Ferner ist es einfach, den Rotator selbst herzustellen, wobei kein teures Material benötigt wird. Die Kosten der Teile sind daher entsprechend niedrig. Es ist daher möglich, die Herstellung von extrem kleinen und billigen Mikrogeräten zu realisieren.
- Fig. 14 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Mikromotor E&sub2; in einem teilweise weggebrochenen Zustand gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Der Mikromotor E&sub2; umfaßt ein Substrat 51 mit einer Vielzahl von Wärmeerzeugungseinheiten 51a, die um eine vorgegebene Achse in gleichen Intervallen angeordnet sind, eine mit der Oberfläche des Substrates verklebte Deckplatte 52, die als Einrichtung zum Halten von Flüssigkeit dient, und einen Rotor 53, bei dem es sich um einen Rotator handelt, der drehbar in einer zylindrischen Rotorkammer 52 gelagert ist, welche am Boden der Deckplatte 52 ausgebildet ist und als Flüssigkeitshalteabschnitt dient. Die Deckplatte 52 ist in einem teilweise weggebrochenen Zustand dargestellt.
- Der Rotor 53 umfaßt eine Spindel 54, bei der es sich um ein Wellenelement handelt, das das Durchgangsloch 52b der Deckplatte 52 durchdringt und eine Vielzahl von Flügeln 53a, die sich in axialer Richtung erstrecken und um das Wellenelement in gleichen Intervallen angeordnet sind. Der Rotor ist aus dem gleichen Material geformt, das für den Rotator 3 der dritten Ausführungsform verwendet wird. Die Zahl der Flügel 53 des Rotors 53 ist so fest gelegt, dass eine primäre Beziehung zu der Zahl der Wärmeerzeugungseinheiten 51a auf dem Substrat 51 besteht.
- Ein Verfahren zur Herstellung des Rotors 53 kann aus einem Spritzgießverfahren bestehen, wie im Falle des Rotators 3 der dritten Ausführungsform, um den Rotor in seine endgültige Form zu bringen. Da jedoch die Flügel 53a flach sind und sich in Axialrichtung erstrecken, ist es auch möglich, zuerst einen Rohling mit einer solchen Form herzustellen, dass ein Ringelement mit dem gleichen Außendurchmesser wie die Flügel 53a durch Spritzgießen einstückig mit einer Spindel 54 ausgebildet wird und danach jeder Flügel 53a durch eine Laserbearbeitung durch Anwendung eines Excimer-Lasers o.ä. abgetrennt wird. In diesem Fall wird bevorzugt, für das Material des Rotors Polysulfon oder Polyethersulfon mit einem Absorptionsbereich in der Nachbarschaft der Wellenlänge von 248 nm des Excimer-Lasers zu verwenden.
- Es wird nunmehr ein spezielles Ausführungsbeispiel beschrieben. Ein Rohling mit einem Ringelement mit einem Durchmesser von 5 mm und einer Dicke von 0,5 mm und eine Spindel mit einem Durchmesser von 0,5 mm werden durch Spritzgießen geformt. Dann wird ein Rotor mit Flügeln, deren Außendurchmesser 1,5 mm beträgt, durch eine Chargenbelichtung unter Verwendung eines Excimer-Laser-Oszillators, einer mit einem optischen System, das die Energiekonzentration vergrößert, kombinierten Lichtquelle und einer Maske aus rostfreiem Stahl hergestellt.
- Wie vorstehend beschrieben, ist es möglich, extrem kleine Rotoren mit hoher Genauigkeit bei geringen Kosten durch Kombination des Spritzgießverfahrens und der Laserbearbeitung herzustellen.
- Das Substrat 51 wird mit einem gemeinsamen Pol 61b und getrennten Polen 61a zur Erregung einer jeden Wärmeerzeugungseinheit 51a versehen. Der Innenaufbau des Substrates entspricht dem des Substrates 1 der dritten Ausführungsform.
- Der Mikromotor E&sub2; wird in der nachfolgend beschriebenen Weise montiert. Zuerst wird die Spindel 54 des Rotors 53 eingesetzt, so dass sie das Durchgangsloch 52b der Deckplatte 52 durchdringt, um die Flügel 53a in der Rotorkammer 52a zu lagern. Dann wird die Deckplatte 52 an einer vorgegebenen Stelle auf dem Substrat 51 angeordnet und in der bei der ersten Ausführungsform beschriebenen Weise verklebt. Danach wird ein Schmiermittel, wie Fett, das auch als Dichtungsmittel wirkt, zwischen das Durchgangsloch 52b der Deckplatte 52 und die Spindel 54 des Rotors 53 injiziert. Dann wird Flüssigkeit von der Flüssigkeitszuführöffnung 52c, die für die Deckplatte 52 vorgesehen ist, in die Rotorkammer 52a eingefüllt, und die Flüssigkeitszuführöffnung 52c wird abgedichtet.
- Jede der Wärmeerzeugungseinheiten 51a auf dem Substrat 51 wird gleichzeitig oder nacheinander elektrisch erregt, so dass Flüssigkeit, die im Kontakt mit jeder Wärmeerzeugungseinheit steht, erhitzt und aufgeschäumt wird. Dann wird mit Hilfe des Drucks, der von den expandierten Blasen ausgeübt wird, der Rotor 53 zum Rotieren gebracht, um die Spindel 54 anzutreiben, die wie bei der dritten Ausführungsform rotiert. Auf diese Weise kann ein mit der Spindel gekoppeltes Rotationselement (nicht gezeigt) mit einer Umdrehungszahl von einigen 10 UpM bis zu einigen tausend UpM rotieren.
- Ein Teil der Flüssigkeit fließt zwischen das Durchgangsloch 52b der Deckplatte 52 und die Spindel 54. Folglich wird die Spindel 54 durch den auf diese Weise ausgeübten statischen Druck axial gelagert. Es ist daher möglich, die Rotation der Spindel mit einer hohen Genauigkeit durchzuführen, wobei die Abweichung geringer ist als 0,5 um.
- Fig. 16 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Mikropumpe in einem teilweise gebrochenen Zustand gemäß noch einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Die Mikropumpe umfaßt ein Substrat 1 mit drei Wärmeerzeugungseinheiten 1a bis 1c (die Wärmeerzeugungseinheit 1c ist nicht gezeigt), welche um eine vorgegebene Achse O in gleichen Intervallen angeordnet sind, eine Deckplatte 2, die mit der Oberfläche des Substrates verklebt ist und als Flüssigkeitshalteeinrichtung dient, und einen ersten Rotator 3, der drehbar in einer zylindrischen Motorkammer 2a gelagert ist, welche am Boden der Deckplatte 2 ausgebildet ist und als Flüssigkeitshalteabschnitt dient. In Fig. 16 sind der obere Teil der Deckplatte 2 und der Seitenabschnitt auf der linken Seite in Fig. 16 in einem weggebrochenen Zustand dargestellt. Wie in Fig. 17 gezeigt, ist eine Flüssigkeitskammer 2 im oberen Teil der Deckplatte 2 angeordnet. Das obere Ende der Flüssigkeitskammer 2 ist offen für ein Rohr (nicht gezeigt), das die Deckplatte 2 in Fig. 17 noch oben durchdringt. Der erste Rotator 3 ist auf integrierte Weise über eine Spindel 4 mit einem zweiten Rotator 5 gekoppelt. Der zweite Rotator 5 ist in der Flüssigkeitskammer 2b angeordnet. Durch Drehung des zweiten Rotators 5 wird Flüssigkeit in der Flüssigkeitskammer 2b agitiert oder zugeführt und ausgestoßen.
- Jede der Wärmeerzeugungseinheiten 1a bis 1c auf dem Substrat 1 steht mit jedem der getrennten Pole 11a bis 11c und einem gemeinsamen Pol 11d in Verbindung, die am Rand des Substrates 1 freiliegen. Sie werden durch die Pole entweder gleichzeitig oder nacheinander in einem vorgegebenen Timing erregt, um Wärme zu erzeugen. Auf diese Weise wird die Flüssigkeit in der Motorkammer 2 zum Sieden gebracht.
- Der erste Rotator 3 ist mit der gleichen Zahl, d. h. 3, Flügeln 3a bis 3c versehen, wie Wärmeerzeugungseinheiten 1a bis 1c auf dem Substrat vorhanden sind. Diese Flügel empfangen den Expansionsdruck der Blasen, der von der von jedem Wärmeerzeugungselement 1a bis 1c erzeugten Wärmeenergie verursacht wird, und bringen den ersten Rotator 3 zum Drehen. Durch Drehung des Rotators wird der zweite Rotator 5 zum Drehen gebracht, so dass auf diese Weise die Pumpwirkung zum Zuführen, Ausstoßen oder Agitieren der Flüssigkeit in der Flüssigkeitskammer 2 erzeugt wird.
- Die Mikropumpe der vorliegenden Ausführungsform soll Tinte, die als Aufzeichnungsflüssigkeit des Flüssigkeitsaufzeichnungskopfes dient, zwangsumwälzen oder agitieren. Der Innenaufbau des Substrates 1 wurde bereits in Verbindung mit Fig. 2 beschrieben.
- Die getrennten Pole 11a bis 11c und der gemeinsame Pol 11d einer jeden Wärmeerzeugungseinheit 1a bis 1c sind am Endabschnitt der Al- Verdrahtungsschicht 16 angeordnet, die in der in Fig. 18 gezeigten Weise gemustert ist.
- Ein Siliciumsubstrat wird für den Hauptkörper des Substrates 1 der vorliegenden Ausführungsform verwendet. Es kann jedoch auch möglich sein, eine Glasplatte oder eine Keramikplatte, wie aus Al&sub2;O&sub3;, anstelle des Siliciumsubstrates zu verwenden.
- Eine jede Wärmeerzeugungseinheit 1a bis 1c ist 200 um breit und 300 um lang. Der Schichtwiderstand des Wärmeerzeugungselementes 15 beträgt 21 Ω/ , und der Widerstandswert beträgt 31,5 Ω. Wenn nunmehr der gemeinsame Pol 11d an die Stromversorgung VH mit einer angelegten Spannung von 30 V angeschlossen wird und jeder der getrennten Pole 11a bis 11c an einen Transistor 41 angeschlossen wird, dessen EIN-Zeit 20 usec beträgt, wie in Fig. 19 gezeigt, ist es möglich, ausreichend Energie zu erhalten, um ein Aufschäumen der Flüssigkeit (Tinte) in der Motorkammer 2 zu verursachen.
- Jeder Flügel 3a bis 3c des ersten Rotators 3 ist um die Welle des ersten Rotators 3 in gleichen Intervallen angeordnet und hat eine Form, bei der eine extrem dünne Platte spiralförmig um die Welle gewunden ist, um den von den Blasen, die durch das Sieden der Flüssigkeit auf jeder Wärmeerzeugungseinheit 1a bis 1c erzeugt werden, ausgeübten Expansionsdruck in einfacher Weise in ein Drehmoment umzuwandeln.
- Auch der zweite Rotator 5, der zusammen mit dem ersten Rotator 3 einen einstückigen Körper bildet, ist mit drei Flügeln 5a bis 5c versehen. Jeder dieser Flügel hat die gleiche Form wie jeder Flügel 3a bis 3c des ersten Rotators 3.
- Für das Material des Rotationskörpers aus dem ersten Rotator 3, der Spindel 4 und dem zweiten Rotator 5 wird vorzugsweise ein Kunststoffmaterial verwendet, das ein geringes spezifisches Gewicht hat und mit dem durch Spritzgießen eine einstückige Einheit geformt werden kann, wie beispielsweise Polypropylen, Polyethylen, Polysulfon oder Poyethersulfon.
- Der erste Rotator hat folgende Abmessungen: der maximale Außendurchmesser beträgt 2 mm, der Durchmesser der Welle beträgt 0,5 mm, die Dicke eines jeden Flügels 3a bis 3c beträgt 0,2 mm und die Länge der Welle beträgt 0,4 mm. Die Abmessungen des zweiten Rotators sind die gleichen wie oben.
- Wenn beispielsweise Flüssigkeit in der Flüssigkeitskammer 2b eine Tinte ist, deren Hauptkomponente Wasser ist, deren Viskosität etwa 4 bis 5 cp beträgt, ist es möglich, die Flüssigkeit in der Flüssigkeitskammer 2b mit einem Durchsatz von etwa 0,1 bis 5 cm³/min durch die Pumpfunktion des zweiten Rotators 5 abzupumpen.
- Da das Aufschäumen der Flüssigkeit eine Antriebsquelle bildet, verlaufen das Ansteigen und Abfallen der Pumpwirkung extrem schnell. Die Pumpe wird daher vorzugsweise zum intermittierenden Pumpen von Flüssigkeit in speziellen Intervallen und zum Agitieren der Flüssigkeit verwendet. Da die Pumpwirkung beständig ist, ist es möglich, Flüssigkeit auf regulierte Weise mit einem vorgegebenen Durchsatz zu pumpen.
- Des weiteren ist es einfach, jeden Rotator herzustellen, wobei kein teures Material benötigt wird. Folglich sind die Kosten der Teile gering, so dass es möglich wird, ein extrem kleines und billiges Mikrogerät herzustellen.
- Fig. 20 ist eine teilweise perspektivische Ansicht, die den Hauptteil des Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopfes E&sub1; zeigt, bei dem ein Paar von Mikropumpen M&sub1; und M&sub2; Verwendung finden, die in gleicher Weise ausgebildet sind wie die Mikropumpen der vorliegenden Ausführungsform. Dieser Kopf umfaßt ein Substrat 81, dessen Innenaufbau dem des vorstehend beschriebenen Substrates 1 entspricht, und eine Deckplatte 82, die eine Einrichtung zur Ausbildung von Kunststoffflüssigkeitsbahnen ist und mit Hilfe eines später beschriebenen elastischen Elementes gegen die Oberfläche des Substrates gepreßt wird. Das Substrat 81 ist mit Wärmeerzeugungseinheiten 81a zur Durchführung einer Tröpfchenabgabe versehen, die in der Nähe des Endabschnittes des Substrates angeordnet sind. Ferner besitzt das Substrat ein Paar von zweiten Wärmeerzeugungseinheiten (nicht gezeigt), die am Mittelabschnitt des Substrates angeordnet sind. Am anderen Ende des Substrates 81 liegen die getrennten Pole 81b und ein gemeinsamer Pol (nicht gezeigt) frei und erregen die Wärmeerzeugungseinheiten 81a zum Einsatz für eine Flüssigkeitsabgabe und die Wärmeerzeugungseinheiten zum Einsatz als Mikropumpen in einem vorgegebenen Timing.
- Die Deckplatte 82 ist mit einem Öffnungsplattenelement 82b versehen, das mit einem Paar von rohrförmigen Extrusionsabschnitten 82a (von denen ein Abschnitt nicht gezeigt ist) und entlang einer Linie angeordneten Öffnungen versehen ist. Für den Hauptkörper 82c der Deckplatte 82 sind Flüssigkeitsbahnen (Düsen) 82e, die mit jeder der Öffnungen 82d des Öffnungsplattenelementes 82b in Verbindung stehen, und eine gemeinsame Flüssigkeitskammer 82f ausgebildet. In der gemeinsamen Flüssigkeitskammer 82f sind Mikropumpen M&sub1; und M&sub2; angeordnet. Jede Mikropumpe ist mit einem ersten Rotator und einem zweiten Rotator versehen, die den vorstehend beschriebenen Rotatoren 3 und 5 entsprechen.
- Jede der Öffnungen 82d des Öffnungsplattenelementes 82b der Deckplatte 82 ist über etwa 4,5 mm in gleichen Intervallen in einer hohen Dichte von beispielsweise etwa 360 dpi (Punkte pro Zoll) angeordnet.
- Der Innenaufbau der Wärmeerzeugungseinheiten 81a für die Tröpfchenabgabe und der der Wärmeerzeugungseinheiten für die Mikropumpen auf dem Substrat 81 ist gleich, mit Ausnahme der entsprechenden Flächen. Somit ist es möglich, diese mit ein und dem gleichen Verfahren herzustellen. Die Fläche einer jeden Wärmeerzeugungseinheit für die Mikropumpen beträgt 105 · 40 um², während die Fläche einer jeden Wärmeerzeugungseinheit 81a für die Tröpfchenabgabe extrem gering ist, so dass die vorstehend angegebenen dpi-Werte realisiert werden.
- Die Deckplatte 82 wird in der gleichen Weise wie die Deckplatte 1 für die erste Ausführungsform einstückig durch Spritzgießen hergestellt. Dann wird auf der Oberfläche des Öffnungsplattenelementes 82b ein wasserabstoßender Film (Saitop CTX, hergestellt von der Firma Asahi Glass) aufgebracht. Wenn eine Verbesserung der Adhäsionswirkung erforderlich ist, sollte man vor dem Aufbringen des wasserabstoßenden Mittels ein die Adhäsion verbesserndes Mittel (Sealant coupling agent A1110, hergestellt von der Firma Nihon Unika) aufbringen.
- Das Substrat 81 wird auf einer Wärmeabstrahlplatte 85 zusammen mit einer Leiterplatte 84 gelagert, die eine Antriebsschaltung (nicht gezeigt) aufweist, um die Wärmeerzeugungseinheiten 81a für die Tröpfchenabgabe und die Wärmeerzeugungseinheit für die Mikropumpen anzutreiben.
- Tinte, die als Aufzeichnungsflüssigkeit dient, wird mit Hilfe der Mikropumpe M&sub1; auf der Tintenzufuhrseite in die gemeinsame Flüssigkeitskammer 82f gesaugt und mit Hilfe der Mikropumpe M&sub2; auf der Tintenabgabeseite ausgestoßen.
- Die Tinte, die von der gemeinsamen Flüssigkeitskammer 82f in jeden Flüssigkeitskanal 82e fließt, wird durch die Wärmeerzeugungseinheiten 81a für die Tröpfchenabgabe erhitzt und aufgeschäumt. Die Wärmeerzeugungseinheiten erzeugen Wärme selektiv mit Hilfe der vorstehend beschriebenen Antriebsschaltung, wobei die Tinte in der Form von fliegenden Tröpfchen von den Öffnungen 82d des Öffnungsplattenelementes 82b abgegeben wird und an einem Aufzeichnungsblatt o.ä. (nicht gezeigt) haftet, um einen Druck herzustellen.
- Durch zeitweises Ausschalten der Mikropumpe M&sub2; auf der Abgabeseite oder durch Reduzieren von deren Drehzahl ist es möglich, den auf die Tinte in der gemeinsamen Flüssigkeitskammer 82f ausgeübten Druck zu erhöhen und somit Tinte aus jedem Flüssigkeitskanal 82e auszudrücken, um Adhäsionspartikel in jeder Flüssigkeitsbahn 82e zu entfernen und das Tröpfchenabgabeverhalten wieder herzustellen. Bei der herkömmlichen Technik wird die Wiederherstellung des Tröpfchenabgabeverhaltens durch eine separat vorgesehene Pumpe durchgeführt. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist es jedoch möglich, eine in den Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopf eingearbeitete Mikropumpe zu verwenden. Daher können der Montageprozeß und die Wartung wesentlich vereinfacht werden.
- Die Fig. 21 und 22 zeigen die Montage einer Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopfkartusche als Ganzes, bei der ein Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopf E&sub3; gemäß jeder der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen montiert wird. Zuerst wird eine Deckplatte 82 von einem elastischen Element 86 gegen ein Substrat 81 gepreßt. Nachdem auf diese Weise die Platte und das Substrat integriert sind, werden das Substrat 81 und eine Leiterplatte 84 mit Hilfe von Schrauben an einer Wärmeabstrahlplatte 85 fixiert. Ein Tintenzuführelement 87 mit einem Zuführrohr und einem Abführrohr, die mit jedem der Extrusionsabschnitte 82a der Deckplatte 82 verbunden werden, wird an der Deckplatte 82 montiert.
- Die auf diese Weise montierte Platte wird an der Ausnehmung 88b eines Tintentanks 88 positioniert, der mit einem Schwamm 88a versehen ist, um Tinte einzusaugen. Die Seitenplatte 89 wird mit Hilfe von Schrauben am Tintentank 88 fixiert. Die gegenüberliegende Seite wird durch eine Abdeckung 90 geschlossen. Falls erforderlich, wird ein Silikondichtungsmittel TES-399 (hergestellt von der Firma Toshiba Silicone) o.ä. oder ein Urethan- oder Epoxiddichtungsmittel eingespritzt, um jedwedes Lecken von jedem Teil zu verhindern und dieses Teil zu schützen, nachdem das Tintenzuführelement 87 auf der Deckplatte 82 montiert worden ist.
- In Verbindung mit Fig. 23 wird nunmehr eine Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungsvorrichtung beschrieben, an der ein Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopf der vorliegenden Erfindung montiert ist.
- Eine Aufzeichnungskopfkartusche wird mit einem Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopf (hiernach als Aufzeichnungskopf bezeichnet) 103 und einem Behälter, der als Tintentank dient, versehen, die miteinander verbunden werden. Eine Kartusche 101 mit der daran montierten Aufzeichnungskopfkartusche wird über einen Führungsschaft 104 und eine Leitspindel 105, die mit einer spiralförmigen Nut 105a versehen ist, geführt. Es ist möglich, auf dem Schlitten 101 eine Tintenbehälterkassette 102, in der ein Tintenbehälter vorgesehen ist, zu montieren.
- Die Leitspindel 105 kann mit Hilfe eines reversiblen Antriebsmotors 106 über Zahnräder 106a, 106b, 106c und 106d regulär und in umgekehrter Richtung gedreht werden, so dass auf diese Weise der Schlitten 101 in der durch einen Pfeil angedeuteten Richtung und in der entgegengesetzten Richtung über einen Stift (nicht gezeigt), der für den Schlitten 101 vorgesehen ist und dessen vorderes Ende mit der Spiralnut 105 der Leitspindel in Eingriff steht, hin- und herbewegt werden kann. Das Umschalten des Antriebsmotors 106 von einer Vorwärtsdrehung auf eine Rückwärtsdrehung wird mit Hilfe eines Hebels 105 und eines Fotokopplers 116, der für den Schlitten 101 vorgesehen ist und detektiert, ob der Schlitten 101 sich in seiner Ausgangsposition befindet oder nicht, durchgeführt.
- Ein als Aufzeichnungsmedium dienendes Aufzeichnungsblatt 109 wird mit Hilfe einer Druckplatte 108 gegen eine Platte 107 gepreßt. Dann wird es von einer Blattzuführrolle (nicht gezeigt), die von einem Blattzuführmotor 110 angetrieben wird, der als Zuführvorrichtung dient, um das Aufzeichnungsmedium so zuzuführen, dass es dem Aufzeichnungskopf 103 gegenüber liegt, gefördert.
- Die Fig. 24 und 25 sind perspektivische Ansichten, die schematisch einen sogenannten Tintenstrahlaufzeichnungskopf vom Vollzeilentyp mit einer Breite, die der Aufzeichnungsbreite eines Aufzeichnungsmediums entspricht, und eine Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung unter Verwendung eines derartigen Tintenstrahlaufzeichnungskopfes zeigen. Mit anderen Worten, diese Ansichten zeigen den gesamten Körper eines anderen Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopfes, der mit einem Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopf versehen ist, welcher gemäß jeder der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen montiert ist.
- Der Aufzeichnungskopf vom Vollzeilentyp ist mit vielen Abgabeöffnungen versehen, um seinem Zweck zu dienen. Mit der vorliegenden Erfindung können diese Effekte besonders deutlich realisiert werden.
- Für eine Aufzeichnungsvorrichtung dieser Art wird ein Tintenstrahlaufzeichnungskopf 200 vom Vollzeilentyp so angeordnet, dass er einem Papierblatt, textilem Material oder einem anderen Aufzeichnungsmedium 400, das von einer Zuführrolle 300 getragen wird, gegenüber liegt. Während ein Aufzeichnungsmedium gelagert wird, wird Tinte vom Tintenstrahlaufzeichnungskopf 200 vom Vollzeilentyp in Abhängigkeit von Aufzeichnungssignalen auf das Aufzeichnungsmedium abgegeben. Auf diese Weise wird eine Aufzeichnung auf einem länglichen Aufzeichnungsmedium durchgeführt. Im Falle der vorliegenden Erfindung werden die Tintenstrahlaufzeichnungsköpfe hergestellt, indem eine Vielzahl von Heizplatten, die mit Abgabeenergieerzeugungselementen versehen sind, angeordnet wird. Daher ist es einfach, längliche Tintenstrahlaufzeichnurtgsköpfe, wie beispielsweise den vorstehend beschriebenen Aufzeichnungskopf vom Vollzeilentyp, herzustellen.
- Von den Tintenstrahlaufzeichnungsverfahren zeigt die vorliegende Erfindung besonders gute Effekte, wenn sie bei einem Aufzeichnungskopf und einer Aufzeichnungsvorrichtung unter Verwendung des sogenannten Tintenstrahlaufzeichnungsverfahrens, bei dem fliegende Tröpfchen für die Aufzeichnung unter Ausnutzung von thermischer Energie erzeugt werden, Anwendung findet.
- Was die typische Ausgestaltung und das Operationsprinzip eines solchen Verfahrens betrifft, so wird bevorzugt, die Verfahren zu verwirklichen, bei denen das in den US-Patenten 4 723 129 und 4 740 796 beschriebene Grundprinzip realisiert werden kann. Dieses Verfahren kann bei dem sogenannten auf Anforderung arbeitenden Aufzeichnungssystem oder bei einem Aufzeichnungssystem vom kontinuierlichen Typ Anwendung finden.
- Es folgt jetzt eine Kurzbeschreibung dieses Verfahrens. Abgabesignale werden von der Antriebsschaltung zugeführt, die als Antriebseinrichtung zur Erzeugung von Wärme durch Zuführen von elektrischen Signalen an elektrothermische Wandlerelemente dient, welche die Wärmeerzeugungseinheiten sind, die so angeordnet sind, dass sie einem Blatt oder Tintenbahnen, die eine Aufzeichnungsflüssigkeit (Tinte) halten, gegenüber liegen. Mit anderen Worten, mindestens ein Antriebssignal, das einen raschen Temperaturanstieg über den Keimsiedepunkt hinaus in Abhängigkeit von Aufzeichnungsinformationen erzeugt, wird einem elektrothermischen Wandlerelement zugeführt, das auf einem Flüssigkeits (Tinte) halteblatt oder einer Flüssigkeitsbahn angeordnet ist, wodurch das elektrothermische Wandlerelement thermische Energie erzeugt, um ein Filmsieden auf dem thermisch aktiven Abschnitt des Aufzeichnungskopfes zu erzeugen und auf diese Weise die Ausbildung einer Blase in der Aufzeichnungsflüssigkeit (Tinte) zu bewirken, und zwar in Abhängigkeit von jedem Antriebssignal im Verhältnis 1 : 1. Dieses Verfahren ist daher besonders wirksam bei dem auf Anforderung arbeitenden Aufzeichnungsverfahren. Durch Entwicklung und Kontraktion der Blase wird die Flüssigkeit (Tinte) durch eine Abgabeöffnung abgegeben, um mindestens ein Tröpfchen zu erzeugen. Das Antriebssignal wird besonders bevorzugt in der Form von Impulsen abgegeben, da die Entwicklung und Kontraktion der Blase augenblicklich bewirkt werden kann und daher die Flüssigkeit (Tinte) mit einem rascheren Ansprechverhalten abgegeben werden kann. Bei dem Antriebssignal in der Form von Impulsen handelt es sich vorzugsweise um ein solches, das in den US-Patenten 4 463 359 und 4 345 262 beschrieben ist. Bei der Temperaturanstiegsrate der Heizfläche handelt es sich vorzugsweise um eine solche, die in der US-PS 4 313 124 beschrieben ist, um eine ausgezeichnete Aufzeichnung in einem besseren Zustand zu bewirken.
- Die Konstruktion des Aufzeichnungskopfes kann jeder der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen entsprechen, bei der Abgabeöffnungen, Flüssigkeitsbahnen und die elektrothermischen Wandlerelemente (Flüssigkeitsbahnen vom linearen Typ oder vom rechtwinkligen Typ) kombiniert sind. Ferner ist die vorliegende Erfindung bei einer Konstruktion wirksam, die in den US-Patenten 4 558 333 und 4 459 600 beschrieben ist und bei der die thermischen Aktivierungsabschnitte in einem gekrümmten Bereich angeordnet sind.
- Des weiteren kann die vorliegende Erfindung in wirksamer Weise bei einer Konstruktion Anwendung finden, die in der japanischen Offenlegungsschrift 59-123670 beschrieben ist und bei der ein gemeinsamer Schlitz als Abgabeöffnungen der Vielzahl der elektrothermischen Wandler Verwendung findet, und bei einer Konstruktion, die in der japanischen Offenlegungsschrift 59-138461 beschrieben ist und bei der eine Öffnung zum Absorbieren einer Druckquelle der thermischen Energie entsprechend den Abgabeöffnungen ausgebildet ist.
- Ferner kann die vorliegende Erfindung in wirksamer Weise bei einem Aufzeichnungskopf eines Vollzeilentyps Anwendung finden, der eine Länge besitzt, die der maximalen Breite eines Aufzeichnungsmediums entspricht, auf dem die Aufzeichnungsvorrichtung eine Aufzeichnung durchführen kann. Für diesen Vollzeilenkopf kann es möglich sein, eine Konstruktion zu verwenden, bei der die erforderliche Vollzeilenanordnung durch Kombination einer Vielzahl von Aufzeichnungsköpfen erreicht wird, oder eine Konstruktion, bei der ein einstückig ausgebildeter Aufzeichnungskopf angeordnet ist.
- Des weiteren ist die vorliegende Erfindung in wirksamer Weise anwendbar bei einem Aufzeichnungskopf eines austauschbaren Chip- Typs, der elektrisch an den Hauptkörper der Vorrichtung angeschlossen werden kann oder dem Tinte vom Hauptkörper der Vorrichtung zugeführt werden kann, wenn er am Hauptkörper der Vorrichtung montiert ist, oder bei dem ein Aufzeichnungskopf vom Kartuschentyp verwendet wird, bei dem ein Tintentank einstückig mit dem Aufzeichnungskopf selbst ausgebildet ist.
- Ferner ist die vorliegende Erfindung extrem wirksam bei Anwendung nicht nur bei einem Aufzeichnungsmodus, bei dem nur eine Hauptfarbe, wie Schwarz verwendet wird, sondern auch bei einer Vorrichtung mit mindestens einem Mehrfarbmodus mit Tinten unterschiedlicher Farben oder einem Vollfarbmodus unter Verwendung eines Farbgemisches, und zwar unabhängig davon, ob die Aufzeichnungsköpfe einstückig strukturiert sind oder durch eine Kombination von mehreren Aufzeichnungsköpfen verwirklicht sind.
- Erfindungsgemäß ist das wirksamste Verfahren für die verschiedenen, vorstehend beschriebenen Arten von Tinten ein Verfahren, bei dem ein Filmsieden bewirkt wird, wie vorstehend beschrieben.
- Als Modus der Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung kann es auch möglich sein, eine mit einem Leser zusätzlich zum Bildabgabeterminal eines Computers oder einer anderen Informationsverarbeitungsvorrichtung kombinierte Kopiervorrichtung zu verwenden, oder den Modus eines Faxgerätes mit Übertragungs- und Empfangsfunktionen einzusetzen.
Claims (13)
1. Mikrogerät mit
mindestens einer Wärmeerzeugungseinheit, die auf der
Oberfläche eines Substrates angeordnet ist,
einer Einrichtung zum Halten von Flüssigkeit, die
einen Flüssigkeitshalteabschnitt entlang der
Wärmeerzeugungseinheit aufweist, und
einem Rotator, der drehbar im
Flüssigkeitshalteabschnitt der Einrichtung zum Halten von Flüssigkeit
gelagert ist,
wobei der Rotator so ausgebildet ist, daß er durch das
Sieden der Flüssigkeit im Flüssigkeitshalteabschnitt
durch von der Wärmeerzeugungseinheit erzeugte Wärme
rotiert.
2. Mikrogerät nach Anspruch 1, das eine Mikropumpe ist,
die eine Zwangsströmung der Flüssigkeit bewirkt.
3. Mikrogerät nach Anspruch 1, das ein Mikromotor ist,
der ein einstückig mit dem Rotator ausgebildetes
Wellenelement dreht.
4. Mikrogerät nach Anspruch 1, bei dem der Rotator durch
Spritzgießen eines Kunststoffmateriales einstückig
ausgebildet ist.
5. Mikrogerät nach Anspruch 1, bei dem der Rotator durch
eine Laserbearbeitung eines Rohlings hergestellt ist,
der durch Spritzgießen eines Kunststoffmateriales
erhältlich ist.
6. Mikrogerät nach Anspruch 1, bei dem eine Vielzahl von
den Wärmeerzeugungseinheiten angeordnet ist und der
Rotator mit einer Vielzahl von Flügeln versehen ist,
die den Siededruck der Flüssigkeit im
Flüssigkeitshalteabschnitt, der durch die von den
Wärmeerzeugungseinheiten erzeugte Wärme ausgeübt wird, in ein
Drehmoment umwandeln, wobei die Zahl der Flügel und die
Zahl der Wärmeerzeugungseinheiten in einer primären
Beziehung zueinander stehen, ohne einander
beeinflussende Faktoren zu besitzen.
7. Mikrogerät nach Anspruch 6, bei dem der Montagewinkel
eines jeden Flügels des Rotators geringer ist als 30º.
8. Mikrogerät nach Anspruch 1, bei dem der Rotator mit
einem ersten Rotator und einem zweiten Rotator, der
einstückig mit dem ersten Rotator ausgebildet ist,
versehen ist und bei dem der zweite Rotator so
angetrieben wird, daß er sich durch die Drehung des ersten
Rotators infolge des Siedens der Flüssigkeit im
Flüssigkeitshalteabschnitt durch die von den
Wärmeerzeugungseinheiten erzeugte Wärme dreht, um Flüssigkeit
auf seinen Umfang fließen zu lassen.
9. Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopf mit
einem Substrat mit einer Vielzahl von
Wärmeerzeugungseinheiten zur Verwendung für eine Tröpfchenabgabe,
Einrichtungen zur Ausbildung von Flüssigkeitsbahnen
mit einer gemeinsamen Flüssigkeitskammer, die mit
jedem der Flüssigkeitsbahnen entlang jeder
Wärmeerzeugungseinheit auf dem Substrat verbunden ist, und
mindestens einer Mikropumpe, die eine Zwangsströmung
der Aufzeichnungsflüssigkeit in der gemeinsamen
Flüssigkeitskammer der Einrichtungen zur Ausbildung der
Flüssigkeitsbahnen bewirkt,
wobei die Mikropumpe mit einer zweiten
Wärmeerzeugungseinheit an einer vorgegebenen Stelle auf dem
Substrat versehen ist und ein Rotator durch das Sieden
der Aufzeichnungsflüssigkeit infolge der durch die
zweite Wärmeerzeugungseinheit erzeugte Wärme rotiert.
10. Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopf nach Anspruch 9,
bei dem ein Paar von Mikropumpen angeordnet ist und
eine hiervon Aufzeichnungsflüssigkeit der gemeinsamen
Flüssigkeitskammer zuführt, während die andere
Aufzeichnungsflüssigkeit ausstößt.
11. Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopf nach Anspruch 9,
bei dem die Mikropumpe mit einer Vielzahl von den
zweiten Wärmeerzeugungseinheiten und einem Rotator
versehen ist, der eine Vielzahl von Flügeln aufweist,
die den Siededruck der Flüssigkeit, der durch die von
den zweiten Wärmeerzeugungseinheiten erzeugte Wärme
erzeugt wird, umwandelt, wobei die Zahl der Flügel des
Rotators und die Zahl der zweiten
Wärmeerzeugungseinheiten in primärer Beziehung zueinander stehen, ohne
einander beeinflussende Faktoren zu besitzen.
12. Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopf nach Anspruch 9,
bei dem die Mikropumpe mit zweiten
Wärmeerzeugungseinheiten, einem ersten Rotator, der durch das Sieden
der Flüssigkeit infolge der von den zweiten
Wärmeerzeugungseinheiten erzeugten Wärme rotiert, und einem
zweiten Rotator versehen ist, der durch die Drehung
des ersten Rotators in Drehung versetzt wird.
13. Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungsvorrichtung mit
einem Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopf nach
Anspruch 9,
einer Antriebseinrichtung zum Zuführen von
elektrischen Signalen zu den Wärmeerzeugungseinheiten des
Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopfes zur Erzeugung
von Wärme und
einem Mechanismus zum Lagern eines
Aufzeichnungsmediums, so daß dieses dem
Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopf gegenüber liegt.
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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