DE69728082T2

DE69728082T2 - Flüssigkeitsausstosskopf, Vorrichtung zum Austossen von Flüssigkeit und Drucksystem

Info

Publication number: DE69728082T2
Application number: DE69728082T
Authority: DE
Inventors: Yoshie Minami Azumi-gun Asakawa; Kiyomitsu Ohta-ku Kudo; Hiroshi Ohta-ku Sugitani; Kiyomi Ohta-ku Aono; Hiroyuki Ohta-ku Ishinaga; Toshio Ohta-ku Kashino; Aya Ohta-ku Yoshihira
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1996-06-07
Filing date: 1997-06-06
Publication date: 2005-01-20
Anticipated expiration: 2017-06-07
Also published as: DE69728082D1; CA2207240C; EP0811498A3; CA2207240A1; CN1178167A; EP0811498A2; CN1139488C; EP0811498B1; AU2474597A; US6302518B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Flüssigkeitsausstoßkopf zum Ausstoßen einer gewünschten Flüssigkeit durch Bläschenerzeugung bei Aufbringen von Wärmeenergie auf die Flüssigkeit sowie eine Flüssigkeitsausstoßvorrichtung und ein mit einem solchen Flüssigkeitsausstoßkopf ausgerüstetes Drucksystem, genauer ausgedrückt, einen Flüssigkeitsausstoßkopf mit einem durch Bläschenerzeugung verschiebbaren beweglichen Element und eine mit einem solchen Flüssigkeitsausstoßkopf betriebene Flüssigkeitsausstoßvorrichtung.
Die vorliegende Erfindung ist auf verschiedene Vorrichtungen übertragbar, zum Beispiel auf einen Drucker zum Aufzeichnen auf verschiedenen Druckmedien wie Papier, Garn, Fasern, Gewebe, Leder, Metall, Kunststoff, Edelholz oder Keramik, auf einen Kopierer, auf ein mit einem Kommunikationssystem ausgestatteten Faxgerät oder einen mit einer Druckeinheit ausgerüsteten Textautomaten und ein mit verschiedenen Verarbeitungsvorrichtungen kombiniertes, industriell genutztes Aufzeichnungsgerät. Der bei dieser Erfindung benutzte Begriff "Drucken" bedeutet nicht nur die Erzeugung eines Bildes in Form von Buchstaben oder einer Graphik, sondern auch eines bedeutungslosen Bildes wie zum Beispiel eines Musters auf dem Druckmedium.
Stand der Technik
Es ist bereits ein Tintenstrahldruckverfahren, das sogenannte Bläschenstrahldruckverfahren bekannt, bei welchem die Bildinformationen durch Beaufschlagen der Tinte mit Energie in Form von Wärmeenergie erhalten werden, wobei die Wärmeenergie eine Zustandsänderung in der Tinte einschließlich rapider Volumenänderung (Erzeugung eines Bläschens) bewirkt, durch welche aus einer Ausstoßöffnung Tinte auf ein Druckmedium ausgestoßen wird. Eine das Bläschenstrahlverfahren nutzende Druckvorrichtung ist im allgemeinen mit einer Ausstoßöffnung, einem mit dieser in Verbindung stehenden Flüssigkeitskanal und einem im Flüssigkeitskanal angeordneten Wärme erzeugenden Element (elektrothermisches Umwandlungselement) als Element zur Erzeugung der für das Ausstoßen von Tinte erforderlichen Energie versehen, wie zum Beispiel im US-Dokument 4,723,129 offenbart.
Ein solches Druckverfahren bietet zahlreiche Vorteile dahingehend, daß mit einer kompakten Vorrichtung das Drucken eines Bildes in ausgezeichneter Qualität bei hoher Geschwindigkeit und geringem Lärmpegel durchgeführt und ein gedruckte Bild, selbst ein Farbbild, mit hoher Auflösung problemlos erhalten wird, da bei einem nach diesem Druckverfahren betriebenen Druckkopf die Ausstoßöffnungen in hoher Dichte eingebracht werden können. Deshalb wird ein solches Bläschenstrahldruckverfahren gegenwärtig nicht nur mit verschiedenen Bürogeräten wie Druckern, Kopierern und Faxgeräten, sondern auch mit industriell genutzten Systemen wie Textildruckanlagen realisiert.
Hinsichtlich der vielseitigen Nutzung der Bläschenstrahltechnologie bestehen jedoch bestimmte Forderungen.
So ist zum Beispiel zur Verbesserung der Energieeffizienz eine Optimierung des Wärme erzeugenden Elements, d.h. der Dicke des dieses bedeckenden Schutzfilms erforderlich. Diese Technologie verbessert die Übertragung der erzeugten Wärme auf die Flüssigkeit ganz erheblich. Um ein qualitativ hochwertiges Bild zu erhalten, wurden Steuerungsbedingungen, welche eine höhere Tintenausstoßgeschwindigkeit und stabile Bläschenerzeugung gewährleisten, und eine günstigere Form des Flüssigkeitskanals zur Beschleunigung des Nachströmens von Flüssigkeit im Flüssigkeitskanal nach erfolgtem Flüssigkeitsausstoß vorgeschlagen.
Geeignet ist zum Beispiel die im japanischen Dokument 63-199972 offenbarte, in den 34A und 34B dargestellte Form des Flüssigkeitskanals. Diese Form des Flüssigkeitskanals und das Kopfherstellungsverfahren, offenbart im genannten Dokument, basieren auf einer Erfindung, bei welcher die aus der Bläschenerzeugung resultierende Gegenwelle (Druck nicht zur Ausstoßöffnung, sondern zur Flüssigkeitskammer 12 gerichtet) genutzt wird.
In der in den 34A und 34B dargestellten Erfindung ist ein Ventil 10 offenbart, welches in Richtung Ausstoßöffnung 11 gesehen separat von der Wärmewirkungsfläche des Wärme erzeugenden Elements 2 vor diesem angeordnet ist.
Wie 34B zeigt, ist das Ventil 10 zum Beispiel in Form einer Platte ausgeführt, welche in der Grundstellung die Decke des Flüssigkeitskanals 3 berührt und bei der Bläschenerzeugung in den Flüssigkeitskanal 3 ragt. Dieses Ventil 10 dient dazu, durch Steuern eines Teils der genannten Gegenwelle den Energieverlust zu verringern.
Ein solches Ventil 10 erweist sich für das Ausstoßen von Flüssigkeit unter Beachtung der Bläschenerzeugung in der im Flüssigkeitskanal 3 vorhandenen Flüssigkeit aber als praktisch ungeeignet.
Die Erfinder dieser Neuerung haben bereits für einen Ganzzeilen-Flüssigkeitsausstoßkopf, bei welchem die Ausstoßöffnungen und die elektrothermischen Umwandlungselemente fast über die Gesamtbreite des Druckmediums angeordnet sind, und für eine mit einem solchen Flüssigkeitsausstoßkopf bestückte Flüssigkeitsausstoßvorrichtung ein Patent angemeldet. Der in der Spezifikation zu dieser Anmeldung offenbarte Flüssigkeitsausstoßkopf ist aus präzis zueinander ausgerichteten Heizleiterplatten zusammengesetzt, bei welchen auf einer Grundplatte mehrere elektrothermische Umwandlungselemente angeordnet sind und auf dieser Grundplatte eine Deckplatte befestigt ist, wobei die Deckplatte an einer Seite mit mehreren Ausstoßöffnungen versehen ist, welche mit entsprechenden von einer Seite zur anderen über die elektrothermischen Umwandlungselement sich erstreckenden Nuten verbunden sind.
Bei einem solchen mehrere Heizleiterplatten aufweisenden Flüssigkeitsausstoßkopf wie von den Erfindern dieser Neuerung offenbart, kann an der Verbindungsstelle zwischen benachbarten Heizleiterplatten Bläschenerzeugungsleistung verloren gehen, wenn die Deckplatte in Richtung der Düsenreihen nicht präzise ausgerichtet und an einer solchen Verbindungsstelle eine Düse vorhanden ist. Aus einer solchen Düse mit abgeschwächter Bläschenerzeugungsleistung wird eine geringere Flüssigkeitsmenge ausgestoßen, so daß im gedruckten Bild weiße Streifen entstehen, welche die Bildqualität verschlechtern.
Bei einem solchen Ganzzeilen-Flüssigkeitsausstoßkopf kann auch die Ausstoßmenge schwanken, so daß durch einen zum Beispiel von der Steuerungsordnung abhängigen Rückübersprecheinfluß ein nicht erwünschtes ungleichmäßiges Bild erzeugt wird.
Im europäischen Patentdokument 0461935 ist ein Tintenstrahlwärmekopf offenbart, bei welchem im Tintenkanal Sperrventile angeordnet sind, um diesen in insgesamt drei Kammern zu unterteilen. Das Heizelement ist in der mittleren Kammer angeordnet und dadurch vollkommen eingeschlossen.
Im europäischen Patentdokument 0670222 ist ein aus mehreren Elementsubstraten zusammengesetzter Ganzzeilen-Tintenstrahlaufzeichnungskopf zum Ausstoßen von Tinte über die gesamte Breite des Aufzeichnungsmediums offenbart.
Im europäischen Patentdokument 0761439 ist ein Zweikanal-Tintenstrahlaufzeichnungskopf offenbart, bei welchem die Wände für die zweiten Strömungskanäle auf einem Substrat erzeugt werden können und auf diesen Trennwände befestigt werden. Auf diesen wiederum wird ein mit Nuten als erste Strömungskanäle versehenes Element befestigt. Es besteht aber auch die Möglichkeit, auf dem mit den Wänden zur Erzeugung der zweiten Strömungskanäle versehenen Substrat ein mit Trennwänden versehenes Nutelement zu befestigen. Der Inhalt dieses Dokuments entspricht gemäß Artikel 54(3) EPC nur dem Stand der Technik.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Eine erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eine Flüssigkeitsausstoßkopfes, welcher auch in Form eines Ganzzeilenkopfes hohe Ausstoßeffizienz und hohe Ausstoßleistung gewährleistet und gute Druckbilder ohne weiße Streifen erzeugt, sowie einer Flüssigkeitsausstoßvorrich tung und eines mit einem solchen Flüssigkeitsausstoßkopf betriebenen Drucksystems.
Eine zweite Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Flüssigkeitsausstoßkopfes, welcher durch merkliche Verringerung der Wärmeakkumulation in der über dem Wärme erzeugenden Element vorhandenen Flüssigkeit ausreichendes Ausstoßen von Flüssigkeit gewährleistet sowie gleichzeitig die Ausstoßeffizienz und die Ausstoßleistung verbessert und das auf dem Wärme erzeugenden Element verbleibende Bläschen verringert, einer Flüssigkeitsausstoßvorrichtung und eines mit einem solchen Flüssigkeitsausstoßkopf betriebenen Drucksystems.
Eine dritte Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Flüssigkeitsausstoßkopfes, bei welchem die aus der Gegenwelle resultierende, entgegen Flüssigkeitszuführrichtung wirkende Trägheitskraft unterdrückt, durch die Ventilwirkung eines beweglichen Elements die Größe des Meniskusrückzugs verringert sowie die Auffüllfrequenz und die Druckgeschwindigkeit erhöht wird, einer Flüssigkeitsausstoßvorrichtung und eines mit einem solchen Flüssigkeitsausstoßkopf betriebenen Drucksystems.
Eine vierte Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Flüssigkeitsausstoßkopfes, bei welchem Ablagerungen auf dem Wärme erzeugenden Element verringert werden, der Verwendungsbereich der auszustoßenden Flüssigkeit erweitert wird und dabei eine ausreichend hohe Ausstoßeffizienz und eine große Ausstoßkraft beibehalten werden, einer Flüssigkeitsausstoßvorrichtung und eines mit einem solchen Flüssigkeitsausstoßkopf betriebenen Drucksystems.
Unter einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Flüssigkeitsausstoßkopf bereitgestellt, welcher zahlreiche Ausstoßöffnungen, zahlreiche mit der entsprechenden dieser Ausstoßöffnungen direkt verbundene erste Flüssigkeitsströmungskanäle, zahlreiche mit dem entsprechenden der ersten Flüssigkeitsströmungskanäle verbundene und mit einem Wärme erzeugenden Element zur Beaufschlagung der Flüssigkeit mit Wärme und zur Erzeugung eines Bläschens in dieser versehene zweite Flüssigkeitsströmungskanäle, ein zwischen dem jeweiligen ersten und zweiten Flüssigkeitsströmungskanal angeordnetes bewegliches Element, welches durch den Druck des bei Aktivierung des im entsprechenden zweiten Flüssigkeitsströmungskanal angeordneten Wärme erzeugenden Elements erzeugten Bläschens in den angeschlossenen ersten Flüssigkeitsströmungskanal ausgelenkt wird, wobei der Kopf aufweist:

ein mit zahlreichen ersten Vertiefungen zur Erzeugung der ersten Flüssigkeitsströmungskanäle versehenes genutetes Element,
zahlreiche Elementsubstrate, auf welchen zahlreichen Wärme erzeugende Elemente angeordnet und zahlreiche die zweiten Flüssigkeitsströmungskanäle definierende Seitenwände vorhanden sind,
ein Stützelement zum Stützen der Elementsubstrate, welche zu den im genuteten Element vorhandenen ersten Vertiefungen ausgerichtet sind, und
zahlreiche mit einem beweglichen Element versehene Trennwände,
wobei durch Verbinden der Elementsubstrate mit dem genuteten Element über die Trennwände die ersten und die zweiten Flüssigkeitsströmungskanäle erzeugt werden, die Trennwände die Seitenwände der zweiten Flüssigkeitsströmungskanäle berühren und zu den Elementsubstraten versetzt sind und der dadurch zwischen benachbarten Elementsubstraten gebildete Spalt von einer Trennwand überbrückt wird.

Der Flüssigkeitsausstoßkopf kann so konfiguriert sein, daß durch Veränderung mindestens einer der nachfolgenden Parameter mindestens im Grenzbereich zwischen den zahlreichen Elementsubstraten alle im Kopf vorhandenen Ausstoßöffnungen die gleiche Ausstoßcharakteristik zeigen, d.h. Veränderung mindestens der Anzahl, der Dimension oder der Lage der Wärme erzeugenden Elemente zur Erzeugung eines Bläschens, mindestens der Dimension oder der Lage der beweglichen Elemente oder mindestens der Dimension oder der Form der ersten oder der zweiten Flüssigkeitsströmungskanäle, in welchen die entsprechende Flüssigkeit strömt.
Der nachfolgend verwendete Begriff „Trennwand" bedeutet all gemein die Wand (einschließlich bewegliches Element), welche den Bläschenerzeugungsabschnitt von dem direkt mit der Ausstoßöffnung in Verbindung stehenden Abschnitt trennt, im engeren Sinne aber ein Element, welches den Flüssigkeitsströmungskanal einschließlich Bläschenerzeugungsbereich von dem mit der Ausstoßöffnung direkt in Verbindung stehenden Abschnitt des Flüssigkeitsströmungskanals trennt und ein Mischen der in diesen Abschnitten vorhandenen Flüssigkeiten verhindert.
Unter einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung werden eine den Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß dem ersten Aspekt aufweisende Flüssigkeitsausstoßvorrichtung und eine Signalsendeeinheit zum Senden von Steuersignalen an den Flüssigkeitsausstoßkopf zwecks Ausstoßens von Flüssigkeit bereitgestellt.
Unter einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung werden eine den Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß dem ersten Aspekt aufweisende Flüssigkeitsausstoßvorrichtung und eine Druckmediumtransporteinheit zum Transportieren des die ausgestoßene Flüssigkeit aufnehmenden Druckmediums bereitgestellt.
Unter einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung werden ein die Flüssigkeitsausstoßvorrichtung gemäß dem zweiten und dem dritten Aspekt aufweisendes Drucksystem und eine Nachbehandlungseinheit zum Beschleunigen des Flüssigkeitsfixierens auf dem Druckmedium nach dem Druckvorgang bereitgestellt.
Unter einem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung werden ein die Flüssigkeitsausstoßvorrichtung gemäß dem zweiten und dem dritten Aspekt aufweisendes Drucksystem und eine Vorbehandlungseinheit zur Verbesserung der Druckmediumseigenschaft hinsichtlich Fixierens der Flüssigkeit auf diesem bereitgestellt.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die 1A, 1B, 1C und 1D zeigen die Schnittansicht eines Flüssigkeitsausstoßkopfes als eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt in perspektivischer Darstellung den Flüssigkeitsausstoßkopf dieser Ausführungsform teilweise als Schnittansicht.
3 zeigt schematisch die Druckausbreitung bei einem in einem herkömmlichen Kopf erzeugten Bläschen.
4 zeigt schematisch die Druckausbreitung bei einem in einem erfindungsgemäßen Kopf erzeugten Bläschen.
5 zeigt schematisch die Flüssigkeitsströmung gemäß der vorliegenden Erfindung.
6 zeigt in perspektivischer Darstellung einen Flüssigkeitsausstoßkopf als eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, teilweise als Schnittansicht.
7 zeigt in perspektivischre Darstellung einen Flüssigkeitsausstoßkopf als eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, teilweise als Schnittansicht.
8 zeigt die Schnittansicht eines Flüssigkeitsausstoßkopfes als eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Die 9A, 9B und 9C zeigen die Schnittansicht eines Flüssigkeitsausstoßkopfes als eine fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
10 zeigt die Schnittansicht eines Flüssigkeitsausstoßkopfes (Zweikanalsystem) als eine sechste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
11 zeigt in perspektivischer Darstellung den Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, teilweise als Schnittansicht.
Die 12A und 12B zeigen die Wirkungsweise eines beweglichen Elements.
13 zeigt die Konfiguration des beweglichen Elements und des ersten Flüssigkeitskanals.
Die 14A, 14B und 14C zeigen die Konfiguration des beweglichen Elements und des Flüssigkeitskanals.
Die 15A, 15B und 15C zeigen weitere Formen des beweglichen Elements.
16 zeigt in Diagrammform die Beziehung zwischen der Fläche des Wärme erzeugenden Elements und der Tintenausstoßmenge.
Die 17A und 17B zeigen die positionelle Beziehung zwischen dem beweglichen Element und dem Wärme erzeugenden Element.
18 zeigt in Diagrammform die Beziehung zwischen dem Abstand der Kante des Wärme erzeugenden Elements zum Auslenkpunkt und der Auslenkgröße des beweglichen Elements.
19 zeigt die positionelle Beziehung zwischen dem Wärme erzeugenden Element und dem beweglichen Element.
Die 20A und 20B zeigen die Vertikalschnittansicht eines Flüssigkeitsausstoßkopfes gemäß der vorliegenden Erfindung.
21 zeigt die Form des Steuerimpulses.
22 zeigt die Schnittansicht eines Flüssigkeitszuführkanals in einem Flüssigkeitsausstoßkopf als Hintergrundbeispiel der vorliegenden Erfindung.
23 zeigt perspektivisch in Explosivdarstellung einen Kopf als Hintergrundbeispiel der vorliegenden Erfindung.
24 zeigt perspektivisch und vollständig in Explosivdarstellung einen Kopf als Hintergrundbeispiel der vorliegenden Erfindung.
25 zeigt vergrößert die Schnittansicht eines Teil des in 24 dargestellten Kopfes.
26 zeigt perspektivisch und vollständig in Explosivdarstellung ein weiteres Hintergrundbeispiel des Flüssigkeitsausstoßkopfes.
27 zeigt vergrößert die Schnittansicht eines Teiles des in 26 dargestellten Kopfes.
28 zeigt perspektivisch und vollkommen in Explosivdarstellung eine Ausführungsform des Flüssigkeitsausstoßkopfes gemäß der vorliegenden Erfindung.
Die 29A, 29B, 29C, 29D und 29E zeigen Schritte zur Fertigung des Flüssigkeitsausstoßkopfes gemäß der vorliegenden Erfindung.
Die 30A, 30B, 30C und 30D zeigen Schritte zur Fertigung des Flüssigkeitsausstoßkopfes gemäß der vorliegenden Erfindung.
Die 31A, 31B, 31C und 31D zeigen Schritte zur Fertigung des Flüssigkeitsausstoßkopfes gemäß der vorliegenden Erfindung.
32 zeigt im Blockschaltbild die Steuerung einer Flüssigkeitsausstoßvorrichtung.
33 zeigt den Aufbau eines Flüssigkeitsausstoßdrucksystems.
Die 34A und 34B zeigen die Konfiguration des Flüssigkeitskanals in einem herkömmlichen Flüssigkeitsausstoßkopf.
35 zeigt in perspektivischer Darstellung schematisch die Konfiguration eines Flüssigkeitsausstoßkopfes in Übereinstimmung mit einem Hintergrundbeispiel der vorliegenden Erfindung.
36 zeigt in perspektivischer Darstellung ein weiteres Hintergrundbeispiel eines Flüssigkeitsausstoßkopfes.
37 zeigt perspektivisch in Explosivdarstellung einen Teil des in 26 dargestellten Beispiels.
38 zeigt die Schnittansicht eines Teils des in 36 dargestellten Beispiels.
39 zeigt perspektivisch in Explosivdarstellung einen Teil eines weiteren Hintergrundkopfbeispiels.
40 zeigt perspektivisch in Explosivdarstellung einen Teil noch eines weiteren Hintergrundkopfbeispiels.
Die 41A, 41B und 41C zeigen ein weiteres Hintergrundbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei 41A die Draufsicht der auf einem Substrat angeordneten beweglichen Elemente, 41B in Diagrammform die Ausstoßmenge und 41C in Diagrammform die Ausstoßgesamtmenge zeigt.
Die 42A, 42B, 42C, 42D und 42E zeigen das in 39 dargestellt Hintergrundbeispiel, wobei die 42A und 42B schematisch die Draufsicht der auf Substraten ange ordneten Wärme erzeugenden Elemente und beweglichen Elemente und die 42C und 42D in Diagrammform die Ausstoßmenge zeigen, während 42E in Diagrammform die Ausstoßgesamtmenge zeigt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Flüssigkeitsausstoßkopf vorzugsweise mit 500 oder mehr Ausstoßöffnungen versehen, welche rechtwinklig zur Transportrichtung des Druckmediums vorzugsweise über die gesamte Druckbreite angeordnet sind. Die Trennwände können von einem einzigen Bauteil gebildet werden, welches sich über alle Elementsubstrate erstreckt, oder auf mehreren, die entsprechenden Elementsubstrate überbrückenden Bauteilen vorhanden sein. Trennwände können jedoch auch auf Bauteilen vorhanden sein, welche benachbarte Elementsubstrate überbrücken. Es kann aber auch eine Grundplatte effektiv verwendet werden, auf welcher die Elementsubstrate befestigt sind, wobei in Strömungsrichtung gesehen das freie Ende des beweglichen Elements hinter der Mitte des Wärme erzeugenden Elements liegt. Das genutete Element kann außerdem mit einem ersten Flüssigkeitszuführkanal zum Speisen der ersten gemeinsamen Flüssigkeitskammer mit der entsprechenden Flüssigkeit und einem zweiten Flüssigkeitszuführkanal zum Speisen der zweiten gemeinsamen Flüssigkeitskammer mit der entsprechenden Flüssigkeit versehen sein. In einem solchen Fall ist der zweite Flüssigkeitszuführkanal vorzugsweise in mehreren Einheiten vorhanden, wobei der Querschnitt des ersten Flüssigkeitszuführkanals und der des zweiten Flüssigkeitszuführkanals auf der Grundlage der jeweiligen Flüssigkeitszuführmenge festgelegt wurde und wobei der zweite Flüssigkeitszuführkanal so konfiguriert ist, daß die zweite gemeinsame Flüssigkeitskammer durch die Trennwand mit Flüssigkeit versorgt wird. Die der ersten gemeinsamen Flüssigkeitskammer zugeführte Flüssigkeit kann die gleiche sein wie die der zweiten gemeinsamen Flüssigkeitskammer zugeführte oder sich von dieser unterscheiden, wobei im Falle unterschiedlicher Flüssigkeiten die der zweiten gemeinsamen Flüssigkeitskammer zugeführte Flüssigkeit mindestens geringere Viskosität, geringere Bläschenbildungseigenschaft oder geringere thermische Stabilität hat als die der ersten gemeinsamen Flüssigkeitskammer zugeführte Flüssigkeit. Außerdem ist das Wärme erzeugende Element vorzugsweise ein elektrothermisches Umwandlungselement, zu welchem ein Wärme erzeugender Widerstand zur Erzeugung von Wärme als Reaktion auf ein empfangenes Signal gehört, wobei das elektrothermische Umwandlungselement ein mit einem Schutzfilm versehener elektrischer Widerstand sein kann oder auf dem Elementsubstrat angeordnet und an eine Verdrahtung zum Übertragung des elektrischen Signals an dieses und an ein Funktionalelement zum selektiven Senden von elektrischen Signalen an die elektrothermischen Umwandlungselemente angeschlossen sein. Im Bläschenerzeugungsbereich oder im Bereich des Wärme erzeugenden Elements kann der zweite Flüssigkeitskanal als Kammer geformt sein oder, in Strömungsrichtung gesehen, vor dem Bläschenerzeugungsbereich oder dem Bereich des Wärme erzeugenden Elements eine Einschnürung aufweisen. Der Abstand von der Oberfläche des Wärme erzeugenden Elements zum beweglichen Element sollte 30 μm oder weniger betragen und die aus den Ausstoßöffnungen auszustoßende Flüssigkeit kann Tinte sein.
Der im Text verwendete Begriff „Strömungsrichtung" bedeutet die Flüssigkeitsströmung von der Zuführquelle über den Bläschenerzeugungsbereich (oder das bewegliche Element) zur Ausstoßöffnung, so daß der in Verbindung mit der Strömungsrichtung verwendete Begriff „vor" sich auf den Abschnitt von der Zuführquelle bis zu einem bestimmten Punkt und der Begriff „hinter" sich auf den Abschnitt zwischen der Mitte des Bläschenerzeugungsbereiches oder des Wärme erzeugenden Elements und der Ausstoßöffnung, d.h. auf den direkt am Ausstoßen von Flüssigkeitströpfchen beteiligten Abschnitt bezieht.
Bei der zweiten und der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das Drucken durch Ausstoßen von Tinte aus einem Flüssigkeitsausstoßkopf auf Druckpapier, Gewebe, Kunststoff, Metall, Edelholz oder Leder erfolgen. Farbdrucken ist durch Ausstoßen von Farbflüssigkeiten aus dem Flüssigkeitsausstoßkopf auf ein Druckmedium möglich. Die Ausstoßöffnungen sollten vorzugsweise über die gesamte Druckbreite des Druckmediums angeordnet werden.
Bevor Beispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben werden, wird anhand der ersten bis zur sechsten Ausführungsform die Konfiguration des Flüssigkeitsausstoßkopfes, auf welchen die vorliegende Erfindung vorteilhaft angewendet werden kann, d.h. bei welchem zur Verbesserung der Ausstoßleistung, der Ausstoßeffizienz und des Nachströmens der Flüssigkeit ein bewegliches Element im Flüssigkeitskanal angeordnet ist, detailliert erläutert.
Erste Ausführungsform
Bei der ersten Ausführungsform wird durch Steuerung der Druckausbreitungsrichtung bei der Bläschenerzeugung oder der Bläschenausbreitungsrichtung die Ausstoßleistung und die Ausstoßeffizienz verbessert.
Die 1A, 1B, 1C und 1D zeigen schematisch die Längsschnittansicht des Flüssigkeitskanals im Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, während 2 diese Längsschnittansicht in perspektivischer Darstellung zeigt.
Beim Flüssigkeitsausstoßkopf dieser Ausführungsform ist auf einem Elementsubstrat 1 ein Wärme erzeugendes Element 2 (ein Wärme erzeugender Widerstand mit einer Größe von 40 × 105 μm) als Element zur Erzeugung der für das Ausstoßen von Flüssigkeit erforderlichen Wärmeenergie angeordnet und über diesem ein Flüssigkeitskanal 10 vorhanden. Der Flüssigkeitskanal 10 ist sowohl mit einer Ausstoßöffnung 18 als auch mit einer gemeinsamen Flüssigkeitskammer 13 verbunden, wobei diese Kammer 13 zahlreichen Flüssigkeitskanälen 10 Flüssigkeit entsprechend der aus der zugehörigen Ausstoßöffnung ausgestoßenen Flüssigkeitsmenge zuführt. Im Flüssigkeitskanal 10 ist über dem Wärme erzeugenden Element 2 ein ebenes, plattenförmiges, bewegliches Element 31 aus einem elastischen Material wie Metall angeordnet. Ein Ende des beweglichen Elements 31 ist auf einem Stützelement 34 befestigt, welches durch Bemusterung eines lichtempfindlichen Kunstharzes oder ähnlichen Materials auf der Wand des Flüssigkeitskanals 10 oder auf dem Elementsubstrat 1 erzeugt wurde. Das vom Stützelement 34 gestützte bewegliche Element 31 kann an der mit dem Bezugszeichen 33 gekennzeichneten Stelle ausgelenkt werden.
Das bewegliche Element 31 ist in einem Abstand von etwa 15 μm zum Wärme erzeugenden Element 2 angeordnet, wobei dessen Befestigungspunkt (Auslenkpunkt) 33 sich hinter der gemeinsamen Flüssigkeitskammer 13 befindet und dessen freies Ende 32 auf die Ausstoßöffnung gerichtet ist. Der zwischen dem Wärme erzeugenden Element 2 und dem beweglichen Element 31 vorhandene Raum ist der Bläschenerzeugungsbereich. Art, Form und Anordnung des Wärme erzeugenden Elements 2 und des beweglichen Elements 31 sind jedoch nicht auf die beschriebenen beschränkt, sondern können willkürlich gewählt werden, wenn diese das Steuern des Bläschenwachstums und der Druckausbreitung gewährleisten. Um die Beschreibung der Flüssig keitsströmung zu vereinfachen, wird vom beweglichen Element 31 der Flüssigkeitskanal 10 in einen mit der Ausstoßöffnung 18 in Verbindung stehenden ersten Kanal 14 und einen zweiten Kanal 16 einschließlich Bläschenerzeugungsbereich 11 und Flüssigkeitszuführkammer 12 unterteilt, wie die 1A und 1B zeigen.
Die vom Wärme erzeugenden Element 2 erzeugt Wärme wird auf die im Bläschenerzeugungsbereich 11 zwischen dem beweglichen Element 31 und dem Wärme erzeugenden Element 2 vorhandene Flüssigkeit übertragen, so daß durch das im US-Dokument 4,723,129 beschriebene Filmkochen in dieser ein Bläschen entsteht. Dieses Bläschen und der bei dessen Erzeugung entstehende Druck wirken über die Flüssigkeit überwiegend auf das bewegliche Element 31 und lenken dieses um den Auslenkpunkt 33 nach oben aus, wie in den 1A, 1B, 1C und 2 dargestellt. Durch das Auslenken des beweglichen Elements 31 oder durch Verharren des beweglichen Elements im ausgelenkten Zustand wird der aus der Bläschenerzeugung und dem Wachsen des Bläschens resultierende Druck zur Ausstoßöffnung weitergeleitet.
Nachfolgend wird eines der Ausstoßgrundprinzipien der vorliegenden Erfindung detailliert beschrieben. Bei dieser Ausführungsform ist am wichtigsten, daß das bewegliche Element dem Bläschen gegenüber entsprechend angeordnet wird, um dieses durch das Wachsen des Bläschen aus einer ersten Lage, d.h. aus dem stationären Zustand in eine zweite Lage, d.h. maximal auszulenken, wobei dann in einem elastischen Abschnitt der Rückkehrperiode das bewegliche Element 31 den aus der Bläschenerzeugung resultierenden und vom Bläschen selbst ausgeübten Druck auf die Ausstoßöffnung lenkt.
Dieses Prinzip wird in Verbindung mit 3, in welcher ein herkömmlicher Flüssigkeitskanal ohne bewegliches Element 31 dargestellt ist, und 4, welche die Konfiguration gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, noch ausführlicher erläutert, wobei die in diesen Figuren verwendeten Bezugszeichen V_A und V_B die Druckfortpflanzungsrichtung zur Ausstoßöffnung 18 bzw. zur Flüssigkeitszuführseite hin kennzeichnen.
Bei dem in 3 dargestellten herkömmlichen Kopf fehlt die Konfiguration, welche die Fortpflanzungsrichtung des aus dem erzeugten Bläschen 40 resultierenden Drucks begrenzt. Das heißt, der Druck breitet sich in verschiedene Richtungen bzw. rechtwinklig zur Oberfläche des Bläschens 40 aus, gekennzeichnet durch die Bezugszeichen V₁ – V₈. Von diesen Richtungskomponenten üben die Komponenten V₁ – V₄, welche etwa von der zur Ausstoßöffnung 18 gerichteten Bläschenhälfte ausgehen, den größten Einfluß auf die Flüssigkeitsausstoßeffizienz, die Flüssigkeitsausstoßleistung und die Flüssigkeitsausstoßgeschwindigkeit aus. Von diesen wiederum ist die zur Ausstoßrichtung V_A am nächsten gelegene Komponente V₁ die effektivste, während die Komponente V₄ nur eine geringe Wirkung in Richtung V_A ausübt.
Dagegen bündelt das in der Konfiguration gemäß 3 verwendete bewegliche Element 31 während des Rückwärtsschwenkens die in 3 angedeuteten unterschiedlichen Druckausbreitungsrichtungen V₁ – V₄ in Richtung Ausstoßöffnung 18, d.h. in Richtung V_A, so daß der Druck des Bläschens 40 direkt und effizient zum Ausstoßen von Flüssigkeit beiträgt. Das Bläschen selbst wird ebenfalls in die Richtungen V₁ – V₉ gelenkt und wächst demzufolge in Richtung V_A mehr als in die Gegenrichtung. Durch das vom beweglichen Element 31 bewirkte Steuern der Bläschenwachstumsrichtung und der Druckausbrei tungsrichtung wird die Ausstoßeffizienz und die Ausstoßleistung grundlegend verbessert und die Ausstoßgeschwindigkeit grundlegend erhöht.
Anschließend wird in Verbindung mit den 1A bis 1D das Ausstoßen von Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsausstoßkopf dieser Ausführungsform beschrieben.
1A zeigt den Zustand vor dem Speisen des Wärme erzeugenden Elements 2 mit Elektroenergie und somit vor der Erzeugung von Wärme durch dieses. In diesem Zustand sollte das bewegliche Element 31 mindestens den hinteren Bereich des durch die erzeugte Wärme gebildeten Bläschens bedecken. Anders ausgedrückt, das bewegliche Element 31 erstreckt sich mindestens von der Mitte 3 des Wärme erzeugenden Elements 2 in Richtung Ausstoßseite (d.h. von der durch die Mitte 3 des Wärme erzeugenden Elements 2 gezogenen, rechtwinklig zur Längsrichtung des Flüssigkeitskanals verlaufenden Linie in Richtung Ausstoßseite), wobei diese Seite des Bläschens auf das bewegliche Element 31 wirkt.
1B zeigt den Zustand, in welchem das Wärme erzeugende Element 2 mit Elektroenergie gespeist wurde und Wärme erzeugt hat, um die im Bläschenerzeugungsbereich vorhandene Flüssigkeit zu erwärmen und durch Filmkochen in dieser ein Bläschen zu erzeugen.
In diesem Zustand wird durch den aus der Erzeugung des Bläschens 40 resultierenden Druck das Auslenken des beweglichen Elements 31 gestartet. Wie bereits erwähnt, sollte das freie Ende 32 des beweglichen Elements 31 auf die Ausstoßöffnung gerichtet sein und dessen Auslenkpunkt 33 im Kanalabschnitt hinter der gemeinsamen Flüssigkeitskammer 13 liegen, damit mindestens ein Teil des beweglichen Elements 31 sich dem hinteren Teil des Wärme erzeugenden Elements 2 oder des hinteren Teils des Bläschens gegenüber befindet.
1C zeigt den Zustand, in welchem das Bläschen weiter gewachsen ist und das bewegliche Element 31 weiter ausgelenkt wurde, jedoch noch Flüssigkeit sich zwischen dem Bläschen 40 und dem beweglichen Element 31 befindet. Durch den aus der Bläschenerzeugung resultierenden Druck wird das bewegliche Element in die zweite Lage, d.h. in die Maximallage ausgeschwenkt. Von der die erste Lage des beweglichen Elements kennzeichnenden gestrichelten Linie aus wächst das Bläschen 40 mehr in Richtung Ausstoßseite als in die andere Richtung. Das durch das Wachsen des Bläschens 40 bewirkte allmähliche Auslenken des beweglichen Elements 31 wird als Ursache für die Druckausbreitung und das Volumenwachstum des Bläschens in Richtung des freien Endes dieses Elements und somit in Richtung Ausstoßöffnung 18 angesehen, welche somit die Ausstoßeffizienz verbessern. Das bewegliche Element 31 dient auch als Leitelement für das Bläschen und den Druck und kann die Druckfortpflanzungsrichtung und die Bläschenwachstumsrichtung effektiv steuern.
1D zeigt den Zustand, in welchem nach dem Filmkochen der Druck im Bläschen 40 sich verringert hat und dieses zusammengefallen ist, bevor es ganz verschwindet.
Durch den beim Zusammenfallen des Bläschens 40 erzeugten Unterdruck und durch die Elastizität des beweglichen Elements kehrt dieses in die in 1A dargestellte Ausgangslage oder erste Lage zurück. Um die im Bläschenerzeugungsbereich 11 beim Zusammenfallen des Bläschens entstehende Volumendefizit und das Volumen der ausgestoßenen Flüssigkeit zu kompensieren, strömt aus der gemeinsamen Flüssigkeitskammer 13 in den Pfeilrichtungen V_D1 und V_D2 Flüssigkeit nach und von der Ausstoßöffnung 18 in Pfeilrichtung V_C Flüssigkeit in diesen Bereich zurück.
Im vorhergehenden Abschnitt sind nur die Funktion des beweglichen Elements 31 und das Flüssigkeitsausstoßen auf der Grundlage der Bläschenerzeugung beschrieben worden. Nachfolgend wird das Nachströmen von Flüssigkeit im Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß der vorliegenden Erfindung erläutert. Zur Erläuterung des Nachströmmechanismus gemäß der vorliegenden Erfindung werden ebenfalls die 1A bis 1D herangezogen.
Wenn das Bläschen 40 aus dem Maximalvolumenzustand zusammenfällt, dargestellt in 1D, strömt entsprechend diesem Volumen von der Ausstoßseite durch den ersten Flüssigkeitskanal 14 und aus der gemeinsamen Flüssigkeitskammer 13 durch den zweiten Flüssigkeitskanal 16 Flüssigkeit in den Bläschenerzeugungsbereich. Bei einem herkömmlichen Flüssigkeitskanal ohne das bewegliche Element 31 werden die Menge der von der Ausstoßseite und die Menge der aus der gemeinsamen Flüssigkeitskammer 13 nachströmenden Flüssigkeit vom Strömungswiderstand des entsprechenden Flüssigkeitskanals und von der Trägheit der Flüssigkeit bestimmt und sind vom Strömungswiderstand des näher an der Ausstoßöffnung 18 und näher an der gemeinsamen Flüssigkeitskammer 13 liegenden Kanalabschnitt abhängig.
Wenn der Strömungswiderstand des näher an der Ausstoßöffnung liegenden Kanalabschnitts kleiner ist, strömt von der Ausstoßseite her eine größere Flüssigkeitsmenge zu der Stelle, an welcher das Bläschen verschwindet, so daß auch der Meniskus M weiter zurückweicht. Wenn zur Verbesserung der Ausstoßeffizienz eine solche Konfiguration gewählt wird, ergibt sich aus dem größeren Zurückweichen des Meniskus M eine län gere Nachströmzeit, so daß Hochgeschwindigkeitsdrucken kaum möglich ist.
Dagegen wird bei der vorliegenden Ausführungsform das Zurückziehen des Meniskus M gestoppt, wenn beim Verschwinden des Bläschens das bewegliche Element 31 in die Ausgangslage zurückkehrt, und wenn in der Ausgangslage des beweglichen Elements 31 das Bläschenvolumen W in ein Volumen W1 an der oberen Seite und in eine Volumen W2 im Bläschenerzeugungsbereich 11 unterteilt wird, erfolgt das Wiederauffüllen des verbliebenen Volumens W2 grundsätzlich durch die Flüssigkeitsströmung Vp₂ im zweiten Flüssigkeitskanal 16. Demzufolge kann die Rückzugsgröße des Meniskus M, welche bei einer herkömmlichen Konfiguration etwa die Hälfte des Bläschenvolumens W beträgt, auf etwa die Hälfte des kleineren Volumens W1 verringert werden.
Das Nachströmen von Flüssigkeit in der Größenordnung des Volumens W2 kann durch den beim Zusammenfallen des Bläschens entstehenden Unterdruck hauptsächlich aus der gemeinsamen Flüssigkeitskammer 13 in Pfeilrichtung Vp₂ durch den zweiten Flüssigkeitskanal entlang der auf das Wärme erzeugende Element 2 gerichteten Fläche des beweglichen Elements 31 erfolgen, und das bei größerer Geschwindigkeit.
Beim Nachströmen von Flüssigkeit in einem herkömmlichen Kopf durch Nutzung des beim Zusammenfallen des Bläschens entstehenden Unterdrucks ist ein merkliches Schwingen des Meniskus zu verzeichnen, welches zu einer Verschlechterung der Bildqualität führt. Im Gegensatz dazu kann beim äußerst schnellen Nachströmen von Flüssigkeit bei dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung das Schwingen des Meniskus minimiert werden, da das bewegliche Element 31 eine Flüssigkeitsbewegung in dem zwischen der Ausstoßöffnung 18 und dem Bläschenerzeugungsbereich 11 liegenden Abschnitt des ersten Flüssigkeitskanals 14 verhindert.
Wie bereits erwähnt, wird bei dieser Ausführungsform durch Unterdrückung des Zurückziehens und Schwingens des Meniskus Zwangsnachströmen von Flüssigkeit durch den Kanalabschnitt 12 des zweiten Flüssigkeitskanals 16 zum Bläschenerzeugungsbereich bei hoher Geschwindigkeit erreicht, so daß daraus stabiles Ausstoßen, wiederholtes Ausstoßen mit hoher Geschwindigkeit sowie eine Verbesserung der Bildqualität und Erhöhung der Druckgeschwindigkeit resultieren.
Die Kopfkonfiguration dieser Ausführungsform unterdruckt auch effektiv das Fortpflanzen des vom Bläschen erzeugten Drucks in Richtung der gemeinsamen Flüssigkeitskammer (Gegenwelle). Der auf die gemeinsame Flüssigkeitskammer 13 gerichtete Druckanteil des Bläschens erzeugt eine Kraft (Gegenwelle), welche die Flüssigkeit in diese Richtung drängt. Diese Gegenwelle, die daraus resultierende Flüssigkeitsbewegung und die mit dieser verbundene Trägheitskraft verzögern das Nachströmen von Flüssigkeit aus der gemeinsamen Flüssigkeitskammer in den Flüssigkeitskanal und verhindern somit Hochgeschwindigkeitsansteuern. Dagegen werden bei der Konfiguration der vorliegenden Ausführungsform durch das bewegliche Element 31 diese Wirkungen in Richtung Flüssigkeitszuführseite unterdrückt, so daß das Nachströmen weiter verbessert wird.
Nachfolgend werden weitere Merkmale der Konfiguration und Vorteile dieser Ausführungsform beschrieben.
Bei dieser Ausführungsform führt ein flacher Kanalabschnitt 12 des zweiten Flüssigkeitskanal 16 zu der auf die gemeinsame Flüssigkeitskammer gerichteten Seite des Wärme erzeugen den Elements 2 (ohne eine wesentliche Vertiefung in dem das Wärme erzeugende Element umgebenden Raum. Bei einer solchen Konfiguration strömt in Pfeilrichtung V_D2 entlang der Unterseite des beweglichen Elements 31 Flüssigkeit zum Bläschenerzeugungsbereich 11. Dadurch wird ein Verweilen der Flüssigkeit auf der Oberfläche des Wärme erzeugenden Elements 2 und somit ein Trennen des in der Flüssigkeit gelösten Gases verhindert, so daß auch das Beseitigen eines sogenannten Restbläschens, welches nicht vollständig verschwinden würde, erleichtert wird und übermäßige Wärmeakkumulation in der Flüssigkeit nicht zu verzeichnen ist. Demzufolge kann die Bläschenerzeugung bei hoher Geschwindigkeit und stabiler wiederholt werden. Diese Ausführungsform offenbart eine Konfiguration, welche einen flachen Kanalabschnitt 12 zum Zuführen von Flüssigkeit aufweist, doch es besteht auch die Möglichkeit, einen mit der Oberfläche des Wärme erzeugenden Elements 2 direkt verbundenen Flüssigkeitszuführkanal mit glatter Innenwand vorzusehen, welcher ein Verweilen der Flüssigkeit auf der Oberfläche des Wärme erzeugenden Elements oder merkliche Turbolenzen in der Flüssigkeit verhindert.
Das Nachströmen von Flüssigkeit zum Bläschenerzeugungsbereich 11 erfolgt auch in Pfeilrichtung V_D1 durch einen am beweglichen Element 31 vorhandenen Schlitz 35. Wenn aber das bewegliche Element 31 den gesamten Bläschenerzeugungsbereich 11 oder die gesamte Fläche des Wärme erzeugenden Elements 2 bedeckt, wie aus 1A ersichtlich ist, um den Bläschenerzeugungsdruck effektiv in Richtung Ausstoßöffnung 18 zu lenken, und so konfiguriert ist, daß bei dessen Rückkehr in die erste Lage der Strömungswiderstand zwischen der Flüssigkeit zwischen dem Bläschenerzeugungsbereich 11 und dem zur Ausstoßöffnung 18 gerichteten Abschnitt des ersten Flüssigkeitskanals 14 zunimmt, wird das Nachströmen von Flüssigkeit in Pfeilrichtung V_D1 zum Bläschenerzeugungsbereich 11 behindert. Die Kopfkonfiguration gemäß der vorliegenden Erfindung ermöglicht durch den zum Bläschenerzeugungsbereich führenden Strömungspfad V_D2 äußerst schnelles Nachströmen der Flüssigkeit, besonders dann, wenn das bewegliche Element 31 den gesamten Bläschenerzeugungsbereich 11 bedeckt, so daß die Ausstoßeffizienz verbessert wird.
Das in 5 angedeutete bewegliche Element 31 ist so konstruiert, daß dessen freies Ende 32 bezüglich des Auslenkpunktes 33 zur Ausstoßseite zeigt. Durch eine solche Konfiguration kann die Druckfortpflanzung und das Bläschenwachstum zur Ausstoßöffnung 18 gerichtet werden. Die Anordnung des beweglichen Elements bewirkt auch einen geringeren Strömungswiderstand für die im Flüssigkeitskanal 10 strömende Flüssigkeit und gewährleistet dadurch äußerst schnelles Nachströmen. Das ist auch auf die in 5 dargestellte Lage des freien Endes 32 und des Auslenkpunktes 33 des beweglichen Elements 31 zurückzuführen, weil das bewegliche Element 31 beim Zurückziehen des Meniskus M in die Ausstoßöffnung 18 durch Kapillarwirkung oder infolge des Auffüllen des durch Zusammenfallen des Bläschens sich verringernden Volumens den Strömungen S1, S2, S3 keinen Widerstand entgegensetzt.
Genauer ausgedrückt, bei der in den 1A bis 1D dargestellten Ausführungsform liegt das freie Ende 32 des beweglichen Elements 31 hinter der rechtwinklig zur Flüssigkeitskanallängsrichtung durch die Mitte 3 des Wärme erzeugenden Elements 2 gezogen Linie, welche das Wärme erzeugende Element 2 in einen vorderen und einen hinteren Teil unterteilt. Durch eine solche Konstruktion wird der hinter dieser Mittellinie 3 des Wärme erzeugenden Elements 2 vorhandene Druck oder das dort vorhandene Bläschen, welche wesentlich zum Flüssigkeitsausstoß beitragen, vom beweglichen Element 31 aufgenommen und zur Ausstoßöffnung gelenkt, so daß eine grundlegende Verbesserung der Ausstoßeffizienz und der Ausstoßleistung erreicht werden kann.
Auch der vordere Teil des Bläschens wird zum Erreichen verschiedener Effekte genutzt.
Bei dieser Konfiguration wird angenommen, daß das sofortige Auslenken des freien Endes des beweglichen Elements 31 effektiv zum Ausstoßen von Flüssigkeit beiträgt.
Zweite Ausführungsform
6 zeigt die zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in welcher das Bezugszeichen A sich auf das ausgelenkte bewegliche Element 31 (das Bläschen als Ursache für das Auslenken ist nicht dargestellt) bezieht, während das Bezugszeichen B für die Ausgangslage (erste Lage) des beweglichen Elements 31 gilt, in welcher der Bläschenerzeugungsbereich 11 zur Ausstoßöffnung 18 hin im wesentlichen abgeschirmt ist. (Eine nicht dargestellte Kanalwand trennt A und B voneinander).
Das in 6 dargestellte bewegliche Element 31 ist beidseitig auf einer Stütze 34 befestigt, wobei der Flüssigkeitskanal 12 zwischen den beiden Stützen verläuft. Dadurch kann die Flüssigkeit entlang der auf das Wärme erzeugende Element 2 gerichteten Seite des beweglichen Elements 31 im flachen oder glatt verlaufenden Flüssigkeitskanal 12 dem Wärme erzeugenden Element 2 zugeführt werden.
In der Ausgangsstellung (erste Stellung) berührt das bewegliche Element 31 die zur Ausstoßseite gerichtete Stirnwand 36 und die Seitenwand 37 des Wärme erzeugenden Elements 2 und dichtet den Bläschenerzeugungsbereich 11 zur Ausstoßöffnung 18 hin im wesentlichen ab. Demzufolge kann der bei der Bläschenerzeugung entstehende Druck an dieser Stelle nicht entweichen, sondern auf das freie Ende des beweglichen Elements konzentriert werden.
Beim Verschwinden des Bläschens kehrt das bewegliche Element 31 wieder in die erste Stellung zurück und dichtet den Bläschenerzeugungsbereich 11 zur Ausstoßöffnung 18 hin im wesentlichen ab, wobei die bei der ersten Ausführungsform erzielten Effekte wie Unterdrückung des Zurückziehens des Meniskus in Richtung Wärme erzeugendes Element beim Zusammenfallen des Bläschens ebenfalls erreicht werden. Dadurch ist es möglich, die bei der ersten Ausführungsform bezüglich Nachströmen der Flüssigkeit erzielten Effekte ebenfalls zu erreichen.
Wie die 2 und 6 zeigen, ist bei dieser Ausführungsform die Stütze 34 für das bewegliche Element 31 vor dem Wärme erzeugenden Element 2 angeordnet und schmaler ausgeführt als der Kanalabschnitt 10, um den erwähnten Flüssigkeitszuführkanal 12 mit Flüssigkeit zu versorgen. Die Stütze 34 ist jedoch nicht auf die beschriebene Form beschränkt, sondern kann beliebig konfiguriert werden, sofern diese problemloses Nachströmen von Flüssigkeit gewährleistet.
Bei der vorliegenden Ausführungsform beträgt der Abstand zwischen dem beweglichen Element 31 und dem Wärme erzeugenden Element 2 etwa 15 μm, kann aber auch eine andere Größe haben, sofern diese ausreichende Übertragung des vom Bläschen erzeugten Drucks auf das bewegliche Element 31 gewährleistet.
Dritte Ausführungsform
7 zeigt die dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, welche eine der Grundkonzeptionen repräsentiert. Die aus 7 ersichtliche positionelle Beziehung zwischen dem Bläschenerzeugungsbereich, dem darin erzeugten Bläschen und dem beweglichen Element 31 im Flüssigkeitskanal dient als Grundlage für die Beschreibung des Ausstoßprinzips und des Flüssigkeitsnachströmens gemäß der vorliegenden Erfindung.
Bei den beiden bisher beschriebenen Ausführungsformen wird mit Beginn des Auslenkens des beweglichen Elements 31 sofort der Druck des erzeugten Bläschens auf das freie Ende des beweglichen Elements 31 und die Bläschenbewegung zur Ausstoßöffnung 18 hin konzentriert. Obwohl diese Ausführungsform einen bestimmten Freiheitsgrad hinsichtlich des erzeugten Bläschens zuläßt, wird vom freien Ende des beweglichen Elements 31 dem auf die Ausstoßöffnung 18 gerichteten und zum Ausstoßen von Flüssigkeit direkt beitragenden Teil des Bläschens eine Beschränkung auferlegt.
Im Vergleich zu der in 2 dargestellten ersten Ausführungsform fehlt bei der in 7 dargestellten Ausführungsform der auf dem Elementsubstrat 1 vorhandene Vorsprung (schraffierter Abschnitt), welcher als Barriere für das hintere Ende des Bläschenerzeugungsbereichs dient. Das heißt, daß bei dieser Ausführungsform die hintere Stirnseite und die beiden Seiten des beweglichen Elements 31 keine Abdichtfunktion ausüben, sondern den Bläschenerzeugungsbereich zur Ausstoßöffnung 18 hin offen halten.
Bei dieser Ausführungsform kann das hintere Teil des Bläschens sich zur Ausstoßöffnung hin bewegen, so daß die in diesem Bläschenteil wirkende Druckkomponente direkt und so mit effektiv zum Flüssigkeitsausstoßen genutzt wird. Außerdem konzentriert das freie Ende des beweglichen Elements 31 den nach oben gerichteten Bläschendruck (die in 3 angedeuteten Komponenten V₂, V₃, V₄) auf den hinteren Teil des Bläschens, so daß dieses in Richtung Ausstoßseite wächst und wie bei den vorher beschriebenen Ausführungsformen die Ausstoßeffektivität verbessert. Im Vergleich zu den vorhergehenden Ausführungsformen ist bei dieser Ausführungsform eine bessere Ansprechempfindlichkeit bezüglich des Ansteuerns der Wärme erzeugenden Elemente 2 zu verzeichnen.
Da der Ausstoßkopf dieser Ausführungsform einen einfacheren Aufbau aufweist, ist die Fertigung einfacher.
Bei dieser Ausführungsform ist die Stütze 34 für das bewegliche Element 31 am Auslenkpunkt schmaler als bei den vorhergehenden Ausführungsformen ausgeführt. Demzufolge strömt beim Zusammenfallen des Bläschens Flüssigkeit entlang der beiden Seitenflächen der Stütze 34 zum Bläschenerzeugungsbereich 11 (durch Pfeile angedeutet). Die Stütze 34 ist aber nicht auf die dargestellten Formen beschränkt, sondern kann beliebig ausgeführt werden, sofern die gewählte Konfiguration das Nachströmen von Flüssigkeit gewährleistet.
Bei dieser Ausführungsform wird gegenüber dem nur mit dem Wärme erzeugenden Element ausgerüsteten Ausstoßkopf ein besseres Nachströmen von Flüssigkeit beim Zusammenfallen des Bläschens erreicht, da das bewegliche Element 31 das Nachströmen von Flüssigkeit zum Bläschenerzeugungsbereich von oben steuert. Durch eine solche Steuerung wird auch ein geringeres Zurückziehen des Meniskus erreicht.
Bei einer bevorzugten Modifikation der dritten Ausführungsform sind beide Seiten (oder ist nur eine Seite) am freien Ende des beweglichen Elements 31 so konfiguriert, daß diese den Bläschenerzeugungsbereich 11 schließen (schließt). Diese Konfiguration ermöglicht die Nutzung des seitlich wirkenden Drucks auch für das Wachsen des Bläschens zur Ausstoßöffnung 18 hin, so daß dadurch die Ausstoßeffektivität weiter verbessert wird.
Vierte Ausführungsform
Mit dieser Ausführungsform wird eine Konfiguration offenbart, welche durch das beschriebene mechanische Auslenken die Flüssigkeitsausstoßleistung weiter verbessert. 8 zeigt die Längsschnittansicht eines Kopfes, bei welchem das bewegliche Element 31 so verlängert ist, daß dessen freies Ende 32 noch weiter über das hintere Ende des Wärme erzeugenden Elements 2 ragt. Dadurch wird die Auslenkgeschwindigkeit des beweglichen Elements 31 an dessen freiem Ende erhöht und somit die Ausstoßleistung verbessert.
Im Vergleich zur vorhergehenden Ausführungsform befindet das freie Ende 32 des beweglichen Elements 31 sich näher an der Ausstoßöffnung 18, so daß das Bläschenwachstum in die gewünschte Richtung konzentriert und ein stabileres Ausstoßen von Flüssigkeit erreicht wird.
Das bewegliche Element 31 kehrt infolge seiner Elastizität aus der zweiten Stellung, d.h. aus der Maximalstellung mit einer Geschwindigkeit R1 und somit dessen weiter vom Auslenkpunkt entferntes freies Ende 32 mit einer Geschwindigkeit R2 in die Ausgangsstellung zurück. Während des Wachsen des Bläschen 40 oder danach wirkt das freie Ende 32 mit der genannten Geschwindigkeit auf dieses und verursacht dadurch eine Flüssigkeitsströmung in Richtung Ausstoßöffnung 18, so daß die Richtungsgenauigkeit des Flüssigkeitsausstoßes und die Ausstoßeffizienz verbessert werden.
Wie in 7 dargestellt, kann das freie Ende rechtwinklig zur Flüssigkeitsströmung verlaufen, so daß der Druck des Bläschens 40 und die mechanische Wirkung des beweglichen Elements 31 effektiver zum Flüssigkeitsausstoßen beitragen.
Fünfte Ausführungsform
Die 9A, 9B und 9c zeigen die fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Im Gegensatz zur vorhergehenden Ausführungsform hat der mit der Ausstoßöffnung 18 direkt in Verbindung stehende Flüssigkeitskanal keine direkte Verbindung zur Flüssigkeitskammer, so daß eine einfachere Konfiguration möglich wird.
Die Flüssigkeitszufuhr erfolgt durch den Kanalabschnitt 12 entlang des dem Bläschenerzeugungsbereich gegenüber angeordneten beweglichen Elements 31, während die positionelle Beziehung des freien Endes 32 und des Auslenkpunktes 33 des beweglichen Elements 31 zur Ausstoßöffnung 18 und zum Wärme erzeugenden Element 2 die gleiche ist wie bei der vorhergehenden Ausführungsform.
Mit der fünften Ausführungsform werden die bereits beschriebenen Effekte hinsichtlich der Ausstoßeffizienz und der Flüssigkeitszufuhr, besonders aber hinsichtlich Verringerung des Zurückweichens des Meniskus ebenfalls erzielt, wobei fast das gesamte Nachströmen von Flüssigkeit durch den beim Zusammenfallen des Bläschens erzeugten Unterdruck erfolgt.
9A zeigt den Zustand, in welchem vom Wärme erzeugenden Element 2 ein Bläschen in der Flüssigkeit gebildet wurde und das bewegliche Element 31 beim Zurückfedern das Bläschen berührt, während in 9B der Zustand dargestellt ist, in welchem beim Zurückfedern des beweglichen Elements 31 in die Ausgangsstellung das Bläschen in sich zusammenfällt und in Pfeilrichtung S3 Flüssigkeit nachströmt.
9C zeigt den Zustand, in welchem das nach dem Zusammenfallen des Bläschens durch das Zurückfedern des beweglichen Elements 31 in die Ausgangsstellung erfolgte leichte Zurückziehen des Meniskus durch die in der Nähe der Ausstoßöffnung 18 wirkende Kapillarkraft wieder rückgängig gemacht wird.
Sechste Ausführungsform
Nachfolgend wird in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Bei dieser Ausführungsform liegt dem Ausstoßen der Hauptflüssigkeit das gleiche Ausstoßprinzip wie bei den vorhergehenden Ausführungsformen zugrunde, jedoch wird das Zweikanalsystem angewendet und die Flüssigkeit in die Bläschenbildungsflüssigkeit zur Erzeugung eins Bläschens durch Aufbringen von Wärme und in die eigentliche Ausstoßflüssigkeit unterteilt.
10 zeigt schematisch die Schnittansicht des Flüssigkeitsausstoßkopfes dieser Ausführungsform entlang dem Flüssigkeitskanal und 11 diesen Flüssigkeitsausstoßkopf in perspektivischer Darstellung, teilweise als Schnittansicht.
Beim Flüssigkeitsausstoßkopf dieser Ausführungsform ist das Elementsubstrat 1 mit dem darauf angeordneten Wärme erzeugenden Element 2 zum Aufbringen von Wärmeenergie auf die Flüssigkeit zwecks Erzeugung eines Bläschens mit einem zweiten Flüssigkeitskanal 16 für die als Bläschenbildungsflüs sigkeit verwendete zweite Flüssigkeit versehen und über diesem ein mit der Ausstoßöffnung 18 direkt verbundener Flüssigkeitskanal 14 für die als Ausstoßflüssigkeit verwendete Flüssigkeit vorhanden.
Der erste Kanal 14 ist mit einer gemeinsamen Flüssigkeitskammer 15 verbunden, welche alle ersten Flüssigkeitskanäle 14 mit der Ausstoßflüssigkeit versorgt, während der zweite Flüssigkeitskanal 16 mit einer gemeinsamen Flüssigkeitskammer 17 in Verbindung steht, welche alle zweiten Flüssigkeitskanäle 16 mit der Bläschenbildungsflüssigkeit versorgt.
Wenn aber die Bläschenbildungsflüssigkeit und die Ausstoßflüssigkeit gleich sind, können die gemeinsamen Flüssigkeitskammern 15, 17 zu einer Kammer vereint werden.
Zwischen dem ersten und dem zweiten Flüssigkeitskanal 14 bzw. 16 ist ein Trennwand 30 aus einem elastischen Material wie Metall vorhanden. Wenn die Bläschenbildungsflüssigkeit und die Ausstoßflüssigkeit nicht miteinander vermischt werden dürfen, sollte die Trennwand 30 den ersten Flüssigkeitskanal 14 weitgehend vom zweiten Flüssigkeitskanal 16 trennen, doch wenn das Vermischen der beiden Flüssigkeiten bis zu einem bestimmten Grad gestattet wird, muß die Trennwand 30 die beiden Flüssigkeitskanäle nicht vollständig voneinander trennen. In einem Bereich, welchen die von beiden Enden des Wärme erzeugenden Elements nach oben projizierten Linien definieren (der Bereich A und der Bläschenerzeugungsbereich 11, nachfolgend Ausstoßdruckerzeugungsbereich genannt), wird durch einen in die Trennwand eingebrachten Schlitz 35 das bewegliche Element 31 erzeugt, dessen Auslenkpunkt 33 sich hinter den gemeinsamen Flüssigkeitskammern 15, 17 befindet und dessen freies Ende auf die Ausstoßöffnung 18 gerichtet ist. Das auf diese Weise über dem Bläschenerzeugungsbereich 11 (Bereich B) entstandene bewegliche Element 31 wird von dem in der Bläschenbildungsflüssigkeit erzeugten Bläschen nach oben in den ersten Flüssigkeitskanal 14 ausgelenkt (in 10 durch einen Pfeil gekennzeichnet). Aus 11 ist ebenfalls ersichtlich, daß die Trennwand 30 sich über das mit dem Wärme erzeugenden Widerstand (elektrothermische Umwandlungselement) als Wärme erzeugendes Element 2 und einer Verdrahtungselektrode 5 zur Übertragung eines elektrischen Signals an den Wärme erzeugenden Widerstand versehene Elementsubstrat 1 erstreckt und den zweiten Flüssigkeitskanal 16 bildet.
Der Auslenkpunkt 33 und das freie Ende 32 des beweglichen Elements 31 sowie die positionelle Beziehung zwischen diesen und dem Wärme erzeugenden Element 2 entsprechen denen der vorhergehenden Ausführungsform.
Die Anordnung des Wärme erzeugenden Elements 2 im zweiten Flüssigkeitskanal 16 entspricht der Anordnung des Wärme erzeugenden Elements 2 in dem bei den vorhergehenden Ausführungsformen verwendeten Flüssigkeitskanal 12.
Nachfolgend wird in Verbindung mit den 12A und 12B die Funktionsweise des Flüssigkeitsausstoßkopfe dieser Ausführungsform beschrieben.
Im Kopf dieser Ausführungsform wurde als die dem ersten Flüssigkeitskanal 14 zuzuführende Ausstoßflüssigkeit und als die dem zweiten Flüssigkeitskanal 16 zuzuführende Bläschenbildungsflüssigkeit die gleiche wäßrige Tinte verwendet.
Die vom Wärme erzeugenden Element 2 erzeugte Wärme wird auf die im Bläschenerzeugungsbereich des zweiten Flüssigkeitskanal vorhandene Bläschenbildungsflüssigkeit übertragen, um durch das im US-Dokument 4,723,129 offenbarte Filmkochen ein Bläschen 40 zu erzeugen.
Da bei der vorliegenden Ausführungsform der vom Bläschen erzeugte Druck nicht in drei Richtungen, sondern nur in Ausstoßrichtung aus dem Bläschenerzeugungsbereich entweichen kann, wird dieser konzentriert auf das im Ausstoßdruckerzeugungsbereich angeordnete bewegliche Element 31 gerichtet, so daß dieses mit dem Wachsen des Bläschens aus dem in 12A dargestellten Zustand in den in 12B dargestellten Zustand gebracht, d.h. in den ersten Flüssigkeitskanal 14 ausgelenkt wird. Dadurch wird die Verbindung zwischen dem ersten Flüssigkeitskanal 14 und dem zweiten Flüssigkeitskanal 16 hergestellt und somit der vom Bläschen erzeugte Druck im ersten Flüssigkeitskanal 14 grundsätzlich auf die Ausstoßöffnung 18 gerichtet (Pfeilrichtung A). Durch die mit dem mechanischen Auslenkung des beweglichen Elements 31 verbundene Druckfortpflanzung wird aus der Ausstoßöffnung 18 Flüssigkeit ausgestoßen.
Beim Zusammenziehen des Bläschens kehrt das bewegliche Element 31 in die in 12A dargestellte Lage zurück und von der Zuführseite her strömt Flüssigkeit entsprechend der ausgestoßenen Flüssigkeitsmenge nach. Auch bei dieser Ausführungsform wird vom beweglichen Element 31 das Nachströmen von Ausstoßflüssigkeit nicht beeinträchtigt, da dieses in die in 12 dargestellte Lage zurückgekehrt ist.
Diese Ausführungsform entspricht funktionell der ersten Ausführungsform und das bewegliche Element 31 bewirkt hinsichtlich Druckfortpflanzung, Bläschenwachsrichtung, Gegenwelle usw. die gleichen Effekte, bringt aber durch die Zweikanalkonfiguration weitere Vorteile.
Durch diese Konfiguration können die Ausstoßflüssigkeit und die Bläschenbildungsflüssigkeit voneinander getrennt werden, während durch den bei der Bläschenerzeugung in der Bläschenbildungsflüssigkeit erzeugten Druck Ausstoßflüssigkeit ausgestoßen werden kann. Dadurch besteht die Möglichkeit, auch eine stark viskose Flüssigkeit wie zum Beispiel Polyäthylenglykol, welche durch unzureichende Bläschenerzeugung beim Aufbringen von Wärme ungenügende Ausstoßleistung bringt, auszustoßen, da diese im ersten Flüssigkeitskanal verwendet wird, während im zweiten Flüssigkeitskanal eine geeignete Bläschenbildungsflüssigkeit (zum Beispiel ein Gemisch aus Äthanol und Wasser im Verhältnis 4:6, mit einer Viskosität von 1-2 cp) oder eine Bläschenbildungsflüssigkeit mit niedrigem Siedepunkt verwendet werden kann.
Als Bläschenbildungsflüssigkeit kann auch eine Flüssigkeit verwendet werden, welche auf der Oberfläche des Wärme erzeugenden Elements 2 keine Ablagerungen hinterläßt und ausgezeichnetes Ausstoßen bewirkt.
Mit einem Kopf dieser Konfiguration, welcher die gleichen Effekte wie ein Kopf gemäß einer der beschriebenen Ausführungsformen bringt, können auch stärker viskose Flüssigkeiten effizient und kraftvoll ausgestoßen werden.
Auch eine hitzempfindliche Flüssigkeit kann ohne thermische Beeinträchtigung effektiv und kraftvoll ausgestoßen werden, wenn diese im ersten Flüssigkeitskanal verwendet wird, während im zweiten Flüssigkeitskanal eine Flüssigkeit mit ausreichender Bläschenbildungseigenschaft und Hitzebeständigkeit verwendet wird.
Weitere Ausführungsformen
Bei den bisher beschrieben Ausführungsformen wurde der Schwerpunkt auf die wesentlichsten Teile des Flüssigkeitsausstoßkopfes und das Ausstoßprinzip gemäß der vorliegenden Erfindung gelegt. Nachfolgend werden in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen weitere vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben, welche Modifikationen der bisherigen Ausführungsformen darstellen. Anzumerken ist, daß die folgenden Ausführungsformen sich entweder auf die Einkanalkonfigurationen oder die Zweikanalkonfigurationen beziehen können, im allgemeinen aber für beide Konfigurationen gelten, sofern nicht anders spezifiziert.
Deckenform des Flüssigkeitskanals
13 zeigt die Schnittansicht entlang des Flüssigkeitskanals eines Flüssigkeitsausstoßkopfes gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei auf der Trennwand 30 dieses Kopfes ein mit Vertiefungen zur Erzeugung der Flüssigkeitskanäle 14 (oder der Flüssigkeitskanäle 10 gemäß 1A) versehenes Nutelement 50 angeordnet ist. Bei dieser Ausführungsform ist in der Nähe des freien Endes des beweglichen Elements 31 die Decke des Flüssigkeitskanals nach oben erweitert, um den Auslenkwinkel Θ des beweglichen Elements 31 zu vergrößern. Der Bewegungsbereich des beweglichen Elements 31 wird von der Form des Flüssigkeitskanals, der Standzeit des beweglichen Elements, der Bläschenbildungsleistung usw. bestimmt, sollte aber den Winkel der Ausstoßöffnung 18 in Axialrichtung einschließen.
Wenn das freie Ende des beweglichen Elements 31 über den Durchmesser der Ausstoßöffnung 18 ausgelenkt wird ( 13), kann die Ausstoßleistung besser übertragen werden. Wie 13 ebenfalls zeigt, ist die Decke des Flüssigkeitskanals am Auslenkpunkt 33 des beweglichen Elements 31 niedri ger als im Bereich von dessen ausgelenktem Ende 32, so daß das Ausweichen der Druckwelle zur Flüssigkeitszuführseite effektiv verhindert werden kann.
Positionieren des beweglichen Elements 31 im zweiten Flüssigkeitskanal
Die 14A bis 14C zeigen das Positionieren des beweglichen Elements 31 im zweiten Flüssigkeitskanal, dabei zeigt 14A die Draufsicht der Trennwand 30 und des beweglichen Elements 31, 14B die Draufsicht des zweiten Flüssigkeitskanals 16 ohne die Trennwand 30 und 14C schematisch die positionelle Anordnung des beweglichen Elements 31 im zweiten Flüssigkeitskanal 16 einander überlagert dargestellt. In diesen Zeichnungen ist die untere Kante die auf die Ausstoßöffnung 18 gerichtete Kante des beweglichen Elements 31.
Bei dieser Ausführungsform ist von der zweiten gemeinsamen Flüssigkeitskammer in Hauptströmungsrichtung über das Wärme erzeugende Element 2, das bewegliche Element 31 und den ersten Flüssigkeitskanal auf die Ausstoßöffnung 18 gesehen der zweite Flüssigkeitskanal 16 in einem Abschnitt vor dem Wärme erzeugenden Element 2 als Drossel 19 ausgeführt, um eine Kammer (Bläschenerzeugungskammer) zu erzeugen und durch diese ein leichtes Ausweichen des bei der Bläschenbildung entstehenden Drucks in Richtung Flüssigkeitszuführseite zu verhindern.
Bei einem herkömmlichen Flüssigkeitsausstoßkopf, in welchem der Ausstoßkanal gleichzeitig Bläschenerzeugungskanal ist, kann dieser Drosselabschnitt 19 zur Beschränkung der Druckausbreitung in Richtung Flüssigkeitszuführseite nicht sehr eng ausgeführt werden, um das Nachströmen von Flüssigkeit nicht zu beeinträchtigen.
Andererseits kann bei dieser Ausführungsform der größte Teil der verwendeten Flüssigkeiten die im ersten Flüssigkeitskanal strömende Ausstoßflüssigkeit sein, während von der im zweiten Flüssigkeitskanal strömenden Bläschenbildungsflüssigkeit eine wesentlich geringere Menge benötigt wird. Mit anderen Worten, im zweiten Flüssigkeitskanal, in welchem das Wärme erzeugende Element angeordnet ist, muß weniger Bläschenbildungsflüssigkeit in den Bläschenerzeugungsbereich 11 nachströmen. Aus diesem Grund kann bei dieser Ausführungsform der Drosselabschnitt 19 eng ausgeführt werden, d.h. eine Breite von nur einigen bis weniger als 20 Mikrometer haben, so daß der im zweiten Flüssigkeitskanal bei der Bläschenbildung erzeugte Druck nicht zur Flüssigkeitszuführseite ausweichen, sondern auf das bewegliche Element 31 konzentriert werden kann. Dieser über das bewegliche Element 31 sich fortpflanzende Druck trägt zu einer höheren Ausstoßeffizienz bei und erzeugt eine größere Ausstoßkraft. Der zweite Flüssigkeitskanals 16 ist nicht auf die dargestellte Form beschränkt, sondern kann beliebig konfiguriert werden, wenn in diesem der bei der Bläschenbildung erzeugte Druck effektiv auf das bewegliche Element 31 übertragen wird.
Wie 14C zeigt, überdecken die beiden Längsseiten des beweglichen Elements 31 einen Teil der den zweiten Flüssigkeitskanal bildenden Trennwand, wodurch das Eintauchen des beweglichen Elements 31 in den zweiten Flüssigkeitskanal verhindert und die Ausstoßflüssigkeit noch besser von der Bläschenbildungsflüssigkeit getrennt werden kann. Diese Konfiguration verhindert auch das Austreten des Bläschens durch den Schlitz, erhöht den Ausstoßdruck und verbessert die Ausstoßeffizienz. Dadurch wird auch das beim Zusammenfallen des Bläschens verursachte Nachströmen von Flüssigkeit von der Flüssigkeitszuführseite her weiter verstärkt.
Wie die 12B und 13 zeigen, wird ein Teil des im Bläschenerzeugungsbereich des zweiten Flüssigkeitskanals erzeugten Bläschens entlang des ausgelenkten beweglichen Elements 31 in den ersten Flüssigkeitskanal 14 gedrückt, so daß im Vergleich zu einem sich nicht in dieser Weise ausbreitenden Bläschens durch die vergrößerte Höhe des zweiten Flüssigkeitskanals eine weitere Vergrößerung der Ausstoßkraft zu verzeichnen ist. Um ein solches Ausdehnen des Bläschens in den ersten Flüssigkeitskanal zu ermöglichen, sollte die Höhe des zweiten Flüssigkeitskanals 16 kleiner gewählt werden als die Maximalhöhe des Bläschens und in einem Bereich zwischen einigen Mikrometern und 30 Mikrometer liegen. Bei dieser Ausführungsform beträgt die Höhe des zweiten Flüssigkeitskanals 15 μm.
Bewegliches Element und Trennwand
Die 15A bis 15C zeigen weitere Formen des beweglichen Elements 31. Ein in der Trennwand vorhandener Schlitz 35 definiert das bewegliche Element 31. 15A zeigt eine rechteckige Form, 15B eine Form mit schmalerem Abschnitt in der Nähe des Auslenkpunktes zur Erleichterung des Auslenkens und 15C eine Form mit einem breiteren Abschnitt in der Nähe des Auslenkpunktes zur Erhöhung der Standzeit des beweglichen Elements 31. Um ein leichtes Auslenken des beweglichen Elements 31 zu ermöglichen und eine befriedigende Standzeit zu erreichen, sollte dieses in der Nähe des Auslenkpunktes die in 14A dargestellte eingeschnürte Form haben, doch es kann auch eine beliebige Form gewählt werden, wenn diese das Eintauchen des beweglichen Elements 31 in den Flüssigkeitskanal verhindert sowie leichtes Auslehken und ausreichende Standzeit gewährleistet.
Bei der vorhergehenden Ausführungsform wurde die Trennwand 30 einschließlich plattenförmigem beweglichen Element 31 aus einer Nickelfolie mit einer Dicke von 15 μm gefertigt, doch dafür kann auch ein anderer Werkstoff verwendet werden, wenn dieser gegen die Bläschenbildungsflüssigkeit und die Ausstoßflüssigkeit beständig ist, das Einbringen des feinen Schlitzes 35 ermöglicht und ausreichende Elastizität des beweglichen Elements gewährleistet.
Zu den bevorzugten Werstoffen für das bewegliche Element 31 gehören Metalle wie Silber, Nickel, Gold, Eisen, Titan, Aluminium, Platin, Tantal, nichtrostender Stahl, Phosphorbronze oder Legierungen aus diesen, das Radikal Nitril enthaltende Harze wie Akrylonitril, Butadien oder Styrol, das Radikal Amid enthaltende Harze wie Polyamid, das Radikal Karboxyl enthaltende Harze wie Polykarbonat, das Radikal Aldehyd enthaltende Harze wie Polyazetal, das Radikal Sulfon enthaltende Harze wie Polysulfon, andere Harze wie Flüssigkristallpolymere oder Verbindungen aus diesen, tintenbeständige Metalle wie Gold, Wolfram, Tantal, Nickel, nichtrostender Stahl, Titan oder Legierungen aus diesen, Werkstoffe, welche mit einem solchen tintenbeständigen Metall oder einer Legierung beschichtet sind, das Radikal Amid enthaltende Harze wie Polyamid, das Radikal Aldehyd enthaltende Harze wie Polyazetal, das Radikal Keton enthaltende Harze wie Polyätherätherketon, das Radikal Imid enthaltende Harze wie Polyamid, das Radikal Hydroxyl enthaltende Harze wie Polyäthylen, das Radikal Alkyl enthaltende Harze wie Polypropylen, das Radikal Epoxy enthaltende Harze wie Epoxydharz, das Radial Amin enthaltende Harze wie Melaminharz, das Radikal Methyl enthaltende Harze wie Xylenharz und keramische Stoffe wie Siliziumdioxid sowie Legierungen aus diesen.
Zu den bevorzugten Werkstoffen für die Trennwand gehören Harze mit ausreichender Wärmebeständigkeit, Lösungsmittelbeständigkeit und Gießfähigkeit wie zum Beispiel die kürzlich entwickelten Kunstharze Polyäthylen, Polypropylen, Polyamid, Polyäthylenterephthalat, Melaminharz, Phenolharz, Epoxydharz, Polybutadien, Polyuräthan, Polyätherätherketon, Polyäthersulfon, Polyakrylat, Polyimid, Polysulfon, Flüssigkristallpolymer oder Verbindungen aus diesen sowie Metalle wie Nickel, Gold, nichtrostender Stahl, Legierungen und Verbindungen aus diesen, mit Titan oder Gold beschichtetes Material und Siliziumdioxid oder Siliziumnitrid.
Die Dicke der Trennwand kann entsprechend dem verwendeten Werkstoff gewählt werden, um die erforderliche Festigkeit und Funktion des beweglichen Elements 31 zu gewährleisten, sollte aber 0,5 bis 10 μm betragen.
Bei dieser Ausführungsform wurde für den das bewegliche Element 31 definierenden Schlitz 35 eine Breite von 2 μm gewählt, wenn aber die Bläschenbildungsflüssigkeit sich von der Ausstoßstoßflüssigkeit unterscheidet und ein Vermischen beider durch Überströmen verhindert werden soll, muß für den Schlitz eine Breite gewählt werden, welche die Erzeugung eines Meniskus zwischen diesen gewährleistet. Wenn zum Beispiel die Bläschenbildungsflüssigkeit eine Viskosität von etwa 2 cp und die Ausstoßflüssigkeit ein Viskosität von 100 cp oder mehr hat, kann bei einem Schlitz mit einer Breite von etwa 5 μm gegenseitiges Vermischen verhindert werden, jedoch sollte eine Schlitzbreite von 3 μm oder kleiner bevorzugt werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung beträgt die Dicke des beweglichen Elements 31 keine Zentimeter, sondern nur Mikrometer (t). Wenn durch Einbringen eines Schlitzes mit einer Breite (W) im Mikrometerbereich ein solches bewegliches Element 31 erzeugt werden soll, müssen bei dessen Erzeugung bestimmte Abweichungen in Betracht gezogen werden.
Wenn die Dicke des dem freien Ende und/oder der Längsseite des beweglichen Elements 31 gegenüber liegenden Elements mit der Dicke des beweglichen Elements 31 vergleichbar ist (wie in den 12A, 12B und 13 dargestellt), kann ein Vermischen der Bläschenbildungsflüssigkeit mit der Ausstoßflüssigkeit effektiv verhindert werden, sofern unter Einbeziehung der bei der Erzeugung auftretenden Abweichungen die nachfolgende Beziehung zwischen der Schlitzbreite und der Dicke beachtet wird. Eine Grenzbedingung W/t ≤ 1 verhindert das Vermischen der beiden Flüssigkeiten auch über einen längeren Zeitraum, wenn die zusammen mit einer stark viskosen Tinte (5 oder 10 cp) verwendete Bläschenbildungsflüssigkeit eine Viskosität von 3 cp oder weniger hat.
Wenn eine Bläschenbildungsflüssigkeit und eine Ausstoßflüssigkeit verwendet werden, ist das bewegliche Element 31 ein wichtiges Element zum Trennen beider Flüssigkeiten voneinander. Beim Auslenken des beweglichen Elements 31 durch das Wachsen des erzeugten Bläschens kann ein geringes Überströmen der Bläschenbildungsflüssigkeit in die Ausstoßflüssigkeit und somit ein geringes Vermischen beider Flüssigkeiten beobachtet werden. Da die zum Tintenstrahldrucken eines Bildes verwendete Ausstoßflüssigkeit einen Farbstoff in einer Konzentration von 3–5 % enthält, ist eine merkliche Änderung der Farbkonzentration im ausgestoßenen Tröpfchen nicht zu verzeichnen, wenn bis zu 20 % Bläschenbildungsflüssigkeit in der Ausstoßflüssigkeit vorhanden sind. Demzufolge schließt die vorliegende Erfindung den Fall ein, daß die Bläschenbildungsflüssigkeit und die Ausstoßflüssigkeit sich mischen, der Anteil an Bläschenbildungsflüssigkeit in der Ausstoßflüssigkeit aber nicht mehr als 20 % beträgt.
Bei der beschriebenen Konfiguration war selbst im Falle einer Viskositätsänderung eine Überschreitung des Mischver hältnis der Bläschenbildungsflüssigkeit von 20 % nicht zu verzeichnen, und bei einer Viskosität der Bläschenbildungsflüssigkeit von bis zu 5 cp wurde ein Mischverhältnis von 10 nicht überschritten, obwohl dieses in Abhängigkeit von der Steuerfrequenz variierte.
Das Flüssigkeitsmischen kann durch Verringerung der Viskosität der Ausstoßflüssigkeit von 20 cp auf beispielsweise 5 oder darunter verringert werden.
Nachfolgend wird in Verbindung mit den beliegenden Zeichnungen die positionelle Beziehung zwischen dem Wärme erzeugenden Element 2 und dem beweglichen Element 31 beschrieben. Form, Dimension und Anzahl der beweglichen Elemente 31 und der Wärme erzeugenden Elemente 2 sind jedoch nicht auf die in dieser Beschreibung dargelegten beschränkt. Durch eine optimale Anordnung des Wärme erzeugenden Elements 2 und des beweglichen Elements 31 kann der Druck des vom Wärme erzeugenden Element 2 erzeugten Bläschens effektiv als Ausstoßdruck genutzt werden.
Bei der herkömmlichen Technologie des sogenannten Bläschenstrahldruckens, d.h. beim Tintenstrahldrucken zur effektiven Erzeugung von Bildern durch Beaufschlagung der Tinte mit Energie wie Wärmeenergie zum Auslösen einer Zustandsänderung in dieser, einschließlich rapider Volumenänderung (Bläschenerzeugung), Ausstoßen von Tinte aus der Ausstoßöffnung 18 auf ein Druckmedium durch die aus der Zustandsänderung resultierende Kraft, ist die Tintenausstoßmenge proportional der Fläche des Wärme erzeugenden Elements, wie das in 16 dargestellte Diagramm zeigt, jedoch gibt es eine ineffektive Fläche s, welche nicht zur Bläschenerzeugung beiträgt. Ein Beweis dafür sind Ablagerungen auf der peripheren Fläche des Wärme erzeugenden Elements 2. Auf der Grundlage dieser Ergebnisse wird angenommen, daß eine periphere Fläche mit einer Breite von 4 μm nicht zur Wärmeerzeugung beiträgt.
Deshalb sollte zur effektiven Nutzung des Druck eines erzeugten Bläschens das bewegliche Element 31 so positioniert werden, daß dieses die unmittelbar über dem Bläschenerzeugungsbereich liegende Fläche bedeckt, ausgenommen eine periphere Fläche des Wärme erzeugenden Elements 2 mit einer Breite von 4 μm. Bei der vorliegenden Ausführungsform liegt der effektive Bläschenerzeugungsbereich über der um die periphere Breite von 4 μm verringerten Fläche des Wärme erzeugenden Elements 2, jedoch stellt eine solche Konfiguration keine Beschränkung dar, denn in Abhängigkeit von der Art des Wärme erzeugenden Elements und dessen Herstellung kann auch eine andere Konfiguration gewählt werden.
Die 17A und 17B zeigen schematisch die Draufsicht des Wärme erzeugenden Elements 2 mit einer Größe von 58 × 150 μm, überlagert von einem beweglichen Element 301 bzw. 302 unterschiedlicher Größe.
Das bewegliche Element 31 hat eine Größe von 53 × 145 μm, ist demzufolge kleiner als das Wärme erzeugende Element und vergleichbar mit dessen effektiver Bläschenerzeugungsfläche und bedeckt diese. Dagegen hat das bewegliche Element 302 eine Größe von 53 × 220 μm, ist demzufolge größer als das Wärme erzeugende Element 2 (Abstand des freien Endes vom Auslenkpunkt ist größer als die Länge des Wärme erzeugenden Elements 2, bei gleicher Breite) und bedeckt wie das bewegliche Element 301 dessen effektive Bläschenerzeugungsfläche. Standzeit und Ausstoßeffizienz solcher beweglichen Elemente 301 und 302 wurden bei folgenden Bedingungen ermittelt:

Bläschenbildungsflüssigkeit: 40prozentige wäßrige

Lösung

Ausstoßtinte: farbstoffhaltige

Tinte

Spannung: 20,2 Volt

Frequenz: 3 kHz.
Messungen bei diesen Bedingungen ergaben, daß (1) das bewegliche Element 301 nach 1 × 10⁷ Impulsen Beschädigungen am Auslenkpunkt aufwies, während (2) am beweglichen Element 302 auch nach 3 × 10⁸ Impulsen keinerlei Beschädigungen zu verzeichnen waren. Es konnte auch festgestellt werden, daß die Bewegungsenergie, bestimmt aus der Ausstoßmenge und der Ausstoßgeschwindigkeit als Funktion der zugeführten Energie, um einen Faktor von 1,5 bis 2,5 vergrößert wurde.
Deshalb sollte zum Erreichen der gewünschten Standzeit und Ausstoßeffizienz des beweglichen Elements dieses größer sein als das Wärme erzeugende Element und so über diesem angeordnet werden, daß es dessen effektive Bläschenerzeugungsfläche bedeckt.
18 zeigt in Diagrammform die Beziehung zwischen dem Abstand der Kante des Wärme erzeugenden Elements 2 vom Auslenkpunkt des beweglichen Elements und der Auslenkgröße des beweglichen Elements. 19 zeigt die positionelle Beziehung zwischen dem Wärme erzeugenden Element 2 und dem beweglichen Element 31. Das Wärme erzeugende Element 2 hat die Dimension 40 × 105 μm. Wie aus 19 ersichtlich ist, wird die Auslenkung des beweglichen Elements mit größer werdendem Abstand zwischen der Kante des Wärme erzeugenden Elements 2 und dem Auslenkpunkt 33 des beweglichen Elements 31 ebenfalls größer. Demzufolge sollten die optimale Auslenkung und die Lage des Auslenkpunktes 33 des beweglichen Elements 31 auf der Grundlage der gewünschten Tintenausstoßmenge, der Konfiguration des Flüssigkeitskanals für die Ausstoßflüssigkeit und der Form des Wärme erzeugenden Elements 2 bestimmt werden.
Wenn der Auslenkpunkt 33 des beweglichen Elements 31 direkt über den effektiven Bläschenerzeugungsfläche des Wärme erzeugenden Elements 2 gelegt wird, kommt es zu einer Verschlechterung der Standzeit des beweglichen Elements 31, hervorgerufen dadurch, daß der Bläschenerzeugungsdruck direkt auf den Auslenkpunkt 33 gerichtet ist und das Auslenken selbst das bewegliche Element 31 belastet.
Die von den Erfindern dieser Neuerung durchgeführten Versuche haben ergeben, daß die Standzeit des beweglichen Elements sich kontinuierlich verschlechterte und nach Aufbringen von 1 × 10⁶ Impulsen das bewegliche Element beschädigt war, wenn der Auslenkpunkt direkt über der effektiven Bläschenerzeugungsfläche lag. Wenn der Auslenkpunkt an eine Stelle außerhalb der effektiven Bläschenerzeugungsfläche des Wärme erzeugenden Elements 2 gelegt wird, kann das bewegliche Element 31 auch eine Form haben und aus einem Material gefertigt werden, welche eine mittlere Standzeit ergeben. Der Auslenkpunkt kann aber an eine Stelle direkt über der effektiven Bläschenerzeugungsfläche gelegt werden, wenn das bewegliche Element eine günstige Form hat und aus einem geeigneten Material gefertigt wurde. Auf diese Weise kann ein Flüssigkeitsausstoßkopf mit ausgezeichneter Ausstoßeffizienz und Standzeit erhalten werden.
Elementsubstrat
Nachfolgend wird die Konfiguration des Elementsubstrats 1 beschrieben, auf welchem das Wärme erzeugende Element 2 zum Aufbringen von Wärme auf die Flüssigkeit angeordnet ist.
Die 20A und 20B zeigen die Vertikalschnittansicht eines Flüssigkeitsausstoßkopfes gemäß der vorliegenden Erfindung mit bzw. ohne den später beschriebenen Schutzfilm.
Über dem Elementsubstrat 1 ist ein Nutelement 50 angeordnet, welches einen zweiten Flüssigkeitskanal 16, eine Trennwand 30 und einen ersten Flüssigkeitskanal 14 aufweist.
Auf einem Substrat 107 zum Beispiel aus Silizium wird ein Siliziumoxid- oder Siliziumnitridfilm 106 als Isolier- und Wärmespeicherfilm erzeugt und auf diesem durch Musterbildung eine elektrische Widerstandsschicht 105 (0,01–0,2 μm dick) zum Beispiel aus Hafniumborid (HfB₂), Tantalnitrid (TaN) oder Tantal-Aluminium (TaAl) zur Erzeugung des Wärme erzeugenden Elements 2 und von Verdrahtungselektroden 104 (0,2-1,0 μm dick) zum Beispiel aus Aluminium aufgebaut, welche zusammen das Elementsubstrat 1 bilden. Über zwei Elektroden 104 wird die elektrische Widerstandsschicht 105 mit einer Spannung zur Erzeugung von Wärme gespeist. Die Schicht 105 als elektrischer Widerstand zwischen den Verdrahtungselektroden 104 ist mit einem 0,1–2,0 μm dicken Schutzfilm 103 zum Beispiel aus Siliziumoxid oder Siliziumnitrid und einem 0,1–0,6 μm dicken Antikavitationsfilm 102 zum Beispiel aus Tantal zum Schutz der Widerstandsschicht 105 gegen Tinte oder andere Flüssigkeiten beschichtet.
Da die bei der Erzeugung oder dem Zusammenfallen des Bläschens entstehende Druck- oder Stoßwelle sehr stark ist und die Haltbarkeit des harten, zerbrechlichen Oxidfilms beeinträchtigt, wird als Material für den Antikavitationsfilm 102 ein Metall wie Tantal (Ta) verwendet.
Bei entsprechender Wahl der zu verwendenden Flüssigkeit, der Konfiguration der Flüssigkeitskanäle und des Materials für die Widerstandschicht kann auf den Schutzfilm 103 verzichtet werden (20B). Das trifft zu, wenn als Material für die Widerstandschicht eine Iridium-Tantal-Aluminium-Legierung verwendet wird.
Bei den vorhergehenden Ausführungsformen kann das Wärme erzeugende Element 2 nur von der zwischen den Elektroden angeordneten Widerstandschicht gebildet oder mit dem Schutzfilm beschichtet werden.
Bei dieser Ausführungsform bildet die Widerstandschicht den Wärme erzeugenden Teil des Wärme erzeugenden Elements 2, welcher bei Empfang des elektrischen Signals Wärme erzeugt, jedoch stellt eine solche Konfiguration keine Beschränkung dar, denn es kann auch ein anderes Element verwendet werden, sofern dieses ein zum Ausstoßen von Ausstoßflüssigkeit geeignetes Bläschen erzeugt. Das Wärme erzeugende Element 2 kann zum Beispiel mit einem optisch-thermischen Umwandlungselement versehen werden, welches bei Aufnahme zum Beispiel von einem Laser erzeugten Lichts Wärme erzeugt, oder einen Wärmeerzeugungsabschnitt aufweist, welcher bei Empfang eines Hochfrequenzsignals Wärme erzeugt.
Das Elementsubstrat 1 kann außerdem mit Funktionalelementen wie Transistoren, Dioden, Verriegelungselementen und Schieberegistern bestückt werden, welche das aus der Widerstandschicht 105 als Wärmeerzeugungsabschnitt und den Verdrahtungselektroden 104 zum Übertragen des elektrischen Signals an die Widerstandschicht 105 zusammengesetzte elektrothermische Umwandlungselement ergänzen und dieses selektiv ansteuern, wobei diese als integrale Bestandteile des Elementsubstrats 1 nach einem Halbleiterfertigungsverfahren erzeugt werden.
Zum Ausstoßen von Flüssigkeit wird über die Elektroden 104 ein Rechteckimpuls gemäß 21 an die Widerstandschicht 105 als Wärmeerzeugungsabschnitt des elektrothermischen Umwandlungselements gesendet, um in dieser sofort Wärme zu erzeugen. Bei den Köpfen der vorhergehenden Ausführungsformen wurde an das Wärme erzeugende Element 2 ein elektrisches Signal mit einer Spannung von 24 V, einer Impulsdauer von 7 μs und einer Stromstärke von 150 mA gesendet und dadurch auf die beschriebene Weise aus der Ausstoßöffnung 18 Flüssigkeit ausgestoßen. Das Steuersignal ist jedoch nicht auf das erwähnte beschränkt, sondern kann auch ein Signal mit anderen Parametern sein, sofern dieses in der Bläschenbildungsflüssigkeit ein adäquates Bläschen erzeugt.
Hintergrundbeispiel 1
Nachfolgend wird anhand der in den 35 und 24 dargestellten Hintergrundbeispiele der Grundaufbau des Flüssigkeitsausstoßkopfes in Zweikanalkonfiguration beschrieben, auf welchen die vorliegende Erfindung übertragbar ist. 35 zeigt schematisch in Perspektivdarstellung die Konfiguration eines solchen Flüssigkeitsausstoßkopfes und 24 in perspektivischer Darstellung eine Grundplatte, eine Siliziumsubstrateinheit und eine Verdrahtungsplatte, aus welchen der Flüssigkeitsausstoßkopf zusammengesetzt ist.
Der in diesen Zeichnungen dargestellte Flüssigkeitsausstoßkopf dient zum Drucken nach dem Tintenstrahlverfahren, bei welchem durch Übertragen der vom Wärme erzeugten Element erzeugten Wärme auf die Flüssigkeit und durch das daraus resultierende Filmkochen Flüssigkeit ausgestoßen wird. Bei diesem Beispiel handelt es sich um einen Tintenstrahlaufzeichnungskopf (nachfolgend einfach Ausstoßkopf genannt) zum Aufzeichnen eines Bildes auf einem Aufzeichnungsmedium durch Ausstoßen von Tinte.
Wie 24 zeigt, weist der Tintenstrahlaufzeichnungskopf eine Verdrahtungsplatte 71 und mehrer auf einer Grundplatte 70 angeordnete Siliziumsubstrateinheiten 1 auf. Jede dieser Siliziumsubstrateinheiten 1 ist mit einem Energie erzeugenden Element 2 zur Erzeugung von Energie für das Ausstoßen von Tinte in willkürlichen Taktfolgen als Reaktion auf gesendete externe elektrische Signale, mit Signalklemmen zum Ansteuern der Energie erzeugenden Elemente und Klemmen zum Speisen der Signalklemmen mit Elektroenergie versehen. Die Siliziumsubstrateinheiten 1 sind so auf der Grundplatte 70 befestigt, daß die auf diesen vorhandenen Klemmen (nicht dargestellt) in einer vorbestimmten positionellen Beziehung zu den auf der Verdrahtungsplatte 71 vorhandenen Signal/Spannungs-Klemmen (nicht dargestellt) stehen. Die Verdrahtungsplatte 71 ist außerdem mit einem Stecker (nicht dargestellt) zum Empfangen der Drucksignale und zum Anschließen einer externen Spannungsquelle versehen.
Die Siliziumsubstrateinheiten 1 und die Verdrahtungsplatte 71, welche auf der Grundplatte 70 befestigt wurden, werden durch Drahtbonden miteinander verbunden.
Nachfolgend wird die Deckplatte 50 detailliert beschrieben.
Die ebenfalls in 24 dargestellte Deckplatte 50 wird nach einem bekannten Verfahren gegossen, danach einem Schleifprozeß unterzogen, in welchem gleichzeitig die Fläche für die Ausstoßöffnungen, die mit den Tintenkanälen versehene Fläche und die zum Befestigen an der Heizleiterplatte vorgesehene Fläche geschliffen werden, und schließlich wird deren Fläche, welche mit den Ausstoßöffnungen versehen werden soll, mit einem Tinte abweisenden Film beschichtet, um ein Benetzen des jede Ausstoßöffnung umgebenden Bereiches mit Tinte und somit eine Verschlechterung der Ausstoßfähigkeit zu verhindern.
Anschließend wird entsprechend jedem Energie erzeugenden Element 1 auf der Siliziumsubstrateinheit 1 mit einem Laserstrahl eine den Tintenkanal bildende Nut eingebracht ( 35). Die Bearbeitung mit dem Laserstrahl erfolgt über eine Maske, welche das Einbringen von 128 Tintenkanälen entsprechend der Heizleiterplatte ermöglicht. Nach Erzeugung der als Tintenkanäle dienenden Nuten werden von der Rückseite der Ausstoßplatte aus mit einer Maske insgesamt 128 Ausstoßöffnungen gleichzeitig in diese entsprechend den Tintenkanalnuten eingebracht.
Die mit den Tintenkanälen entsprechend den auf der Siliziumsubstrateinheit 1 vorhandenen Energie erzeugenden Elementen 1 und den Ausstoßöffnungen 18 zum Ausstoßen von Tinte auf das Aufzeichnungsmedium versehene Deckplatte weist außerdem eine Flüssigkeitskammer zum Speisen der Tintenkanäle mit Tinte und eine Tintenzuführöffnung 20 zum Speisen der Flüssigkeitskammer mit Tinte aus einem nicht dargestellten Tintenbehälter auf. Die Deckplatte hat eine entsprechende Länge, um alle Siliziumsubstrateinheiten 1 mit den darauf angeordneten Energie erzeugenden Elementen zu bedecken.
Die Deckplatte 50 wird so zur Grundplatte 70 ausgerichtet und auf dieser befestigt, daß die Tintenkanäle in der Deckplatte deckungsgleich sind mit den auf jeder Siliziumsubstrateinheit 1 angeordneten Energie erzeugenden Elementen.
Das Befestigen der Deckplatte kann auf verschiedene Weise erfolgen, zum Beispiel durch Anpressen mit Federn 410, welche von einem Halter 415 gestützt werden, oder mit einem Kleber.
Die Deckplatte 50 kann aus einem harzhaltigen Material gegossen werden, welches präzises Einbringen der Nuten ermöglicht, aber auch die anderen gewünschten Eigenschaften wie ausgezeichnete mechanische Festigkeit, Dimensionsstabilität und Tintenbeständigkeit aufweist. Diesen Bedingungen genügen Epoxydharz, Akrylharz, Diglykol-Dialkylkarbonat-Harz, ungesättigtes Polyesterharz, Polyuräthanharz, Polyimidharz , Melaminharz, Phenolharz und Harnstoffharz, während Polysulfonharz und Polyäthersulfonharz sich besonders gut vergießen lassen und flüssigkeitsbeständig sind.
Nachfolgend wird in Verbindung mit den 36 und 25 ein weiterer Hintergrundaspekt der vorliegenden Erfindung behandelt. 36 zeigt schematisch in perspektivischer Darstellung vergrößert die in 24 angedeuteten Hauptbestandteile des Aufzeichnungskopfes. 25 zeigt die Schnittansicht des Wärmeerzeugungsabschnitts des in 24 dargestellten Aufzeichnungskopfes rechtwinklig zu den Flüssigkeitskanälen. Beidseitig neben jedem Wärme erzeugenden Element 2 sind die den zweiten Flüssigkeitskanal bildenden Wände 72 angeordnet, wobei benachbarte Siliziumsubstrateinheiten 1 an der entsprechenden Wand sich einander gegenüber befinden. Das heißt, daß die zweiten Flüssigkeitskanäle durch Befestigen der Trennwand 30 auf den Wänden 72 entstehen und der Spalt 601 zwischen benachbarten Siliziumsubstraten 1 durch die Trennwand 30 abgedichtet wird.
Wie bereits beschrieben, kann im Tintenstrahlaufzeichnungskopf gemäß diesem Hintergrundbeispiel der erwähnte Spalt von der Trennwand sicher abgedichtet und somit die Zweikanal-Konfiguration durch ein einziges Element realisiert werden, wobei die Flüssigkeit in der Nähe der Ausstoßöffnung effektiv ausgestoßen und der Leistungsverlust in einem solchen Spalt verhindert werden kann. Das ermöglicht das Drucken in ausreichender Qualität.
Hintergrundbeispiel 2
Im Gegensatz zum Hintergrundbeispiel 1, bei welchem die Trennwand 30 ein einziges Element darstellt, ist bei diesem Hintergrundbeispiel die Trennwand 30 aus mehreren Teilen entsprechend den Elementsubstraten 1 zusammengesetzt.
26 zeigt perspektivisch in Explosivdarstellung den gesamten Kopf gemäß diesem Hintergrundbeispiel und 27 die Schnittansicht dieses Kopfes rechtwinklig zu den Flüssigkeitskanälen im Bereich der Wärme erzeugenden Elemente.
Bei diesem Hintergrundbeispiel kann die Trennwand 30 als eine relativ kleine Einheit gefertigt und dadurch eine Ausbringensverbesserung erreicht werden, welche sich auch auf den Flüssigkeitsausstoßkopf überträgt. Da die Trennwand 30 bereits vorher auf dem Elementsubstrat 1 befestigt werden kann, ist ein besseres Positionieren möglich.
Beispiel 3
Beim Hintergrundbeispiel 2 wird der Spalt 601 zwischen benachbarten Elementsubstraten 1 von der Trennwand 30 nicht bedeckt. Wenn aber, wie aus 28 ersichtlich ist, die einzelnen Trennwände 30 in Anordnungsrichtung der Elementsubstrate 1 zum Beispiel um eine halbe Teilung zu diesen versetzt positioniert werden, überbrücken diese den jeweiligen Spalt 601. In einem solchen Fall kann die Anzahl der Trennwände 30 geringer sein als die der Elementsubstrate 1.
Hintergrundbeispiel 4
37 zeigt perspektivisch in Explosivdarstellung einen Teil des Flüssigkeitsausstoßkopfes als weiteres Hintergrundbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Der in 37 dargestellte Kopf ist aus einem genuteten Element 50, aus Trennwänden 30a, 30b, Substraten 1a, 1b und einem Stützelement 70 zusammengesetzt, welche übereinander angeordnet sind. Die Ausstoßöffnungen 18 zum Ausstoßen von Flüssigkeit sind in der Stirnwand 51 des genuteten Elements 50 vorhanden und mit der entsprechenden Nut (nicht dargestellt) in diesem verbunden. Die in mehreren Einheiten vorhandenen Nuten wiederum sind mit der entsprechenden der ebenfalls im genuteten Element 50 vorhandenen Vertiefungen (nicht dargestellt) verbunden und bilden zusammen mit diesen auf den Trennwänden 30a, 30b die ersten Flüssigkeitskanäle und eine erste gemeinsame Flüssigkeitskammer. Die Trennwände 30a, 30b sind mit beweglichen Elementen 31a, 31b und Erhebungen 72 versehen und werden auf den am Stützelement 70 angeordneten Substraten 1a, 1b befestigt, um die Wände der zweiten Flüssigkeitskanäle zu erzeugen.
Die Substrate 1a, 1b sind mit Wärme erzeugenden Elementen 2 entsprechend den zweiten Flüssigkeitskanälen bestückt und bilden beim Zusammenfügen mit den Trennwänden 30a, 30b eine zweite gemeinsame Flüssigkeitskammer (nicht dargestellt). Über eine Zuführleitung 21 und durch eine Bohrung 22 in der Trennwand wird die zweite gemeinsame Flüssigkeitskammer mit der Bläschenbildungsflüssigkeit gefüllt, welche wiederum die zweiten Flüssigkeitskanäle mit dieser Flüssigkeit speist. Über einen Flüssigkeitszuführkanal 20 wird die erste gemeinsame Flüssigkeitskammer mit der Ausstoßflüssigkeit gefüllt, welche wiederum die ersten Flüssigkeitskanäle mit dieser Flüssigkeit speist. Die Spalte zwischen den Trennwänden 30a, 30b und die zwischen den Substraten 1a, 1b werden vollständig oder teilweise mit einem Dichtmittel oder einem Kleber gefüllt.
38 zeigt die Schnittansicht des in 37 dargestellten Kopfes.
Bei diesem Beispiel ist das genutete Element 50 stirnseitig mit den Ausstoßöffnungen 18 und innen mit zahlreichen Nuten als erste Flüssigkeitskanäle 14 und mit einer Vertiefung als erste gemeinsame Flüssigkeitskammer zum Speisen der ersten Flüssigkeitskanäle mit der Ausstoßflüssigkeit versehen. Die ersten Flüssigkeitskanäle 14 können durch Befestigen der Trennwände 30a, 30b an der Bodenfläche des genuteten Elements 50 gebildet werden. In die Decke des genuteten Elements 50 wurde eine zur ersten gemeinsamen Flüssigkeitskammer 15 führende erste Flüssigkeitszuführbohrung 20 und eine durch die Trennwand 30 zur zweiten gemeinsamen Flüssigkeitskammer 17 führende zweite Flüssigkeitszuführbohrung 21 eingebracht.
Wie 38 zeigt, wird die erste Flüssigkeit (Ausstoßflüssigkeit) in Pfeilrichtung C durch die erste Flüssigkeitszuführbohrung 20 in die erste gemeinsame Flüssigkeitskammer 15 geleitet und von dieser den ersten Flüssigkeitskanälen 14 zugeführt, während die zweite Flüssigkeit (Bläschenbildungsflüssigkeit) in Pfeilrichtung D durch die zweite Flüssigkeitszuführbohrung 21 in die zweite gemeinsame Flüssigkeitskammer 17 geleitet und von dieser den zweiten Flüssigkeitskanälen 16 zugeführt wird.
Bei diesem Beispiel verläuft die zweite Flüssigkeitszuführbohrung 21 parallel zur ersten Flüssigkeitszuführbohrung 20, kann aber auch einen anderen Verlauf nehmen und durch eine außerhalb der ersten gemeinsamen Flüssigkeitskammer 15 vorhandene Trennwand 30 Verbindung zur zweiten gemeinsamen Flüssigkeitskammer 17 haben.
Die Größe (der Durchmesser) der zweiten Flüssigkeitszuführbohrung wird entsprechend der Zuführmenge der zweiten Flüssigkeit bestimmt. Diese Bohrung muß nicht unbedingt kreisförmig sein, sondern kann jede beliebige Form, zum Beispiel Rechteckform haben.
Die zweite gemeinsame Flüssigkeitskammer 17 kann ebenfalls durch Abdecken des genuteten Elements 50 mit der Trennwand 30 erzeugt werden. Die zweite gemeinsame Flüssigkeitskammer und die zweiten Flüssigkeitskanäle können durch Aufbringen eines Trockenfilms auf das Substrat, welcher den Rahmen für die zweite gemeinsame Flüssigkeitskammer und die Wände der zweiten Flüssigkeitskanäle bildet, und Zusammenfügen des Substrats 1 mit der Einheit aus dem genuteten Element 50 und der Trennwand 30 erzeugt werden, wie aus 38 ersichtlich ist.
Bei diesem Beispiel wird auf dem Stützelement aus Metall, zum Beispiel aus Aluminium, das mit zahlreichen elektrothermischen Umwandlungselementen als Wärme erzeugende Elemente bestückte Substrat 1 befestigt, wobei die Wärme erzeugenden Elemente dazu dienen, Filmkochen in der Bläschenbildungsflüssigkeit auszulösen und Bläschen in dieser zu erzeugen.
Dazu werden über die leitenden Elektroden 5 zum Beispiel aus Aluminium die Wärme erzeugenden Elemente 2 mit einer Spannung gespeist.
Das Element 50 ist mit zahlreichen Nuten, mit einer Vertiefung und mit zwei Flüssigkeitszuführbohrungen versehen, wo bei nach dem Befestigen der Trennwand 30 an diesem die genannten Nuten die ersten Flüssigkeitskanäle 14 für die Ausstoßflüssigkeit bilden, die Vertiefung als erste gemeinsame Flüssigkeitskammer 15 zum Speisen der ersten Flüssigkeitskanäle 14 mit der Ausstoßflüssigkeit dient, durch die erste Flüssigkeitszuführbohrung 20 die erste gemeinsame Flüssigkeitskammer 15 mit der Ausstoßflüssigkeit und durch die zweite Flüssigkeitszuführbohrung 21 die zweite gemeinsame Flüssigkeitskammer 17 mit der Bläschenbildungsflüssigkeit versorgt wird. Die zweite Flüssigkeitszuführbohrung 21 ist mit einem außerhalb der ersten gemeinsamen Flüssigkeitskammer vorhandenen Kanal verbunden und führt durch die Trennwand 30 in die zweite gemeinsame Flüssigkeitskammer 17, wobei der genannte Kanal beim Versorgen der zweiten gemeinsamen Flüssigkeitskammer mit der Bläschenbildungsflüssigkeit ein Vermischen dieser mit der Ausstoßflüssigkeit verhindert.
Das Substrat 1, die Trennwand 30 und das genutete Element 50 sind so zueinander positioniert, daß die auf dem Substrat angeordneten Wärme erzeugenden Elemente und die beweglichen Element 31 und diese wiederum zu den Flüssigkeitskanälen 14 für die Ausstoßflüssigkeit zueinander ausgerichtet sind. Bei diesem Beispiel ist die zweite Flüssigkeitszuführbohrung im genuteten Element vorhanden, es besteht aber auch die Möglichkeit, entsprechend der erforderlichen Zuführmenge mehrere Einheiten mit einer solchen Bohrung zu versehen. Der Querschnitt der Bohrung 20 zum Zuführen der Ausstoßflüssigkeit und der Querschnitt der Bohrung 21 für die Bläschenbildungsflüssigkeit werden entsprechend der jeweiligen Zuführmenge bestimmt.
Durch Optimierung der Querschnitte dieser Zuführbohrungen können die das genutete Element 50 usw, bildenden Komponenten kompakt ausgeführt werden.
Zur Erhöhung der Anzahl an Ausstoßdüsen sollten mehrere kleine Substrate miteinander kombiniert werden, als nur ein einziges großes Substrat zu verwenden, um das Einbringen der als Düsen dienenden Bohrungen zu erleichtern.
Deshalb werden bei diesem Beispiel zwei Substrate verwendet. Wie 37 zeigt, ist in diesem Fall zwischen den beiden Substraten 1a und 1b ein Spalt 135 vorhanden, durch welchen der vom Bläschen erzeugte Druck entweichen kann. Durch ein in diesen Spalt 135 gefülltes Dichtmittel kann zwar das Entweichen des Drucks verhindert, aber die Oberfläche der in der Nähe dieses Spaltes vorhandenen Wärme erzeugenden Elemente 2 ungleichmäßig werden, so daß auf diesem ein kleineres Bläschen erzeugt wird. Aus diesen und anderen Gründen kann am Ende des Substrats der vom Wärme erzeugenden Element 2 erzeugte Druck nicht ausreichend zum Flüssigkeitsausstoßen beiträgt. Demzufolge ist bei diesem Beispiel das dem Wärme erzeugenden Element am Ende des Substrats entsprechende bewegliche Element 31b anders konfiguriert, um den Bläschendruck effizienter aufzunehmen und dadurch die Ausstoßeffizienz zu verbessern. Genauer ausgedrückt, dieses bewegliche Element ist größer als die anderen beweglichen Elemente ausgeführt. Das heißt, daß die Düsen eine einheitliche Ausstoßcharakteristik zeigen und die am Ende des Substrats ansonsten zu verzeichnende geringere Ausstoßeffizienz mit daraus resultierender lokal geringerer Dichte hier nicht zu erkennen ist.
Bei diesem Beispiel ist zwischen den beiden Trennwänden 30a und 30b ein Spalt 136 vorhanden, welcher auf gleiche Weise zu einem nicht gleichmäßigen Bild beitragen kann. Durch Modifizieren des entsprechenden beweglichen Elements wie oben erwähnt kann die Bildqualität verbessert werden.
Das bewegliche Element kann nicht nur hinsichtlich Größe, sondern auch hinsichtlich Lage des freien Endes oder des Auslenkpunktes modifiziert werden, um die Ausstoßcharakteristik zu ändern. Auch wenn die Ausstoßmenge an einer solchen Stelle größer wird, kann das bewegliche Element auf gleiche Weise modifiziert werden, um überall die gleiche Ausstoßcharakteristik zu erhalten.
Wie bereits erwähnt, wird bei diesem Hintergrundbeispiel eine Verschlechterung der Ausstoßcharakteristik im Grenzbereich der beiden Substrate durch Änderung der Größe der in diesem Bereich angeordneten beweglichen Elemente gegenüber den anderen beweglichen Elementen verhindert.
Hintergrundbeispiel 5
Dieses Beispiel wird in Verbindung mit 39 erläutert. Die Grundkonfiguration dieses Hintergrundbeispiels ist die gleiche wie die des in 37 dargestellten und wird deshalb nicht noch einmal beschrieben.
Bei diesem Hintergrundbeispiel wird die aus den Trennwänden 30a und 30b, d.h. aus dem Spalt 136 zwischen beiden resultierende Ungleichmäßigkeit durch das genutete Element 50 bereinigt. Genauer ausgedrückt, die Ausstoßcharakteristik und die Ausstoßmengen der im Kopf vorhandenen Düsen werden durch Vergrößerung des Querschnitts der neben dem Spalt zwischen den Trennwänden vorhandenen Ausstoßöffnungen 18 einander angeglichen.
Wenn die Ausstoßöffnungen mittels Laserlicht bei Verwendung einer Maske eingebracht werden, ist es einfach, deren Querschnitt unterschiedlich groß auszuführen. Dadurch können Ungleichmäßigkeiten in der Ausstoßcharakteristik korrigiert werden.
Hintergrundbeispiel 6
Nachfolgend wird in Verbindung mit 40 ein weiteres Hintergrundbeispiel erläutert. Die Grundkonfiguration dieses Hintergrundbeispiels ist die gleiche wie die des in 37 dargestellten und wird deshalb nicht noch einmal beschrieben.
Bei diesem Hintergrundbeispiel werden gleiche Ausstoßcharakteristiken dadurch erhalten, daß der Flüssigkeitskanal neben dem Spalt 136 zwischen den beiden Trennwänden 30a und 30b als Ursache für die an dieser Stelle sich ergebende andere Ausstoßcharakteristik mit je einem Wärme erzeugendes Element 2a und 2b bestückt wird.
In diesem Fall kann das Angleichen der Ausstoßcharakteristik durch Ansteuern nur des Elements 2a, des Elements 2b oder beider Elemente zur Erzeugung von Wärme erfolgen.
Hintergrundbeispiel 7
Nachfolgend wird in Verbindung mit den 41A bis 41C ein weiteres Hintergrundbeispiel erläutert. Die in 41A dargestellten Trennwände 30a, 30b entsprechen den in 37 gezeigten. Da beim vorhergehenden Hintergrundbeispiel die beweglichen Elemente 31 alle die gleiche Größe haben, wird am Spalt 136 die Ausstoßmenge kleiner (oder größer), wie aus 41B ersichtlich ist.
Bei diesem Hintergrundbeispiel haben die entsprechenden beweglichen Elemente 31 unterschiedliche Größe, so daß die Ausstoßcharakteristik willkürlich schwankt. Diese Schwankung wird der in 41B dargestellten überlagert, um die in 41C dargestellte zu erhalten.
Eine solche beabsichtigte feine Schwankung kann die Wärme erzeugenden Elemente, welche zum Beispiel durch die in 41B dargestellte große und reguläre Ungleichmäßigkeit leicht erkennbar sind, weniger auffällig machen.
Dieses Hintergrundbeispiel, bei welchem die willkürliche Ungleichmäßigkeit unabhängig von der Stelle, an der diese auftritt, genutzt wird, eignet sich besonders für den Fall, daß die Stelle des Auftretens des Ungleichmäßigkeitsmusters schwer zu spezifizieren ist.
Hintergrundbeispiel 8
Die 42A bis 42E zeigen die Kombination mehrerer Substrate mit einer Trennwand, welche mit mehreren beweglichen Elementen versehen ist, und die relative Verteilung der Ausstoßmenge. Die gesamte Kopfkonfiguration dieses Hintergrundbeispiels entspricht der des Hintergrundbeispiels 6 oder 7.
42A zeigt die Anordnung mehrerer mit Wärme erzeugenden Elementen 2 gleicher Größe (zum Beispiel rechteckig) bestückte Substrate. Wenn in einem solchen Fall auch andere Düsenkomponenten gleich sind, können die neben dem Spalt 136 zwischen benachbarten Substraten vorhandenen Wärme erzeugenden Elemente 2 wegen des Auftretens des Bläschendrucks und des Eindringens des Dichtmittels in diesen Spalt eine geringere Ausstoßmenge verursachen, welche zu der in 42C dargestellten relativen Schwankung führt.
Wenn aber nur die beweglichen Elemente 31 in der Trennwand, welche diesen Wärme erzeugenden Elementen entsprechen, größer ausgeführt werden, kommt es zu der in 42D dargestellten Verteilung der Ausstoßmenge.
Bei einem Kopf mit einer solchen Komponentenkombination heben Ausstoßmengenschwankungen sich gegenseitig auf, so daß die in 42E dargestellte einheitliche Ausstoßmenge sich ergibt und dadurch die Bildqualität verbessert wird.
Bei den beschriebenen Hintergrundbeispielen 4 bis 8 kann die Erzeugung eines verschwommenen Bildes, verursacht zum Beispiel durch Abweichungen in den Ausstoßöffnungen oder Düsen der genuteten Deckplatte oder in den Spalten zwischen benachbarten Trennwänden oder Substraten, verhindert werden, so daß das Ausbringen bei der Kopfherstellung verbessert wird und die Herstellungskosten verringert werden.
Ausstoßflüssigkeit, Bläschenbildungsflüssigkeit
Wie im Beispiel 3 erläutert, ermöglicht die vorliegende Erfindung bei einer Konfiguration mit den beweglichen Elementen 31 im Vergleich mit einem herkömmlichen Flüssigkeitsausstoßkopf das Ausstoßen der Flüssigkeit mit einer größeren Kraft, mit höherer Effizienz und mit einer größeren Geschwindigkeit. Wenn die Bläschenbildungsflüssigkeit und die Ausstoßflüssigkeit gleich sind, können verschiedene Tintenarten verwendet werden, sofern deren Eigenschaften durch die von den Wärme erzeugenden Elementen 2 erzeugten Wärme nicht verschlechtert werden, sofern diese beim Erwärmen kaum Ablagerungen auf den Wärme erzeugenden Elementen verursachen, die von der Wärme bewirkten Zustandsänderungen, d.h. Vergasen und Kondensieren reversieren sowie die Flüssigkeitskanäle, die beweglichen Elemente 31 und die Trennwände 30 nicht beschädigen.
Zu diesen Tinten zählt die in einer herkömmlichen Bläschenstrahldruckvorrichtung verwendete Drucktinte.
Wenn aber ein Kopf mit Zweikanal-Konfiguration gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird und die Bläschenbildungsflüssigkeit und die Ausstoßflüssigkeit sich voneinander unterscheiden, kann als Bläschenbildungsflüssigkeit Methanol, Äthanol, n-Propanol, Isopropanol, n-Hexan, n-Heptan, n-Oktan, Toluol, Xylol, Methylenchlorid, Trichlen, Fleon TF, Fleon BF, Äthyläther, Dioxan, Zyklohexan, Methylazetat, Äthylazetat, Azeton, Methyläthylketon, Wasser oder ein Gemisch aus diesen verwendet werden.
Als Ausstoßflüssigkeit können verschiedene Flüssigkeiten verwendet werden, unabhängig von deren Bläschenbildungseigenschaft oder thermischen Eigenschaften, auch eine Flüssigkeit mit geringer Bläschenbildungseigenschaft, eine Flüssigkeit, welche durch Wärme leicht denaturiert wird oder sich verschlechtert, oder eine stark viskose Flüssigkeit, welche nach dem herkömmlichen Verfahren nur schwer ausgestoßen werden kann.
Durch die Reaktion der Ausstoßflüssigkeit selbst oder dieser Flüssigkeit mit der Bläschenbildungsflüssigkeit werden das Ausstoßen, die Bläschenerzeugung und die Funktion des beweglichen Elements 31 nicht behindert.
Als Ausstoßflüssigkeit für das Drucken kann eine stark viskose Flüssigkeit, ein pharmazeutische Flüssigkeit oder ein Parfüm verwendet werden.
Zum Drucken gemäß der vorliegenden Erfindung wurden die nachfolgend genannten Tinten verwendet, welche als Ausstoßflüssigkeit und als Bläschenbildungsflüssigkeit eingesetzt werden könnten. Da durch die größere Ausstoßkraft die Ausstoßgeschwindigkeit erhöht werden konnte, wird durch die daraus resultierende bessere Auftreffgenauigkeit der Tröpfchen ein qualitativ gutes Druckbild erhalten. Zusammensetzung der Farbtinte (Viskosität 2 cp):

Farbstoff (C.I. Lebensmittelfarbe Schwarz 2 3 Gew. %

Diäthylenglykol 10 Gew. %

Thioglykol 5 Gew. %

Äthanol. 5 Gew. %

Wasser 77 Gew. %
Es wurde auch mit Mischtinte gedruckt, wobei nicht nur eine Tinte mit einer Viskosität von mehr als 10 cp, sondern auch eine Flüssigkeit mit einer sehr hohen Viskosität von 150 cp, welche in einem herkömmlichen Kopf nicht verwendet werden kann, gut ausgestoßen wurde und qualitativ hochwertige Bilder erhalten wurden. Zusammensetzung der Bläschenbildungsflüssigkeiten: Bläschenbildungsflüssigkeit 1:

Äthanol 40 Gew. %

Wasser 60 Gew. %

Bläschenbildungsflüssigkeit 2:

Wasser 100 100 Gew. %

Bläschenbildungsflüssigkeit 3:

Isopropylalkohol 10 Gew. %

Wasser 90 Gew. %

Zusammensetzung der Ausstoßflüssigkeit: Ausstoßflüssigkeit 1 (Pigmenttinte mit ca. 15 cp):

Ruß 5 Gew. %

Styrolakrylisches, äthylsaures 1 Gew. %
Akrylatpolymer (Säurewert 140, durchschnittliches Molekulargeweicht 800)

Monoäthanolamin 0,25 Gew. %

Glyzerin 69 Gew. %

Thiodiglykol 5 Gew. %

Äthanol 3 Gew. %

Wasser 16,75 Gew. %

Ausstoßflüssigkeit 2 (55 cp):

Polyäthylenglykol 200 100 Gew. %
Ausstoßflüssigkeit 3 (150 cp):

Polyäthylenglykol 600 100 Gew. %
Bei Verwendung der letztgenannten Flüssigkeit, welche in einem herkömmlichen Kopf wahrscheinlich sehr schwer ausgestoßen werden kann, führt eine geringe Ausstoßgeschwindigkeit zu starken Richtungsgenauigkeitsschwankungen beim Ausstoßen und somit zu einer schlechten Auftreffgenauigkeit der Tröpfchen auf dem Aufzeichnungspapier. Das instabile Ausstoßen führt auch zu Ausstoßmengenschwankungen. Aufgrund dieser Schwankungen ist die Erzeugung qualitativ hochwertiger Bilder schwierig.
Mit den beschriebenen Beispielen der Kopfkonfiguration kann jedoch bei Verwendung der genannten Bläschenbildungsflüssigkeit stabile Bläschenerzeugung gewährleistet werden. Das führt zu einer Verbesserung der Auftreffgenauigkeit der Tröpfchen und zu einer stabilen Ausstoßmenge, so daß die Qualität der gedruckten Bilder wesentlich verbessert werden kann.
Fertigung des Flüssigkeitsausstoßkopfes
Nachfolgend wird die Fertigung des Flüssigkeitsausstoßkopfes gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Zur Fertigung des in 2 dargestellten Flüssigkeitsausstoßkopfes wird zunächst das Stützelement 34 für das bewegliche Element 31 auf das Substrat 1 zum Beispiel in Form eines Trockenfilms durch Musterbildung aufgebracht, auf diesem durch Kleben oder Schmelzen das bewegliche Element 31 und danach das mit zahlreichen Nuten als Flüssigkeitskanäle, den Ausstoßöffnungen 18 und einer Vertiefung als gemeinsame Flüssigkeitskammer 15 versehene genutete Element so auf dem Elementsubstrat 1 befestigt, daß die Nuten zum jeweiligen beweglichen Element 31 ausgerichtet sind.
Nachfolgend wird die Fertigung des in den 10 und 22 bis 28 dargestellten Zweikanal-Flüssigkeitsausstoßkopfes beschrieben.
Kurz gesagt, als erstes werden auf dem Elementsubstrat 1 die Wände für die zweiten Flüssigkeitskanäle 16 geformt, danach wird auf diese die Trennwand 30 gelegt und anschließend das mit Nuten als erste Flüssigkeitskanäle 14 versehene Element 50 montiert. Es besteht aber auch die Möglichkeit, die Trennwand 30 am Nutelement 50 zu befestigen und dieses zusammen mit der Trennwand auf die bereits geformten Wände der zweiten Flüssigkeitskanäle 16 zu montieren.
Nachfolgend wird auf die Vorbereitung der zweiten Flüssigkeitskanäle detailliert eingegangen.
Die 29A bis 29E zeigen schematisch ein erstes Beispiel der Fertigung des Flüssigkeitsausstoßkopfes gemäß der vorliegenden Erfindung, dargestellt als Schnittansicht.
Wie 1A zeigt, wurden bei diesem Beispiel auf dem Elementsubstrat (Siliziumwafer) 1 nach einem Verfahren ähnlich dem Halbleiterherstellungsverfahren elektrothermische Umwandlungselemente einschließlich Wärme erzeugenden Elementen 2 aus Hafniumborid oder Titannitrid erzeugt. Danach wurde das Elementsubstrat 1 gespült, um für das im folgenden Schritt aufzubringende lichtempfindliche Harz ein besseres Haften zu erreichen. Ein noch besseres Haften wurde durch Ultraviolettbehandlung unter leicht ozonhaltiger Atmosphäre und somit durch Modifizieren der Oberfläche des Elementsubstrats 1 und anschließendem Spinbeschichten mit einer durch Verdünnen eines Silankoppelagenz (A189 von Nippon Unike Co.) mit Äthylalkohol auf 1 Gew. % erhaltenen Flüssigkeit erreicht.
Nach erneutem Spülen des Elementsubstrats 1 mit nunmehr besserer Haftfähigkeit wurde auf dieses ein gegen UV-Licht empfindlicher Trockenfilm TF (Trockenfilm Ordil SY-318 von Tokyo Ohka, Co.) laminiert, wie in 29B dargestellt.
Danach wurde auf den Trockenfilm TF eine Photomaske PM gelegt, über welche das Bestrahlen des Elementsubstrats 1 mit ultraviolettem Licht erfolgte, um die Wände für die zweiten Flüssigkeitskanäle zu erhalten, wie in 29C dargestellt. Das Belichten erfolgte mit einer Belichtungsvorrichtung MPA-600 von Canon Co. mit einer Belichtungsstärke von 600 mJ/cm².
Anschließend wurde der Trockenfilm TF mit einem Entwickler (BMRC-3 von Tokyo Ohka Co.), d.h. einem Gemisch aus Xylol und Butylzellusolveazetat entwickelt, um die nicht belichteten Abschnitte aufzulösen und die belichteten und somit gehärteten Abschnitte als Wände der zweiten Flüssigkeitskanäle 16 stehen zu lassen. Der auf dem Elementsubstrat 1 verbliebene Rest wurde in einer Sauerstoffplasma-Veraschungsvorrichtung (MAS-8oo von Alcantec Co.) 90 Sekunden behandelt und dabei entfernt. Danach erfolgte eine 2-Stunden-Ultraviolettlichtbehandlung bei 150 °C mit einer In tensität von 100 mJ/cm², um die belichteten Abschnitte vollständig auszuhärten. Diese Vorgänge sind in 29D schematisch dargestellt.
Dieses Verfahren ermöglicht gleichmäßige und präzise Erzeugung der zweiten Flüssigkeitskanäle auf den zahlreichen, aus dem Siliziumwafer zu schneidenden Heizleiterplatten (Elementsubstraten 1). Das Trennen des Siliziumsubstrats in die entsprechenden Heizleiterplatten 1 erfolgte auf einer Würfelschneidvorrichtung (AWD-4000 von Tokyo Seimitsu Co.) mit einer 0,05 mm dicken Diamantscheibe. Die einzelnen Heizleiterplatten wurden mit einem Kleber (SE4400ß von Toray Co.) auf der Aluminiumgrundplatte 70 befestigt (siehe 24). Danach wurden die Heizleiterplatten 1 über Aluminiumdrähte (nicht dargestellt) mit einem Durchmesser von 0,05 mm an die bereits vorher auf die Aluminiumgrundplatte 70 aufgebrachte gedruckte Verdrahtungsschaltung 71 angeschlossen.
Auf die so erhaltene Heizleiterplatte 1 wurde das genutete Element 50 mit daran befestigter Trennwand 30 ausgerichtet zu dieser montiert. Genauer ausgedrückt, nach dem Befestigen des genuteten Elements 50 mit daran befestigter Trennwand 30 an der Heizleiterplatte 1 mit einer Feder wurde die so erhaltene Bläschenerzeugung/Ausstoß-Einheit auf die Aluminiumgrundplatte 70 geklebt und danach wurden die Spalte zwischen den Aluminiumdrähten und zwischen dem genuteten Element 50, der Heizleiterplatzte 1 und der Bläschenerzeugung/Ausstoß-Einheit mit einem Silikondichtmittel (TSE399 von Toshiba Silicone Co.) abgedichtet.
Dieses Verfahren ermöglicht präzise Erzeugung der zweiten Flüssigkeitskanäle ohne positionelle Abweichung zu jeder Heizleiterplatte. Auf gleiche Weise wird beim Ankleben der Trennwand 30 an das genutete Element 50 eine präzise posi tionelle Übereinstimmung zwischen den ersten Flüssigkeitskanälen 14 und den beweglichen Elementen 31 erzielt.
Durch ein solches sehr präzises Fertigungsverfahren wird das Flüssigkeitsausstoßen stabilisiert und die Druckqualität verbessert. Die Verwendung eines Wafers ermöglicht die Fertigung in großen Mengen bei niedrigen Kosten.
Bei diesem Beispiel wurden die zweiten Flüssigkeitskanäle durch Verwendung eines unter Ultraviolettlicht aushärtenden Trockenfilms erzeugt, jedoch können diese auch durch Laminieren und Aushärten eines Kunstharzes mit einem im Ultraviolettbereich von 248 nm liegenden Absorptionsband und direktes Abtragen von Material mit einem Excimerlaser erzeugt werden.
Die 30A bis 30D zeigen schematisch ein zweites Beispiel der Fertigung eines Flüssigkeitsausstoßkopfes gemäß der vorliegenden Erfindung, dargestellt als Schnittansicht.
Wie aus 30A ersichtlich ist, wurde auf ein Substrat 100 aus nichtrostendem Stahl ein Photoresist mit einer Dicke von 15 μm in Form der zweiten Flüssigkeitskanäle aufgebracht.
Danach wurde das Substrat 100 elektroplattiert, um eine Nickelschicht mit einer Dicke von 15 μm auf diesem abzulagern. Das Plattierbad enthielt Nickelsulfamat, ein Spannungsreduziermittel (Zero-all von World Metal Co.), ein Mittel zur Verhinderung von Pittingbildung (NP-APS von World Metal Co.) und Nickelchlorid. Zur Durchführung des Elektroplattierens wurde an eine Seite des Substrats die Anode und an die mit dem Muster versehene Gegenseite des Substrats die Kathode der Spannungsquelle geklemmt, wobei die Badtemperatur 50 °C und die Stromdichte 5A/cm² betrug. Dieser Schritt ist in 30B dargestellt.
Nach dem Elektroplattieren wurde das Substrat 100 Ultraschallschwingungen ausgesetzt, um von den Abschnitten, in welchen die zweiten Flüssigkeitskanäle erzeugt werden sollen, die Nickelschicht 102 abzulösen, dargestellt in 30C.
Die Heizleiterplatten mit den elektrothermischen Umwandlungselementen wurden nach einem Verfahren ähnlich dem Halbleiterherstellungsverfahren auf einem Siliziumwafer erzeugt, welcher dann wie beim vorhergehenden Beispiel mit einer Würfelschneidvorrichtung zu den entsprechenden Heizleiterplatten getrennt wurde. Die Heizleiterplatte 1 wurde auf die bereits mit der Verdrahtung bedruckte Aluminiumgrundplatte 70 geklebt und an die Aluminiumdrähte (nicht dargestellt) angeschlossen. Danach wurde die Nickelschicht 102 mit den im vorhergehenden Schritt erzeugten zweiten Flüssigkeitskanälen zu den Wärme erzeugenden Elementen ausgerichtet und befestigt, wie in 30D dargestellt. Die Nickelschicht muß nur ganz leicht angeklebt werden, um ein positionelles Verschieben an der Klebstelle der Deckplatte zu verhindern, da die Deckplatte und die Trennwand wie im ersten Beispiel in einem der vorhergehenden Schritte mit einer Feder zusammengefügt wurden.
Bei diesem Beispiel erfolgte das Ausrichten und Fixieren durch Beschichten mit einem unter ultraviolettem Licht aushärtenden Kleber (Amicon UV-300 von Grace Japan Co.) und anschließende Ultraviolettbestrahlung mit einer Stärke von 100 mJ/cm über 3 Sekunden in einer UV-Bestrahlungsvorrichtung.
Das bei diesem Beispiel angewandte Verfahren ermöglicht die Fertigung eines gegen alkalische Flüssigkeiten beständigen Kopfes, da die Flüssigkeitskanalwände aus Nickel geformt werden, wobei ein weiterer Vorteil darin besteht, daß die zweiten Flüssigkeitskanäle präzis erzeugt werden können und von den Wärme erzeugenden Elementen 2 positionell nicht abweichen.
Die 31A bis 31D zeigen schematisch ein drittes Beispiel der Fertigung eines Flüssigkeitsausstoßkopfes gemäß der vorliegenden Erfindung.
Bei diesem Beispiel wurden beide Seiten eines mit Justierbohrungen oder Markierungen 100a versehenen Substrats 100 aus nichtrostendem Stahl mit einer Dicke von 15 μm mit einem Photoresist 1030 (PMERP-AP900 von Tokyo Ohka Co.) beschichtet, wie in 31A dargestellt.
Durch die Justierbohrung 100a wurde mit einer Belichtungsvorrichtung (MPA-600 von Canon K.K.) bei einer Belichtungsstärke von 800 mJ/cm² in den Abschnitten, in welchen die zweiten Flüssigkeitskanäle entstehen sollen, das Resist 1030 entfernt, wie aus 31B ersichtlich ist.
Danach wurde das Substrat 100 mit dem auf beiden Seiten noch vorhandenen Resist in eine Ätzlösung (wäßrige Lösung aus Eisenchlorid oder Kupferchlorid) getaucht, um die vom Resist befreiten Abschnitte abzuätzen, und anschließend das restliche Resist abgestreift, wie aus 31C ersichtlich ist.
Danach wurde auf gleiche Weise wie bei den vorhergehenden Beispielen das geätzte Substrat 1 ausgerichtet auf der Heizleiterplatte 1 befestigt, um einen mit den zweiten Flüssig keitskanälen 16 versehenen Flüssigkeitsausstoßkopf zu erhalten.
Das bei diesem Beispiel angewandten Verfahren ermöglicht präzise Erzeugung der zweiten Flüssigkeitskanäle 16 ohne Abweichung bezüglich der Wärme erzeugenden Elemente und die Herstellung eines zuverlässigen Flüssigkeitsausstoßkopfes, welcher aufgrund des Fakts, daß die Flüssigkeitskanalwände aus nichtrostendem Stahl bestehen, gegen saure und alkalische Flüssigkeiten beständig ist.
Wie bereits erläutert, ermöglicht das bei diesem Beispiel angewandte Verfahren auch ein präzises Ausrichten der elektrothermischen Umwandlungselemente zu den zweiten Flüssigkeitskanälen, da die Kanalwände bereits vorher auf dem Elementsubstrat 100 erzeugt wurden. Da die zweiten Flüssigkeitskanäle vor dem Trennen eines Wafers auf zahlreichen Elementsubstraten gleichzeitig erzeugt werden können, ist die Fertigung der Flüssigkeitsausstoßköpfe in großen Stückzahlen bei geringen Kosten möglich.
Ein auf diese Weise gefertigter Flüssigkeitsausstoßkopf kann den Druck des vom elektrothermischen Umwandlungselement erzeugten Bläschens effektiv aufnehmen und aufgrund des präzisen Ausrichtens der Wärme erzeugenden Elemente 2 zu den zweiten Flüssigkeitskanälen Flüssigkeit mit hoher Effizienz ausstoßen.
32 zeigt im Blockschaltbild die gesamte Vorrichtung zur Durchführung des Tintenstrahldruckens bei Verwendung des Flüssigkeitsausstoßkopfes und Nutzung des Flüssigkeitsausstoßverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung.
Von einem Hauptcomputer 300 werden die Druckinformationen in Form eines Steuersignals an die Aufzeichnungsvorrichtung gesendet. Die Druckinformationen werden vorübergehend in der Eingabeschnittstelle 301 der Vorrichtung gespeichert und gleichzeitig in die von der Vorrichtung verarbeitbaren Daten umgewandelt, welche an die als Kopftreibersignaleinheit dienende CPU 302 gesendet werden. Die CPU 302 verarbeitet nach einem im ROM 303 gespeicherten Steuerprogramm unter Nutzung einer peripheren Einheit in Form eines RAM 304 die empfangenen Daten und wandelt diese in Druckdaten (Bilddaten) um.
Von der CPU 302 werden auch die Steuerdaten für das Steuern eines Blattvorschubmotors und des Druckkopfes synchron zu den Bilddaten erzeugt, um die Druckdaten an den entsprechenden Stellen auf dem Druckblatt in Druckpunkte umzusetzen. Die Bilddaten werden über einen Kopftreiber 307 an einen Kopf 200 und die Motorsteuerdaten über einen Motortreiber 305 an einen Antriebsmotor 306 gesendet, um diese zur Erzeugung eines Bildes in entsprechender Taktfolge anzusteuern.
Zu den Druckmedien, welche in einer solchen Druckvorrichtung verwendet werden können und die ausgestoßene Flüssigkeit in Form von Tinte aufnehmen, zählen verschiedene Papiersorten, ein OHP-Blatt, Plaste in Form von Kompaktdisketten oder dekorativen Platten, Textilien, Metalle wie Aluminium und Kupfer, Rinds-, Schweins- und Kunstleder, Edelholz, Sperrholz, Bambus, Keramik in Form von Fliesen und dreidimensionale Materialien wie Schwämme.
Zu den beschriebenen Druckvorrichtungen zählen Drucker zum Drucken auf verschiedenen Papieren und auf einem OHP-Blatt, Vorrichtungen zum Drucken auf Kunstharz in Form von Kompaktdisketten, Vorrichtungen zum Drucken auf Metall, Vorrichtungen zum Drucken auf Leder, Vorrichtungen zum Drucken auf Ke ramik, Vorrichtungen zum Drucken auf dreidimensionalen Schaumstoffen in Form von Schwämmen und Vorrichtungen zum Drucken auf Textilien.
Die in einer solchen Flüssigkeitsausstoßvorrichtung zu verwendende Flüssigkeit kann in Abhängigkeit vom Druckmedium und von den Druckbedingungen ausgewählt werden.
Drucksystem
Nachfolgend wird ein Beispiel eines Tintenstrahldrucksystems beschrieben, in welchem der Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß der vorliegenden Erfindung zum Drucken auf einem Druckmedium verwendet wird.
33 zeigt schematisch den Aufbau eines Tintenstrahldrucksystems, in welchem Flüssigkeitsausstoßköpfe 201a -201d gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden, wobei diese vier Köpfe für die Farbtinte Gelb (Y), Magenta (M), Zyan (C) bzw. Schwarz (Bk) als Ganzzeilenköpfe ausgeführt sind, über die der Druckbreite des Druckmediums entsprechende Länge, d.h. in Y-Richtung über die gesamte druckbare Breite des Druckmediums mit zahlreichen Ausstoßöffnungen in einer Dichte von 14/mm (360 dpi) versehen sind und in X-Richtung in bestimmten Abständen zueinander an einem Halter 202 befestigt sind.
Diese vier Köpfe 201a – 201d werden von einem als Steuersignalsendeeinheit dienenden Kopftreiber 307 durch Steuersignale angesteuert.
Diese vier Köpfe 201a – 201d werden vom entsprechenden der vier Tintenbehälter 204a – 204d mit Ausstoßtinte Y, M, C bzw. Bk versorgt.
Unter den Köpfen 201a – 201d ist die entsprechende der vier Kappen 203a – 203d angeordnet, welche mit einem Tintenabsorptionsmaterial in Form eines Schwamms bestückt sind und in druckfreien Perioden zur Durchführung von Wartungsarbeiten die Ausstoßöffnungen des entsprechenden Kopfes abdecken.
Von einem Transportband 206 wird das Druckmedium transportiert. Dieses über mehrere Walzen geführte Transportband 206 wird von einer an den Motortreiber 305 angeschlossenen Antriebswalze angetrieben.
Dieses als Beispiel dienende Drucksystem ist mit einer Vorbehandlungseinheit 251 und einer Nachbehandlungseinheit 252 ausgerüstet, wobei in Transportrichtung des Druckmediums gesehen die Einheit 251 zur Vorbehandlung des Druckmediums vor der Druckeinheit und die Einheit 252 zur Nachbehandlung des Druckmediums hinter der Druckeinheit angeordnet ist.
Die Vor- und Nachbehandlung sind von der Art des Druckmediums und der Tintenart abhängig. Zum besseren Haften der Tinte auf Metall, Plasten und Keramik kann deren Oberfläche durch eine Ultraviolett- und Ozonbestrahlung aktiviert werden. An einem Druckmedium wie Plast, welches statische Elektrizität erzeugt, kann Staub haften bleiben und das Drucken beeinträchtigen. In einem solchen Fall sollte zum Ableiten der statischen Elektrizität vom Druckmedium eine Ionisiereinheit als Vorbehandlungseinheit verwendet werden, um ein Ablagern von Staub auf dem Druckmedium zu verhindern. Zum Bedrucken von Textilien können diese mit einer alkalischen Substanz, einer wasserlöslichen Substanz, einem synthetischen Polymer, einem wasserlöslichen Metallsalz, mit Harnstoff oder Thioharnstoff vorbehandelt werden. Das Vorbehandeln ist jedoch nicht auf die erwähnten Verfahren beschränkt, sondern kann auch Verfahren sein, welches das Druckmedium auf einer für das Drucken geeigneten Temperatur hält.
Zum Nachbehandeln zählen eine Wärmebehandlung oder eine Ultraviolettbestrahlung zum Beschleunigen des Fixierens und eine Waschbehandlung zum Entfernen von Material, welches bei einer Vorbehandlung auf das Druckmedium aufgetragen wurde und keine Reaktion eingegangen ist.

Claims

Flüssigkeitsausstoßkopf mit zahlreichen Ausstoßöffnungen (18), zahlreichen an die entsprechende der Ausstoßöffnungen (18) direkt angeschlossenen ersten Flüssigkeitsströmungskanälen (14), zahlreichen an den entsprechenden der ersten Flüssigkeitsströmungskanäle (14) angeschlossenen zweiten Flüssigkeitsströmungskanälen (16), welche mit je einem Wärme erzeugenden Element (2) zur Erzeugung von Wärme und somit zur Erzeugung eines Bläschens in der umgebenden Flüssigkeit bestückt sind, zahlreichen zwischen dem entsprechenden der ersten Flüssigkeitsströmungskanäle (14 )und dem entsprechenden der zweiten Flüssigkeitsströmungskanäle (16) angeordneten beweglichen Elementen (31), welche durch den Druck des bei Aktivierung des entsprechenden Wärme erzeugenden Elements (2) gebildeten Bläschens in den entsprechenden der ersten Flüssigkeitsströmungskanäle (14) ausgelenkt werden, wobei der Kopf aufweist: ein mit zahlreichen ersten Vertiefungen als erste Flüssigkeitsströmungskanäle (14) versehenes Nutelement (50), zahlreiche mit einem Wärme erzeugenden Element (2) bestückte und mit Seitenwänden (72) zur Erzeugung der zweiten Flüssigkeitsströmungskanäle (16) versehene Elementsubstrate (1), ein Stützelement (70) zum Stützen der Elementsubstrate (1) auf die Weise, daß die zahlreichen Wärme erzeugenden Elemen te (2) zu den zahlreichen im Nutelement (50) vorhandenen ersten Vertiefungen ausgerichtet sind, und zahlreiche mit einem beweglichen Element (31) versehene Trennwände (33), wobei durch Verbinden der Elementsubstrate (1) mit dem Nutelement (50) über die Trennwände (30) die ersten Flüssigkeitsströmungskanäle (14) und die zweiten Flüssigkeitsströmungskanäle (16) gebildet werden und die Trennwände mit den Seitenwänden (72) der zweiten Flüssigkeitsströmungskanäle verbunden sind und wobei die Trennwände (30) zu den Elementsubstraten (1) so versetzt sind, daß ein Spalt (601) zwischen benachbarten paarigen Elementsubstraten (1) von einer Trennwand (30) überbrückt wird.
Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß Anspruch 1, wobei die Anzahl an Anstoßöffnungen (18) 500 oder mehr beträgt.
Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß Anspruch 1, wobei die Ausstoßöffnungen (18) über die gesamte Breite der Druckfläche eines Druckmediums rechtwinklig zu dessen Transportrichtung angeordnet sind.
Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß Anspruch 1, wobei in Flüssigkeitsströmungsrichtung gesehen das freie Ende (32) jedes der beweglichen Elemente (31) sich hinter der Flächenmitte (3) des entsprechenden Wärme erzeugenden Elements (2) befindet.
Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß Anspruch 1, wobei das Nutelement (50) außerdem mit einem ersten Zuführkanal (20) zum Einleiten von Flüssigkeit in eine erste gemeinsame Flüssigkeitskammer (15) und einem zweiten Zuführkanal (21) zum Ein leiten von Flüssigkeit in eine zweite gemeinsame Flüssigkeitskammer (17) versehen ist.
Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß Anspruch 5, wobei der zweite Zuführkanal (21) in mehreren Einheiten vorhanden ist.
Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß Anspruch 5, wobei der Querschnitt des ersten und des zweiten Zuführkanals (20, 21) proportional ist der Zuführmenge der entsprechenden Flüssigkeit.
Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß Anspruch 1, wobei die dem ersten Flüssigkeitsströmungskanal (14) zugeführte Flüssigkeit sich von der dem zweiten Flüssigkeitsströmungskanal (16) zugeführten Flüssigkeit unterscheidet.
Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß Anspruch 8, wobei die dem zweiten Flüssigkeitsströmungskanal (16) zugeführte Flüssigkeit entweder geringere Viskosität, geringere Bläschenerzeugungseigenschaft oder geringere thermische Stabilität als die dem ersten Flüssigkeitsströmungskanal (14) zugeführte Flüssigkeit hat.
Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß Anspruch 1, wobei jedes der Wärme erzeugenden Elemente (2) ein mit einem Widerstand zur Erzeugung von Wärmeenergie bei Empfang eines elektrischen Signals versehenes elektrothermisches Umwandlungselement ist.
Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß Anspruch 10, wobei zum elektrothermischen Umwandlungselement ein auf dem Wärmeerzeugungswiderstand aufgebrachter Schutzfilm gehört.
Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß Anspruch 10, wobei das Elementsubstrat (1) mit Verdrahtungselektroden (5) zur Übertragung des elektrischen Signals an das elektrothermische Umwandlungselement und mit einem Funktionalelement zum selektiven Senden des elektrischen Signals an das elektrothermische Umwandlungselement bestückt ist.
Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß Anspruch 1, wobei der zweite Flüssigkeitsströmungskanal (16) in dem Abschnitt, in welchem die Bläschenerzeugung stattfindet oder das Wärme erzeugende Element (2) angeordnet ist, die Form einer Kammer hat.
Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß Anspruch 1, wobei der zweite Flüssigkeitsströmungskanal (16) eine vor der Bläschenerzeugungsfläche (11) oder dem Wärme erzeugenden Element (2) liegende Drosselstelle (19) einschließt.
Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß Anspruch 1, wobei der Abstand zwischen dem entsprechenden beweglichen Element (31) und der Oberfläche des Wärme erzeugenden Elements (2) 30 μm oder weniger beträgt.
Flüssigkeitsausstoßvorrichtung, welche einen Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß Anspruch 1 und eine Antriebssignalsendeeinheit zum Senden eines Steuersignals an den Flüssigkeitsausstoßkopf zwecks Ausstoßens von Flüssigkeit aus diesem aufweist.
Flüssigkeitsausstoßvorrichtung, welche einen Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß Anspruch 1 und eine Druckmediumtransporteinheit zum Transportieren eines Druckmediums für die Aufnahme der aus dem Flüssigkeitsausstoßkopf ausgestoßenen Flüssigkeit aufweist.
Flüssigkeitsausstoßvorrichtung gemäß Anspruch 16 oder 17 zum Farbdrucken durch Ausstoßen von Druckflüssigkeiten unterschiedlicher Farbe aus dem Flüssigkeitsausstoßkopf auf ein Druckmedium.
Flüssigkeitsausstoßvorrichtung gemäß Anspruch 16 oder 17, wobei die zahlreichen Ausstoßöffnungen (18) über die gesamte druckbare Breite eines Druckmediums angeordnet sind.
Drucksystem, welches aufweist: eine Flüssigkeitsausstoßvorrichtung gemäß Anspruch 16 oder 17 und eine Nachverarbeitungseinheit (252) zum Beschleunigen des Fixierens der Flüssigkeit auf einem Druckmedium nach dem Drucken.
Drucksystem, welches aufweist: eine Flüssigkeitsausstoßvorrichtung gemäß Anspruch 16 oder 17 und eine Vorbereitungseinheit 251) zum Präparieren des Druckmediums vor dem Drucken zwecks Verbesserung des Fixierens der Flüssigkeit auf dem Druckmedium.
Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß Anspruch 1, welcher gleichmäßiges Ausstoßen von Flüssigkeit aus allen in diesem vorhandenen Ausstoßöffnungen (18) durch Variieren mindestens einer der nachfolgenden Bedingungen mindestens im Grenzbereich zwischen benachbarten Elementsubstraten (1) nm gewährleistet: Anzahl, Dimension oder Lage der Wärme erzeugenden Elemente (2) zur Erzeugung eines Bläschens (40), Dimension oder Lage der beweglichen Elemente (31), Dimension der Ausstoßöffnungen (18) oder Dimension oder Form der ersten oder der zweiten Flüssigkeitsströmungskanäle (14 bzw. 16), in welchen die entsprechende Flüssigkeit strömt.