DE69730783T2

DE69730783T2 - Flüssigkeitsausstossverfahren, Flüssigkeitsausstosskopf, Kopfkassette für einen solchen Flüssigkeitsausstosskopf und Flüssigkeitsstrahlvorrichtung

Info

Publication number: DE69730783T2
Application number: DE69730783T
Authority: DE
Inventors: Hiroyuki Ohta-ku Ishinaga; Hiroyuki Ohta-ku Sugiyama; Toshio Ohta-ku Kashino; Sadayuki Ohta-ku Sugama
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1996-07-12
Filing date: 1997-07-11
Publication date: 2005-02-10
Anticipated expiration: 2017-07-12
Also published as: US6457816B1; AU2859697A; EP0819534A3; DE69730783D1; CN1165426C; CA2210267C; CN1175505A; EP0819534B1; CA2210267A1; EP0819534A2; JP3372827B2; JPH1076656A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Flüssigkeitsausstoßkopf zum Ausstoßen einer gewünschten Flüssigkeit, indem Wärmeenergie auf Flüssigkeit einwirkt, um Blasen zu erzeugen, eine Kopfkassette, die einen solchen Flüssigkeitsausstoßkopf verwendet, und eine Flüssigkeitsstrahlvorrichtung.
Insbesondere betrifft die vorliegende erfindung einen Flüssigkeitsausstoßkopf, der mit beweglichen Elementen versehen ist, die unter Ausnutzung der Erzeugung von Blasen verlagerbar sind, eine Kopfkassette, die einen solchen Flüssigkeitsausstoßkopf verwendet, und eine Flüssigkeitsstrahlvorrichtung.
Die vorliegende Erfindung ist auch auf einen Drucker zum Aufzeichnen auf einem Aufzeichnungsmed im anwendbar, wie z. B. Papier, Faden, Gewebe, Stoff, Leder Kunststoff, Glas, Holz oder Keramikmaterialien, und auf den Kopiergerät, ein Faksimilegerät, das mit Kommunikationsystemen versehen ist, ein Textverarbeitungssystem und andere Geräte, die dafür eine Druckereinheit aufweisen. Ferner ist die vorliegende Erfindung auf ein Aufzeichnungssystem zu industriellen Verwendung anwendbar, welches mit verschiedenen Verarbeitungsgeräten komplex kombiniert ist.
An dieser Stelle bedeutet der Ausdruck Aufzeichnen" in der Beschreibung der vorliegenden Erfindung nicht nur die Übertragung von Bildern, die Zeichen, Graphikelemente oder eine andere aussagefähige Darstellung aufweisen, sondern auch die Übertragung jener Bilder, die keine besondere Bedeutung aufweisen, wie z. B. Muster.
Bemerkungen zum Stand der Technik
Es ist das sogenannte Bubble-Jet-Aufzeichnungsverfahren bekannt, welches ein Tintenstrahl-Aufzeichnungsverfahren ist, in dem zum Erzeugen von Bildern auf einem Aufzeichnungsmedium durch Ausstoßen von Tinte aus Ausstoßöffnungen unter Ausnutzung der Wirkkraft, die durch die Zustandsänderung von Tinte ausgeübt ist, welche durch die plötzlichen Volumenänderungen (Erzeugung von Blasen) hervorgerufen sind, wenn Wärmeenergie oder dergleichen in Tinte gemäß Aufzeichnungssignalen eingebracht wird. Für die Aufzeichnungsvorrichtung, die das Bubble-Jet-Aufzeichnungsverfahren anwendet, ist es allgemein üblich, wie in den Beschreibungen des US-Patents Nr. 4 723 129 und anderen Patenten offenbart, die Ausstoßöffnungen vorzusehen, welche Tinte ausstoßen, die Tintenkanäle, die mit den Ausstoßöffnungen leitend verbunden sind, und Elektrizität-Wärme-Umwandlungselemente, die in jedem der Tintenkanäle als Mittel zur Erzeugung von Energie zum Ausstoßen von Tinte angeordnet sind.
Gemäß einem solchen Aufzeichnungsverfahren ist es möglich, Bilder hoher Qualität bei hohen Geschwindigkeiten unter geringer Geräuschentwicklung aufzuzeichnen. Gleichzeitig ermöglicht der Kopf, der dieses Aufzeichnungsverfahren ausführt, die Ausstoßöffnungen zum Ausstoß von Tinte in hoher Dichte anzuordnen, wobei der hervorragende Vorteil unter vielen anderen vorliegt, daß Farbbilder in hoher Auflösung aufgezeichnet werden können, und daß Farbbilder unter Verwendung eines kleineren Geräts auf leichte Weise erzielt werden können. In den letzten Jahren wurde daher das Bubble-Jet-Aufzeichnungsverfahren für viele Arten von Büroausrüstungen weit verbreitet übernommen, wie z. B. ein Drucker, ein Kopiergerät und ein Faksimilegerät. Ferner wird dieses Aufzeichnungsverfahren selbst für industrielle Systeme genutzt, wie z. B. ein Textildrucksystem unter anderen.
Mit der breiteren Anwendung von Bubble-Jet-Technologien und Techniken für verschiedene Produkte in vielen unterschiedlichen Bereichen sind in den letzten Jahren die Anforderungen gestiegen, wie nachstehend angegeben ist.
Z. B. wurde hinsichtlich der Forderung zur Erhöhung des Ausstoßwirkungsgrads die Einstellung der Dicke der Schutzschicht untersucht, um das Leistungsvermögen der Wärmeerzeugungselemente zu optimieren. Eine Untersuchung der Art hat Wirkung auf die Erhöhung des Übertragungswirkungsgrads der erzeugten Wärme auf die Flüssigkeiten gezeigt.
Um Bilder hoher Qualität zu erzielen, ist eine Ansteuerbedingung vorgeschlagen, unter welcher ein Verfahren zum Ausstoßen von Flüssigkeit oder dergleichen eingerichtet ist, die Ausführung von guten Tintenausstößen mit höheren Tintenausstoßgeschwindigkeiten bei mehr stabilisierter Blasenerzeugung zu ermöglichen. Auch vom Gesichtspunkt einer Hochgeschwindigkeitsaufzeichnung ist der verbesserte Aufbau von Flüssigkeitsströmungskanälen vorgeschlagen worden, die es ermöglichen, einen Flüssigkeitsausstoßkopf zu erzielen, der die Wiederauffüllung von Flüssigkeit in den Flüssigkeitsströmungskanälen mit höheren Geschwindigkeiten erreicht, um die Flüssigkeit bereitzustellen, die ausgestoßen worden ist.
Von den verschiedenen Ausbildungen von vorgeschlagenen Flüssigkeitsströmungskanälen ist der Aufbau von Flüssigkeitsströmungskanälen in der Beschreibung der Japanischen Offenlegungsschrift Nr. 63-199972 offengelegt, wie in 47A und 47B gezeigt ist. Der Aufbau der Flüssigkeitsströmungskanäle und das Verfahren zur Herstellung sind in deren Beschreibung offenbart, wobei Rückwellen Beachtung gefunden haben (der Druck, der entgegengesetzt zu der Richtung zu den Ausstoßöffnungen gerichtet ist, d. h. der Druck, der in die Richtung der Flüssigkeitskammer ausgeübt wird). Die Rückwellen sind als Energieverlust bekannt, weil eine solche Energie nicht in der Ausstoßrichtung ausgeübt wird.
Der Aufbau, der in 47A und 47B gezeigt ist, offenbart ein Ventil 55, welches von dem Blasenerzeugungsbereich beabstandet ist, der durch das Wärmeerzeugungselement 2 ausgebildet ist, und welcher auf der Seite entgegengesetzt zu der Ausstoßöffnung 18 in bezug auf das Wärmeerzeugungselement 2 angeordnet ist.
Wie in 47B gezeigt, ist dieses Ventil 55 in dessen Ausgangsposition eingestellt, in der es an die Decke des Flüssigkeitsströmungskanals 10 durch ein Herstellungsverfahren, das ein Plattenmaterial oder dergleichen nutzt, angeklebt ist. In der Offenlegung wird das Ventil beschrieben, daß es veranlaßt wird, bei der Erzeugung der Blase in den Flüssigkeitsströmungskanal 10 herabzuhängen. Es wird in der Offenlegungsschrift auch darauf Bezug genommen, daß der Aufbau so ausgelegt ist, die vorstehend erwähnten Druckwellen teilweise durch die Anordnung des Ventils 55 zu steuern, um den Energieverlust zu verringern.
In bezug auf den offenbarten Aufbau sollte jedoch klar sein, daß die teilweise Unterdrückung der Druckwellen mittels des Ventils 55 für den Flüssigkeitsausstoß nicht praktisch ist, wenn Untersuchungen zu dem Zustand ausgeführt sind, unter welchen die Blasen in dem Flüssigkeitsströmungskanal erzeugt sind, der die Ausstoßflüssigkeit darin vorhält.
Grundlegend sind die Rückwellen selbst nicht direkt in Bezug auf den vorstehend beschriebenen Ausstoß. Von den Drücken, die durch die Blase ausgeübt werden, haben jene, die direkten Bezug auf den Ausstoß haben, bereits auf die Flüssigkeit so eingewirkt, daß die Flüssigkeit in dem Ausstoßzustand aus dem Flüssigkeitsströmungskanal ist, in dem Augenblick, in dem die Rückwellen in dem Strömungskanal erzeugt sind, wie in 47B gezeigt ist. Selbst wenn die Rückwellen unterdrückt werden, wird daher klar, daß kein signifikanter Einfluß auf den Flüssigkeitsausstoß ausgeübt wird, ganz zu schweigen von der teilweisen Unterdrückung der Rückwellen.
Auch in der Beschreibung der Japanischen Offenlegungsschrift Nr. 63-199972 ist ein Kopfaufbau offenbart. Dieser Kopf weist ein hervorragendes Frequenzansprechverhalten durch Verbesserung der Wiederauffüllung der Aufzeichnungsflüssigkeit auf. Gemäß dieser Offenlegungsschrift ist ein Nebenströmungskanal angeordnet, und dieser Kanal ist mit der entsprechenden Düse in der Nähe der Heizvorrichtung verbunden. Zu dem Zeitpunkt der Wiederauffüllung wird die Tinte auch von diesem Nebenströmungskanal zugeführt, wodurch versucht wird, die Wiederauffüllzeitdauer zu verkürzen.
Bei dem auf diese Weise aufgebauten Kopf entweicht jedoch ein Teil der Ausstoßenergie, die zum Zeitpunkt der Blasenerzeugung erzeugt ist, in den Nebenströmungskanal, und es besteht die Befürchtung, daß der Ausstoßwirkungsgrad unvermeidbar verringert wird. Andererseits wiederholt bei dem Bubble-Jet-Aufzeichnungsverfahren jedes der Wärmeerzeugungselemente die Erhitzung, während es mit Tinte in Kontakt ist. Demzufolge sammelt sich auf der Oberfläche jedes Wärmeerzeugungselements infolge des Verbrennens von Tinte ein Niederschlag an. Abhängig von der Art der Tinten erfolgt ein solcher Niederschlag in einer beträchtlichen Menge und führt zur instabilen Erzeugung von Blasen, wodurch es schwierig ist, Tintenausstöße im guten Zustand auszuführen, ohne die Qualität der Ausstoßflüssigkeit zu verändern, selbst wenn die verwendete Flüssigkeit eine Beschaffenheit aufweist, daß sie durch die Einbringung von Wärme oder dergleichen auf leichte Weise geschädigt wird, um die ausreichende Blasenerzeugung zu erschweren.
Im Hinblick darauf ist hier ein Verfahren zum Flüssigkeitsausstoß durch Übertragung von Druck, der durch die Blasenerzeugung zum Ausstoß von Flüssigkeit ausgeübt ist, vorgeschlagen, während Vorrichtungen vorgeschlagen sind, um die Flüssigkeit, die zum Erzeugen von Blasen durch die Einbringung von Wärme (Blasenerzeugungsflüssigkeit) und die Flüssigkeit, die für die Ausstöße (Ausstoßflüssigkeit) verwendet wird, als unterschiedliche Flüssigkeiten zu trennen, wie z. B. in den Beschreibungen der Japanischen Offenlegungsschrift Nr. 61-69467, der Japanischen Offenlegungsschrift Nr. 55-81172, dem USA-Patent Nr. 4 480 259 unter einigen anderen offenbart ist. Gemäß diesen Offenlegungen ist der Aufbau eingerichtet, die als Ausstoßflüssigkeit dienende Tinte und die Blasenerzeugungsflüssigkeit unter Verwendung von Silikongummi oder einer anderen flexiblen Folie vollständig zu trennen, um nicht zu gestatten, daß die Ausstoßflüssigkeit mit den Wärmeerzeugungselementen direkt in Kontakt gelangt, und gleichzeitig mittels der Verformung der flexiblen Folie Druck zu übertragen, der durch das Aufschäumen der Blasenerzeugungsflüssigkeit auf die Ausstoßflüssigkeit ausgeübt wird. Mit einem derartigen Aufbau wird erreicht, zu verhindern, daß sich die Abscheidung auf der Oberfläche des Wärmeerzeugungselements ansammelt, wodurch der Auswahlbereich der Ausstoßflüssigkeiten oder dergleichen erweitert wird.
Der Aufbau, der die Ausstoßflüssigkeit und die Blasenerzeugungsflüssigkeit vollständig trennt, wie vorstehend beschrieben, ist jedoch der eine zum Übertragen des Drucks, der zum Zeitpunkt der Blasenerzeugung auf die Ausstoßflüssigkeit mittels der Verformung der flexiblen Folie ausgeübt wird, welcher durch deren Ausdehnung und Kontraktion bewirkt ist. Daher wird der Druck, der durch die Verformung ausgeübt wird, durch die flexible Folie in einem beträchtlichen Maß absorbiert. Es ist auch die Verformungsmenge der flexiblen Folie nicht groß. Obgleich es möglich ist, die Wirkung zu erzielen, daß die Ausstoßflüssigkeit und die Blasenerzeugungsflüssigkeit trennbar sind, besteht die Befürchtung, daß der Ausstoßwirkungsgrad und die Ausstoßkraft im Grunde verringert werden.
Das USA-Patent Nr. 5 278 585 beschreibt einen Tintenstrahldruckkopf, in welchem jeder Flüssigkeitskanal, der eine Ausstoßöffnung speist, mit einem Ventil versehen ist, das eine dünne auskragende Klappe von im wesentlichen gleichmäßiger Dicke aufweist. Das freie Ende der Klappe weist die Form eines Spitzdreiecks auf.
Im Einzelnen offenbart das Dokument US-A-5 278 585 einen Flüssigkeitsausstoßkopf zum Ausstoßen von Flüssigkeit, wobei der Kopf aufweist:

– einen Flüssigkeitskanal mit einer Ausstoßöffnung,
– einen Wärmeerzeugungsbereich zum Erzeugen von Wärme, um eine Blase zu erzeugen, um den Flüssigkeitsausstoß aus der Ausstoßöffnung zu bewirken, und
– ein bewegliches Element, das in Gegenüberlage des Wärmeerzeugungsbereichs angeordnet ist und ein abströmseitiges freies Ende aufweist, wobei das freie Ende durch die Blasenerzeugung in dem Wärmeerzeugungsbereich aus einer ersten Position in eine zweite Position verlagerbar ist, die von dem Wärmeerzeugungsbereich weiter beabstandet ist als die erste Position,
– wobei die zuströmseitige Kante des Wärmeerzeugungsbereichs auf der Seite des freien Endes der Mitte des beweglichen Elements ist.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das grundlegende Ausstoßverhalten des Verfahrens zum Ausstoßen von Flüssigkeit durch die Erzeugung von Blasen (insbesondere von Blasen, die aus dem Filmsieden resultieren) in jedem der Flüssigkeitsströmungskanäle auf ein solch hohes Niveau zu erhöhen, das herkömmlich gemäß dem Stand der Technik niemals erwartet wurde.
Die vorstehend erwähnten Erfinder sind zu dem Prinzip des Flüssigkeitströpfchenausstoßes zurückgekehrt und führten intensive Untersuchungen und Entwicklungen zu einem neuen Verfahren zum Ausstoß von Flüssigkeitströpfchen unter Ausnutzung von Blasen aus, welches niemals versucht wurde, und sahen auch einen Kopf und andere Vorrichtungen vor, die für ein solches Verfahren anwendbar sind. Zu diesem Zeitpunkt wurde eine erste technische Analyse des Prinzips des Mechanismus des beweglichen Elements in dem Strömungskanal vorgenommen, beginnend mit der Operation des beweglichen Elements in dem Flüssigkeitsströmungskanal, eine zweite technische Analyse auf der Grundlage des Prinzips des Ausstoßes von Flüssigkeitströpfchen mittels Blasen und eine dritte technische Analyse auf der Grundlage des Blasenerzeugungsbereichs jedes Wärmeerzeugungselement zur Anwendung bei der Blasenerzeugung.
Diese technischen Analysen haben zu der Begründung eines vollständig neuen Verfahrens geführt, bei dem die Blasen durch Einrichtung einer Lagebeziehung zwischen dem Drehgelenk und dem freien Ende des beweglichen Elements zwangsweise gesteuert werden, so daß dessen freies Ende auf wirksame Weise auf der Seite der Ausstoßöffnung angeordnet wird, d. h. auf der Abströmseite, und auch durch Anordnung des beweglichen Elements in Gegenüberlage des Wärmeerzeugungselements des Blasenerzeugungsbereichs angemessen gesteuert werden.
Es ist bekannt, daß unter Berücksichtigung der Energie, die jede Blase selbst zu der Ausstoßmenge beiträgt, der größte Faktor, der zu der signifikanten Verbesserung des Ausstoßverhaltens beiträgt, die Entwicklungskomponente der Blase auf der Abströmseite ist, und daß dieser Entwicklungskomponente Beachtung geschenkt werden sollte. In anderen Worten, es ist die Voraussetzung für die Erhöhung des Ausstoßwirkungsgrads und der Ausstoßgeschwindigkeit, daß die Entwicklungskomponente der Blase auf der Abströmseite wirkungsvoll in die eine umgewandelt wird, die auf den Ausstoß gerichtet ist. Auf der Grundlage eines solchen Wissens, das auf diese Weise gewonnen ist, haben die vorstehend genannten Erfinder ein Verfahren eines äußerst hohen Standards erzielt, daß die Entwicklungskomponente der Blase auf der Abströmseite ermöglicht wird, sich zwangsweise zu der Seite des freien Endes des beweglichen Elements zu verlagern.
Ferner wurde erkannt, daß zu bevorzugen ist, z. B. den Wärmeerzeugungsbereich für die Erzeugung von Blasen, welcher auf der Abströmseite der Mittellinie gelegen ist, die durch die Bereichsmitte jedes Elektrizität-Wärme-Umwandlungselements in der Strömungsrichtung der Flüssigkeit verläuft, zu berücksichtigen oder die Bauelemente des beweglichen Elements in bezug auf die Entwicklung jeder Blase auf der Abströmseite der Bereichsmitte zu berücksichtigen, um das Aufschäumen oder dergleichen zu fördern.
Gemäß dem Wissen, das durch die vorstehend beschriebenen Untersuchungen und Entwicklungen erlangt ist, und auch vom Gesamtgesichtspunkt haben die vorstehend genannten Erfinder und der vorstehend genannte Anmelder bereits ein Patent zu einem hervorragenden Prinzip des Flüssigkeitsausstoßes angemeldet. Die vorstehend genannten Erfinder haben ein mehr bevorzugtes Konzept auf der Grundlage eines solchen Wissens erarbeitet.
In anderen Worten, in bezug auf den Aufbau, der ermöglicht, daß das bewegliche Element in Gegenüberlage des Blasenerzeugungsbereichs ist, gibt es einige Fälle, in welchen eine geringfügige Abweichung abhängig von den Gestaltungsbedingungen vorliegt, die für die bemerkenswerte Verbesserung des Ausstoßverhaltens und der Ausstoßstabilität im Vergleich zu dem herkömmlichen Aufbau eingestellt sind, in welchem kein bewegliches Element angeordnet ist. Es wurde festgestellt, daß der wichtige Faktor für den Ausstoßzustand, um diesen auf ein höheres Niveau zu bringen, der Zustand ist, in welchem das bewegliche Element die Blase in die Richtung der Ausstoßöffnung leitet, d. h., wie schnell das bewegliche Element in die ideale Ausbildung deren Verlagerung verlagert wird.
Auf der Grundlage dieser Feststellung hat der vorstehend genannte Anmelder ein Japanisches Patent Nr. 8-140553 angemeldet, welches zum Ziel hat, einen Änderungspunkt in bezug auf die Dicke des beweglichen Elements zur schnellen Verlagerung des beweglichen Elements vorzusehen, wie vorstehend erläutert ist.
„Ein Flüssigkeitsausstoßkopf zum Ausstoßen von Flüssigkeit durch die Erzeugung von Blasen, der aufweist: die Ausstoß öffnungen zum Ausstoßen von Flüssigkeit, Flüssigkeitsströmungskanäle, die mit den Ausstoßöffnungen leitend verbunden sind, Blasenerzeugungsbereiche, um die Flüssigkeit zu veranlassen, Blasen zu erzeugen, und bewegliche Elemente, die in den Blasenerzeugungsbereichen angeordnet sind, wobei jeweils der Drehgelenkpunkt und das freie Ende relativ zu der Seite der Ausstoßöffnung in bezug auf den Drehgelenkpunkt angeordnet sind, wobei das bewegliche Element einen gekrümmten Abschnitt zum Ändern der relativen Verlagerungen des beweglichen Abschnitts auf der Seite des freien Endes und des beweglichen Abschnitts der Seite des Drehgelenks aufweist."
In bezug auf den vorstehend beschriebenen Stand der Technik ist die vorliegende Erfindung für die schnelle und zuverlässige Bewegung des freien Endes des beweglichen Elements ausgelegt, das durch die Erzeugung der Blase verlagerbar ist, und auch zum Bereitstellen einer Verfahrenslösung, die gegenüber den vorhergehenden Ausbildungen unterschiedlich ausgelegt ist, in welchem nur dem beweglichen Element selbst Beachtung geschenkt wurde.
In einem Gesichtspunkt zeigt die vorliegende Erfindung einen Flüssigkeitsausstoßkopf zum Ausstoßen von Flüssigkeit auf, wobei der Kopf aufweist:

– mindestens einen Flüssigkeitskanal mit einer Ausstoßöffnung,
– einen Wärmeerzeugungsbereich zum Erzeugen von Wärme, um eine Blase zu erzeugen, um den Flüssigkeitsausstoß aus der Ausstoßöffnung zu bewirken, wobei der Wärmeerzeugungsbereich im wesentlichen mit einer Oberfläche zuströmseitig des Wärmeerzeugungsbereichs in einer Ebene liegend oder stoßfrei übergehend ist, und
– ein bewegliches Element, das in Gegenüberlage des Wärmeerzeugungsbereichs angeordnet ist und ein abströmseitiges freies Ende aufweist, wobei das freie Ende bei der Erzeugung der Blase in dem Wärmeerzeugungsbereich aus einer ersten Position in eine zweite Position verlagerbar ist, die von dem Wärmeerzeugungsbereich weiter als die erste Position beabstandet ist, wobei der Flüssigkeitsausstoßkopf dadurch gekennzeichnet ist, daß die zuströmseitige Kante des Wärmeerzeugungsbereichs auf der Seite des freien Endes der Mitte des beweglichen Elements ist.

In einem anderen Gesichtspunkt zeigt die vorliegende Erfindung eine Kopfkassette auf, die einen Flüssigkeitsausstoßkopf aufweist, wie er vorstehend beschrieben ist, und einen Flüssigkeitsbehälter zum Vorhalten von Flüssigkeit, die dem Flüssigkeitsausstoßkopf zuzuführen ist.
In einem noch anderen Gesichtspunkt zeigt die vorliegende Erfindung eine Flüssigkeitsausstoßvorrichtung zum Aufzeichnen auf einem Aufzeichnungsmedium auf, wobei die Vorrichtung mindestens eine vorstehend beschriebene Kopfkassette aufweist, und einen Schlitten zum Montieren der mindestens einen Kopfkassette, wobei der Schlitten betreibbar ist, die wechselseitige Bewegung zum Abtasten der mindestens einen Kopfkassette über dem Aufzeichnungsmedium auszuführen.
In der Beschreibung stehen die Ausdrücke „zuströmseitig" und „abströmseitig" in Bezug mit der Richtung der Flüssigkeitsströmung von der Zuführquelle der Flüssigkeit durch den Blasenerzeugungsbereich (oder das bewegliche Element) zu der Ausstoßöffnung oder werden häufig verwendet, um deren Ausbildungsrichtung auszudrücken.
Der Ausdruck „Abströmseite" der Blase stellt den Abschnitt der Blase auf der Ausstoßöffnungsseite dar, welcher hauptsächlich direkt auf die Ausstoßtröpfchen einwirkt. In mehr spezifischer Weise bedeutet dieser die Abströmseite in bezug auf die Mitte der Blase in der Strömungsrichtung oder der Ausbildungsrichtung, wie vorstehend beschrieben ist, oder die Blase, die in dem Bereich auf der Abströmseite der Bereichsmitte des Wärmeerzeugungselements erzeugt ist.
Der Ausdruck „im wesentlichen geschlossen", der in der Beschreibung verwendet wird, bedeutet einen Zustand, in welchem die Blase nicht aus dem Spalt (Schlitz) am Rand des beweglichen Elements entweicht, bevor das bewegliche Element zu dem Zeitpunkt der Entwicklung der Blase verlagert ist.
Der Ausdruck „Trennwand", auf den in der vorliegenden Beschreibung Bezug genommen wird, bedeutet eine Wand (die das bewegliche Element einschließen kann), die angeordnet ist, um den Blasenerzeugungsbereich und die Ausstoßöffnung im weiteren Sinne zu trennen, und bedeutet im engeren Sinne auch den Abschnitt zwischen dem Strömungskanal einschließlich des Blasenerzeugungsbereichs und des Flüssigkeitsströmungskanals, der mit der Ausstoßöffnung direkt verbunden ist, um zu verhindern, daß Flüssigkeit in jedem der Bereiche vermischt wird.
Der Ausdruck „der hervorgerufene Druck der Blase zur Einwirkung auf das bewegliche Element", auf den in der Beschreibung Bezug genommen ist, schließt mindestens entweder die Druckwelle ein, die sich von der Blase zu dem beweglichen Element mit deren Erzeugung ausbreitet oder deren Entwicklung ein, und die Kraft, die auf das bewegliche Element einwirkt, welche durch die Verlagerung der Flüssigkeit ausgeübt wird, die sich zwischen der Blase und dem beweglichen Element befindet, welche dem Druck einer Blase folgt.
Der Ausdruck „die Mitte des beweglichen Elements", auf den in der Beschreibung Bezug genommen wird, bedeutet den Abschnitt des beweglichen Elements, der die senkrechte Oberfläche schneidet, welche die Länge von dem freien Ende zu dem Drehgelenk des beweglichen Elements in bezug auf die zuströmseitige und abströmseitige Richtung des Tintenstroms halbiert.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine Querschnittansicht, welche den Fall schematisch darstellt, in welchem das Ende des Wärmeerzeugungs elements des Flüssigkeitsausstoßkopfs der ersten Ausführungsform auf der Seite der Ausstoßöffnung näher zu der Ausstoßöffnung als das freie Ende des beweglichen Elements angeordnet ist,
2 zeigt eine Querschnittansicht, welche den Fall schematisch darstellt, in welchem das Ende des Wärmeerzeugungselements des Flüssigkeitsausstoßkopfs der ersten Ausführungsform auf der Seite der Ausstoßöffnung weiter von der Ausstoßöffnung als das freie Ende des beweglichen Elements beabstandet angeordnet ist,
3 zeigt eine Querschnittansicht, welche den Fall schematisch darstellt, in welchem das Ende des Wärmeerzeugungselements des Flüssigkeitsausstoßkopfs der ersten Ausführungsform auf der Seite der Ausstoßöffnung gleich dem freien Ende des beweglichen Elements angeordnet ist,
4A und 4B zeigen Ansichten, welche die Operation des beweglichen Elements darstellen,
5 zeigt eine Querschnittansicht, welche den Fall darstellt, in welchem das Ende des Wärmeerzeugungselements des Flüssigkeitsausstoßkopfs der zweiten Ausführungsform auf der Seite der Ausstoßöffnung näher zu der Ausstoßöffnung als das freie Ende des beweglichen Elements angeordnet ist,
6 zeigt eine Querschnittansicht, welche den Fall schematisch darstellt, in welchem das Ende des Wärmeerzeugungselements des Flüssigkeitsausstoßkopfs der zweiten Ausführungsform auf der Seite der Ausstoßöffnung weiter von der Ausstoßöffnung als das freie Ende des beweglichen Elements beabstandet angeordnet ist,
7 zeigt eine Querschnittansicht, welche den Fall schematisch darstellt, in welchem das Ende des Wärmeerzeugungselements des Flüssigkeitsausstoßkopfs der zweiten Ausfüh rungsform auf der Seite der Ausstoßöffnung gleich dem freien Ende des beweglichen Elements angeordnet ist,
8A und 8B zeigen Ansichten, welche einen Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schematisch darstellen,
9A und 9B zeigen Ansichten, welche die Operation des Flüssigkeitsausstoßkopfs gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen,
10A, 10B und 10C zeigen Ansichten zur Darstellung des Aufbaus des Wärmeerzeugungselements eines Flüssigkeitsausstoßkopfs gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wenn von der Seite des ersten Flüssigkeitsströmungskanals aus beobachtet,
11A und 11B zeigen Querschnittansichten zur schematischen Darstellung eines Flüssigkeitsausstoßkopfs gemäß der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
12 zeigt eine Querschnittansicht zur schematischen Darstellung eines Flüssigkeitsausstoßkopfs gemäß der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
13 zeigt eine Querschnittansicht zur schematischen Darstellung eines Seitenmodus-Flüssigkeitsausstoßkopfs gemäß der siebenten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
14A, 14B, 14C und 14D zeigen Ansichten, welche einen Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß der achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schematisch darstellen,
15A, 15B, 15C und 15D zeigen Ansichten, welche einen Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß der neunten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schematisch darstellen,
17A und 17B zeigen Ansichten, welche das erste Beispiel des Aufbaus des beweglichen Elements eines Flüssigkeitsausstoßkopfs darstellen, wobei 17A eine perspektivische Ansicht davon ist und 17B eine Querschnittansicht im Schnitt entlang der Linie 17B – 17B in 17A ist,
18A und 18B zeigen Ansichten zur Darstellung des Flüssigkeitsausstoßes eines Flüssigkeitsausstoßkopfs, der mit dem beweglichen Element versehen ist, wie in 17A und 17B gezeigt, wobei 18A eine schematische Ansicht zeigt, welche den Flüssigkeitsausstoß darstellt, wenn das Wärmeerzeugungselement klein ist, und 18B zeigt eine schematische Ansicht, welche den Flüssigkeitsausstoß darstellt, wenn das Wärmeerzeugungselement groß ist,
19 zeigt eine Ansicht, welche die Lagebeziehung zwischen dem Grenzabschnitt zwischen dem ersten Verlagerungsbereich und dem zweiten Verlagerungsbereich darstellt,
20A und 20B zeigen Ansichten, welche den Flüssigkeitsausstoß eines Flüssigkeitsausstoßkopfs darstellen, welcher mit dem beweglichen Element versehen ist, das in 17A und 17B dargestellt ist, und einer Vielzahl von Wärmeerzeugungselementen,
21A zeigt eine perspektivische Teilansicht, welche ein bewegliches Element mit einem Teil darstellt, welches wellenförmig bearbeitet ist, um dessen Festigkeit zu erhöhen, und 21B zeigt eine Querschnittansicht im Schnitt entlang der Linie 21B – 21B in 21A,
22A zeigt eine perspektivische Teilansicht, welche ein bewegliches Element mit einem Teil darstellt, welches vertiefend bearbeitet ist, um dessen Festigkeit zu erhöhen, und 22B zeigt eine Querschnittansicht im Schnitt entlang der Linie 22B – 22B in 22A,
23A zeigt eine perspektivische Teilansicht, welche ein bewegliches Element mit einem Teil darstellt, welches bearbeitet ist, um Seiten zu erzeugen, welche einen spitzen Winkel ausbilden, um dessen Festigkeit zu erhöhen, und 23B zeigt eine Querschnittansicht im Schnitt entlang der Linie 23B – 23B in 23A,
24A zeigt eine perspektivische Teilansicht, welche ein bewegliches Element mit einem Teil darstellt, das bearbeitet ist, um es gekrümmt auszubilden und dessen Festigkeit zu erhöhen, und 24B zeigt eine Querschnittansicht davon im Schnitt entlang der Linie 24B – 24B in 24A,
25A, 25B, 25C und 25D zeigen Ansichten, welche die Bearbeitungsschritte eines Verfahrens zur Herstellung des in 22A und 22B dargestellten beweglichen Elements zeigen,
26 zeigt eine Querschnittansicht, welche einen Flüssigkeitsausstoßkopf schematisch darstellt,
27A, 27B und 27C zeigt Querschnittansichten, welche einen Flüssigkeitsausstoßkopf mit einem Zweiströmungskanalaufbau schematisch darstellen,
28A und 28B zeigen perspektivische Teilausbruchansichten, welche eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Flüssigkeitsausstoßkopfs schematisch darstellen,
29A, 29B, 29C und 29D zeigen Querschnittansichten, welche ein Beispiel eines Flüssigkeitsausstoßkopfs schematisch darstellen,
30 zeigt eine perspektivische Teilausbruchansicht des in 29A bis 29D gezeigten Flüssigkeitsausstoßkopfs,
31 zeigt eine Ansicht, welche die Druckausbreitung von einer Blase in einem herkömmlichen Kopf schematisch darstellt,
32 zeigt eine Ansicht, welche die Druckausbreitung von einer Blase in einem anderen Kopf schematisch darstellt,
33 zeigt eine Ansicht, welche die Flüssigkeitsströmung in einem Kopf schematisch darstellt,
34 zeigt eine perspektivische Teilausbruchansicht, welche einen Flüssigkeitsausstoßkopf darstellt,
35 zeigt eine perspektivische Teilausbruchansicht, welche einen anderen Flüssigkeitsausstoßkopf darstellt,
36 zeigt eine Querschnittansicht, welche einen Flüssigkeitsausstoßkopf mit einem Zweiströmungskanalaufbau schematisch darstellt,
37 zeigt eine perspektivische Teilausbruchansicht, welche einen Flüssigkeitsausstoßkopf mit einem Zweiströmungskanalaufbau darstellt,
38A und 38B zeigen Ansichten, welche die Operation eines beweglichen Elements darstellen,
39A, 39B und 39C zeigen Ansichten, welche andere Ausbildungen der beweglichen Elemente darstellen,
40A und 40B zeigen Senkrechtschnittansichten, welche einen Flüssigkeitsausstoßkopf darstellen,
41 zeigt eine Ansicht, welche die Form eines Ansteuerimpulses schematisch darstellt,
42 zeigt eine perspektivische Explosionsansicht, welche einen Kopf darstellt,
43 zeigt eine perspektivische Explosionsansicht, welche eine Flüssigkeitsausstoßkopfkassette zeigt,
44 zeigt eine Aufbauansicht, welche eine Flüssigkeitsstrahlvorrichtung vereinfacht darstellt,
45 zeigt ein Blockdiagramm, welches den Aufbau einer Aufzeichnungsvorrichtung zeigt,
46 zeigt eine Ansicht, welche ein Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungssystem zeigt, und
47A und 47B zeigen Ansichten, welche den Flüssigkeitsströmungskanal des herkömmlichen Flüssigkeitsausstoßkopfs darstellen.
Nachstehend erfolgt unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, 29 bis 38, welche die Beispiele, die nicht in den Rahmen der beanspruchten Erfindung fallen, bildhaft darstellen, die Beschreibung des Ausstoßprinzips, das auf die vorliegende Erfindung anwendbar ist.
29A bis 29D zeigen Querschnittansichten, welche einen Flüssigkeitsausstoßkopf im Schnitt in der Flüssigkeitsströmungskanalrichtung schematisch darstellen. 30 zeigt eine perspektivische Ausbruchansicht, welche einen solchen Flüssigkeitsausstoßkopf darstellt.
Für den Flüssigkeitsausstoßkopf, der in 29A bis 29D gezeigt ist, ist das Wärmeerzeugungselement 2, das bewirkt, daß Wärmeenergie auf Flüssigkeit einwirkt (in einer Form des Wärmeerzeugungswiderstands von 40 μm × 105 μm) in diesem Beispiel), auf einem Elementsubstrat 1 als Ausstoßenergie-Erzeugungselement zum Ausstoß von Flüssigkeit angeordnet, und auf diesem Elementsubstrat ist ein Flüssigkeitsströmungskanal 10 entsprechend dem Wärmeerzeugungselement 2 angeordnet. Der Flüssigkeitsströmungskanal ist mit der Ausstoßöffnung 18 leitend verbunden, und ist gleichzeitig mit einer gemeinsamen Flüssigkeitskammer 13 leitend verbunden, wodurch Flüssigkeit aus dieser gemeinsamen Flüssigkeitskammer 13 in einer Menge aufgenommen wird, welche der aus der Ausstoßöffnung 18 ausgestoßenen Flüssigkeitsmenge entspricht.
In dem Flüssigkeitsströmungskanal 10 auf dem Elementsubstrat ist ein plattenförmiges bewegliches Element 31 mit einem flachen Abschnitt in Auslegerform angeordnet, welches durch ein Material ausgebildet ist, das Elastizität aufweist, wie z. B. Metall, und ist aufgebaut, um in Gegenüberlage des vorstehend beschriebenen Wärmeerzeugungselements 2 zu sein. Ein Ende dieses beweglichen Elements 31 ist an einem Grundkörper (ein Tragelement) 34 oder dergleichen fest angeordnet, der durch Strukturieren von lichtempfindlichem Harz auf der Wand des Flüssigkeitsströmungskanals und dem Elementsubstrat erzeugt ist. Auf diese Weise wird das bewegliche Element gelagert. Gleichzeitig wird ein Drehgelenk (Drehgelenkabschnitt) 33 ausgebildet.
Dieses bewegliche Element 31 ist in einer Position in Gegenüberlage des Wärmeerzeugungselements 2 und von dem Wärmeerzeugungselement ungefähr 15 μm beabstandet angeordnet, um es so abzudecken, daß das bewegliche Element das Drehgelenk (Drehgelenkabschnitt, fest angeordnetes Ende) 33 auf der Zuströmseite eines großen Stroms aufweist, der von der gemeinsamen Flüssigkeitskammer 13 durch das bewegliche Element mittels der Ausstoßoperation der Flüssigkeit zu der Seite der Ausstoßöffnung strömt, und daß es das freie Ende (freier Endabschnitt) 32 auf der Abströmseite in bezug auf dieses Drehgelenk 33 aufweist. Zwischen dem Wärmeerzeugungselement 2 und dem beweglichen Element 31 ist ein Blasenerzeugungsbereich ausgebildet. In dieser Beziehung sind die Arten, die Ausbildungen und Anordnungen der Wärmeerzeugungselemente und beweglichen Elemente nicht unbedingt auf die beschriebenen begrenzt. Wie weiter nachstehend beschrieben ist, ist es ausreichend, wenn nur diese Elemente in einem Aufbau und in einer Anordnung sind, die es ermöglichen, die Entwicklung von Blasen und auch die Ausbreitung des Drucks zu ermöglichen. Hier erfolgt die Beschreibung des vorstehend erläuterten Flüssigkeitsströmungskanals durch Unterteilung in zwei Bereiche, während das bewegliche Element 31 als eine Grenze definiert ist, der Abschnitt, der mit der Ausstoßöffnung 18 direkt leitend verbunden ist, als der erste Flüssigkeitsströmungskanal definiert ist, und der Abschnitt, der den Blasenerzeugungsbereich 11 und den Flüssigkeitszuführkanal 12 aufweist, als der zweite Flüssigkeitsströmungskanal 16 definiert ist, um die Flüssigkeitsströmung zu beschreiben, was weiter nachstehend erfolgt.
Das Wärmeerzeugungselement 2 wird elektrisch angesteuert, um die Flüssigkeit in dem Blasenerzeugungsbereich 11 zwischen dem beweglichen Element 31 und dem Wärmeerzeugungselement 2 zu erhitzen. Dann wird in der Flüssigkeit eine Blase gemäß der Filmsiedeerscheinung erzeugt, wie in der Beschreibung des USA-Patents Nr. 4 723 129 offenbart ist. Der Druck, der durch die Erzeugung der Blase ausgeübt wird, und ebenso die Blase wirken vorrangig auf das bewegliche Element 31 ein. Das bewegliche Element 31 wird im wesentlichen zu der Seite der Ausstoßöffnung verlagert, das sich um das Drehgelenk 33, um es zu öffnen, wie in 29A und 29B oder 30 gezeigt ist. Infolge der Verlagerung oder des Zustands der Verlagerung des beweglichen Elements 31 werden die Ausbreitung des Drucks, der durch die Erzeugung der Blase ausgeübt wird, und die Entwicklung der Blase selbst zu der Seite der Ausstoßöffnung geleitet.
An dieser Stelle erfolgt die Beschreibung eines der grundlegenden Ausstoßprinzipien. Eines der wichtigsten Prinzipien besteht darin, daß jedes der beweglichen Elemente, das in Gegenüberlage einer Blase angeordnet ist, aus der ersten Position, in welcher es feststehend ist, in die zweite Position verlagert wird, welche die Position nach der Verlagerung durch den Druck ist, der durch die Blase oder die Blase selbst ausgeübt wird, und daß der Druck, der durch die Erzeugung der Blase oder die Blase selbst ausgeübt wird, durch die Verlagerung des beweglichen Elements 31 zu der Abströmseite geleitet wird, in welcher die Ausstoßöffnung 18 angeordnet ist.
Durch Vergleich der 31, welche den herkömmlichen Aufbau des Flüssigkeitsströmungskanals ohne Verwendung des beweglichen Elements zeigt, mit 32 wird dieses Prinzip nachstehend ausführlich beschrieben. Hier ist in dieser Hinsicht die Ausbreitungsrichtung des Drucks in der Richtung der Ausstoßöffnung mit V_A bezeichnet, und die Ausbreitungsrichtung des Drucks zu der Zuströmseite ist mit V_B bezeichnet.
Wie in 31 gezeigt, besteht kein Aufbau für den herkömmlichen Kopf, der die Ausbreitungsrichtung des Drucks reguliert, der durch die Erzeugung der Blase ausgeübt wird. Demzufolge sind die Druckausbreitungsrichtungen der Blase 40 in die Richtung der senkrechten Linie der Oberfläche der Blase, wie mit den Bezugszeichen V₁ bis V₈ bezeichnet ist. Von Drücken, die so gerichtet sind, sind jene, die den größten Einfluß auf den Flüssigkeitsausstoß aufweisen, insbesondere die Komponenten in der Druckausbreitungsrichtung zu V_A, d. h., jene die mit den Bezugszeichen V₁ bis V₄ bezeichnet sind, welche in den Druckausbreitungsrichtungen sind, die näher zu dem Ausstoßöffnungsabschnitt angeordnet sind, aus der Position nahezu der Hälfte der Blase. Diese sind wichtige Komponenten, die zu der Bedingung des Flüssigkeitsausstoßwirkungsgrads, der Flüssigkeitsausstoßkraft, den Ausstoßgeschwindigkeiten und anderen direkt beitragen. Ferner wirkt V₁ stärker, weil diese Richtung der Seite V_A der Ausstoßöffnung am nächsten ist. Im Gegensatz dazu weist V₄ eine vergleichsweise kleinere Komponente auf, die in der Richtung zu der Ausstoßöffnung V_A wirkt.
Im Gegensatz dazu ermöglicht der in 32 gezeigte Aufbau die Operation des beweglichen Elements 31 in einer Weise, daß die Ausbreitungsrichtungen des Drucks, der durch die Erzeugung der Blase ausgeübt wird, welche in dem in 31 gezeigten Fall verschieden unter V₁ bis V₄ gerichtet sind, zu der Abströmseite (Ausstoßöffnungsseite) geleitet werden, um sie zu der Druckausbreitungsrichtung V_A zu verändern. Auf diese Weise wird der Druck, der durch die Erzeugung der Blase 40 ausgeübt wird, veranlaßt, direkt und wirkungsvoll zu dem Ausstoß beizutragen. Dann wird die Entwicklungsrichtung der Blase selbst ebenfalls zu der Abströmseite geleitet, wie bei den Druckausbreitungsrichtungen V₁ bis V₄, wodurch ermöglicht wird, daß diese sich mehr zu der Abströmseite als zu der Zuströmseite entwickelt. Auf diese Weise wird die Entwicklungsrichtung der Blase mittels des beweglichen Elements gesteuert, um die Druckausbreitungsrichtung der Blase zu steuern, wodurch ermöglicht wird, die grundlegende Erhöhung des Ausstoßwirkungsgrads, der Ausstoßkraft, der Ausstoßgeschwindigkeiten und anderer zu erreichen.
Nachstehend wird unter Bezugnahme auf 29A bis 29D die Ausstoßoperation des Flüssigkeitsausstoßkopfs ausführlich beschrieben.
29A zeigt den Zustand, bevor elektrische Energie oder dergleichen an das Wärmeerzeugungselement 2 angelegt ist, welches ein Zustand ist, bevor das Wärmeerzeugungselement 2 Wärme erzeugt. Es ist hier wichtig, daß das bewegliche Element 31 in einer Position in Gegenüberlage mindestens des abströmseitigen Abschnitts der Blase in bezug auf die Blase ist, die durch den Kopf des Wärmeerzeugungselements erzeugt ist. In anderen Worten, das bewegliche Element 31 ist bis in die Position abströmseitig mindestens der Bereichsmitte 3 des Wärmeerzeugungselements in der strukturellen Anordnung des Flüssigkeitsströmungskanals angeordnet (d. h., abströmseitig der Linie, welche durch die Bereichsmitte 3 des Wärmeerzeugungselements verläuft, welche rechtwinklig zu der Längsrichtung des Flüssigkeitsströmungskanals ist).
29B zeigt einen Zustand, bei dem elektrische Energie oder dergleichen an das Wärmeerzeugungselement 2 angelegt ist, um dieses zu erhitzen. Daher wird Flüssigkeit, die in den Blasenerzeugungsbereich 11 eingefüllt ist, teilweise erhitzt, um die Blase infolge des Filmsiedens zu erzeugen.
An diesem Punkt wird das bewegliche Element 31 mittels Druck, der durch die Erzeugung der Blase 40 ausgeübt wird, aus der ersten Position in die zweite Position verlagert, wodurch die Druckausbreitungsrichtung der Blase zu der Seite der Ausstoßöffnung geleitet wird. Es ist an dieser Stelle wichtig, wie weiter vorstehend erläutert, daß das freie Ende des beweglichen Elements 31 auf der Abströmseite (Ausstoßöffnungsseite) angeordnet ist, während das Drehgelenk 33 auf der Zuströmseite (Seite der gemeinsamen Flüssigkeitskammer) so angeordnet ist, daß mindestens einem Teil des beweglichen Elements ermöglicht ist, in Gegenüberlage des abströmseitigen Abschnitts des Wärmeerzeugungselements zu sein, d. h., dem abströmseitigen Abschnitt der Blase.
29C zeigt einen Zustand, bei dem die Blase 40 weiter entwickelt ist. Hier wird gemäß dem der Erzeugung der Blase 40 nachfolgenden Druck das bewegliche Element 31 weiter verlagert. Die auf diese Weise erzeugte Blase 40 ist auf der Auströmseite mehr entwickelt als auf der Zuströmseite, und gleichzeitig wird sie noch größer entwickelt, über die erste Position des beweglichen Elements 31 hinaus (die Position ist durch eine gestrichelte Linie bezeichnet). Auf diese Weise wird dann, wenn sich die Blase 40 entwickelt, das bewegliche Element 31 allmählich verlagert. Dadurch wird es möglich, die Entwicklungsrichtung der Blase in die Richtung zu leiten, in welcher die Druckausbreitungsrichtung der Blase 40 und deren Volumenverlagerung auf leichte Weise erzielt werden. In anderen Worten, die Entwicklungsrichtung der Blase zu der Seite des freien Endes ist gleichmäßig zu der Ausstoßöffnung 18 gerichtet. Dies wird als ein Faktor angesehen, der zu der Erhöhung des Ausstoßwirkungsgrads beiträgt. Das bewegliche Element 31 stellt bei der Ausbreitung der Druckwellen infolge der Blasenerzeugung oder des Aufschäumdrucks in die Richtung der Ausstoßöffnung kein Hindernis dar. Die Ausbreitungsrichtung des Drucks und die Entwick lungsrichtung der Blase werden dann auf wirkungsvolle Weise entsprechend der Größe des sich ausbreitenden Drucks wirkungsvoll gesteuert.
29D zeigt einen Zustand, bei dem die Blase 40 infolge der Verringerung des Drucks in der Blase anschließend an das vorstehend beschriebene Filmsieden kollabiert. In diesem Zustand löst sich die Blase auf.
Das bewegliche Element 31 welches in die zweite Position verlagert ist, wird mittels des Unterdrucks, der durch die Kontraktion der Blase und die Rückstellkraft ausgeübt wird, die durch die Elastizität des beweglichen Elements 31 aufgebracht wird, in die in 29A gezeigte Ausgangsposition (die erste Position) zurückgeführt. Wenn sich die Blase auflöst, wird die Flüssigkeit veranlaßt, von der Zuströmseite (B) einzuströmen, d. h. von der Seite der gemeinsamen Flüssigkeitskammer, als die Flüssigkeitsströmungen, die mit den Bezugszeichen V_D1 und V_D2 bezeichnet sind, und auch von der Seite der Ausstoßöffnung, die mit V_C bezeichnet ist, um das Schrumpfvolumen der Blase in dem Blasenerzeugungsbereich 11 auszugleichen, und auch den Volumenabschnitt der ausgestoßenen Flüssigkeit auszugleichen.
Die Beschreibung ist hinsichtlich der Operation des beweglichen Elements, welche der Erzeugung einer Blase folgt, und auch der Flüssigkeitsausstoßoperation vorgenommen. Nachstehend erfolgt die ausführliche Beschreibung der Flüssigkeitswiederauffüllung für den Flüssigkeitsausstoßkopf.
Dem in 29C gezeigten Zustand folgend tritt die Blase 40 in den Entschäumungsprozeß ein, nachdem deren Volumen am größten war. An diesem Punkt wird die Flüssigkeit, die das Volumen ausgleicht, das infolge des Entschäumens verringert ist, wird veranlaßt, von der Seite der Ausstoßöffnung 18 eines ersten Flüssigkeitsströmungskanals 14 in den Blasenerzeugungsbereich 11 zu strömen, und strömt auch von der Seite der gemeinsamen Flüssigkeitskammer 13 eines zweiten Flüssig keitsströmungskanals 16 ein. Für den herkömmlichen Flüssigkeitsströmungsaufbau, der kein bewegliches Element 31 aufweist, sind die Flüssigkeitsmenge, die von der Seite der Ausstoßöffnung in die Auflöseposition strömt, und die Flüssigkeitsmenge, die von der gemeinsamen Flüssigkeitskammer einströmt, durch die Größe des Strömungswiderstands zwischen dem Abschnitt, welcher der Ausstoßöffnung näher als dem Blasenerzeugungsbereich ist, und der Abschnitt, welcher der gemeinsamen Flüssigkeitskammer näher ist (d. h. durch den Strömungswiderstand und die Trägheit der Flüssigkeit bestimmt ist) .
Wenn der Strömungswiderstand auf der Seite nahe der Ausstoßöffnung kleiner ist, strömt daher eine große Flüssigkeitsmenge in die Auflöseposition, in welcher sich die Blasen von der Seite der Ausstoßöffnung auflösen, wodurch die Rückzugsmenge des Meniskus größer wird. Insbesondere dann, wenn der Strömungswiderstand auf der Seite, die der Ausstoßöffnung näher ist, kleiner ausgebildet ist, um den Ausstoßwirkungsgrad zu erhöhen, wird die Rückzugsmenge des Meniskus M zu dem Zeitpunkt der Entschäumung größer. Demzufolge ist mehr Zeit erforderlich, um die Wiederauffüllung auszuführen, wodurch ein Hochgeschwindigkeitsdruck behindert wird.
Da im Gegensatz dazu das bewegliche Element 31 für den Aufbau vorgesehen ist, der in 29A bis 29D gezeigt ist, kommt der Rückzug des Meniskus zu einem Halt, wenn das bewegliche Element 31 beim Entschäumen in die Ausgangsposition zurückkehrt, vorausgesetzt, daß die obere Seite des Volumens W der Blase als W₁ vorliegt und die Seite des Blasenerzeugungsbereichs 11 als W₂, während die erste Position als Grenze definiert ist. Daraufhin wird der Volumenteil der Flüssigkeitszuführung für das restliche Volumen W₂ durch die Flüssigkeitszuführung von dem Strom V_D2 ausgeglichen, welcher hauptsächlich aus dem zweiten Flüssigkeitsströmungskanal stammt. Auf diese Weise ist es möglich, wenn die Rückzugsmenge des Meniskus so groß wie nahezu eine Hälfte des Volumens der Blase W herkömmlich ist, die Rückzugsmenge des Meniskus auf nahezu eine Hälfte des Volumens W, zu unterdrücken, welche bereits kleiner als die herkömmliche Rückzugsmenge des Meniskus ist.
Ferner kann die Flüssigkeitszuführung für den Volumenteil W₂ zwangsweise hauptsächlich von der Zuströmseite (V_D2) des zweiten Flüssigkeitsströmungskanals entlang der Oberfläche des beweglichen Elements 31 auf der Wärmeerzeugungsseite ausgeführt werden. Demzufolge wird die Realisierung der schnelleren Wiederauffüllung erreicht.
Wenn hier kennzeichnend die Wiederauffüllung unter Verwendung des Drucks zu dem Zeitpunkt der Verformung für den herkömmlichen Kopf ausgeführt wird, ist die Schwingung des Meniskus groß, was zu der Verschlechterung der Bildqualität führt. Mit der vorstehend beschriebenen Hochgeschwindigkeitswiederauffüllung ist es jedoch möglich, die Schwingung des Meniskus zu unterdrücken und äußerst klein auszubilden, weil die Flüssigkeitsströmung in dem Bereich des ersten Flüssigkeitsströmungskanals 14 auf der Seite der Ausstoßöffnung als auch des Blasenerzeugungsbereichs 11 auf der Seite der Ausstoßöffnung unterdrückt wird.
Bei dem Aufbau, der wie in 29A bis 29D gezeigt ausgebildet ist, ist es möglich, die zwangsweise Wiederauffüllung des Blasenerzeugungsbereichs 11 durch den zweiten Flüssigkeitsströmungskanal 16 des Flüssigkeitszuführkanals 12 zu erreichen und auch eine Hochgeschwindigkeitswiederauffüllung durch Unterdrückung des Rückzugs und der Schwingung des Meniskus zu erzielen. Daher wird die Realisierung von stabilisierten Ausstößen und eine Hochgeschwindigkeitswiederholung der Ausstöße ausführbar. Wenn dies auf den Bereich der Aufzeichnung angewendet ist, wird die Qualität von aufgezeichneten Bildern bei einer Aufzeichnung mit höherer Geschwindigkeit verbessert. Der Aufbau, der ausgebildet ist, wie in 29A bis 29D gezeigt, ist mit den nachstehend angegebenen wirkungsvollen Funktionen zweifach ausgebildet. In anderen Worten, es ist möglich, die Ausbreitung des Drucks zu unterdrücken, der durch die Erzeugung der Blase zu der Zuströmseite (Rückwellen) ausgeübt wird. Vom Druck, der in einer Blase ausgeübt wird, die auf einem Wärmeerzeugungselement erzeugt ist, ist der größte Teil des Drucks, der dadurch auf die Seite der gemeinsamen Flüssigkeitskammer (Zuströmseite) ausgeübt wird, eine Kraft, die Flüssigkeit zu der Zuströmseite (Rückwellen) zurückdrückt. Die Rückwellen rufen nicht nur den Druck auf der Zuströmseite hervor, sondern auch die Verlagerungsmenge der Flüssigkeit, die dadurch bewirkt wird, und die Trägheitskraft, die einer solchen Verlagerung von Flüssigkeit folgt. Dieser Vorgang führt zu dem ungünstigen Leistungsvermögen der Flüssigkeitswiederauffüllung in den Flüssigkeitsströmungskanälen, was auch zu der Behinderung der Hochgeschwindigkeitsansteuerung führt. Ein solcher Vorgang, der auf die Zuströmseite einwirkt, wird zuerst mittels des beweglichen Elements 31 unterdrückt, wodurch die weitere Erhöhung der Wiederauffüllzuführleistung ermöglicht wird.
Nachstehend werden weitere kennzeichnende Ausbildungen und Wirkungen beschrieben.
Der zweite Flüssigkeitsströmungskanal 16 ist mit einem Flüssigkeitszuführkanal 12 versehen, welcher die Innenwand (die Oberfläche des Wärmeerzeugungselements fällt nicht bemerkenswert) aufweist, welcher im wesentlichen mit dem Wärmeerzeugungselement 2 flach auf der Zuströmseite des Wärmeerzeugungselements 2 verbunden ist. In diesem Fall wird die Flüssigkeitszuführung zu dem Blasenerzeugungsbereich 11 und zu der Oberfläche des Wärmeerzeugungselements 2 ausgeführt, wie durch das Bezugszeichen V_D2 bezeichnet ist, entlang der Oberfläche auf der Seite, welche dem Blasenerzeugungsbereich 11 des beweglichen Elements 31 näher ist. Demzufolge wird die Verweildauer der Flüssigkeit auf der Oberfläche des Wärmeerzeugungselements 2 verkürzt, um zu ermöglichen, auf leichte Weise die Abscheidung von Gas, zu entfernen, das in der Flüssigkeit rückständig ist, als auch die sogenannten rückständigen Blasen, die noch zu entschäumen sind. Es be steht auch keine Wahrscheinlichkeit, daß die Wärmeansammlung in der Flüssigkeit zu hoch wird. Daher ist es möglich, die stabilere Erzeugung von Blasen wiederholt mit hohen Geschwindigkeiten auszuführen. In dieser Hinsicht erfolgte die Beschreibung des Flüssigkeitszuführkanals 12, der eine Innenwand aufweist, welche im wesentlichen flach ist, doch dies ist nicht unbedingt erforderlich. Es ist ausreichend, wenn nur der Flüssigkeitszuführkanal eine glatte Innenwand aufweist, die mit der Oberfläche des Wärmeerzeugungselements übergangslos verbunden ist und so ausgebildet ist, daß keine Möglichkeit besteht, daß Flüssigkeit auf jedem der Wärmeerzeugungselemente verharrt, und daß eine große Störung der Strömung beim Zuführen von Flüssigkeit eintritt.
Die Flüssigkeitszuführung in den Blasenerzeugungsbereich wird von dem V_D1 durch den Seitenabschnitt (Schlitz 35) des beweglichen Elements ausgeführt. Um jedoch den Druck auf wirkungsvollere Weise zu der Ausstoßöffnung zu leiten, wenn jede der Blasen erzeugt ist, wird ein großes bewegliches Element übernommen, um die gesamte Fläche des Blasenerzeugungsbereichs abzudecken (die Oberfläche des Wärmeerzeugungselements vollständig abdecken), wie in 29A bis 29D gezeigt ist. In diesem Fall kann die Flüssigkeitsströmung von dem V_D1 zu dem Blasenerzeugungsbereich 11 blockiert werden, wenn die Betriebsart so ist, daß der Strömungswiderstand zwischen dem Blasenerzeugungsbereich 11 und dem Bereich nahe der Ausstoßöffnung in dem ersten Flüssigkeitsströmungskanal 14 größer ist, wenn das bewegliche Element 31 in die erste Position zurückkehrt. Mit dem vorstehend beschriebenen Kopfaufbau wird die Strömung V_D2 für die Flüssigkeitszuführung zu dem Blasenerzeugungsbereich bereitgestellt. Demzufolge ist die Flüssigkeitszuführleistung extrem hoch und es besteht keine Möglichkeit, daß die Flüssigkeitszuführleistung sinkt, selbst wenn der Aufbau eingerichtet ist, dem beweglichen Element 31 zu gestatten, den Blasenerzeugungsbereich 11 zur Erhöhung des Ausstoßwirkungsgrads abzudecken.
Die Positionen des freien Endes 32 und des Drehgelenks 33 des beweglichen Elements 31 sind so eingerichtet, daß das freie Ende mehr auf der Abströmseite ist als das Drehgelenk 33, wie in 33 gezeigt ist. Da der Aufbau in dieser Weise eingerichtet ist, ist es möglich, die Funktion auszubilden, die Druckausbreitungsrichtung und die Entwicklungsrichtung der Blase zu dem Zeitpunkt der Aufschäumung auf wirkungsvolle Weise zu der Seite der Ausstoßöffnung zu richten, wie weiter vorstehend beschrieben ist. Ferner ist mit dieser Lagebeziehung ermöglicht, nicht nur vorteilhafte Wirkungen auf die Ausstoßfunktionen zu erzeugen, sondern auch den Strömungswiderstand der in dem Flüssigkeitsströmungskanal 10 strömenden Flüssigkeit, wenn die Flüssigkeit zugeführt wird, kleiner auszubilden, wodurch die Wirkung erzielt wird, daß die Wiederauffüllung mit höheren Geschwindigkeiten möglich ist. Dies hat seinen Grund darin, wie in 33 gezeigt, daß das freie Ende und das Drehgelenk 33 eingerichtet sind, gegenüber den Strömungen S1, S2 und S3, die in dem Flüssigkeitsströmungskanal 10 fließen (einschließlich dem ersten Flüssigkeitsströmungskanal 14 und dem zweiten Flüssigkeitsströmungskanal 16), wenn der Meniskus M, welcher einmal infolge des Ausstoßes zurückgezogen ist, zu der Ausstoßöffnung 18 mittels der Kapillarkraft zurückgezogen ist, oder wenn Flüssigkeit im Anschluß an die Entschäumung zugeführt wird.
Um dies zu ergänzen, wie in 29A bis 29D gezeigt, erstreckt sich das freie Ende 32 des beweglichen Elements 31 über das Wärmeerzeugungselement 2, um in Gegenüberlage der Abströmseite der Bereichsmitte 3 (das ist die Linie rechtwinklig zu der Längsrichtung des Flüssigkeitsströmungskanals, welche durch die Bereichsmitte (Mittelabschnitt) des Wärmeerzeugungselements verläuft), welche das Wärmeerzeugungselement 2 in die Zuströmseite und die Abströmseite unterteilt. Auf diese Weise wird der Druck, der auf der Abströmseite der Mittelposition 3 des Wärmeerzeugungselements erzeugt ist, welche wesentlich zu dem Flüssigkeitsausstoß oder der Blase beiträgt, durch das bewegliche Element 31 aufgenommen. Daher werden ein solcher Druck und die Blase zu der Seite der Ausstoßöffnung geleitet, um den Ausstoßwirkungsgrad und die Ausstoßkraft grundlegend zu erhöhen.
Ferner wird die Zuströmseite der Blase ebenfalls genutzt, um vorteilhafte Wirkungen zu erzeugen.
Auch bei dem vorstehend beschriebenen Aufbau führt das freie Ende des beweglichen Elements 31 eine augenblickliche mechanische Verlagerung aus. Diese Funktion wird angesehen, daß sie wirkungsvoll zu dem Flüssigkeitsausstoß beiträgt.
34 zeigt eine perspektivische Teilausbruchansicht, welche ein anderes Beispiel eines Tintenstrahlkopfs darstellt. In 34 bezeichnet ein Bezugszeichen A den Zustand, daß das bewegliche Element verlagert ist (die Blase ist nicht gezeigt). B bezeichnet die Anfangsposition des beweglichen Elements (die erste Position). In diesem Zustand unter B wird angenommen, daß der Blasenerzeugungsbereich 11 im wesentlichen geschlossen ist. (Obgleich hier nicht gezeigt, ist eine Flüssigkeitsströmungswand zwischen A und B angeordnet, um einen Strömungskanal von dem anderen zu trennen.) Für das bewegliche Element 31, wie in 34 gezeigt, ist der Grundkörper 34 für jedes der Seitenenden angeordnet, und zwischen diesen zwei Grundkörpern ist der Flüssigkeitszuführkanal 12 angeordnet. Somit wird die Flüssigkeitszuführung entlang der Oberfläche des beweglichen Elements auf der Seite des Wärmeerzeugungselements möglich und auch von dem Flüssigkeitszuführkanal, dessen Oberfläche mit der Oberfläche des Wärmeerzeugungselements im wesentlichen flach oder übergangslos verbunden ist.
Hier ist das bewegliche Element 31 geschlossen angeordnet oder im engen Kontakt mit der abströmseitigen Wand 36 und der Seitenwand 37 des Wärmeerzeugungselements, angeordnet auf der Abströmseite und in dessen Breitenrichtung, wenn das bewegliche Element 31 in der Anfangsposition (die erste Position) ist. Daher ist das bewegliche Element auf der Seite der Ausstoßöffnung 18 des Blasenerzeugungsbereichs 11 im wesentlichen geschlossen. Somit wird der Druck, der durch die Blase zu dem Zeitpunkt des Aufschäumens ausgeübt wird, insbesondere der Druck auf der Abströmseite der Blase, veranlaßt, auf die Seite des freien Endes des beweglichen Elements intensiv einzuwirken, ohne daß dessen Entweichen gestattet wird.
Zu dem Zeitpunkt der Entschäumung kehrt das bewegliche Element 31 in die erste Position zurück, und die Flüssigkeitszuführung zu dem Wärmeerzeugungselement ermöglicht dann, die Seite der Ausstoßöffnung des Blasenerzeugungsbereichs 11 im wesentlichen geschlossen zu halten. Demzufolge ist es möglich, den Rückzug des Meniskus und verschiedene andere Wirkungen, die in der vorhergehenden Ausführungsform beschrieben sind, zu unterdrücken. Für die Wiederauffüllungsleistung sind die gleichen Funktionen und Wirkungen wie in dem vorhergehend beschriebenen Beispiel erzielbar.
In dem vorliegenden Beispiel sind die Grundkörper 34, die das bewegliche Element 31 tragen und fest anordnen, wie in 30 und 34 gezeigt, zuströmseitig von dem Wärmeerzeugungselement 2 beabstandet angeordnet. Gleichzeitig ist jede Breite der Grundkörper 34 enger als der Flüssigkeitsströmungskanal 10 ausgebildet. Dann wird die Flüssigkeitszuführung zu dem Flüssigkeitszuführkanal 12 wie vorstehend beschrieben ausgeführt. Der Aufbau jedes Grundkörpers 34 ist auch nicht unbedingt auf den einen begrenzt, der in diesem Beispiel aufgezeigt ist. Es ist ausreichend, wenn nur die Grundkörper ausgebildet sind, die gleichmäßige Wiederauffüllung zu ermöglichen.
In dieser Hinsicht ist der Spalt zwischen dem beweglichen Element 31 und dem Wärmeerzeugungselement 2 ungefähr auf 15 μm für das vorliegende Beispiel eingestellt, doch es ist ausreichend, wenn der Spalt nur in einem Bereich eingestellt ist, der ermöglicht, daß der Druck, der durch die Erzeugung der Blase ausgeübt wird, ausreichend auf das bewegliche Element übertragen wird.
35 zeigt eine perspektivische Teilausbruchansicht, welche ein anderes Beispiel eines Flüssigkeitsausstoßkopfs darstellt, welcher ein grundlegendes Konzept darstellt. 35 zeigt die Lagebeziehung zwischen dem Blasenerzeugungsbereich, der darin erzeugten Blase und das bewegliche Element in einem der Flüssigkeitsströmungskanäle, und gleichzeitig zeigt diese das Verfahren zum Ausstoßen von Flüssigkeit und das Wiederauffüllverfahren zum besseren Verständnis auf.
Bei vielen der vorstehend beschriebenen Beispiele wird der Druck der erzeugten Blase auf das freie Ende des beweglichen Elements konzentriert, um die Konzentration der schnellen Bewegung des beweglichen Elements und der Verlagerung der Blase auf der Seite der Ausstoßöffnung gleichzeitig zu erreichen. Im Gegensatz dazu wird in dem vorliegenden Beispiel der Abschnitt der Blase auf der Abströmseite durch die Seite des freien Endes des beweglichen Elements 31 reguliert, welches auf der Seite der Ausstoßöffnung der Blase ruht, welche direkt auf den Tröpfchenausstoß einwirkt, während der Freiheitsgrad der erzeugten Blase gewährleistet ist.
Um dieses Beispiel gemäß dem in 35 gezeigten Aufbau im Vergleich mit dem einen in 30 gezeigten zu beschreiben, besteht kein Vorsehen einer Aushalsung (Abschnitt, der durch geschrägte Linien in 30 bezeichnet ist), die als eine Sperre dient, welche an dem abströmseitigen Ende des Blasenerzeugungsbereichs angeordnet ist, der auf dem in 30 gezeigten Elementsubstrat angeordnet ist. In anderen Worten, die Fläche des freien Endes und der Fläche beider Seitenenden des beweglichen Elements 31 schließen den Blasenerzeugungsbereich 11 im wesentlichen nicht ab, sondern gestatten dessen Öffnung zu dem Ausstoßöffnungsbereich. Dieser Aufbau stellt das vorliegende Beispiel dar.
Das vorliegende Beispiel gestattet die Entwicklung der Blase an dem Vorderendabschnitt auf der Abströmseite zwischen denen der Abströmseite unter Einwirkung auf den Tröpfchenausstoß, der durch jede der Blasen ausgeführt wird. Daher wird deren Druckkomponente auf wirkungsvolle Weise für den Ausstoß genutzt. Außerdem wirken die Seitenabschnitte des freien Endes des beweglichen Elements 31 auf mindestens den Druck, der über den abströmseitigen Abschnitt gerichtet ist (Komponenten V_B, V_B und V_B in 31), um diesen zu ermöglichen, zu der Blasenentwicklung des Vorderendabschnitts auf der Abströmseite hinzugefügt zu werden. Somit wird der Ausstoßwirkungsgrad erhöht, wie in dem vorhergehenden Beispiel beschrieben ist. Das vorliegende Beispiel ist gegenüber dem vorhergehenden einen im Ansprechverhalten auf die Ansteuerung jedes Wärmeerzeugungselements hervorragend.
Das vorliegende Beispiel weist auch einen einfacheren Aufbau auf, was zu Vorteilen hinsichtlich der Herstellung führt.
Das Drehgelenk des beweglichen Elements 31 des vorliegenden Beispiels ist an einem Grundkörper 34 fest angeordnet, der eine kleinere Breite in bezug auf den Oberflächenabschnitt des beweglichen Elements aufweist. Folglich wird zum Zeitpunkt der Entschäumung dem Blasenerzeugungsbereich 11 durch beide Seiten dieses Grundkörpers 34 Flüssigkeit zugeführt (siehe Pfeile in 35). Dieser Grundkörper kann in jeder Weise aufgebaut sein, wenn nur ermöglicht ist, ein gutes Zuführvermögen zu gewährleisten.
In dem vorliegenden Beispiel strömt die Flüssigkeit von oberhalb des Blasenerzeugungsbereichs entlang der entschäumenden Blase, wenn die Wiederauffüllung zu dem Zeitpunkt der Flüssigkeitszuführung ausgeführt wird. Diese Strömung wird jedoch durch das Vorliegen des beweglichen Elements 31 gesteuert. Daher ist dieser Aufbau gegenüber dem herkömmlichen Aufbau der Blasenerzeugung ausgezeichnet, welcher nur durch die Wärmeerzeugungselemente ausgebildet wird. Es ist natürlich möglich, die Rückzugsmenge des Meniskus auch durch den so eingerichteten Aufbau gemäß dem vorliegenden Beispiel zu verringern.
Als eine Variante des vorliegenden Beispiels sollte es vorzugsweise so eingerichtet sein, den Aufbau so auszubilden, daß nur beide Seitenabschnitte (oder entweder einer von diesen genügt) des freien Endes des beweglichen Elements den Blasenerzeugungsbereich 11 im wesentlichen verschließen. Bei einem solchen Aufbau wird der Druck, der zu den Seitenenden des beweglichen Elements 31 gerichtet ist, in den Druck umgewandelt, der auf die Entwicklung der Blase auf der Seite der Ausstoßöffnung anwendbar ist, wie weiter vorstehend beschrieben, wodurch der Ausstoßwirkungsgrad noch mehr erhöht wird.
Das Ausstoßprinzip ist nun für einen Flüssigkeitsausstoßkopf beschrieben, der jeweils einen einzelnen Strömungskanal zur Verwendung der gleichen Flüssigkeit für die Flüssigkeit, die aufschäumt, und die Flüssigkeit, die unter Einwirkung von Wärme veranlaßt wird, ausgestoßen zu werden. Nachstehend erfolgt die Beschreibung in Verbindung mit einem Zweiströmungskanal-Flüssigkeitsausstoßkopf. Für diesen Kopf ist das Hauptprinzip, das darauf anwendbar ist, das gleiche Prinzip, doch die Flüssigkeit zum Aufschäumen durch Einwirkung von Wärme (Aufschäumflüssigkeit) und die Flüssigkeit zur Verwendung zum Ausstoß (Ausstoßflüssigkeit) sind getrennt.
36 zeigt eine schematische Querschnittansicht zur Darstellung des Flüssigkeitsausstoßkopfs, der zwei Strömungskanäle verwendet. 37 zeigt eine perspektivische Teilausbruchansicht, welche den in 37 gezeigten Flüssigkeitsausstoßkopf darstellt.
Bei dem Zweiströmungskanal-Flüssigkeitsausstoßkopf ist jeder der zweiten Flüssigkeitsströmungskanäle 16 zur Verwendung zum Aufschäumen auf dem Elementsubstrat 1 angeordnet, welches die Wärmeerzeugungselemente 2 aufweist, die auf diesem angeordnet sind, um in die Flüssigkeit für die Erzeugung von Blasen Wärmeenergie einzubringen, und in diesem Flüssigkeitsströmungskanal ist jeder der ersten Flüssigkeitsströmungskanäle 14 zur Verwendung zum Ausstoß von Flüssigkeit angeordnet, welcher mit jeder der Ausstoßöffnungen 18 direkt und leitend verbunden ist.
Die Zuströmseite des ersten Flüssigkeitsströmungskanals ist mit der ersten gemeinsamen Flüssigkeitskammer 15 leitend verbunden, um einer Vielzahl von ersten Flüssigkeitsströmungskanälen Flüssigkeit zuzuführen. Die Zuströmseite des zweiten Flüssigkeitsströmungskanals ist mit der zweiten gemeinsamen Flüssigkeitskammer 17 leitend verbunden, um einer Vielzahl von zweiten Flüssigkeitsströmungskanälen Blasenerzeugungsflüssigkeit zuzuführen.
Wenn jedoch die gleiche Flüssigkeit als Blasenerzeugungsflüssigkeit und als Ausstoßflüssigkeit verwendet wird, ist es möglich, eine gemeinsame Flüssigkeitskammer zur gemeinsamen Verwendung anzuordnen.
Zwischen dem ersten und dem zweiten Flüssigkeitsströmungskanal ist eine Trennwand 30, welche aus elastischem Metall oder dergleichen erzeugt ist, angeordnet, um den ersten Flüssigkeitsströmungskanal und den zweiten Flüssigkeitsströmungskanal zu trennen. Wenn sich in dieser Hinsicht die Blasenerzeugungsflüssigkeit und die Ausstoßflüssigkeit nicht vermischen sollen, sofern es die Umstände erlauben, ist zu bevorzugen, die Verteilung der Flüssigkeit für den ersten Flüssigkeitsströmungskanal 14 und den zweiten Flüssigkeitsströmungskanal 16 soweit als möglich zu trennen. Wenn jedoch kein Problem vorliegt, selbst wenn die Blasenerzeugungsflüssigkeit und die Ausstoßflüssigkeit in einem gewissen Maße vermischt werden, ist es nicht notwendig, die Trennwand mit solchen Funktionen zu versehen, um sie vollständig zu trennen.
Der Abschnitt der Trennwand, welcher in dem Vorsprungsraum angeordnet ist, der oberhalb in der Oberflächenrichtung des Wärmeerzeugungselements (nachstehend als Ausstoßdruckerzeugungsbereich bezeichnet, der Bereich bei A und der Blasenerzeugungsbereich 11 bei B in 36) angeordnet ist, um in der Form eines beweglichen Elements 31 zu sein, das in einer Auslegerform gehalten ist, wobei dessen freies Ende auf der Seite der Ausstoßöffnung ist (auf der Abströmseite der Flüssigkeitsströmung) mittels eines Schlitzes 35, und dessen Drehgelenk 33 auf der Seite der gemeinsamen Flüssigkeitskammern (15 und 17) ist. Da das bewegliche Element 31 in Gegenüberlage des Blasenerzeugungsbereichs 11 (bei B in 36) angeordnet ist, wird es betrieben, um sich beim Aufschäumen der Blasenerzeugungsflüssigkeit zu der Seite der Ausstoßöffnung der Seite des ersten Flüssigkeitsströmungskanals zu öffnen (d. h. in der Richtung, die durch Pfeile in 36 bezeichnet sind).
In 37 ist auch auf dem Elementsubstrat 1, welches mit den Wärmeerzeugungswiderständen (Elektrizität-Wärme-Umwandlungselemente) versehen ist, die als Wärmeerzeugungselemente 2 dienen, und Drahtelektroden 5, um elektrische Signale an jeden der Wärmeerzeugungswiderstände anzulegen, die Trennwand 30 durch den Raum angeordnet, der den zweiten Flüssigkeitsströmungskanal ausbildet.
Die Beziehung zwischen der Anordnung des Drehgelenks 33 und des freien Endes 32 des beweglichen Elements 31 und die Beziehung des Wärmeerzeugungselements sind gleich denen ausgelegt, die in Verbindung mit dem Einströmungskanalkopf beschrieben sind. Die Beschreibung erfolgt hinsichtlich der strukturellen Beziehung zwischen dem Flüssigkeitszuführkanal 12 und dem Wärmeerzeugungselement 2 für den Einströmungskanalkopf. Auch für den Zweiströmungskanalkopf wird die gleiche strukturelle Beziehung zwischen dem zweiten Flüssigkeitsströmungskanal 16 und dem Wärmeerzeugungselement 2 übernommen .
Nachstehend erfolgt in Verbindung mit 38A und 38B die Beschreibung der Operation des Zweiströmungskanal-Flüssigkeitsausstoßkopfs.
Um den Kopf anzusteuern, wird die gleiche Tinte auf Wassergrundlage als Ausstoßflüssigkeit verwendet, die dem ersten Flüssigkeitsströmungskanal 14 zugeführt wird, und als Blasenerzeugungsflüssigkeit, die dem zweiten Flüssigkeitsströmungskanal 16 zugeführt wird.
Wenn Wärme, die durch das Wärmeerzeugungselement 2 erzeugt ist, auf die Blasenerzeugungsflüssigkeit einwirkt, die in dem Blasenerzeugungsbereich 11 des zweiten Flüssigkeitsströmungskanals 16 vorliegt, wird die Blase 40 mittels der Filmsiedeerscheinung erzeugt, die in der Aufschäumflüssigkeit hervorgerufen wird, wie in der Beschreibung des USA-Patents Nr. 4 723 129 offenbart ist.
Da gemäß dem Zweiströmungskanalkopf kein Aufschäumdruck aus drei Richtungen entweicht, mit Ausnahme der Zuströmseite des Blasenerzeugungsbereichs, breitet sich der Druck, der durch diese Blasenerzeugung ausgeübt wird, intensiv zu der Seite des beweglichen Elements 31 aus, das in dem Blasenerzeugungsbereich angeordnet ist, wodurch das bewegliche Element 31 aus dem in 38A gezeigten Zustand zu der Seite des ersten Flüssigkeitsströmungskanals verlagert wird, wie in 38B gezeigt ist. Durch diese Operation des beweglichen Elements 31 werden der erste Flüssigkeitsströmungskanal 14 und der zweite Flüssigkeitsströmungskanal 16 im wesentlichen leitend verbunden, und der Druck, der durch die Blasenerzeugung ausgeübt wird, wird hauptsächlich zu der Seite der Ausstoßöffnung des ersten Flüssigkeitsströmungskanals in die Richtung der Seite der Ausstoßöffnung übertragen (Richtung A). Mit dieser Druckausbreitung und der mechanischen Verlagerung des beweglichen Elements 31, wie vorstehend beschrieben, wird Flüssigkeit aus jeder der Ausstoßöffnungen ausgestoßen.
Mit der Kontraktion der Blase kehrt das bewegliche Element 31 in die in 38A gezeigte Position zurück. Dann wird die Ausstoßflüssigkeit von der Zuströmseite in den ersten Flüssigkeitsströmungskanal 14 in einer Menge zugeführt, welche der Menge der Ausstoßflüssigkeit entspricht, die ausgestoßen ist. Da auch für den Zweiströmungskanalkopf die Zuführung der Ausstoßflüssigkeit in die Richtung des beweglichen Elements 31 erfolgt, das geschlossen ist, wie in dem vorhergehend beschriebenen vorstehenden Beispiel, besteht keine Möglichkeit, daß die Wiederauffüllung der Ausstoßflüssigkeit durch das Vorliegen des beweglichen Elements 31 behindert wird.
Die Funktionen und Wirkungen des Hauptteils des Zweiströmungskanalkopfs sind gleich denen des Einströmungskanalkopfs in bezug auf die Ausbreitung des Aufschäumdrucks, welcher der Verlagerung des beweglichen Elements 31 folgt, der Entwicklungsrichtung der Blase, der Verhinderung der Druckwellen und dergleichen. Mit der Annahme des Zweiströmungskanalaufbaus sind die Vorteile weiter erreichbar, wie nachstehend beschrieben ist.
In anderen Worten, mit dem Zweiströmungskanalaufbau ist es möglich, die Ausstoßflüssigkeit durch Druck auszustoßen, der durch die Aufschäumung der Aufschäumflüssigkeit ausgeübt wird, während die Ausstoßflüssigkeit und die Blasenerzeugungsflüssigkeit als unterschiedliche Flüssigkeiten verwendet werden. Daher wird Flüssigkeit, die eine hohe Viskosität aufweist, wie z. B. Polyethylenglykol, deren Ausstoßvermögen unzureichend ist, wobei die Aufschäumung schwierig ist, selbst bei Einwirkung von Wärme, ebenfalls in gutem Zustand durch Zuführen der Flüssigkeit ausgestoßen, welche eine gute Aufschäumung in Blasenerzeugungsflüssigkeit bewirkt (wie z. B. eine Mischung aus Ethanol : Wasser = 4 : 6 von ungefähr 1 bis 2 cP), oder der Flüssigkeit, welche einen niedrigen Siedepunkt aufweist, in den zweiten Flüssigkeitsströmungskanal, während eine solche hochviskose Flüssigkeit dem ersten Flüssigkeitsströmungskanal zugeführt wird.
Es ist möglich, als Aufschäumflüssigkeit eine Flüssigkeit auszuwählen, die keine Verbrennungsprodukte oder andere Abscheidungen auf der Oberfläche der Wärmeerzeugungselemente beim Aufnehmen von Wärme erzeugt, wodurch die Aufschäumung zum Ausstoß in gutem Zustand stabilisiert wird.
Mit dem Kopf, der den Zweiströmungskanalaufbau aufweist, ist es möglich, solche Wirkungen zu erzielen, wie in bezug auf den Einströmungskanalkopf beschrieben ist. Demzufolge trägt die Annahme des Zweiströmungskanalaufbaus zum Erzielen einer weiteren Erhöhung des Ausstoßwirkungsgrads und der Ausstoßkraft bei, wenn eine solche Flüssigkeit ausgestoßen wird, die eine höhere Viskosität oder dergleichen aufweist.
Selbst wenn eine Flüssigkeit verwendet wird, deren Beständigkeit gegenüber der Einwirkung von Wärme gering ist, ist es möglich, diese mit hohem Ausstoßwirkungsgrad und großer Ausstoßkraft auszustoßen, ohne eine thermische Schädigung einer solchen Flüssigkeit herbeizuführen, indem diese dem ersten Flüssigkeitsströmungskanal als Ausstoßflüssigkeit zugeführt wird, während die Flüssigkeit, welche zum Aufschäumen in gutem Zustand in der Lage ist, ohne deren Eigenschaften unter dem Einfluß von Wärme zu verändern, dem zweiten Flüssigkeitsströmungskanal zugeführt wird.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachstehend erfolgt unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen die Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung.
Für die Ausführungsformen, welche nachstehend beschrieben sind, ist das Prinzip, das auf den Ausstoß der Hauptflüssigkeit anwendbar ist, gleich dem einen, das vorstehend beschrieben ist. Hier werden die folgenden Ausführungsformen unter Verwendung des vorstehend erwähnten Zweiströmungskanal-Flüssigkeitsausstoßkopfs beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht unbedingt darauf begrenzt. Die Erfindung ist gleichfalls auf den Einströmungskanal-Flüssigkeitsausstoßkopf anwendbar.
Zunächst erfolgt gemäß der Ausführungsform 1 bis Ausführungsform 7 die Beschreibung der Vorrichtungen zur Anordnungen des Blasenerzeugungsbereichs insbesondere auf der Seite des freien Endes des beweglichen Elements.
Ausführungsform 1
1 bis 3 zeigten Querschnittansichten, welche den Flüssigkeitsausstoßkopf der vorliegenden Ausführungsform im Schnitt in der Richtung dessen Strömungskanals darstellen, welche die Beziehung zwischen den Anordnungen des beweglichen Elements und dem Wärmeerzeugungselement darstellen. In der Beschreibung des vorstehend erwähnten Prinzips wurde auf den Aufbau des Flüssigkeitsausstoßkopfs, der auf die vorliegende Ausführungsform anwendbar ist, bereits ausführlich Bezug genommen. Daher wird dessen Beschreibung ausgelassen.
In dem Flüssigkeitsausstoßkopf der vorliegenden Ausführungsform ist jeder der zweiten Flüssigkeitsströmungskanäle 12 auf dem Elementsubstrat 1 angeordnet, das Wärmeerzeugungselemente 2 (jeweils in einer Größe von 40 μm × 105 μm) darauf aufweist, um Wärmeenergie zur Erzeugung von Blasen bereitzustellen. Auf dem zweiten Flüssigkeitsströmungskanal ist der erste Flüssigkeitsströmungskanal 14 angeordnet, welcher mit der Ausstoßöffnung 18 leitend verbunden ist.
Die Größe des beweglichen Elements 31 beträgt 53 μm × 220 μm, welches aus einer Nickelplatte von 5 μm Dicke erzeugt ist.
Der erste Flüssigkeitsströmungskanal 14 ist mit der ersten gemeinsamen Flüssigkeitskammer 15 leitend verbunden. Der zweite Flüssigkeitsströmungskanal 16 ist mit der zweiten gemeinsamen Flüssigkeitskammer 17 leitend verbunden.
Wenn in dieser Hinsicht die Blasenerzeugungsflüssigkeit und die Ausstoßflüssigkeit dieselben sind, kann eine gemeinsame Flüssigkeitskammer zur gemeinsamen Verwendung angeordnet werden.
In der vorliegenden Ausführungsform ist das Ende C des Wärmeerzeugungselements 2 auf der Seite entgegengesetzt zu der Ausstoßöffnung 18 auf der Seite des freien Endes der Mitte D des beweglichen Elements 31 in der Strömungskanalrichtung angeordnet. Hier ist das bewegliche Element 31 eine flache Platte in Auslegerausführung, die auf der Trennwand 30 erzeugt ist, und das Ende eines solchen beweglichen Elements auf der Seite der Ausstoßöffnung ist als das freie Ende 32 angeordnet, und dessen Ende auf den Seiten der gemeinsamen Flüssigkeitskammern 15 und 17 ist durch Vorsehen des Schlitzes 35 als das Drehgelenk 33 eingerichtet. Die Mitte D des beweglichen Elements 31 in der Strömungskanalrichtung ist die Mittenposition zwischen dem freien Ende 32 und dem Drehgelenk 33.
Wie in 1 gezeigt, ist die Anordnung des Wärmeerzeugungselements 2 derart, daß dann, wenn das Ende E des Wärmeerzeugungselements 2 auf der Seite der Ausstoßöffnung näher zu der Seite der Ausstoßöffnung angeordnet ist als das freie Ende 32 des beweglichen Elements 31 das freie Ende wirkungsvoll verlagert wird, weil der Druck der Blase auf die Seite des freien Endes konzentriert wird. Im Gegensatz dazu, wie in 2 gezeigt, kann das freie Ende 32 des beweglichen Elements 31 auf der Seite der Ausstoßöffnung angeordnet werden. Wenn ferner, wie in 3 gezeigt, das Ende E des Wärmeerzeugungselements auf der Seite der Ausstoßöffnung direkt unterhalb des freien Endes 32 des beweglichen Elements 31 angeordnet ist, wird die Blase auf wirkungsvolle Weise zu in die Ausstoßrichtung geleitet, weil der Druck der Blase gerichtet ist, auf den vorderen Endabschnitt des freien Endes einzuwirken. In 1 bis 3 ruht das Ende C des Wärmeerzeugungselements 2 auf der Seite entgegengesetzt zu der Ausstoßöffnung 18 auf der Seite des freien Endes der Mitte D des beweglichen Elements 31. Es ist jedoch möglich, dieses Ende in Übereinstimmung mit der Position der Mitte D anzuordnen. In anderen Worten, in der vorliegenden Erfindung bedeutet die Seite des freien Endes der Mitte D des beweglichen Elements 31 die Seite des freien Endes, einschließlich der Position der Mitte D.
Nun wird in Verbindung mit 4A und 4B die Operation des Zweiströmungskanal-Flüssigkeitsausstoßkopfs der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
4A zeigt den Zustand in dem Augenblick, wenn an das Wärmeerzeugungselement 2 Spannung angelegt ist und auf diese Weise erzeugte Wärme auf die Flüssigkeit in dem Blasenerzeugungsbereich 11 in dem zweiten Strömungskanal 16 übertragen wird, wodurch die Blase 40 in der Flüssigkeit erzeugt wird. Da hier das Ende C des Wärmeerzeugungselements 2 auf der Seite entgegengesetzt zu der Ausstoßöffnung 18 eingerichtet ist, auf der Seite des freien Endes 32 der Mitte D des beweglichen Elements 31 zu sein, wird der Druck der Blase 40 zu der Fläche auf der Seite des freien Endes der Mitte D des beweglichen Elements 31 hinzugefügt. Folglich ist das Gleichgewicht des Drucks, der auf das bewegliche Element 31 als ein Ganzes ausgeübt wird, größer auf der Seite des freien Endes, was ermöglicht, daß die Fläche des freien Endes zu Beginn verlagert wird. 4B zeigt die Zustände im Anschluß an den in 4A gezeigten Zustand. Die Blase 40 wird weiter entwickelt. Mit einer solchen Entwicklung der Blase wird das bewegliche Element 31 weiter verlagert. Die Blase 40 wird in die Ausstoßrichtung entlang der Verlagerungsausbildung des beweglichen Elements 31 entwickelt, wodurch die Ausstoßkraft und der Ausstoßwirkungsgrad stabil vergrößert werden. Insbesondere gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird die Verlagerung durch Hinzufügen des Drucks der Blase 40 zu der ½-Fläche des beweglichen Elements von der Seite des freien Endes gefördert. Demzufolge wird das freie Ende 32 des beweglichen Elements 31 wesentlich verlagert, wie in 4B gezeigt ist, um der Blase 40 zu ermöglichen, die Ausstoßöffnung 18 in gutem Zustand schnell und wirkungsvoll zu erreichen. Gleichzeitig wird ein solch guter Zustand für die Verlagerung als ein Ganzes erhalten, um den Ausstoßwirkungsgrad stabil zu erhöhen. Die Verlagerung des beweglichen Elements 31 kann auch gleichmäßig ausgeführt werden, um zu ermöglichen, die Haltbarkeit des beweglichen Elements 31 zu verlängern.
Ausführungsform 2
5 bis 7 zeigen Querschnittansichten, welche den Flüssigkeitsausstoßkopf der vorliegenden Ausführungsform schematisch darstellen, im Schnitt in der Richtung des Strömungskanals, welche die Beziehung zwischen den Anordnungen des beweglichen Elements und des Wärmeerzeugungselements darstellen. In der Beschreibung des Prinzips wurde hier auf den Aufbau des Flüssigkeitsausstoßkopfs der vorliegenden Ausführungsform bereits ausführlich Bezug genommen. Daher wird dessen Beschreibung hier ausgelassen.
In der vorliegenden Ausführungsform sind das Wärmeerzeugungselement 2 in einer Größe von 40 μm × 85 μm und des beweglichen Elements in einer Größe von 53 μm × 220 μm ausgebildet.
In der vorliegenden Ausführungsform ist das Ende C des Wärmeerzeugungselements 2 auf der Seite entgegengesetzt zu der Ausstoßöffnung 18 auf der Seite des freien Endes eines Punkts F angeordnet, der das bewegliche Element 31 in dem Verhältnis von 2 : 3 von dem freien Ende teilt. In dieser Hinsicht ist das bewegliche Element 31 eine flache Platte in Auslegerausführung, die auf der Trennwand 30 erzeugt ist, und das Ende eines solchen beweglichen Elements auf der Seite der Ausstoßöffnung ist eingerichtet, das freie Ende 32 zu sein, und dessen Ende auf den Seiten der gemeinsamen Flüssigkeitskammern 15 und 17 ist eingerichtet, das Drehgelenk 33 durch die Ausbildung des Schlitzes 35 zu sein. Der Punkt F, der das bewegliche Element 31 in dem Verhältnis von 2 : 3 von dem freien Ende teilt, bedeutet die Position von dem freien Ende 32 zwischen dem freien Ende 32 und dem Drehgelenk 33.
Wie in 5 gezeigt ist, kann die Anordnung des Wärmeerzeugungselements 2 so sein, daß das Ende E des Wärmeerzeugungselements 2 auf der Seite der Ausstoßöffnung näher zu der Seite der Ausstoßöffnung als das freie Ende 32 des beweglichen Elements 31 angeordnet ist, oder im Gegensatz dazu kann diese Anordnung so sein, daß, wie in 6 gezeigt, das freie Ende 32 des beweglichen Elements 31 näher der Seite der Ausstoßöffnung angeordnet ist. Wie ferner in 7 gezeigt, kann das Ende E des Wärmeerzeugungselements auf der Seite der Ausstoßöffnung direkt unterhalb des freien Endes 32 des beweglichen Elements 31 angeordnet sein. In 5 bis 7 ruht das Ende C des Wärmeerzeugungselements 2 auf der Seite entgegengesetzt zu der Ausstoßöffnung 18 auf der Seite des freien Endes des Punkts F, der das bewegliche Element 31 in dem Verhältnis 2 : 3 von der Seite des freien Endes teilt. Es ist jedoch möglich, dieses Ende in Übereinstimmung mit einem solchen Punkt der 2 : 3-Teilung anzuordnen. In anderen Worten, in der vorliegenden Erfindung bedeutet die Seite des freien Endes des Punkts F, der das bewegliche Element 31 in dem Verhältnis 2 : 3 von dem freien Ende teilt, die Seite des freien Endes, die den Punkt F einschließt. Erfindungsgemäß wird der Druck der Blase 40 zu der 2/5-Fläche des beweglichen Elements 31 von dem freien Ende hinzugefügt. Im Vergleich mit der ersten Ausführungsform ist das Gleichgewicht des Drucks, der auf das bewegliche Element 31 ausgeübt wird, noch größer auf der Seite des freien Endes, um die Verlagerung des freien Endes zu erleichtern. Demzufolge werden der Druck zu dem Zeitpunkt des Aufschäumens und der Entwicklung der Blase auf wirkungsvolle Weise in die Ausstoßrichtung geleitet. Gleichzeitig wird die Verlagerung des beweglichen Elements 31 gleichmäßig ausgeführt, um die Haltbarkeit des beweglichen Elements 31 zu verlängern.
Wenn das Wärmeerzeugungselement eingerichtet ist, den Druck der Blase so auf das bewegliche Element auszuüben, daß der Abschnitt des freien Endes, der einen solchen Druck aufnimmt, und der Abschnitt, der diesen nicht aufnimmt, ungefähr 50 : 50 geteilt sind, wie in der ersten Ausführungsform, liegen einige Fälle vor, in welchen, wenn auch nur geringfügig, Schwingungen an dem beweglichen Element eintreten. In anderen Worten, es besteht eine Wahrscheinlichkeit, daß an dem beweglichen Element eine harmonische Schwingung mit dem freien Ende, dem Drehgelenk und der Mitte als drei Knoten einer solchen Schwingung eintritt. In einem solchen Fall wird die Verlagerungsausbildung des beweglichen Elements geringfügig beeinflußt. Wenn jedoch der Abschnitt, der den Druck der Blase aufnimmt, und der Abschnitt, der den Druck nicht aufnimmt, auf der Seite des freien Endes der Mitte des beweglichen Elements in den elementaren Beziehungen von 2 : 3 angeordnet sind, wie in der vorliegenden Ausführungsform, können keine harmonischen Schwingungen auf leichte Weise auftreten. Dadurch wird die Verlagerungsbedingung des beweglichen Elements stabilisiert, um den Ausstoßwirkungsgrad stabil zu erhöhen. Selbst wenn in dieser Hinsicht die Anordnung nicht in den elementaren Beziehungen ist, wird die Komponente der harmonischen Schwingung größer als das Doppelte, wenn das Verhältnis zwischen dem Vorliegen und dem Fehlen des Drucks groß ist. Deshalb wird dessen Einfluß wesentlich kleiner und der Ausstoßwirkungsgrad wird schließlich erhöht.
In dieser Hinsicht ist der Blasenerzeugungsbereich des Wärmeerzeugungselements der ersten und der zweiten Ausführungsform ungefähr 1 bis 8 μm innerhalb der Strukturkante, weil die Temperaturverteilung des Wärmeerzeugungselements an dessen Kantenabschnitt gering ist. In Anbetracht dessen sollte das Heizvorrichtungsende bis zu 8 μm von der tatsächlichen Kante der Heizvorrichtung angeordnet werden.
Hier schließen auch die Enden E und C des Wärmeerzeugungselements 2 der ersten und der zweiten Ausführungsform den Bereich von 1 bis 8 μm innerhalb der Strukturkante ein.
Ausführungsform 3
8A und 8B zeigen Ansichten, welche einen Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß der vorliegenden Ausführungsform schematisch darstellen. 8A zeigt eine Ansicht zur Darstellung des Aufbaus des beweglichen Elements, des Wärmeerzeugungselements und des Flüssigkeitsströmungskanals des Kopfs. 8B zeigt eine Querschnittansicht des Kopfs im Schnitt in der Strömungsrichtung. In der Beschreibung des Prinzips ist der Aufbau des Flüssigkeitsausstoßkopfs der vorliegenden Ausführungsform bereits ausführlich erläutert. Daher wird dessen Beschreibung ausgelassen.
In dem Flüssigkeitsausstoßkopf der vorliegenden Ausführungsform ist jeder der zweiten Flüssigkeitsströmungskanäle 12 auf dem Elementsubstrat 1 angeordnet, mit Wärmeerzeugungselementen 2 darauf, um Wärmeenergie zur Erzeugung von Blasen zu erzeugen. In dem zweiten Flüssigkeitsströmungskanal ist der erste Flüssigkeitsströmungskanal 14 angeordnet, welcher mit der Ausstoßöffnung 18 leitend verbunden ist. Der erste Flüssigkeitsströmungskanal 14 ist mit der ersten gemeinsamen Flüssigkeitskammer 15 leitend verbunden. Der zweite Flüssigkeitsströmungskanal 16 ist mit der zweiten gemeinsamen Flüssigkeitskammer 17 leitend verbunden.
Wenn in dieser Hinsicht die Blasenerzeugungsflüssigkeit und die Ausstoßflüssigkeit dieselben sind, kann eine gemeinsame Flüssigkeitskammer für die anteilige Nutzung angeordnet sein.
In der vorliegenden Ausführungsform ist die Wand 72 des zweiten Flüssigkeitsströmungskanals, welche die Seitenwand des Wärmeerzeugungselements 2 ist, schmaler in Kegelform in der Richtung der Ausstoßöffnung ausgebildet, wie in 8A gezeigt ist. Das Wärmeerzeugungselement 2 auf der Seite ent gegengesetzt zu der Ausstoßöffnung 18 ist auf der Seite des freien Endes der Mitte D des beweglichen Elements 31 in der Strömungskanalrichtung angeordnet.
Nachstehend wird in Verbindung mit 9A und 9B die Operation des Flüssigkeitsausstoßkopfs der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
9A zeigt den Zustand in dem Augenblick, wenn an das Wärmeerzeugungselement 2 Spannung angelegt ist und auf diese Weise erzeugte Wärme auf die Flüssigkeit in dem Blasenerzeugungsbereich 11 in dem zweiten Strömungskanal 16 übertragen wird, wodurch die Blase 40 in der Flüssigkeit erzeugt wird.
Hier wird der Teil des Drucks der Blase, die durch die Einwirkung von Wärme ausgebildet ist, die durch das Wärmeerzeugungselement 2 erzeugt ist, auf der Seite, die der Ausstoßöffnung 18 näher ist, unterdrückt, so daß sich diese nicht in die Richtung der Seitenwand ausdehnt. Daher ist die Entwicklung der Blase in der Richtung des beweglichen Elements größer als der Teil der Blase 40, der auf der Seite ruht, der der Drehgelenkseite des beweglichen Elements 31 näher ist. Folglich wird bewirkt, daß der Druck der Blase 40, welcher sich zu dem beweglichen Element 31 ausbreitet, stärker in der Fläche wirkt, die dem Abschnitt des freien Endes 32 näher ist. Auf diese Weise beginnt sich das freie Ende 32 früher als jeder andere Teil des beweglichen Elements 31 zu verlagern.
9B zeigt den Zustand im Anschluß an den einen, der in 9A dargestellt ist. Die Blase 40 wird weiter entwickelt. Mit einer solchen Entwicklung der Blase wird das bewegliche Element 31 als ein Ganzes weiter verlagert. Die Blase 40 wird in der Ausstoßrichtung entlang dem Verlagerungsaufbau des beweglichen Elements 31 entwickelt, wodurch die Ausstoßkraft und der Ausstoßwirkungsgrad stabil vergrößert werden. Insbesondere wird gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Verlagerung durch die Anlage eines höheren Drucks in die Nähe des freien Endes gefördert. Demzufolge wird das freie Ende 32 des beweglichen Elements 31 wesentlich verlagert, um der Blase 40 zu ermöglichen, die Ausstoßöffnung 18 in gutem Zustand schnell und wirkungsvoll zu erreichen, wodurch ermöglicht wird, den Ausstoßwirkungsgrad in bezug auf die Gesamtverlagerungsoperation des beweglichen Elements 31 stabil zu erhöhen. Die Verlagerung des beweglichen Elements 31 kann gleichmäßig ausgeführt werden, was zu der Verlängerung der Haltbarkeit des beweglichen Elements 31 beiträgt.
Ausführungsform 4
10A bis 10C zeigen Ansichten, welche den Aufbau des Wärmeerzeugungselements eines Flüssigkeitsausstoßkopfs gemäß der vorliegenden Ausführungsform darstellen, wenn von der Seite des zweiten Flüssigkeitsströmungskanals beobachtet. Das Wärmeerzeugungselement dieses Flüssigkeitsausstoßkopfs ist aufgebaut, einen großen Druck an die Fläche des freien Endes 32 des beweglichen Elements 31 anzulegen, wie in der dritten Ausführungsform.
Wie in 10A gezeigt, ist das Wärmeerzeugungselement 2 zwischen den Wänden 72 des zweiten Flüssigkeitsströmungskanals angeordnet, welche die Seitenwände ausbilden.
Bei dem in 10A gezeigten Kopf sind an beiden Seitenenden des Wärmeerzeugungselements 2 auf der Seite entgegengesetzt zu der Ausstoßöffnung 18 auf dessen Oberfläche, die mit dem zweiten Flüssigkeitsströmungskanal 16 in Kontakt ist, Maskenstrukturen 97 angeordnet, um die Erzeugung der Blase 40 zu sperren.
In dem in 10B gezeigten Kopf nimmt die Anzahl der Maskenstrukturen 97 zu, welche die Erzeugung der Blase 40 sperren, wenn die Strukturen von der Ausstoßöffnung 18 in der Oberfläche des Wärmeerzeugungselements 2, welches mit dem zweiten Flüssigkeitsströmungskanal 16 in Kontakt ist, weiter angeordnet sind.
In dem in 10C gezeigten Kopf ist das Wärmeerzeugungselement 2 in zwei Wärmeerzeugungselemente 2a und 2b unterteilt, die gleichzeitig Wärme erzeugen. Von diesen zwei ist die Fläche des Wärmeerzeugungselements auf der Seite des freien Endes größer ausgebildet. Hier bezeichnet ein Bezugszeichen 5 eine Drahtelektrode, die für das Wärmeerzeugungselement 2 angeordnet ist.
Nachstehend erfolgt die Beschreibung der Operation des Flüssigkeitsausstoßkopfs der vorliegenden Ausführungsform.
In den in 10A und 10B gezeigten Flüssigkeitsausstoßköpfen sind die Maskenstrukturen 97 nicht für jeden von diesen auf der Seite der Ausstoßöffnung angeordnet. Auch in dem in 10C gezeigten Kopf ist das Wärmeerzeugungselement 2 in zwei Wärmeerzeugungselemente 2a und 2b unterteilt, während die Fläche des einen auf der Seite des freien Endes größer ausgebildet ist. Daher wird bewirkt, daß der Druck der Blase 40, welcher zu dem beweglichen Element 31 übertragen wird, in der Nähe des freien Endes 32 stärker wirkt, wodurch ermöglicht wird, daß das freie Ende 32 früher als der andere Abschnitt des beweglichen Elements verlagert wird.
Der Gesichtspunkt der Operation und die Wirkung sind gleich denen der dritten Ausführungsform. In dem Fall der vorliegenden Ausführungsform ist jedoch die Druckverteilung der Blase 40 in bezug auf das freie Ende 32 des beweglichen Elements 31 und anderer genauer steuerbar. Demzufolge wird der Ausstoßwirkungsgrad noch mehr erhöht. Auch in dem in 10C gezeigten Kopf ist keine Maskenstruktur angeordnet. Der Energieverlust ist in diesem Maße geringer. Der Energiewirkungsgrad wird demgemäß erhöht.
Ausführungsform 5
11A und 11B zeigen Querschnittansichten, welche einen Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß der vorliegenden Ausführungsform schematisch darstellen, welche den Aufbau des Flüssigkeitsausstoßkopfs für die Aufbringung eines größeren Drucks auf das freie Ende 32 des beweglichen Elements 31 darstellen, wie in der vierten Ausführungsform.
Das Wärmeerzeugungselement 2 des Kopfs ist aufgebaut, zu ermöglichen, daß der Abschnitt des Wärmeerzeugungselements 2, welcher der Ausstoßöffnung näher ist, sich dem beweglichen Element 31 gemäß der vorliegenden Ausführungsform dichter annähert. In anderen Worten, in dem in 11A gezeigten Kopf ist eine Stufe so angeordnet, daß der Abstand zwischen dem Wärmeerzeugungselement 2 und dem beweglichen Element 31 in dem Abschnitt, welcher der Ausstoßöffnung 18 näher ist, kürzer ausgebildet ist. Auch bei dem in 11B gezeigten Kopf ist das Wärmeerzeugungselement 2 kegelförmig, um den Abstand zwischen dem Wärmeerzeugungselement 2 und dem beweglichen Element 31 in dem Abschnitt, welcher der Ausstoßöffnung 18 näher ist, kürzer auszubilden. Bei dem auf diese Weise ausgebildeten Aufbau wird bewirkt, daß der Druck der Blase 40, welcher zu dem beweglichen Element 31 übertragen wird, stärker wirkt, wenn dieser auf den Abschnitt ausgeübt wird, welcher dem freien Ende 32 näher ist. Auf diese Weise beginnt sich das freie Ende 32 früher und schnell zu verlagern.
In dieser Hinsicht sind die anderen Gesichtspunkte der Operation und die Wirkung gleich den in der ersten Ausführungsform beschriebenen. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird der Strömungswiderstand gegenüber der Flüssigkeitszuführung in dem zweiten Flüssigkeitsströmungskanal 16 unterdrückt, um diesen kleiner auszubilden, während ein höherer Druck der Blase anliegt, der an dem freien Ende höher ist. Auf diese Weise wird das Wiederauffüllvermögen verbessert.
Ausführungsform 6
12 zeigt eine Querschnittansicht, welche einen Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß der vorliegenden Ausführungsform schematisch darstellt, welche den Aufbau des Wärmeerzeugungselements des Flüssigkeitsausstoßkopfs darstellt, der mittels des freien Endes 32 des beweglichen Elements 31 ei nen größeren Druck ausübt, wie in den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen.
In der vorliegenden Ausführungsform ist das Ende des Wärmeerzeugungselements 2 des Kopfs auf der Seite der Ausstoßöffnung 18 näher an der Ausstoßöffnung 18 angeordnet als das freie Ende 32 des beweglichen Elements 31. Bei dem auf diese Weise gestalteten Aufbau wird die Blase 40, die an dem Ende des Wärmeerzeugungselements 2 auf der Seite der Ausstoßöffnung erzeugt ist, herangezogen, um auf das freie Ende 32 einzuwirken. Hier können die anderen Ausführungsformen, welche vorstehend beschrieben sind, in der gleichen Weise wie in dieser Ausführungsform aufgebaut sein. Die anderen Gesichtspunkte der Operation und die Wirkung der vorliegenden Ausführungsform sind gleich den in der dritten Ausführungsform beschriebenen. Mit der vorliegenden Ausführungsform ist es jedoch möglich, den einfacheren Herstellungsprozeß zu realisieren, um den Kopf bei geringeren Kosten bereitzustellen.
Ausführungsform 7
13 zeigt eine Querschnittansicht, welche einen Flüssigkeitsausstoßkopf der sogenannten „Side-Shooter-Type" der vorliegenden Ausführungsform schematisch darstellt, in welchem die Anordnungsoberflächen des Wärmeerzeugungselements und die Ausstoßöffnung im wesentlichen parallel sind. 13 zeigt den Aufbau des Wärmeerzeugungselements des Flüssigkeitsausstoßkopfs, der mittels des freien Endes 32 des beweglichen Elements 31 einen größeren Druck ausübt, wie in den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen.
Die vorliegende Ausführungsform ist derart, daß der Kopfaufbau der in 11A dargestellten fünften Ausführungsform eingerichtet ist, die „Side-Shooter-Type" zu sein. Die anderen Ausführungsformen, welche vorstehend beschrieben sind, können ebenfalls als die „Side-Shooter-Type" ausgebildet sein. Hier sind die anderen Gesichtspunkte der Operationen und die Wirkung gleich den in der dritten Ausführungsform beschriebenen. Daher wird deren Beschreibung ausgelassen.
Nachstehend erfolgt gemäß der Ausführungsform 8 bis Ausführungsform 10 die Beschreibung der Vorrichtungen, um die kennzeichnende Frequenz der Schwingung des beweglichen Elements größer als die Ansteuerfrequenz zur Verwendung bei der Blasenerzeugung auszubilden.
Ausführungsform 8
14A bis 14D zeigen Querschnittansichten, welche ein Beispiel eines Flüssigkeitsausstoßkopfs gemäß der vorliegenden Ausführungsform darstellen. In der Beschreibung des Prinzips wurde bereits auf den Aufbau des Flüssigkeitsausstoßkopfs der vorliegenden Ausführungsform ausführlich Bezug genommen. Daher wird dessen Beschreibung ausgelassen.
In dem Flüssigkeitsausstoßkopf der vorliegenden Ausführungsform ist jeder der zweiten Flüssigkeitsströmungskanäle 12 auf dem Elementsubstrat 1 angeordnet, mit den Wärmeerzeugungselementen 2 darauf, um Wärmeenergie für die Erzeugung von Blasen bereitzustellen. Auf dem zweiten Flüssigkeitsströmungskanal ist der erste Flüssigkeitsströmungskanal 14 angeordnet, welcher mit der Ausstoßöffnung 18 leitend verbunden ist.
In dieser Hinsicht können die gemeinsamen Flüssigkeitskammern teilweise oder vollständig leitend verbunden werden, um sie für eine anteilige Nutzung vorzusehen, wenn die Blasenerzeugungsflüssigkeit und die Ausstoßflüssigkeit dieselben sind.
In der vorliegenden Ausführungsform wird die kennzeichnende Frequenz der Schwingung des beweglichen Elements 31 größer als die umgekehrte Anzahl der Zyklen der Erzeugung einer Blase bis zu Auslöschung ausgebildet.
Mit dem auf diese Weise ausgebildeten Aufbau ist es dem beweglichen Element 31 ermöglicht, dem Zyklus von dem Augenblick an zu folgen, wenn der Ansteuerimpuls an das Wärmeerzeugungselement 2 angelegt ist, wie in 14A gezeigt, bis zu dem Augenblick, wenn sich die Blase 40 auflöst, wie in 14C gezeigt ist, mittels der Verlagerung des beweglichen Elements 31 durch die Erzeugung der Blase 40, wie in 14B gezeigt ist, als auch durch die Elastizität des beweglichen Elements.
Ein Beispiel der vorliegenden Ausführungsform ist eingerichtet, den Strömungskanalwiderstand in dem in 14A gezeigten zweiten Flüssigkeitsströmungskanal 16 extrem klein auszubilden, so daß der größte Teil der Flüssigkeitszuführung im Anschluß an die Kontraktion der Blase von dem zweiten Flüssigkeitsströmungskanal ausgeführt wird. In diesem Fall trägt der Druck der Blase 40 zu dem Zeitpunkt der Kontraktion nicht zu der Verlagerung des beweglichen Elements 31 in dessen feststehende Position bei oder dieser kann nur geringfügig anders beitragen. Selbst in einem solchen Fall ermöglicht die vorliegende Ausführungsform die Verlagerung des beweglichen Elements 31, auf Grund der Eigenelastizität entsprechend der Ausstoßoperation von der Erzeugung der Blase 40 bis zu deren Auflösung. Demzufolge ist zum Aufschäumen in der nächsten Ausstoßoperation, wie in 14D gezeigt, der gleiche Zustand wie in der vorhergehenden Ausstoßoperation erreichbar, wodurch die Eigenschaften des erhöhten Ausstoßwirkungsgrads jederzeit erzielt werden. Ferner kann die Verlagerung des beweglichen Elements gleichmäßig ausgeführt werden, und die Haltbarkeit des beweglichen Elements wird verlängert.
Es ist auch ausreichend, wenn nur das bewegliche Element 31 in der Lage ist, in die Ausgangsposition zu dem Zeitpunkt zurückzukehren, wenn die nächste Ausstoßoperation beginnt. Es ist daher möglich, die kennzeichnende Frequenz der Schwingung des beweglichen Elements 31 größer als die maximale Ansteuerfrequenz auszubilden.
Wenn in dem vorliegenden Beispiel der Zyklus von der Erzeugung einer Blase bis zu deren Auflösung 30 μs beträgt, wird der Ausstoß unter Verwendung des beweglichen Elements mit dessen kennzeichnender Frequenz der Schwingung größer als der Kehrwert eines solchen Zyklus ausgeführt, welcher 1/30 μs (= 33 kHz) beträgt. Demzufolge folgt die Operation des beweglichen Elements der Entwicklung und Kontraktion einer Blase, um zu ermöglichen, die Ausstoßbedingung zu verbessern als auch den Wiederauffüllwirkungsgrad noch mehr zu erhöhen.
In diesem Fall werden Co oder andere Verunreinigungen geringfügig in Ni dotiert und durch Abschrecken oder dergleichen behandelt. Das auf diese Weise erhaltene Material wird für das vorstehend beschriebene bewegliche Element verwendet.
Als Beispiel der vorstehend erwähnten Ausführung wird der Ausstoß unter Verwendung des beweglichen Elements ausgeführt, dessen kennzeichnende Frequenz der Schwingung 7 kHz oder mehr in bezug auf den Ausstoßkopf beträgt, dessen maximale Ansteuerfrequenz 6 kHz ist. Demzufolge ist es möglich, den stabilisierten Ausstoßzustand selbst unter Verwendung des Ausstoßkopfs von 6 kHz zu erzielen, während der Ausstoßwirkungsgrad gleichfalls erhalten ist.
Ausführungsform 9
15A bis 15D zeigen Querschnittansichten, welche einen Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß der vorliegenden Ausführungsform schematisch darstellen. Der Aufbau ist grundlegend derselbe wie jener der achten Ausführungsform. Daher wird dessen Beschreibung ausgelassen.
Wenn in dem in 15A gezeigten Zustand ein Ansteuerimpuls an das Wärmeerzeugungselement 2 angelegt ist, werden die Wellenformen f_A und f_B von dem Abschnitt P des beweglichen Elements 31 in bezug auf die Seite entgegengesetzt zu der Ausstoßöffnung des Wärmeerzeugungselements 2 erzeugt, wie in 15B gezeigt ist. Dies ist der Fall, weil die Aufschäum energie, die von dem Zustand abhängt, wie z. B. die Festigkeit des beweglichen Elements 31, gering ist. Dies ist der Zustand, der in dem Moment eintritt, wenn der Druck der Blase 40 auf das bewegliche Element 31 gleichmäßig parallel dazu ausgeübt wird. Dieser Zustand bietet nicht die beste Bedingung zum Leiten der Blase 40 zu der Ausstoßöffnung 18, obgleich der Ausstoßwirkungsgrad in einem gewissen Maße erhöht ist, im Vergleich zu dem herkömmlichen Kopf, in welchem kein bewegliches Element 31 angeordnet ist.
Wie jedoch in 15C gezeigt, schreiten die Wellenformen f_A und f_B zu der Seite des freien Endes 32 und der Seite des Drehgelenks 33 des beweglichen Elements 31 mittels der kennzeichnenden Wellenübertragung fort, die durch das bewegliche Element 31 bereitgestellt wird.
Wenn dann, wie in 15D gezeigt, die Wellenformen f_A und f_B das freie Ende 32 und das Drehgelenk 33 zu dem Zeitpunkt erreichen, wenn das bewegliche Element 31 maximal verlagert ist, wird die Blase 40 mittels des beweglichen Elements als ein Ganzes zu der Ausstoßöffnung 18 geleitet, wobei das freie Ende 32 in dessen maximaler Verlagerungsposition ist, wodurch der wirkungsvollste Zustand dargeboten wird.
Um diesen Zustand zu erreichen, bis zu dem Zeitpunkt, daß die Blase am größten ist oder bis zu dem Zeitpunkt, daß die Verlagerung des beweglichen Elements deren Maximum erreicht, ist es notwendig, die folgende Formel 1 zu erfüllen:
(die Zeitdauer, bis eine Blase am größten ist) > (die Periode der Wellenübertragung durch das bewegliche Element) oder (die Zeitdauer, bis die Verlagerung des beweglichen Elements deren Maximum erreicht) > (die Periode der Wellenübertragung durch das bewegliche Element).
An diesem Punkt ist abhängig von der Länge des beweglichen Elements die Wellenübertragungszeitdauer des beweglichen Elements durch die folgende Formel 2 erzielbar:
(die Periode der Wellenübertragung durch das bewegliche Element) = (die Länge des beweglichen Elements) / (die Geschwindigkeit der Wellenübertragung durch das bewegliche Element).
In anderen Worten, es ist notwendig, die Wellenübertragungsgeschwindigkeit des beweglichen Elements schneller zu machen als die Entwicklungsgeschwindigkeit der Blase.
Mit dem auf diese Weise ausgebildeten Aufbau wird der stabilisierte Ausstoßzustand erreicht und das Verhalten des erhöhten Ausstoßwirkungsgrads ist jederzeit erzielbar. Da ferner die Verlagerung des beweglichen Elements gleichmäßig ausgeführt ist, wird die Haltbarkeit des beweglichen Elements verlängert.
In einem vorliegenden Beispiel ist die Entwicklungszeitdauer der Blase mit 15 μs am längsten ausgebildet, während die Einstellung der Länge des beweglichen Elements auf 150 μm erfolgt, wobei die sich ergebende Beziehung (15 μs) > (150 μm / 15 μs) ist. Der Zustand ist zweckentsprechend und die Eigenschaften werden stabil verbessert.
Erstes Vergleichsbeispiel, das nicht in den Bereich der beanspruchten Erfindung fällt
16A bis 16D zeigen Querschnittansichten, welche einen Flüssigkeitsausstoßkopf des vorliegenden Beispiels darstellen. Da der grundlegende Aufbau ähnlich dem der achten Ausführungsform der Erfindung ist, wird dessen Beschreibung ausgelassen.
Das vorliegende Beispiel ist ähnlich der neunten Ausführungsform der Erfindung. Der kennzeichnende Gesichtspunkt des vorliegenden Beispiels besteht darin, daß das freie Ende 32 des beweglichen Elements 31 mehr auf der Seite der Ausstoßöffnung als das Ende des Wärmeerzeugungselements 2 auf der Seite der Ausstoßöffnung angeordnet ist.
Wenn in dem in 16A gezeigten Zustand der Ansteuerimpuls an das Wärmeerzeugungselement 2 angelegt ist, werden die Wellenformen f_A und f_B von dem Abschnitt P des beweglichen Elements 31 in bezug auf die Seite entgegengesetzt zu der Ausstoßöffnung des Wärmeerzeugungselements 2 erzeugt, wie in 16B gezeigt ist, und gleichzeitig werden die Wellenformen f_C und f_D in dem Abschnitt Q des beweglichen Elements 31 erzeugt, der dem Wärmeerzeugungselement 2 auf der Seite der Ausstoßöffnung entspricht. Dies ist der Fall, weil die Aufschäumenergie, die von dem Zustand, wie z. B. die Festigkeit des beweglichen Elements 31, abhängt, gering ist. Dies ist der Zustand, der in dem Augenblick auftritt, wenn der Druck der Blase 40 auf das bewegliche Element 31 gleichmäßig parallel zu diesem ausgeübt wird. Dieser Zustand stellt nicht die beste Bedingung zum Leiten der Blase 40 zu der Ausstoßöffnung 18 dar, obgleich der Ausstoßwirkungsgrad in einem gewissen Maße erhöht ist, im Vergleich mit dem herkömmlichen Kopf, in welchem kein bewegliches Element 31 angeordnet ist.
Wie jedoch in 16C gezeigt, schreiten die Wellenformen f_A und f_B zu der Seite des freien Endes 32 und der Seite des Drehgelenks 33 des beweglichen Elements 31 mittels der kennzeichnenden Wellenübertragung fort, die durch das bewegliche Element 31 bereitgestellt wird. Auch die Wellenformen f_C und f_D schreiten zu der Seite des Drehgelenks 33 und der Seite des freien Endes 32 fort.
Wenn dann, wie in 16D gezeigt, die Wellenformen f_A und f_B das freie Ende 32 und das Drehgelenk 33 erreichen und auch die Wellenformen f_C und f_D das Drehgelenk 33 und das freie Ende 32 zu dem Zeitpunkt erreichen, wenn das bewegliche Element 31 in dessen Maximum verlagert ist, wird die Blase 40 mittels des beweglichen Elements als ein Ganzes zu der Ausstoßöffnung 18 geleitet, wobei das freie Ende 32 in dessen maximaler Verlagerungsposition ist, wodurch der wirkungsvollste Zustand erreicht wird.
Um diesen Zustand bis zu dem Zeitpunkt zu erreichen, bei dem die Blase am größten ist, oder bis zu dem Zeitpunkt, daß die Verlagerung des beweglichen Elements deren Maximum erreicht, ist es notwendig, die folgende Formel 3 zu erfüllen:
(die Zeitdauer, bis eine Blase am größten ist) > (die Periode der Wellenübertragung durch das bewegliche Element) oder (die Zeitdauer, bis die Verlagerung des beweglichen Elements deren Maximum erreicht) > (die Periode der Wellenübertragung durch das bewegliche Element).
An diesem Punkt ist abhängig von der Länge des beweglichen Elements die Wellenübertragungszeitdauer des beweglichen Elements durch die folgende Formel 4 erzielbar:
(die Zeitdauer der Wellenübertragung durch das bewegliche Element) = (die Länge des beweglichen Elements) / (die Geschwindigkeit der Wellenübertragung durch das bewegliche Element).
In anderen Worten, es ist notwendig, die Wellenübertragungsgeschwindigkeit des beweglichen Elements schneller als die Entwicklungsgeschwindigkeit der Blase auszubilden.
Mit dem auf diese Weise ausgebildeten Aufbau ist es möglich, die gleiche Wirkung wie in der neunten Ausführungsform der Erfindung zu erzielen.
Nachstehend erfolgt die Beschreibung von Vergleichsbeispielen, die nicht in den Bereich der beanspruchten Erfindung fallen, von Vorrichtungen zur Förderung der Verlagerung, welche die Bewegung des freien Endes des beweglichen Elements fördert.
Zweites Vergleichsbeispiel, das nicht in den Bereich der beanspruchten Erfindung fällt
Unter Bezugnahme auf die Strukturen von Flüssigkeitsausstoßköpfen, die auf der Grundlage des vorstehend beschriebenen Ausstoßprinzips beruhen, ist die Funktion, welche die Ausbreitung des Drucks leitet, der durch die Erzeugung einer Blase und die Entwicklung der Blase selbst zu der Seite der Ausstoßöffnung ausgeübt wird, durch die Verlagerung des beweglichen Elements, das angeordnet ist, um den Blasenerzeugungsbereich abzudecken, unterschiedlich ausgebildet, abhängig von den Ausbildungen des beweglichen Elements und den Positionen dessen Ausbildungen (die Lagebeziehung zwischen dem Blasenerzeugungsbereich und dem beweglichen Element). Ein Flüssigkeitsausstoßkopf der vorstehend beschriebenen Type ermöglicht die Materialisierung der Struktur, die in der Lage ist, die Ausbreitung des Drucks zu leiten, der durch die Erzeugung einer Blase und die Entwicklung der Blase selbst ausgeübt wird, mehr wirkungsvoll und stabil zu der Seite der Ausstoßöffnung. In bezug auf die in 1 bis 7 gezeigten Lagebeziehungen für die Ausführungsform 1 und die Ausführungsform 2, die vorstehend beschrieben sind, ist es möglich, die Strukturen zu materialisieren, die in der Lage sind, die Ausbreitung des Drucks, der durch die Erzeugung einer Blase und die Entwicklung der Blase selbst ausgeübt wird, zu der Seite der Ausstoßöffnung wirkungsvoller und stabiler zu leiten, selbst wenn das Ende E des Wärmeerzeugungselements 2 auf der Auströmseite in bezug auf das freie Ende 32 auf der Zuströmseite angeordnet ist, oder ferner selbst dann, wenn das Ende C des Wärmeerzeugungselements 2 auf der Zuströmseite in bezug auf den Punkt D oder den Punkt F auf der Zuströmseite angeordnet ist.
Nachstehend wird ein Aufbau aufgezeigt, der in der Lage ist, die Ausbreitung des Drucks, der durch die Erzeugung einer Blase und die Entwicklung der Blase selbst auf wirkungsvollere und stabile Weise zu der Ausstoßöffnung zu leiten, wie vorstehend beschrieben ist. Es werden Beispiele gezeigt, in welchen ein Verstärkungselement für einen Teil des beweglichen Elements angeordnet ist, um dessen Festigkeit in der Verlagerungsrichtung zu erhöhen, und ein Bearbeitungsprozeß wird für einen Teil des beweglichen Elements aufgezeigt, um dessen Festigkeit zu erhöhen, und es wird auch die spezielle Beschreibung solcher Strukturen vorgenommen.
(1) Das Beispiel, in welchem ein Verstärkungselement für einen Teil des beweglichen Elements angeordnet ist.
17A und 17B zeigen Ansichten, welche ein erstes Ausbildungsbeispiel eines Flüssigkeitsausstoßkopfs darstellen. 17A zeigt eine perspektivische Ansicht davon, und 17B zeigt eine Querschnittansicht im Schnitt entlang der Linie 17B – 17B in 17A. In 17A und 17B ist ein verlagerbares Verstärkungselement 31a der flachen Plattentype in der Mitte des beweglichen Elements 31 in der Längsrichtung in der Umgebung des Drehgelenks 33 angeordnet. Der Aufbau ist dann so eingerichtet, um die Festigkeit des beweglichen Elements 31 in bezug auf die durch die Erzeugung einer Blase bewirkte Verlagerung zu erhöhen. Die Länge, die Breite und die Dicke des Verstärkungselements 31a werden abhängig von der Größe des Blasenerzeugungsbereichs, der Lagebeziehung zwischen diesem Bereich und dem Wärmeerzeugungselement 2 und einiger anderer bestimmt. Hier ist die Länge des Verstärkungselements 31a so eingestellt, daß der Abschnitt des beweglichen Elements 31 auf der Seite des freien Endes 32 in einem gewissen Maß verbleibt wie dieser ist, und die Breite des Verstärkungselements wird kleiner als die des beweglichen Elements 31 ausgebildet.
Für das bewegliche Element 31, welches durch das Verstärkungselement 31a verstärkt ist, mit Ausnahme eines Teils auf der Seite des freien Endes 32, wird der erste Verlagerungsbereich (der Abschnitt mit einer geringeren Festigkeit auf der Seite des freien Endes) des beweglichen Elements 31, in welchem keine Verstärkung vorgesehen ist, mit Funktionen zum Leiten des Drucks einer Blase zu der Seite der Ausstoßöffnung, wenn die Größe des Wärmeerzeugungselements kleiner ist, wie in 18A gezeigt, und wenn die Größe des Wärmeerzeugungselements größer ist, ein zweiter Verlagerungsbereich (der Abschnitt mit einer größeren Festigkeit auf der Seite des Drehgelenks), in welchem das Verstärkungselement angeordnet ist, leitet den Abschnitt der Blase auf der Zuströmseite zu der Seite des freien Endes des beweglichen Elements, und dann wird der Druck der Blase mittels des ersten Verlagerungsbereichs (mit einer geringeren Festigkeit) auf der Seite des freien Endes zu der Seite der Ausstoßöffnung geleitet. Auf diese Weise ist ermöglicht, zu bewirken, daß der Druck der Blase zu dem Zeitpunkt der Aufschäumung (insbesondere der Druck der Blase auf der Abströmseite) auf die Seite des freien Endes des beweglichen Elements wirkungsvoller konzentriert wird. Somit wird die Verlagerungsausbildung des beweglichen Elements selbst gegenüber einer großen Aufschäumenergie optimiert, um die Blase stabil in die Richtung der Ausstoßöffnung zu leiten.
Insbesondere weist die erzeugte Blase mehrere Komponenten auf, die zu der Ausstoßöffnung bei der Ausbreitung des Drucks gerichtet sind, der dadurch ausgeübt wird und deren Entwicklungsrichtung auf den Abschnitt nahe der Abströmseite der Ausstoßöffnung. Daher ist es möglich, für den ersten Verlagerungsbereich, der diesem Abschnitt in Gegenüberlage ist, eine geringere Festigkeit vorzusehen. Auch weist die Druckentwicklungskomponente der erzeugten Blase auf der Zuströmseite mehrere Komponenten auf, die zu der Seite entgegengesetzt zu der Ausstoßöffnung gerichtet sind, was die stärkere Steuerung unter Verwendung einer stärkeren Kraft notwendig macht. Daher ist die Festigkeit des zweiten Verlagerungsbereichs, die einem solchen Abschnitt in Gegenüberlage ist, größer auszubilden. Aus diesem Grund wird das Verstärkungselement 31a verwendet, um das bewegliche Element zu verstärken. Folglich sollte es angeordnet werden, um die Festigkeit des ersten Verlagerungsbereichs einzustellen, welcher der Ausstoßöffnung näher ist, und die Festigkeit des zweiten Verlagerungsbereichs, welcher weiter von der Ausstoßöffnung in der Beziehung beabstandet ist: (erster Verlagerungsbereich) < (zweiter Verlagerungsbereich), und dieser ist wirkungsvoll, um den Grenzabschnitt zwischen diesen in dem Abschnitt anzuordnen, welcher dem Blasenerzeugungsbe reich (oder dem Wärmeerzeugungselement 2) in Gegenüberlage ist, aus den vorstehend beschriebenen Gründen, oder vorzugsweise in dem Bereich ± 30 % oder mehr vorzugsweise ± 10 der Länge des Abschnitts, der einem von diesen von der Mitte eines solchen Abschnitts in Gegenüberlage ist. Das Verstärkungselement sollte auch in dem Bereich angeordnet werden, der das Drehgelenk einschließt, so daß es auf das Drehgelenk einwirken kann.
Es besteht die Möglichkeit, drei oder mehr unterschiedliche Verlagerungsbereiche für das bewegliche Element anzuordnen. In einem solchen Fall jeweils mit den Verlagerungsbereichen als ein erster Verlagerungsbereich, ein zweiter Verlagerungsbereich, ein dritter Verlagerungsbereich,... von der Seite der Ausstoßöffnung, wobei die Festigkeit jedes Bereichs in der Beziehung ist (erster Verlagerungsbereich) < (zweiter Verlagerungsbereich) < (dritter Verlagerungsbereich) ... Dieser sollte wirkungsvoll sein, die Grenzabschnitte zwischen jedem der Verlagerungsbereiche in den Abschnitten anzuordnen, die jeweils in Gegenüberlage des Blasenerzeugungsbereichs (oder des Wärmeerzeugungselements), wie vorstehend beschrieben ist.
20A und 20B sind gleich den 18A und 18B. Für einen Teil des beweglichen Elements ist das Verstärkungselement angeordnet. Ein erster Verlagerungsbereich und ein zweiter Verlagerungsbereich sind für das bewegliche Element als ein Ganzes angeordnet. Für diesen Aufbau ist eine Vielzahl von Wärmeerzeugungsbereichen 2a und 2b angeordnet, um auf den ersten Verlagerungsbereich und den zweiten Verlagerungsbereich einzeln einzuwirken. Dieser Aufbau wird durch Anordnung des beweglichen Elements ausgebildet, welcher mit dem ersten und dem zweiten Verlagerungsbereich versehen ist, in Gegenüberlage der Wärmeerzeugungselemente auf dem Elementsubstrat. Dieser Aufbau ist grundlegend gleich dem einen, der eine Vielzahl von Heizvorrichtungen darauf aufweist, wie in der Beschreibung der Japanischen Offenlegungs schrift Nr. 7-256347 offenbart ist. Daher wird hier dessen ausführliche Beschreibung ausgelassen.
In 20B wird die Wärmeerzeugungsenergie sowohl an das Wärmeerzeugungselement 2a als auch das Wärmeerzeugungselement 2b angelegt, und eine große Blase wird in dem Blasenerzeugungsbereich erzeugt. In diesem Fall sind der erste und der zweite Verlagerungsbereich des beweglichen Elements funktionswirksam, um zu gestatten, beginnend mit der Seite des freien Endes verlagert zu werden. Demzufolge wird eine größere Energie wirkungsvoll gesteuert, in die Richtung der Ausstoßöffnung geleitet zu werden. Somit wird der Ausstoßwirkungsgrad stabil erhöht.
Wie vorstehend beschrieben, selbst für den Kopf einer Type, in welcher die Aufschäumenergien unterschiedlich sind, ist es möglich, das bewegliche Element entsprechend jedem solcher Köpfe in geeigneter Weise zu verlagern. Daher wird nicht nur der Ausstoßwirkungsgrad stabil erhöht, sondern auch das Steuervermögen und der Ausstoßwirkungsgrad werden hervorragend ausgebildet, wenn die Gradationssteuerung oder dergleichen erforderlich ist.
Wenn die vorstehend beschriebene Aufschäumenergie steuerbar ist, ist es möglich, einige andere Beispiele des beweglichen Elements anzuwenden, welche weiter nachstehend beschrieben werden.
In dieser Hinsicht ist bei dem Beispiel der Verstärkung des beweglichen Elements 31, wie vorstehend beschrieben, das bewegliche Element 31 durch Klebverbinden des Verstärkungselements 31a mit diesem verstärkt oder direkt durch Anordnen des Verstärkungselements, um es zu überdecken.
(2) Das Beispiel, in welchem ein Bearbeitungsprozeß für einen Teil des beweglichen Elements ausgeführt wird, um dessen Festigkeit zu erhöhen.
In dem vorstehend beschriebenen Beispiel ist die Dicke des beweglichen Elements 31 teilweise verstärkt, um dessen Festigkeit zu erhöhen. Es ist jedoch auch möglich, die gleiche Funktion zu erzielen, indem ein Bearbeitungsprozeß an einem Teil des beweglichen Elements zu dessen teilweiser Verstärkung ausgeführt wird. In diesem Beispiel ist ein Bearbeitungsprozeß für den mittleren Abschnitt des beweglichen Elements 31 vorgesehen, um die Beständigkeit des beweglichen Elements 31 gegenüber dessen Verlagerung in der Längsrichtung aus der Umgebung des Drehgelenks 33 zu erhöhen. Auf diese Weise wird die Festigkeit des beweglichen Elements 31 in Bezug auf die Verlagerung auf der Grundlage der Erzeugung einer Blase erhöht. Die Länge und die Breite des bearbeiteten Abschnitts werden abhängig von der Größe des Blasenerzeugungsbereichs, der Lagebeziehung zwischen diesem Bereich und dem Wärmeerzeugungselement 2 und einigen anderen Faktoren bestimmt. Wie vorstehend beschrieben, ist es jedoch durch Einrichten einer solchen Länge, daß der Abschnitt des beweglichen Elements 31 auf der Seite des freien Endes 32 unbearbeitet bleibt, möglich, die Funktionen zu erzielen, wie sie in 18A und 18B sowie 20A und 20B dargestellt sind. Es ist denkbar, daß des möglich ist, die verschiedenen Formen zu erzeugen, welche die Festigkeit erhöhen können, wie in dem vorhergehenden Abschnitt dargelegt ist. Z. B., wie in 21A und 21B gezeigt, kann der eine erzeugt werden, dessen Schnitt gewellt ist, wie in 22A und 22B gezeigt, kann der eine erzeugt werden, dessen Schnitt konvex ist, wie in 23A und 23B kann der eine erzeugt werden, dessen Schnitt gleich einem Hügel ist, oder wie in 24A und 24B gezeigt ist, kann der eine erzeugt werden, dessen Schnitt rund ist. Jeder von diesen ist in der Lage, die Festigkeit des beweglichen Elements in der Richtung dessen Verlagerung zu erhöhen.
Zur Herstellung des beweglichen Elements, das eine solche Form aufweist, wie es vorstehend beschrieben ist, kann ein Auflageprozeß oder Elektronenstrahlgießen übernommen werden. Hier erfolgt beispielhaft die Beschreibung eines Verfahrens zur Herstellung eines beweglichen Elements, das den in 22A und 22B gezeigten Aufbau aufweist, wie nachstehend beschrieben ist.
Auf einer SUS-Grundplatte 701 wird eine Resiststruktur 702 erzeugt (in 25A gezeigter Schritt). Anschließend wird dies Metallplatte 701 in eine Ätzlösung (wäßrige Lösung von Eisenchlorid oder Kupferchlorid) eingetaucht mit der Resiststruktur 702 als Maskierung, und dann wird der freiliegende Abschnitt geätzt. Daraufhin wird die Resiststruktur 701 entfernt (in 25B gezeigter Schritt). In dieser Hinsicht werden als ein Metallplattierhilfsmittel Sulfonnickel, Spannungsminderungsmittel (hergestellt von World Metal Co.: Zeroall), Borsäure, Grübchenverhinderungsmittel (hergestellt von World Metal Co.: NP-APS) und Nickelchlorid verwendet. Durch die Anwendung der vorstehend beschriebenen Schritte ist es möglich, das bewegliche Element auszubilden, das jeweils die in 21A und 21B, 23A und 23B und 24A und 24B gezeigten Ausbildungen aufweist.
Nachstehend erfolgt die Beschreibung des spezifischen Aufbaus eines Flüssigkeitsausstoßkopfs, der das vorstehend beschriebene bewegliche Element verwendet.
36 zeigt eine Querschnittansicht, die das Beispiel des Flüssigkeitsausstoßkopfs mit dem Verstärkungselement schematisch zeigt, das für einen Teil des beweglichen Elements angeordnet ist, im Schnitt in der Strömungskanalrichtung. 37 zeigt eine perspektivische Teilausbruchansicht, welche den Flüssigkeitsausstoßkopf darstellt.
In dieser Hinsicht werden die Einzelheiten des Kopfs, der aufgebaut ist, wie in 36 und 37 gezeigt, in den Abschnitten der Beschreibung des Prinzips erläutert. Daher wird der Aufbau in dessen Beschreibung ausgelassen.
Für das bewegliche Element 31 ist ein Element oder ein Bearbeitungsprozeß für einen Teil dessen vorgesehen, um die Fe stigkeit des beweglichen Elements in der Verlagerungsrichtung zu erhöhen, wie vorstehend beschrieben ist. Das bewegliche Element ist in Gegenüberlage des Blasenerzeugungsbereichs 11 (an B in 36) angeordnet, welches betriebswirksam ist, um zu der Seite der Ausstoßöffnung des ersten Flüssigkeitsströmungskanals durch Aufschäumen der Blasenerzeugungsflüssigkeit zu öffnen (wird in 36 durch. Pfeile bezeichnet ist).
Hinsichtlich des Drehgelenks 33 des beweglichen Elements 31 ist die Anordnung des freien Endes 32, dessen Anordnungsbeziehung mit dem Wärmeerzeugungselement gleich der Anordnung, wie sie jeweils in 1 bis 4B oder 5 bis 7 gezeigt ist.
Nachstehend wird in Verbindung mit 38A und 38B die Operation des Flüssigkeitsausstoßkopfs beschrieben. In dieser Hinsicht ist der in 38A bis 38B gezeigte Aufbau in den Abschnitten der Beschreibung des Prinzips ausführlich erläutert. Daher wird dessen Beschreibung ausgelassen.
Bei diesem Aufbau entweicht kein Aufschäumdruck in den drei Richtungen mit der Ausnahme der Zuströmseite des Blasenerzeugungsbereichs. Demzufolge wird der Druck, welcher der Erzeugung einer Blase folgt, konzentriert und breitet sich zu dem beweglichen Element 31 aus, welches für den Ausstoßdruck-Erzeugungsabschnitt angeordnet ist, und das bewegliche Element 31 wird aus dem in 38A gezeigten Zustand. zu der Seite des ersten Flüssigkeitsströmungskanals verlagert, wie in 38B gezeigt ist. Durch diese Operation des beweglichen Elements werden der erste Flüssigkeitsströmungskanal 14 und der zweite Flüssigkeitsströmungskanal 16 umfassend leitend verbunden. Dann wird der Druck, der durch die Erzeugung einer Blase ausgeübt wird, hauptsächlich in die Richtung der Ausstoßöffnung des ersten Flüssigkeitsströmungskanals (Richtung A) übertragen. Wenn der Druck auf diese Weise übertragen ist, ermöglicht dieser Flüssigkeitsausstoßkopf, daß der Druck der Blase auf deren Abströmseite intensiv auf die Sei te des freien Endes des beweglichen Elements mittels des zweiten Verlagerungsbereichs einwirkt (der Abschnitt, der die höhere Festigkeit auf der Seite des Drehgelenks aufweist). Die Blase wird auch wirkungsvoll und stabil in die Richtung der Ausstoßöffnung geleitet. Die Flüssigkeit wird mittels dieser Druckübertragung und der mechanischen Verlagerung des beweglichen Elements aus der Ausstoßöffnung ausgestoßen, wie weiter vorstehend beschrieben ist.
Drittes Vergleichsbeispiel, das nicht in den Bereich der beanspruchten Erfindung fällt
In dem Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß dem zweiten Vergleichsbeispiel, das vorstehend beschrieben ist, ist das bewegliche Element auf der Trennwand erzeugt, welche den ersten Flüssigkeitsströmungskanal und den zweiten Flüssigkeitsströmungskanal unterteilt. Dann ist der Aufbau bestimmt, ein Verstärkungselement oder eine Verstärkungsbearbeitung für einen Teil eines solchen beweglichen Elements vorzusehen, um dessen Festigkeit zu erhöhen. Wie in 34 gezeigt, ist es jedoch möglich, den Aufbau auszubilden, ein Verstärkungselement oder eine Verstärkungsbearbeitung für einen Teil des beweglichen Elements vorzusehen, welcher durch einen Grundkörper getragen wird.
In dieser Hinsicht werden die Einzelheiten des in 34 gezeigten Aufbaus in den Abschnitten der Beschreibung des Prinzips erläutert. Daher wird dessen Beschreibung ausgelassen.
Hinsichtlich des Drehgelenks 33 des beweglichen Elements 31 sind die Anordnung des freien Endes 32 und dessen Anordnungsbeziehung mit dem Wärmeerzeugungselement die gleichen Anordnungen, wie sie weiter vorhergehend in Verbindung mit 1 bis 4A und 4B oder 5 bis 7 beschrieben sind. In der Anfangsposition (erste Position) des beweglichen Elements 31 ist das bewegliche Element 31 nahe dem Kontakt oder in engem Kontakt mit der abströmseitigen Wand 36 und Seitenwänden 37 des Wärmeerzeugungselements, an geordnet auf der Abströmseite und in der Breitenrichtung des Wärmeerzeugungselements 2. Daher wird nicht gestattet, daß der Druck der Blase, insbesondere zu dem Zeitpunkt der Aufschäumung, der Druck, der auf der Abströmseite der Blase besteht, entweicht und der Druck intensiv auf die Seite des freien Endes des beweglichen Elements einwirkt. Zusätzlich zu dieser Aktion wird der Druck der Blase auf der Abströmseite wirkungsvoll intensiv mittels des zweiten Verlagerungsbereichs (der Abschnitt mit einer größeren Festigkeit auf der Seite des Drehgelenks) zu der Seite des freien Endes des beweglichen Elements geleitet. Im Vergleich mit dem zweiten Vergleichsbeispiel wird die Blase auf wirkungsvolle Weise und stabil noch mehr durch die Übernahme des vorliegenden Vergleichsbeispiels in die Ausstoßöffnungsrichtung geleitet.
Viertes Vergleichsbeispiel, das nicht in den Rahmen der beanspruchten Erfindung fällt
In jeder der vorstehend beschriebenen Anordnungen weist der Aufbau eine Aushalsung als eine Sperre auf, die an dem abströmseitigen Ende des Blasenerzeugungsbereichs in bezug auf das freie Ende des beweglichen Elements angeordnet ist, und dann zum Konzentrieren des Drucks, der durch die Erzeugung einer Blase zur schnellen Bewegung des beweglichen Elements ausgeübt wird, als auch zur intensiven Verlagerung der Blase zu der Seite der Ausstoßöffnung. Wie in 35 gezeigt, ist es jedoch möglich, den Aufbau so einzurichten, daß die freie Endfläche des beweglichen Elements und beide Endseitenflächen den Blasenerzeugungsbereich im wesentlichen nicht verschließen, sondern dessen Öffnung zu dem Ausstoßöffnungsbereich gestatten, ohne eine solche Aushalsung vorzusehen. In diesem Fall wird der Abschnitt der Blase auf der Seite der Ausstoßöffnung, welcher direkt auf den Tröpfchenausstoß einwirkt, durch den ersten Verlagerungsbereich (der Abschnitt mit einer geringeren Festigkeit) des beweglichen Elements auf der Seite des freien Endes reguliert, während der Freiheitsgrad der erzeugen Blase gewährleistet ist.
In dieser Hinsicht werden die Einzelheiten des in 35 gezeigten Aufbaus in den Abschnitten der Beschreibung des Prinzips erläutert. Daher wird dessen Beschreibung ausgelassen.
Fünftes Vergleichsbeispiel, das nicht in den Rahmen der beanspruchten Erfindung fällt
Es ist möglich, die Verlagerungsgeschwindigkeit des beweglichen Elements in der Position des freien Endes durch Ausbilden des Aufbaus zur Anordnung des freien Endes des beweglichen Elements 31 weiter auf der Abströmseite schneller zu machen, wie in 26 gezeigt ist, und dann die Erzeugung der Ausstoßkraft durch die Verlagerung des beweglichen Elements zu verstärken. In anderen Worten, der zweite Verlagerungsbereich (der Abschnitt mit einer größeren Festigkeit auf der Seite des Drehgelenks) des beweglichen Elements leitet den Abschnitt der Blase auf der Zuströmseite zu der Seite des freien Endes, wodurch ermöglicht wird, daß der erste Verlagerungsbereich (der Abschnitt mit einer geringeren Festigkeit der Seite des freien Endes) funktionell wirksamer ist, um den Druck der Blase zu der Seite der Ausstoßöffnung zu leiten.
Gemäß der Entwicklungsgeschwindigkeit der Blase in dem mittleren Abschnitt deren Drucks wird der zweite Verlagerungsbereich des beweglichen Elements 31 mit einer Verlagerungsgeschwindigkeit R1 verlagert. Der erste Verlagerungsbereich, welcher von dieser Position in Bezug auf das Drehgelenk 33 weiter beabstandet ist, wird jedoch mit einer schnelleren Geschwindigkeit R2 verlagert. Auf diese Weise wirkt die Seite des freien Endes 32 mit einer höheren Geschwindigkeit mechanisch auf die Flüssigkeit ein und trägt somit zur Verlagerung der Flüssigkeit zur Erhöhung des Ausstoßwirkungsgrads bei.
Im Vergleich mit den vorhergehenden Anordnungen ist das freie Ende näher zur Seite der Ausstoßöffnung angeordnet. Demzufolge ist es möglich, auf intensive Weise die Rich tungskomponenten der Blasenentwicklung stabiler für das Leistungsvermögen des hervorragenden Ausstoßes in einem besseren Zustand zu nutzen.
Sechstes Vergleichsbeispiel, das nicht in den Rahmen der beanspruchten Erfindung fällt
Um den Aufbau zu vereinfachen, ist es möglich, den Aufbau so einzurichten, wie in 27A bis 27C gezeigt ist, daß der Bereich, welcher mit der Ausstoßöffnung direkt leitend verbunden ist, nicht in dem Strömungskanalaufbau ist, der mit der Seite der Flüssigkeitskammer leitend verbunden ist. In diesem Fall wird die gesamte Flüssigkeitszuführung von dem Flüssigkeitszuführkanal 12 ausgeführt, der entlang der Oberfläche des beweglichen Elements 31 auf der Seite des Aufschäumbereichs angeordnet ist.
In dem Übergangsprozeß von dem Zustand, in welchem die Flüssigkeit mittels des Wärmeerzeugungselements 2 aufgeschäumt ist (der in 27A gezeigte Zustand), in den Zustand, in welchem die Aufschäumung kontrahiert ist (der in 27B gezeigte Zustand), kehrt das bewegliche Element 31 in die Ausgangsposition zurück und Flüssigkeit wird bei S3 für diesen Flüssigkeitsausstoßkopf zugeführt. Dann wird in dem in 27C gezeigten Zustand der geringfügige Rückschritt des Meniskus M, welcher eingetreten ist, wenn das bewegliche Element in die Ausgangsposition zurückkehrt, zwangsweise mittels Kapillarkraft wiederaufgefüllt, die in der Umgebung der Ausstoßöffnung 18 nach dem Entschäumen vorliegt.
Ausführungsform 10
28A und 28B zeigen Querschnittansichten, welche eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Flüssigkeitsausstoßkopfs schematisch darstellen.
Der Flüssigkeitsausstoßkopf ist der sogenannten „Side-Shooter-Type", in welcher die Ausstoßöffnung 18 in Gegenüberlage der Wärmeerzeugungsoberfläche des Wärmeerzeugungselements 2 im wesentlichen parallel zueinander angeordnet ist. Jedes der Wärmeerzeugungselemente 2 (in der vorliegenden Ausführungsform hat jeder Wärmeerzeugungswiderstand die Größe 48 μm × 46 μm) ist auf einem Elementsubstrat 1 angeordnet, um Wärmeenergie zu erzeugen, die für die Erzeugung des Filmsiedens in Flüssigkeit genutzt wird, wie in der Beschreibung des USA-Patents Nr. 4 723 129 offenbart ist, um Blasen zu erzeugen. Die Ausstoßöffnung 18 ist für die Düsenplatte 51 angeordnet, die als das Ausstoßöffnungselement dient.
Der Flüssigkeitsströmungskanal 14 ist zwischen der Düsenplatte 51 und dem Elementsubstrat 1 für die Flüssigkeitsströmung angeordnet. Dieser Flüssigkeitsströmungskanal ist mit dem Ausstoßöffnungselement leitend verbunden.
In dem Flüssigkeitsströmungskanal 16 sind zwei bewegliche Elemente 31 angeordnet, die jeweils als flache, plattenförmige Ausleger in Gegenüberlage des Wärmeerzeugungselements 2 ausgebildet sind. Jedes der beweglichen Elemente ist so aufgebaut, daß das Verstärkungselement oder die Verstärkungsbearbeitung für einen Teil davon vorgesehen ist, um die Festigkeit jedes beweglichen Elements wie in jeder der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen zu erhöhen. Für jedes der beweglichen Elemente ist jeder Verlagerungsbereich jeweils als ein erster Verlagerungsbereich und ein zweiter Verlagerungsbereich bestimmt, wobei die Festigkeit jedes Verlagerungsbereichs die Beziehung darstellt: (der erste Verlagerungsbereich) < (der zweite Verlagerungsbereich). Hier ist es wirkungsvoll, den Grenzabschnitt zwischen jedem der Verlagerungsbereiche in dem Abschnitt zu definieren, der in Gegenüberlage des Blasenerzeugungsbereichs (oder des Wärmeerzeugungselements 2) ist, wie in jeder der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen erläutert. Vorzugsweise sollte eine solche Grenze in dem Bereich von ± 30 % der Länge des Abschnitts sein, der in Gegenüberlage der Mitte eines solchen Abschnitts ist, oder in mehr bevorzugter Weise der Bereich von ± 10 % dessen. Das Verstärkungselement sollte in dem Bereich angeordnet werden, der das Drehgelenk so einschließt, daß es darauf einwirken kann.
Wenn durch die Wärmeerzeugungsoberfläche des Wärmeerzeugungselements 2 Wärme erzeugt ist, wird in der Flüssigkeit eine Blase erzeugt. Dann werden der erste und der zweite Verlagerungsbereich jedes beweglichen Elements funktionswirksam, um zu ermöglichen, daß die Seite des freien Endes mehr verlagert wird, wodurch der Druck der Blase auf der Abströmseite und der Zuströmseite intensiv zu der Seite des freien Endes jedes beweglichen Elements wirkungsvoll geleitet wird. Dann wird die Blase auf wirkungsvolle und stabile Weise in die Ausstoßöffnungsrichtung geleitet.
Zu dem Zeitpunkt der Aufschäumung kehrt jedes der beweglichen Elemente 31 in die Ausgangsposition zurück, und die Seite der Ausstoßöffnung des Blasenerzeugungsbereichs ist in dem im wesentlichen geschlossenen Zustand, wenn zu diesem Zeitpunkt Flüssigkeit auf das Wärmeerzeugungselement zugeführt wird. Daher ist es möglich, verschiedene Wirkungen zu erzielen, die in den vorhergehenden Ausführungsformen beschrieben sind, wie z. B. die Unterdrückung des Rückzugs des Meniskus. Hinsichtlich der Wiederauffüllwirkungen ist es auch möglich, die gleichen Funktionen und Wirkungen wie in den vorhergehenden Ausführungsformen zu erzielen.
Andere Beispiele, die nicht in den Bereich der beanspruchten Erfindung fallen
Es ist die Beschreibung der Ausführungsformen der Hauptteile des Flüssigkeitsausstoßkopfs und des Verfahren zum Ausstoßen von Flüssigkeit gemäß der vorliegenden Erfindung erfolgt. Nachstehend erfolgt in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen die Beschreibung von Beispielen von Betriebsarten, welche auf diese vorstehend beschriebenen Ausführungsformen anwendbar sind. In der nachstehenden Beschreibung wird entweder der Einströmungskanalaufbau oder der Zweiströmungskanalaufbau in die Beschreibung aufgenommen. Es sollte jedoch klar sein, daß ein solcher Aufbau sowohl auf den Einströ mungskanalaufbau als auch auf den Zweiströmungskanalaufbau anwendbar ist, sofern nicht andersweitig speziell darauf verwiesen ist.
Bewegliches Element und Trennwand
39A, 39B und 39C zeigen Ansichten, welche andere Ausbildungen des beweglichen Elements 31 darstellen. Ein Bezugszeichen 35 bezeichnet jeden Schlitz, der dafür angeordnet ist. Mittels des Schlitzes 35 ist jedes bewegliche Element 31 ausgebildet. 39A zeigt einen sich längs erstreckenden, rechteckigen Aufbau. 39B zeigt einen Aufbau, der nicht in den Bereich der Ansprüche fällt, der einen schmaleren Abschnitt auf der Seite des Drehgelenks aufweist, um die Bewegung des Elements zu erleichtern. 39C zeigt einen Aufbau, der nicht in den Bereich der Ansprüche fällt, der einen breiteren Abschnitt auf der Seite des Drehgelenks aufweist, um die Haltbarkeit des Elements zu verlängern. Hier ist es ausreichend, wenn nur das bewegliche Element ausgebildet ist, dessen Bewegung zu erleichtern, aber hervorragende Haltbarkeit aufweist.
In den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen sind das bewegliche Element der Flachausführung und die Trennwand 30, die ein solches bewegliches Element aufweist, aus Nickel von 5 μm Dicke erzeugt. Das Material ist jedoch nicht unbedingt darauf beschränkt. Als Material, das verwendet wird, um ein bewegliches Element und eine Trennwand auszubilden, ist es ausreichend, wenn nur solches Material verwendet wird, das Lösungsmittelbeständigkeit gegenüber der Blasenerzeugungsflüssigkeit und der Ausstoßflüssigkeit aufweist, während es Elastizität aufweist, die eine gute Operation als ein bewegliches Element gestattet, und auch Eigenschaften aufweist, welche die Erzeugung eines feinen dafür ausgebildeten Schlitzes gestatten.
Bevorzugte Beispiele des Materials für das bewegliche Element schließen haltbares Metall ein, wie z. B. Silber, Nickel, Gold, Eisen, Titan, Aluminium, Platin, Tantal, rost freier Stahl oder Phosphorbronze oder deren Legierungen, oder Harzmaterial mit Acrylnitril, Butadien, Styren oder anderer Nitrilgruppe, Harzmaterial mit Polyamid oder anderer Amidgruppe, Harzmaterial mit Polycarbonat oder anderer Carboxylgruppe, Harzmaterial mit Polyacetal oder anderer Aldehydgruppe, Harzmaterial mit Polysulfon oder anderer Sulfongruppe oder Harzmaterial mit Flüssigkristallpolymer oder dergleichen und deren chemische Verbindung, wie z. B. Metall mit hoher Tintenbeständigkeit, wie z. B. Gold, Wolfram, Tantal, Nickel, rostfreier Stahl oder Titan oder deren Legierungen, Materialien, die mit einem solchen Metall beschichtet sind um Tintenbeständigkeit zu erzielen, oder Harzmaterial mit Polyamid oder anderer Amidgruppe, Harzmaterial mit Polyacetal oder anderer Aldehydgruppe, Harzmaterial mit Polyetherketon oder anderer Ketongruppe, Harzmaterial mit Polyimid oder anderer Imidgruppe, Harzmaterial mit Phenolharz oder anderer Hydroxylgruppe, Harzmaterial mit Polyethylen oder anderer Ethylgruppe, Harzmaterial mit Polypropylen oder anderer Alkylgruppe, Harzmaterial mit Epoxyharz oder anderer Epoxygruppe, Harzmaterial mit Melaminharz oder anderer Aminogruppe, Harzmaterial mit Xylenharz oder anderer Methylolgruppe und deren Verbindungen, und ferner Keramikmaterialien, wie z. B. Siliziumdioxid und dessen Verbindung.
Bevorzugte Beispiele des Materials zur Verwendung für die Trennwand schließen Harzmaterialien mit hoher Wärmebeständigkeit, hoher Lösungsmittelbeständigkeit als auch guter Formbarkeit ein, wie sie Konstruktionskunststoffe der letzten Jahre aufweisen, wie z. B. Polyethylen, Polypropylen, Polyamid, Polyethylenterephthalat, Melaminharz, Phenolharz, Epoxidharz, Polybutadien, Polyurethan, Polyetheretherketon, Polyethersulfon, Polyacrylat, Polyamid, Polysulfon oder Flüssigkristallpolymer (LCP) und deren chemische Verbindung oder Siliziumdioxid, Siliziumnitrid, Nickel, Gold oder rostfreier Stahl oder andere Metalle, deren Legierungen oder jene, die mit Titan oder Gold beschichtet sind.
Die Dicke der Trennwand kann unter Berücksichtigung der Eigenschaften des Materials bestimmt werden, von Standpunkten, des gewünschten Aufbaus und dergleichen im Hinblick auf das Erzielen von Festigkeit, die für eine Trennwand erforderlich ist, und um als ein bewegliches Element gut zu arbeiten. Es ist jedoch zu bevorzugen, die Dicke ungefähr zwischen 0,5 μm und 10 μm auszubilden.
In dieser Hinsicht ist die Breite des Schlitzes 35, der das bewegliche Element 31 ausbildet, auf 2 μm einstellbar. Wenn jedoch die Blasenerzeugungsflüssigkeit und die Ausstoßflüssigkeit zueinander unterschiedliche Flüssigkeiten sind und die Vermischung zwischen den zwei Flüssigkeiten verhindert ist, kann die Schlitzbreite bestimmt werden, daß sie einen Freiraum aufweist, um zwischen den zwei Flüssigkeit einen Meniskus zu erzeugen, um die Verbindung zwischen den zwei Flüssigkeiten zu vermeiden. Wenn z. B. die Blasenerzeugungsflüssigkeit eine Flüssigkeit mit einer Viskosität von 2 cP (Zentipoise) ist und die Ausstoßflüssigkeit eine Flüssigkeit mit der Viskosität von 100 cP ist, genügt ein Schlitz von annähernd 5 μm, um die Vermischung der Flüssigkeiten zu verhindern. Es ist jedoch zu bevorzugen, den Schlitz auf 3 μm oder weniger einzustellen.
Die Solldicke eines beweglichen Elements beträgt (t μm).
Es ist aber nicht beabsichtigt, daß ein bewegliches Element eine Dicke in der Größenordnung von Zentimetern aufweist. Für das bewegliche Element mit der Dicke in der Größenordnung von Mikrometern (W μm) ist es wünschenswert, die Variationen bei der Herstellung in einem gewissen Grad zu berücksichtigen.
Wenn nur das freie Ende eines beweglichen Elements, wo ein Schlitz erzeugt ist, und bzw. oder die Dicke eines Elements, das in Gegenüberlage dessen Seitenendes ist, gleich der Dicke des beweglichen Elements ist (siehe 37 oder dergleichen), ist es möglich, die Vermischung der Blasenerzeugungsflüssigkeit und der Ausstoßflüssigkeit stabil zu verhindern, wenn die Beziehung zwischen der Breite und der Dicke des Schlitzes innerhalb des nachstehend angegebenen Bereichs unter Berücksichtigung der Abweichung erhalten wird, die sich während des Herstellungsprozesses ergibt. Dies ist eine Grenzbedingung, doch vom Standpunkt der Gestaltung, wenn der Aufbau eingerichtet ist, die Bedingung W / t ≤ 1 zu erfüllen, ist es möglich, die Vermischung dieser zwei Flüssigkeiten für eine lange Zeitdauer zu verhindern, vorausgesetzt, daß eine hochviskose Tinte (5 cP, 10 cP oder dergleichen) in bezug auf die Blasenerzeugungsflüssigkeit verwendet wird, deren Viskosität 3 cP oder weniger beträgt.
Es ist ein Schlitz zu bevorzugen, der die Bedingung „im wesentlichen geschlossener Zustand", der in einer Größenordnung von mehreren Mikrometern erzeugt ist, um mehr Zuverlässigkeit zu erreichen.
Elementsubstrat
Nachstehend wird der Aufbau eines Elementsubstrats erläutert, in welchem Wärmeerzeugungselemente zum Einbringen von Wärme in die Flüssigkeit angeordnet sind.
40A und 40B zeigen Senkrechtschnittansichten der Flüssigkeitsausstoßköpfe, wobei 40A einen Kopf mit einer Schutzschicht zeigt, wie nachstehend erläutert ist, und 40B einen Kopf ohne eine Schutzschicht zeigt.
Auf dem Elementsubstrat 1 sind ein Nutenelement 50, welches mit dem zweiten Flüssigkeitsströmungskanal 16 versehen ist, die Trennwand 30 und der erste Flüssigkeitsströmungskanal 14 angeordnet.
Für das Elementsubstrat 1 sind eine Siliziumoxid- oder Siliziumnitridschicht 106 auf einem Substrat 107 aus Silizium oder dergleichen zum Zweck der Isolierung und Wärmespeicherung darauf erzeugt, eine Hafniumborid- (HfB₂), Tantalnitrid- (TaN), Tantal-Aluminium- (TaAl) oder andere elektrische Widerstandsschicht 105 (0,01 bis 0,2 μm dick), Alumini umdrahtelektroden (0,2 bis 1,0 μm dick) oder dergleichen sind laminiert und strukturiert, wie in 13 gezeigt ist. Von zwei Drahtelektroden 104 wird an die Widerstandsschicht 105 eine Spannung angelegt, um in der Widerstandsschicht einen Stromfluß zu bewirken, wodurch Wärme erzeugt wird. Auf der Widerstandsschicht 105 ist zwischen den Verdrahtungselektroden 104 eine Schutzschicht aus Siliziumoxid oder Siliziumnitrid von 0,1 – 2,0 μm Dicke erzeugt. Ferner ist eine Antikavitationsschicht aus Tantal oder dergleichen (0,1 -0,6 μm dick) darauf erzeugt. Auf diese Weise wird die Widerstandsschicht 105 vor Tinte oder verschiedenen anderen Flüssigkeiten geschützt.
Insbesondere sind die Druck- und Schockwellen, die zum Zeitpunkt der Erzeugung einer Blase und zum Zeitpunkt des Kollabierens äußerst stark, wodurch die Haltbarkeit der festen und zerbrechlichen Oxidschicht wesentlich verringert wird. Daher wird Tantal (Ta) oder ein anderes Material als eine Antikavitationsschicht verwendet.
Es ist auch möglich, einen Aufbau vorzusehen, der die vorstehend erwähnte Schutzschicht nicht erfordert, indem die Kombination der Flüssigkeit, der Aufbau des Flüssigkeitsströmungskanals und das Widerstandsmaterial zweckentsprechend ausgewählt werden. Als Material für die Widerstandsschicht, das keine solche Schutzschicht erfordert, kann eine Legierung aus Iridium-Tantal-Aluminium oder dergleichen erwähnt werden.
Daher kann der Aufbau der Wärmeerzeugungselemente in jeder der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen nur die Widerstandsschicht (Wärmeerzeugungsabschnitt) zwischen den Elektroden einschließen oder kann die Schutzschicht zum Schutz der Widerstandsschicht einschließen.
In den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen werden Wärmeerzeugungselemente verwendet, wobei jedes eine Wärmeerzeugungseinheit aufweist, welche aus der Widerstandsschicht aufgebaut ist, die als Reaktion auf elektrische Signale Wärme erzeugt. Es gibt jedoch für die Verwendung solcher Wärmeerzeugungselemente keine Beschränkung. Es ist ausreichend, wenn nur jedes der Wärmeerzeugungselemente in der Lage ist, ausreichend Blasen in der Flüssigkeit zu erzeugen, um den Ausstoß der Flüssigkeit zu ermöglichen. Z. B. die Licht-Wärme-Umwandlungselemente, deren Wärmeerzeugungseinheit Wärme erzeugt, wenn ein Laserstrahl oder anderes Licht aufgenommen wird, oder einige andere Wärmeerzeugungselemente, die mit einer Wärmeerzeugungseinheit versehen sind, die Wärme erzeugen, wenn Hochfrequenz aufgenommen wird.
In dem vorstehend beschriebenen Elementsubstrat 1 ist es möglich, Transistoren, Dioden, Zwischenspeicher, Schieberegister und andere Funktionselemente in dem Halbleiterherstellungsprozeß neben der Widerstandsschicht 105, welche die Wärmeerzeugungseinheit ausbildet, und den Elektrizität-Wärme-Umwandlungselementen, die durch die Verdrahtungselektroden 104 strukturiert sind, welche elektrische Signale der Widerstandsschicht zuführen, um die Elektrizität-Wärme-Umwandlungselemente selektiv anzusteuern.
Um jede Wärmeerzeugungseinheit der Elektrizität-Wärme-Umwandlungselement anzusteuern, die für das vorstehend beschriebene Elementsubstrat zum Ausstoß von Flüssigkeit angeordnet sind, werden Rechteckimpulse, wie in 40A und 40B gezeigt, durch die Verdrahtungselektroden 104 an die Widerstandsschicht 105 angelegt, wodurch bewirkt wird, daß die Widerstandsschicht zwischen den Verdrahtungselektroden plötzlich Wärme erzeugt. Für jeden Kopf der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen werden elektrische Signale von 6 kHz angelegt, um jedes der Wärmeerzeugungselemente mit der Spannung von 24 V, bei der Impulsbreite von 7 μs und dem Strom von 150 mA anzusteuern. Bei einer solchen Operation wird Tintenflüssigkeit aus jeder der Ausstoßöffnungen ausgestoßen. Die Bedingungen für die Ansteuersignale sind jedoch nicht unbedingt auf die vorstehend beschriebenen begrenzt. Es ist ausreichend, wenn die Ansteuersignale nur derart sind, daß sie ermöglichen, die Blasenerzeugungsflüssigkeit angemessen aufzuschäumen.
Ausstoßflüssigkeit und Blasenerzeugungsflüssigkeit
Wie in den vorhergehenden Ausführungsformen beschrieben, ist es möglich, Flüssigkeit mit höherer Ausstoßkraft und höherem Ausstoßwirkungsgrad als bei dem herkömmlichen Flüssigkeitsausstoßkopf auszustoßen, weil der Aufbau übernommen ist, der mit dem weiter vorstehend beschriebenen beweglichen Element versehen ist. Die Flüssigkeitsausstoßgeschwindigkeit ist ebenfalls höher. Wenn die gleiche Flüssigkeit als Blasenerzeugungsflüssigkeit und auch als die Ausstoßflüssigkeit für einige der vorstehend beschriebenen Strukturen verwendet wird, ist es möglich, verschiedene Arten von Flüssigkeiten zu verwenden, wenn nur die verwendete Flüssigkeit derart ist, daß deren Qualität unter Einwirkung von Wärme nicht verschlechtert wird, sie keine Abscheidung erzeugt, die sich beim Erhitzen auf leichte Weise auf den Heizelementen ablagert, und sie in der Lage ist, die umkehrbare Zustandsänderung mittels Verdampfung und Kondensation beim Erhitzen zu erbringen, und daß sie auch keine Verschlechterung jedes Flüssigkeitsströmungskanals, beweglichen Elements und Wandelements bewirkt.
Mit solchen Flüssigkeiten ist es möglich, Tinte zu verwenden, welche die Zusammensetzung aufweist, die für die herkömmliche Bubble-Jet-Vorrichtung als Flüssigkeit zur Aufzeichnung zum Einsatz kommt (Aufzeichnungsflüssigkeit).
Wenn andererseits unterschiedliche Flüssigkeiten jeweils als Ausstoßflüssigkeit und Blasenerzeugungsflüssigkeit verwendet werden, ist es bei Verwendung eines Kopfs mit dem Zweiströmungskanalaufbau ausreichend, Flüssigkeit zu verwenden, welche die vorstehend beschriebenen Eigenschaften als Blasenerzeugungsflüssigkeit aufweist. In mehr spezifischer Weise können die folgenden genannt werden:
Methanol, Ethanol, n-Propanol, Isopropanol, n-Hexan, n-Heptan, n-Octan, Toluol, Xylol, Ethylendichlorid, Trichlorethylen, Freon TF, Freon BF, Ethylether, Dioxan, Cyclohexan, Methylacetat, Ethylacetat, Aceton, Methyletherketon, Wasser und Mischungen dieser unter anderen.
Als Ausstoßflüssigkeit können verschiedene Arten von Flüssigkeit verwendet werden, ungeachtet des Vorliegens oder Fehlens des Blasenerzeugungsvermögens und der thermischen Eigenschaften. Als Ausstoßflüssigkeit ist auch selbst die Flüssigkeit verwendbar, deren Blasenerzeugungsvermögen gering ist, mit welcher der Ausstoß unter Verwendung des herkömmlichen Kopfs schwierig ist, die Flüssigkeit, deren Eigenschaften sich auf leichte Weise verändern oder verschlechtern, wenn sie Wärme aufnimmt, oder die Flüssigkeit, deren Viskosität hoch ist.
Hinsichtlich der Eigenschaften der Ausstoßflüssigkeit ist es jedoch wünschenswert, daß eine solche Flüssigkeit eine ist, welche den Ausstoß, die Blasenerzeugung und die Operation des beweglichen Elements oder dergleichen durch die Ausstoßflüssigkeit oder durch Reaktion infolge des Kontakts mit der Blasenerzeugungsflüssigkeit nicht behindert.
Es ist möglich, als Ausstoßflüssigkeit zur Aufzeichnung hochviskose Tinte oder dergleichen zu verwenden. Als andere Ausstoßflüssigkeit kann die Verwendung solcher Flüssigkeit, wie Medizin und Parfüm, deren Beständigkeit gegenüber Wärme gering ist, genannt werden.
Die Aufzeichnung kann unter Verwendung von Tinte mit der folgenden Zusammensetzung als eine Aufzeichnungsflüssigkeit verwendet werden, die in der Lage ist, sowohl als Ausstoßflüssigkeit als auch als Blasenerzeugungsflüssigkeit verwendet zu werden, hier mit der erhöhten Ausstoßkraft, wobei die Ausstoßgeschwindigkeit der Tinte hoch ist, wodurch es möglich ist, aufgezeichnete Bilder in extrem hoher Qualität zu erzielen, was durch die erhöhte Auftreffgenauigkeit der Tröpfchen bewirkt ist: Farbstofftinte, die eine Viskosität von 2 cP aufweist:

(C-I. food black 2) Farbstoff 3 Gew.-%

Diethylenglykol 10 Gew.-%

Thiodiglykol 5 Gew.-%

Ethanol 5 Gew.-%

Wasser 77 Gew.-%
Ferner wurde die Aufzeichnung auch mit Kombinationen von Flüssigkeiten in den folgenden Zusammensetzungen für die Blasenerzeugungsflüssigkeit und die Ausstoßflüssigkeit ausgeführt. Hier war es demzufolge möglich, Flüssigkeit auszustoßen, die eine hohe Viskosität von 150 cP aufwies, ganz zu schweigen von der einen Flüssigkeit, die zehn und mehr cP aufwies, alle in einem solch guten Zustand, die der herkömmliche Kopf nicht auf leichte Weise erreichen kann, und aufgezeichnete Bilder hoher Qualität zu erzielen: Blasenerzeugungsflüssigkeit 1:

Ethanol 40 Gew.-%

Wasser 60 Gew.-%

Blasenerzeugungsflüssigkeit 2:

Wasser 100 Gew.-%

Blasenerzeugungsflüssigkeit 3:

Isopropylalkohol 10 Gew.-%

Wasser 90 Gew.-%

Ausstoßflüssigkeit 1, Farbtinte, (Viskosität von ungefähr 15 cP):

Rußschwarz 5 Gew.-%

Styren-Acrylsäure-Ethylacrylat

Polymer 1 Gew.-%

(Säurewert 140, mittleres

Molekulargewicht 8000)

Monoethanolamin 0,25 Gew.-%

Glyzerin 69 Gew.-%

Thiodiglykol 5 Gew.-%

Ethanol 3 Gew.-%

Wasser 16,75 Gew.-%

Ausstoßflüssigkeit 2 (Viskosität 55 cP):

Polyethylenglykol 200 100 Gew.-%

Ausstoßflüssigkeit 3 (Viskosität 150 cP):

Polyethylenglykol 600 100 Gew.-%
Bei Verwendung der Flüssigkeit, welche mittels des herkömmlichen Flüssigkeitsausstoßkopfs nicht auf leichte Weise auszustoßen ist, wie vorstehend beschrieben, war die Schußgenauigkeit auf Grund der niedrigen Ausstoßgeschwindigkeiten gering. Demzufolge war die Schußgenauigkeit der Punkte auf einem Aufzeichnungsblatt ungünstig und machte es schwierig, Bilder hoher Qualität gemäß der herkömmlichen Technik zu erzielen. Jedoch mit den Ausführungsformen, die wie vorstehend beschrieben aufgebaut sind, können die Blasen unter Verwendung der Blasenerzeugungsflüssigkeit ausreichend und stabil erzeugt werden. Demzufolge ist es möglich, die Auftreffgenauigkeit von Tröpfchen zu erhöhen und die Ausstoßmenge der Tinte zu stabilisieren, was zu der signifikanten Erhöhung der Qualität der aufgezeichneten Bilder führt.
Aufbau des Kopfs mit Zweiströmungskanalaufbau
42 zeigt eine perspektivische Explosionsansicht, welche den gesamten Aufbau des Zweiströmungskanalaufbaus des Flüssigkeitsausstoßkopfs darstellt.
Auf dem Tragelement, das aus Aluminium oder dergleichen hergestellt ist, ist ein Elementsubstrat 1 angeordnet, wie weiter vorstehend beschrieben ist. Auf dem Elementsubstrat sind die Wand 16a des zweiten Flüssigkeitsströmungskanals 16 und die Wand 17a der zweiten gemeinsamen Flüssigkeitskammer 17 angeordnet. Auf diesen Wänden ist die Trennwand 30 angeordnet, welche mit dem beweglichen Element 31 versehen ist.
Ferner ist auf der Trennwand 30 das Nutenelement 50 angeordnet. Dieses Element ist mit einer Vielzahl von Nuten versehen, die den ersten Flüssigkeitsströmungskanal 14, die erste gemeinsame Flüssigkeitskammer 15, den Zuführkanal 20 zum Zuführen der ersten Flüssigkeit zu der ersten gemeinsamen Flüssigkeitskammer 15 und den Zuführkanal 21 zum Zuführen der zweiten Flüssigkeit zu der zweiten gemeinsamen Flüssigkeitskammer 17 ausbilden. Mit einem solchen Aufbau wie diesem ist der Zweiströmungskanal-Flüssigkeitsausstoßkopf ausgebildet.
Das vorstehend erwähnte Elementsubstrat 1 ist auf einer Tragvorrichtung 70 aus Aluminium oder dergleichen angeordnet. Auf dem Substrat sind Wände 16a des zweiten Flüssigkeitsströmungspfads 16 und Wände 17a der zweiten gemeinsamen Flüssigkeitskammer 17 vorgesehen, auf welchen die Trennwand 30 mit dem beweglichen Glied 31 angeordnet ist. Auf dieser Trennwand 30 ist ein genutetes Element 50 mit einer Vielzahl von Nuten angeordnet, welche die ersten Flüssigkeitsströmungspfade 14, die erste gemeinsame Flüssigkeitskammer 15, einen Zuführkanal 20 zum Zuführen der ersten Flüssigkeit zu der ersten gemeinsamen Flüssigkeitskammer 15 und einen Zuführkanal 21 zum Zuführen der zweiten Flüssigkeit zu der zweiten gemeinsamen Flüssigkeitskammer 17 ausbildet. Der Flüssigkeitsausstoßkopf der Zwei-Strömungspfadtype ist mit diesem Aufbau ausgebildet.
Aufbau der Kopfkassette
Nachstehend erfolgt die kurze Beschreibung der Flüssigkeitsausstoßkopfkassette, auf der ein Flüssigkeitsausstoßkopf montiert ist.
43 zeigt eine perspektivische Explosionsansicht, welche eine Flüssigkeitsausstoßkopfkassette schematisch darstellt. Die Flüssigkeitsausstoßkopfkassette ist hauptsächlich aus der Flüssigkeitsausstoßkopfeinheit 200 und dem Flüssigkeitsbehälter 90 aufgebaut.
Die Flüssigkeitsausstoßkopfeinheit 200 weist das Elementsubstrat 1, die Trennwand 30, das Nutenelement 50, die Druckfeder 78, das Flüssigkeitszuführelement 90 und das Tragelement 70 auf. Eine Vielzahl von Wärmeerzeugungswiderständen (Wärmeerzeugungselemente) ist in Reihe auf dem Elementsubstrat 1 angeordnet. Ebenso ist eine Vielzahl von Funktionselementen angeordnet, um diese Wärmeerzeugungswiderstände selektiv anzusteuern. Jeder der Blasenerzeugungsflüssigkeit-Strömungskanäle ist zwischen dem Elementsubstrat 1 und der Trennwand 30 erzeugt, die dafür das angeordnete bewegliche Element aufweist. Die Blasenerzeugungsflüssigkeit wird in jeden der Strömungskanäle verteilt. Die Trennwand 30 und die genutete Deckenplatte 50 sind durch Klebstoff verbunden, um den Flüssigkeitsströmungskanal (nicht gezeigt) auszubilden, um die Ausstoßflüssigkeit zum Ausstoß zu verteilen.
Die Druckfeder 78 ist ein Element, das auf das Nutenelement 50 in der Richtung des Elementsubstrats 1 eine Vorspannkraft aufbringt. Durch das Aufbringen der Vorspannkraft werden das Elementsubstrat 1, die Trennwand 30, das Nutenelement 50 und das Tragelement 70 (wird weiter nachstehend beschrieben) im guten Zustand zusammengehalten.
Das Tragelement 70 ist ein Element zum Tragen des Elementsubstrats 1 und anderer Teile. Auf dem Tragelement 70 sind die gedruckte Leiterplatte 71, welche mit dem Elementsubstrat 1 verbunden ist, um elektrische Signale zuzuführen, und auch die Kontaktflächen 72 angeordnet, welche mit der Vorrichtungsseite verbunden sind, um mit dieser elektrische Signale auszutauschen.
Der Flüssigkeitsbehälter 90 hält Tinte oder eine andere Ausstoßflüssigkeit vor, sowie Blasenerzeugungsflüssigkeit, um darin Blasen zu erzeugen. Auf der Außenseite des Flüssigkeitsbehälters 90 sind eine Positioniereinheit 94 zum Verbinden des Flüssigkeitsausstoßkopfs und des Flüssigkeitsbehälters und eine fest angeordnete Stange 95 zu deren Befestigung angeordnet. Ausstoßflüssigkeit wird von dem Ausstoß flüssigkeit-Zuführkanal 92 des Flüssigkeitsbehälters dem Ausstoßflüssigkeit-Zuführkanal 81 des Flüssigkeitszuführelements 80 zugeführt und wird dann jeweils der ersten gemeinsamen Flüssigkeitskammer durch jeden der Ausstoßflüssigkeit-Zuführkanäle 83, 71 und 21 jedes Elements zugeführt. Gleichfalls wird Blasenerzeugungsflüssigkeit von dem Zuführkanal 93 des Flüssigkeitsbehälters dem Blasenerzeugungsflüssigkeit-Zuführkanal 82 des Flüssigkeitszuführelements 80 durch den Zuführkanal des Flüssigkeitszuführelements zugeführt und wird dann der zweiten Flüssigkeitskammer durch jeden der Blasenerzeugungsflüssigkeit-Zuführkanäle 84, 71 und 22 zugeführt.
Für die vorstehend beschriebene Flüssigkeitsausstoßkopfkassette erfolgte die Beschreibung der Zuführbetriebsart und des Flüssigkeitsbehälters, der in der Lage ist, die Zuführung selbst in einem Fall auszuführen, wenn die Blasenerzeugungsflüssigkeit und die Ausstoßflüssigkeit unterschiedliche Flüssigkeiten sind. Wenn jedoch die Ausstoßflüssigkeit und die Blasenerzeugungsflüssigkeit gleich sind, werden der Zuführkanal für die Blasenerzeugungsflüssigkeit und der Zuführkanal für die Ausstoßflüssigkeit sowie der Behandlung nicht unbedingt getrennt.
In dieser Hinsicht kann der Flüssigkeitsbehälter zur Wiederauffüllung von Flüssigkeit verwendet werden, nachdem jede Flüssigkeit verbraucht ist. Schließlich ist es wünschenswert, eine Flüssigkeitseinspritzöffnung für den Flüssigkeitsbehälter vorzusehen. Es ist auch möglich, den Flüssigkeitsausstoßkopf und den Flüssigkeitsbehälter einstückig zu erzeugen oder sie getrennt auszubilden.
Flüssigkeitsstrahlvorrichtung
44 zeigt eine Ansicht, welche die Flüssigkeitsstrahlvorrichtung schematisch darstellt, auf welcher der vorstehend beschriebene Flüssigkeitsausstoßkopf montiert ist. Hier erfolgt insbesondere die Beschreibung einer Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung, welche Tinte als Ausstoßflüssig keit verwendet. Der Schlitten HC der Flüssigkeitsstrahlvorrichtung trägt die Kopfkassette abnehmbar, welche eine Flüssigkeitsbehältereinheit 90 zum Vorhalten von Tinte und eine Flüssigkeitsausstoßkopfeinheit 200 aufweist und sich in der Breitenrichtung eines Aufzeichnungsmediums, wie z. B. ein Aufzeichnungsblatt, wechselseitig bewegt, welches durch die Aufzeichnungsmedium-Transportvorrichtung transportiert wird.
Wenn der Flüssigkeitsausstoßkopfeinheit auf dem Schlitten HC von der Ansteuersignal-Zuführvorrichtung (nicht gezeigt) Ansteuersignale zugeführt werden, wird die Aufzeichnungsflüssigkeit als Reaktion auf diese Signale aus dem Flüssigkeitsausstoßkopf auf das Aufzeichnungsmedium ausgestoßen.
Die Aufzeichnungsvorrichtung ist auch mit einem Motor 111 als die Antriebsquelle, Zahnrädern 112 und 113 und einer Schlittenstange 115 oder dergleichen versehen, um die Antriebskraft von der Antriebsquelle auf den Schlitten zu übertragen. Es ist möglich, aufgezeichnete Artikel mit guten Bildern durch Ausstoßen der Flüssigkeit auf verschiedene Arten von Aufzeichnungsmedien zu erzielen, indem diese Aufzeichnungsvorrichtung und das Verfahren zum Ausstoßen von Flüssigkeit für die Aufzeichnungsvorrichtung übernommen wird.
45 zeigt ein Blockdiagramm der gesamten Aufzeichnungsvorrichtung.
Diese Aufzeichnungsvorrichtung nimmt die Druckdaten als Steuersignale von einem Hostcomputer 300 auf. Die Druckdaten werden in einem Eingabeinterface 301 innerhalb der Druckvorrichtung zeitweilig gespeichert. Gleichzeitig werden die Druckdaten in Daten umgewandelt, die in der Aufzeichnungsvorrichtung verarbeitet werden können. Diese Daten werden einer CPU 302 eingegeben, die auch als eine Kopfansteuersignal-Zuführvorrichtung dient. Die CPU 302 verarbeitet die auf diese Weise eingegebenen Daten unter Verwendung von peripheren Einheiten, wie z. B. ein RAM 304 oder andere, gemäß einem in einem ROM 303 gespeicherten Steuerprogramm und wandelt die Daten in Druckdaten (Bilddaten) um.
Die CPU 302 erzeugt auch Motoransteuerdaten, um den Antriebsmotor anzusteuern, der das Aufzeichnungsblatt und den Aufzeichnungskopf im Gleichlauf miteinander in geeignete Positionen auf dem Aufzeichnungsblatt transportiert. Die Bilddaten und die Antriebsdaten werden jeweils durch eine Kopfansteuervorrichtung 307 und eine Motoransteuervorrichtung 305 zu dem Kopf 200 und dem Antriebsmotor 306 übertragen, welche gemäß dem Steuerzeitpunkt angesteuert werden, um Bilder zu erzeugen.
Als das Aufzeichnungsmedium, das in der vorstehend beschriebenen Aufzeichnungsvorrichtung für das Aufbringen von Tinte oder dergleichen verwendbar ist, können verschiedene Papierarten und OHP-Folien genannt werden, Kunststoffmaterialien, die für Kompaktdisks, Ornamentplatten oder dergleichen, Gewebe, Metalle, wie z. B. Aluminium und Kupfer, Rindsleder, Schweinsleder, Kunstleder oder andere Ledermaterialien, Holz, Sperrholz, Bambus, Fliesen und andere Keramikmaterialien, Schwamm oder andere dreidimensionale Strukturen.
Das vorstehend erwähnte Aufzeichnungsgerät schließt ein: eine Druckvorrichtung zum Aufzeichnen auf verschiedenen Papierarten und OHP-Folien, eine Aufzeichnungsvorrichtung für Kunststoff, um auf einer Kompaktdisk und anderen Kunststoffmaterialien aufzuzeichnen, eine Aufzeichnungsvorrichtung zur Aufzeichnung auf Metallplatten, eine Aufzeichnungsvorrichtung zur Verwendung zur Aufzeichnung auf Ledermaterialien, eine Aufzeichnungsvorrichtung zur Verwendung zur Aufzeichnung auf Holzmaterialien, eine Aufzeichnungsvorrichtung zur Verwendung zur Aufzeichnung auf Keramikmaterialien, eine Aufzeichnungsvorrichtung zur Verwendung zur Aufzeichnung auf einer dreidimensionalen Netzwerkstruktur, wie z. B. Schwamm. Es ist auch eine Textildruckvorrichtung eingeschlossen, die auf Gewebematerialien aufzeichnet.
Als Ausstoßflüssigkeit, die in dieser Flüssigkeitsausstoßvorrichtung verwendet wird, ist eine der Flüssigkeiten möglich, abhängig von der Art der Aufzeichnungsmedien und der Aufzeichnungsbedingungen.
Aufzeichnungssystem
Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel des Tintenstrahl-Aufzeichnungssystems erläutert.
46 zeigt eine Ansicht, welche den Aufbau dieses Tintenstrahlaufzeichnungssystems schematisch darstellt, das den Flüssigkeitsausstoßkopf 201 anwendet. Der Flüssigkeitsausstoßkopf ist ein Vollzeilenkopf, der eine Vielzahl von Ausstoßöffnungen aufweist, die in der Länge angeordnet sind, welche der aufzeichenbaren Breite eines Aufzeichnungsmediums 150 entspricht, in einem Abstand (Dichte) von 360 dpi. Vier Flüssigkeitsausstoßköpfe 201a, 201b, 201c und 201d werden durch eine Haltevorrichtung 202 parallel zueinander in vorbestimmten Abständen in der Richtung X entsprechend jeweils den vier Farben Gelb (Y), Magenta (M), Cyan (C) und Schwarz (Bk) fest angeordnet getragen.
Von der Kopf-Ansteuervorrichtung 307, die eine Ansteuersignal-Zuführvorrichtung ausbildet, werden jedem der Flüssigkeitsausstoßköpfe Signale zugeführt.
Jedem der Köpfe werden vier unterschiedliche Farbtinten Y, M, C und Bk aus den Tintenbehältern 204a – 204d jeweils als Ausstoßflüssigkeit zugeführt. Hier bezeichnet ein Bezugszeichen 204 bezeichnet einen Blasenerzeugungsflüssigkeitsbehälter, und der Aufbau ist eingerichtet, die Blasenerzeugungsflüssigkeit jedem der Flüssigkeitsausstoßköpfe zuzuführen.
Unter jedem der Flüssigkeitsausstoßköpfe sind Kopfkappen 203a bis 203d mit Schwamm oder anderem tintenabsorbierenden Material angeordnet, das in diesen aufgenommen ist, welche die Ausstoßöffnungen der Flüssigkeitsausstoßköpfe abdecken; um jeden der Köpfe zu erhalten, wenn die Aufzeichnungsoperation im Ruhezustand ist.
Ein Bezugszeichen 206 bezeichnet ein Transportband, welches angeordnet ist, um eine Transportvorrichtung zum Transportieren jeder Art des Aufzeichnungsmediums auszubilden, wie weiter vorstehend beschrieben ist. Dieses Transportband 206 verläuft auf einem vorbestimmten Pfad über verschiedene Walzen und wird durch Antriebswalzen angetrieben, die mit einer Motor-Ansteuervorrichtung 305 verbunden sind.
Das Tintenstrahl-Aufzeichnungssystem des vorliegenden Beispiels weist ein Vorverarbeitungsgerät 251 und ein Nachverarbeitungsgerät 252 auf, die jeweils zugangsseitig und abgangsseitig des Aufzeichnungsmedium-Transportpfads angeordnet sind, um verschiedene Prozesse auf dem Aufzeichnungsmedium vor und nach der Aufzeichnung auszuführen.
Die Vorverarbeitung und die Nachverarbeitung sind unterschiedlich in den Inhalten des entsprechenden Prozesses, die von den Arten der Aufzeichnungsmedien und den Tintenarten abhängen. In bezug auf die Aufzeichnung auf einem Medium, wie z. B. Metall, Kunststoff oder Keramik, werden ultraviolette Strahlen und Ozon zur Einwirkung gebracht, um die Oberfläche des verwendeten Mediums zu aktivieren, wodurch die Haftung von Tinte darauf erhöht wird. Wenn die Aufzeichnung auf einem Medium, wie z. B. Kunststoff, erfolgt, das auf leichte Weise statische Elektrizität erzeugt, werden Staubteilchen leicht an deren Oberfläche angezogen, und behindern in einigen Fällen die gute Aufzeichnung. Als Vorbearbeitungsvorrichtung wird daher eine Ionisiervorrichtung verwendet, um statische Elektrizität zu entfernen. Auf diese Weise werden Staubteilchen von dem Aufzeichnungsmedium entfernt. Wenn Gewebe als Aufzeichnungsmedium verwendet werden, kann eine Vorbearbeitung ausgeführt werden, um eine Substanz aufzubringen, die ausgewählt ist aus einer Alkalisubstanz, einer wasserlöslichen Substanz, einem synthetischen Polymer, einem wasserlöslichen Metallsalz, Harnstoff und Thioharn stoff zur Aufzeichnung auf Geweben, um die Fleckenbildung darauf zu verhindern, während die Einfärbgeschwindigkeit erhöht wird. Die Vorbearbeitung ist jedoch nicht unbedingt auf die vorstehend beschriebene begrenzt. Es kann der Prozeß sein, um die Temperatur eines Aufzeichnungsmediums zweckentsprechend auf eine Temperatur einzustellen, die für die Aufzeichnung auf einem solchen Medium geeignet ist.
Andererseits wird ein Fixierprozeß als die Nachbearbeitung ausgeführt, um die Fixierung von Tinte durch Ausführen eines Erhitzungsprozesses oder der Bestrahlung mit ultravioletten Strahlen, unter einigen anderen, am Aufzeichnungsmedium auszuführen, für welches die Tinte vorgesehen ist. Ein Reinigungsprozeß wird ebenfalls als ein Nachbearbeitungsprozeß ausgeführt, um das Bearbeitungsmittel abzuspülen, das für das Aufzeichnungsmedium in dem Vorbearbeitungsprozeß vorgesehen ist, aber rückständig inaktiv ist.
Hier erfolgte die Beschreibung unter der Annahme, daß ein Vollzeilenkopf als der Flüssigkeitsausstoßkopf verwendet ist, doch die Anwendung der vorliegenden Erfindung ist nicht unbedingt auf den Vollzeilenkopf begrenzt. Es ist möglich, die vorliegende Erfindung auf eine solche Betriebsart anzuwenden, bei welcher der vorstehend beschriebene kleinere Flüssigkeitsausstoßkopf in der Breitenrichtung eines Aufzeichnungsmediums zur Aufzeichnung transportiert wird.
Ferner ist es möglich, die Wirkungen der vorliegenden Erfindung durch Kombination von mindestens zwei der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen in bezug auf jede von diesen zu erhöhen.
Im Hinblick auf die erste und die zweite Ausführungsform wirkt der Druck der Blase auf die Seite des freien Endes des beweglichen Elements, um den Druck zum Zeitpunkt der Aufschäumung und der Entwicklung der Blase auf wirkungsvolle Weise in die Ausstoßrichtung zu leiten. Gleichzeitig wird die Verlagerung des beweglichen Elements gleichmäßig ausge führt, wodurch die Haltbarkeit des beweglichen Elements verlängert wird.
Im Hinblick auf die dritte bis siebente Ausführungsform ist der Aufbau eingerichtet, zu ermöglichen, daß der Druck der Blase in dem Blasenerzeugungsbereich im wesentlichen auf den Abschnitt einwirkt, der dem freien Ende des beweglichen Elements näher ist. Daher ist ermöglicht, den Zustand des beweglichen Elements zu realisieren, in welchem das freie Ende des beweglichen Elements auf der frühen Stufe der Verlagerung des beweglichen Elements über dessen gesamte Verlagerungsoperation wesentlich verlagert wird. Auf diese Weise werden ein höherer Ausstoßwirkungsgrad und eine größere Stabilität des Ausstoßes erreicht. Gleichzeitig wird die Verlagerungsausbildung des beweglichen Elements immer stabil wiederholt. Folglich wird die Verlagerungsoperation gleichmäßig ausgeführt und die Haltbarkeit des beweglichen Elements wird ebenfalls verlängert.
In bezug auf die achte bis neunte Ausführungsform wird die Verlagerungsausbildung des beweglichen Elements mittels der Eigenschaften des beweglichen Elements in den Idealzustand versetzt, und dann wird die Blase in einem solchen Zustand in die Ausstoßrichtung geleitet. Daher ist der stabilisierte Ausstoßzustand erreichbar. Gleichzeitig ist es möglich, die Eigenschaften des erhöhten Ausstoßwirkungsgrads jederzeit zu erzielen. Auch der Wiederauffüllwirkungsgrad und die Haltbarkeit des beweglichen Elements werden erhöht und verlängert.
In bezug auf die zehnte Ausführungsform ist es möglich, die Funktion zum zwangsweisen Verlagern der Entwicklungskomponenten der Blase auf der Abströmseite zu der Seite des freien Endes des beweglichen Elements wirkungsvoller zu nutzen, indem der kennzeichnende Aufbau des beweglichen Elements eingerichtet wird, der darauf den ersten Verlagerungsbereich ausbildet, welcher auf der Seite des freien Endes positioniert ist, eine geringere Festigkeit in der Verlagerungs richtung des beweglichen Elements aufweist, und der zweite Verlagerungsbereich, welcher auf der Seite des Drehgelenks angeordnet ist, eine höhere Festigkeit in der Verlagerungsrichtung des beweglichen Elements aufweist. Mit einem solchen Aufbau ist es möglich, den Ausstoßwirkungsgrad, den Ausstoßdruck und die Stabilität noch mehr zu erhöhen.
Wenn jeder der Verlagerungsbereiche als der erste und der zweite Verlagerungsbereich von der Seite der Ausstoßöffnung vorliegt, ist die Festigkeit jedes Verlagerungsbereichs in einer Beziehung: (der erste Verlagerungsbereich) < (der zweite Verlagerungsbereich), und der Aufbau, in welchem zur Einrichtung der Grenze zwischen jedem der Verlagerungsbereiche in dem Abschnitt, der in Gegenüberlage des Blasenerzeugungsbereichs (oder des Wärmeerzeugungselements) ist, es möglich macht, zu gestatten, daß der erste und der zweite Verlagerungsbereich auf der Grundlage des Drucks funktionswirksam sind, der durch die Erzeugung einer Blase ausgeübt wird. Demzufolge ist die Seite des freien Endes in dem Zustand, mehr verlagert zu werden, wodurch der Druck der Blase auf der Abströmseite intensiv und wirkungsvoll zu der Seite des freien Endes jedes beweglichen Elements geleitet wird. Auf diese Weise wird die Blase wirkungsvoll und stabil in die Ausstoßrichtung geleitet.
Wenn die Aufschäumkraft gering ist, ist der erste Verlagerungsbereich des beweglichen Elements insbesondere funktionswirksam, um eine solch geringe Aufschäumkraft wirkungsvoller zu steuern und die Blase in die Ausstoßrichtung zu leiten. Wenn in dem Blasenerzeugungsbereich eine große Blase erzeugt wird, sind der erste und der zweite Verlagerungsbereich funktionswirksam, um die Seite des freien Endes wesentlich zu verlagern, wodurch ermöglicht ist, die große Kraft wirkungsvoller zu steuern und in die Ausstoßrichtung zu leiten. Daher wird die Wärmeenergie wirkungsvoller ausgenutzt.
Für die Köpfe einer Art mit jeweils unterschiedlicher Aufschäumkraft ist ermöglicht, jedes der beweglichen Elemente angemessen zu verlagern. Demzufolge wird nicht nur der Ausstoßwirkungsgrad stabil erhöht, sondern auch das Steuervermögen und der Ausstoßwirkungsgrad sind ausgezeichnet, wenn die Gradationssteuerung oder dergleichen erforderlich ist.
Bei einem solchen Ausstoßvermögen mit einem hohen Ausstoßwirkungsgrad, Ausstoßdruck und einer hohen Stabilität ist es nun möglich, zu verhindern, daß sich der Ausstoß verschlechtert, wenn die Vorrichtung für eine lange Zeitdauer bei niedrigen Temperaturen und niedriger Luftfeuchtigkeit belassen wird. Wenn die Vorrichtung ausfällt, wird die Ausstoßoperation durch eine geringe Aktivität des Wiedergewinnungsprozesses auf leichte Weise wieder in den normalen Zustand zurückgeführt, wie z. B. durch Vorausstöße und die Saugregenerierung. Auf diese Weise ist es möglich, die Zeitdauer zu verkürzen, die für die Ausführung der Wiedergewinnung erforderlich ist, und ebenfalls den Flüssigkeitsverlust zu verringern. Wenn nun das Wiederauffüllverhalten verbessert ist, sind das Ansprechvermögen zu dem Zeitpunkt des kontinuierlichen Ausstoßes, die stabilisierte Entwicklung von Blasen und die stabilisierte Erzeugung von Tröpfchen erreichbar.
Wenn ein Flüssigkeitsausstoßkopf verwendet wird, auf welchen die vorliegende Erfindung als ein Flüssigkeitsausstoßkopf zur Verwendung zur Aufzeichnung angewendet wird, ist es möglich, aufgezeichnete Bilder einer hohen Qualität zu erzielen.
Unter Verwendung eines Flüssigkeitsausstoßkopfs, auf welchen die vorliegende Erfindung angewendet wird, ist es möglich, eine Flüssigkeitsstrahlvorrichtung zu schaffen, bei der neben anderen Vorteilen der Flüssigkeitsausstoßwirkungsgrad weiter erhöht ist.

Claims

Flüssigkeitsausstoßkopf zum Ausstoßen von Flüssigkeit, wobei der Kopf aufweist: – mindestens einen Flüssigkeitskanal (14, 16) mit einer Ausstoßöffnung (18), – einen Wärmeerzeugungsbereich (2) zum Erzeugen von Wärme zum Ausbilden einer Blase (40), um den Ausstoß von Flüssigkeit aus der Ausstoßöffnung zu bewirken, wobei der Wärmeerzeugungsbereich im wesentlichen mit einer Oberfläche zuströmseitig des Wärmeerzeugungsbereichs in einer Ebene liegend oder stoßfrei übergehend ist, und – ein bewegliches Element (31), das in Gegenüberlage des Wärmeerzeugungsbereichs angeordnet ist und ein abströmseitiges freies Ende (32) aufweist, wobei das freie Ende bei der Erzeugung der Blase durch den Wärmeerzeugungsbereich aus einer ersten Position in eine zweite Position verlagerbar ist, die von dem Wärmeerzeugungsbereich weiter als die erste Position beabstandet ist, wobei die zuströmseitige Kante (C) des Wärmeerzeugungsbereichs auf der Seite des freien Endes der Mitte (D) des beweglichen Elements ist.
Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß Anspruch 1, wobei die zuströmseitige Kante (C) des Wärmeerzeugungsbereichs (2) auf der Seite des freien Endes des Punkts (F) ist, welcher die Länge des beweglichen Elements in dem Verhältnis 2 : 3 teilt.
Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei eine auströmseitige Kante (E) des Wärmeerzeugungs bereichs (2) der Ausstoßöffnung (18) näher als das freie Ende (32) des beweglichen Elements (31) ist.
Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei eine abströmseitige Kante (E) des Wärmeerzeugungsbereichs (2) von der Ausstoßöffnung (18) weiter als das freie Ende (32) des beweglichen Elements (31) beabstandet ist.
Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei eine abströmseitige Kante (E) des Wärmeerzeugungsbereichs (2) in im wesentlichen dem gleichen Abstand von der Ausstoßöffnung (18) wie das freie Ende (32) des beweglichen Elements (31) ist.
Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Wärmeerzeugungsbereich (2) die Oberfläche eines Wärmeerzeugungselements aufweist, ausschließlich eines Bands der Breite von 1 bis 8 μm innerhalb der Kante des Wärmeerzeugungselements.
Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Wärmeerzeugungsbereich (2) die Oberfläche eines Wärmeerzeugungselements aufweist und ein Teil der Oberfläche maskiert ist, wodurch die Blasenerzeugung nur in dem Teil der Oberfläche des Wärmeerzeugungselements möglich ist, welcher der Ausstoßöffnung (18) näher ist.
Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei dann, wenn das bewegliche Element (31) nicht verlagert ist, das Wärmeerzeugungselement (2) dem beweglichen Element in der Umgebung des freien Endes (32) näher ist.
Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß Anspruch 1, wobei die Festigkeit des beweglichen Elements von dem Abstand von dem freien Ende des beweglichen Elements abhängt.
Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß Anspruch 9, wobei das bewegliche Element (31) eine Vielzahl von angrenzenden flexiblen Abschnitten mit unterschiedlichen Festigkeiten aufweist.
Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß Anspruch 9, wobei das bewegliche Element (31) aufweist: – ein Drehgelenk zuströmseitig des freien Endes (32) des beweglichen Elements, – einen ersten flexiblen Abschnitt, der sich entlang dem beweglichen Element von dem freien Ende zu einer Grenze zwischen dem freien Ende (32) und dem Drehgelenk des beweglichen Elements erstreckt, und – einen angrenzenden zweiten flexiblen Abschnitt (31a), der sich von der Grenze zu dem Drehgelenk des beweglichen Elements erstreckt und eine höhere Festigkeit als der erste flexible Abschnitt aufweist.
Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß Anspruch 11, wobei der erste flexible Abschnitt in Gegenüberlage des Wärmeerzeugungsbereichs (2) ist.
Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß Anspruch 11, wobei sowohl der erste flexible Abschnitt als auch der zweite flexible Abschnitt in Gegenüberlage des Wärmeerzeugungsbereichs (2) ist.
Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß Anspruch 11, wobei: die Grenze in Gegenüberlage eines Punkts in dem Wärmeerzeugungsbereich ist, der von der Mitte des Wärmeerzeugungsbereichs in einem Abstand abgetrennt ist, der nicht größer als 30 % der Länge des Wärmeerzeugungsbereichs ist.
Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß Anspruch 11, wobei: die Grenze in Gegenüberlage eines Punkts in dem Wärmeerzeugungsbereich ist, der von der Mitte des Wärmeerzeugungsbereichs in einem Abstand abgetrennt ist, der nicht größer als 10 % der Länge des Wärmeerzeugungsbereichs ist.
Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß einem der Ansprüche 11 bis 15, wobei der zweite flexible Abschnitt eine flache Verstärkungsplatte (31a) aufweist, die sich aus der Umgebung eines Drehgelenks entlang dem beweglichen Element (31) erstreckt.
Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß einem der Ansprüche 11 bis 15, wobei der zweite flexible Abschnitt einen Stegabschnitt aufweist, der sich aus der Umgebung eines Drehgelenks entlang dem beweglichen Element (31) erstreckt.
Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß Anspruch 17, wobei der Stegabschnitt im Querschnitt konvex oder konkav ist.
Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß Anspruch 17, wobei der Stegabschnitt im Querschnitt wellenförmig ist.
Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß Anspruch 17, wobei der Stegabschnitt im Querschnitt dreieckförmig ist.
Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Blase durch Filmsieden in dem Wärmeerzeugungsbereich ausgebildet wird.
Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der mindestens eine Flüssigkeitskanal aufweist: – einen ersten Flüssigkeitskanal (14), der mit der Ausstoßöffnung (18) in direkter Verbindung ist, – einen zweiten Flüssigkeitskanal (16), der den Wärmeerzeugungsbereich (2) zum Ausbilden einer Blase (40) in der Flüssigkeit aufweist, und wobei das bewegliche Element (31) als Teil einer Trennwand erzeugt ist, welche den ersten Strömungskanal von dem zweiten Strömungskanal trennt.
Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß Anspruch 22, wobei das bewegliche Element das einzige bewegliche Element ist, das den ersten Strömungskanal von dem zweiten Strömungskanal trennt.
Kopfkassette, die aufweist: – einen Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche und – einen Flüssigkeitsbehälter zum Vorhalten von Flüssigkeit, die dem Flüssigkeitsausstoßkopf zuzuführen ist.
Kopfkassette, die aufweist: – einen Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß Anspruch 22 oder Anspruch 23, – einen ersten Flüssigkeitsbehälter zum Vorhalten einer ersten Flüssigkeit, die dem ersten Flüssigkeitsströmungskanal zuzuführen ist, und – einen zweiten Flüssigkeitsbehälter zum Vorhalten einer zweiten Flüssigkeit, die dem zweiten Flüssigkeitsströmungskanal zuzuführen ist.
Kopfkassette gemäß Anspruch 24 oder Anspruch 25, wobei ein Flüssigkeitsbehälter von dem Flüssigkeitsausstoßkopf abtrennbar ist.
Flüssigkeitsausstoßvorrichtung zum Aufzeichnen auf einem Aufzeichnungsmedium, wobei die Vorrichtung aufweist: – mindestens eine Kopfkassette gemäß Anspruch 24 oder Anspruch 25 und – einen Schlitten zum Anordnen der mindestens einen Kopfkassette, wobei der Schlitten betreibbar ist, die wechselseitige Bewegung zum Abtasten der mindestens einen Kopfkassette über dem Aufzeichnungsmedium auszuführen.