DE69731032T2 - Flüssigkeitsausstosskopf, Wiederherstellungsverfahren und Herstellungsverfahren für einen Flüssigkeitsausstosskopf und diesen Kopf verwendende Flüssigkeitsausstossvorrichtung - Google Patents

Flüssigkeitsausstosskopf, Wiederherstellungsverfahren und Herstellungsverfahren für einen Flüssigkeitsausstosskopf und diesen Kopf verwendende Flüssigkeitsausstossvorrichtung Download PDF

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Yoshie Minami Azumi-gun Asakawa
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Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft einen Flüssigkeitsausstoßkopf zum Ausstoßen einer gewünschten Flüssigkeit durch Erzeugung von Blasen, die durch Einbringen von Wärmeenergie in die Flüssigkeit ausgebildet sind, sowie eine Kopfkassette und eine Flüssigkeitsausstoßvorrichtung, die einen solchen Flüssigkeitsausstoßkopf verwenden. Insbesondere betrifft die Erfindung einen Flüssigkeitsausstoßkopf, der ein bewegliches Element aufweist, das unter Ausnutzung der Blasenerzeugung verlagert (bewegt) wird, eine Kopfkassette und eine Flüssigkeitsausstoßvorrichtung, die einen solchen Flüssigkeitsausstoßkopf verwenden.
  • Außerdem ist die vorliegende Erfindung auf eine Vorrichtung, wie z. B. ein Drucker, anwendbar, welche die Aufzeichnung auf einem Aufzeichnungsmedium, wie z. B. Papier, Faden, Faser, Gewebe, Leder, Metall, Kunststoff, Glas, Holz oder Keramik, ausführt, ein Kopiergerät, ein Faksimilegerät, das ein Kommunikationssystem aufweist, und ein Textverarbeitungssystem mit einer Druckeinheit und für ein industrielles Aufzeichnungsgerät, das mit verschiedenen Verarbeitungsvorrichtungen kombiniert ist.
  • Der Ausdruck „Aufzeichnung" in dieser Erfindung schließt nicht nur die Übertragung eines aussagefähigen Bilds, wie z. B. ein Zeichen oder ein graphisches Bild, auf ein Aufzeichnungsmedium ein, sondern auch die Übertragung eines Bilds ohne Aussage, wie z. B. ein Muster.
  • Bemerkungen zum Stand der Technik
  • Das Tintenstrahl-Aufzeichnungsverfahren ist als das sogenannte Bubble-Jet-Aufzeichnungsverfahren gut bekannt, welches die Einbringung von Wärmeenergie in Tinte aufweist, um eine Zustandsänderung in der Tinte hervorzurufen, welche durch eine drastische Volumenänderung (die Erzeugung von Blasen) begleitet ist, das Ausstoßen der Tinte durch eine Ausstoßöffnung durch die Energie, die infolge der Zustandsänderung erzeugt ist, und das Auftragen der Tinte auf die Oberfläche eines Aufzeichnungsmediums, um ein Bild zu erzeugen. Wie in dem USA-Patent Nr. 4 723 129 offenbart ist, weist ein Aufzeichnungsgerät, welches das Bubble-Jet-Aufzeichnungsverfahren anwendet, im allgemeinen eine Ausstoßöffnung auf, durch welche Tinte ausgestoßen wird, einen Tintenströmungskanal, der mit der Ausstoßöffnung verbunden ist, und ein Elektrizität-Wärme-Umwandlungselement, das als eine Energieerzeugungsvorrichtung zum Ausstoßen der Tinte in dem Tintenströmungskanal dient.
  • Durch Anwendung dieses Aufzeichnungsverfahrens kann ein Bild mit einer hohen Qualität bei verringertem Geräusch rasch aufgezeichnet werden, und in einem Kopf zum Ausstoßen von Tinte können Ausstoßöffnungen in einer hohen Dichte angeordnet werden. Aus diesen Gründen hat sich dieses Aufzeichnungsverfahren als dahingehend als hervorragend erwiesen, Bilder hoher Auflösung und selbst Farbbilder durch kompakte Vorrichtungen auf leichte Weise erzeugt werden können. Demzufolge ist das Bubble-Jet-Aufzeichnungsverfahren in letzter Zeit in verschiedenen Arten von Büroausrüstungen zum Einsatz gelangt, wie z. B. Drucker, Kopiergeräten und Faksimilegeräten und auch in industriellen Systemausrüstungen, wie z. B. Textildruckmaschinen.
  • Der Einsatz des Bubble-Jet-Verfahrens für Produkte in einer Vielzahl unterschiedlicher Bereiche führte zu einer Zunahme verschiedener Anforderungen, wie z. B. folgende.
  • Z. B. besteht die Forderung, daß der energetische Wirkungsgrad zu erhöhen ist, und die Forderung wird durch die Optimierung der Funktion eines Wärmeerzeugungselements gelöst, d. h. die Einstellung der Dicke einer Schutzschicht die auf wirkungsvolle Weise den Wirkungsgrad der Übertragung der erzeugten Wärme auf die Flüssigkeit erhöht.
  • Um außerdem Bilder hoher Qualität zu erlangen, sind Ansteuerbedingungen vorgeschlagen, die ein Verfahren zum Ausstoßen von Flüssigkeit auf der Grundlage der stabilen Blasenerzeugung unterstützen, wodurch Tinte vorzugsweise mit einer hohen Geschwindigkeit ausgestoßen werden kann. Ferner sind vom Gesichtspunkt der Hochgeschwindigkeitsaufzeichnung Flüssigkeitsausstoßköpfe vorgeschlagen, die verbesserte Strömungskanalformen aufweisen, welche die Hochgeschwindigkeitsauffüllung von Strömungskanälen nach dem Ausstoßen von Flüssigkeit ermöglichen.
  • Von solchen Strömungskanälen ist der in 42A und 42B gezeigte Strömungskanalaufbau in der Japanischen Offenlegungsschrift Nr. 63-199972 beschrieben. Der Strömungskanalaufbau und das Kopfherstellungsverfahren, welche in dieser Anmeldung beschrieben sind, beruhen auf der Konzentration auf eine Rückwelle, die in Verbindung mit der Blasenerzeugung auftritt (der Druck ist in eine Richtung entgegengesetzt zu der Richtung einer Ausstoßöffnung gerichtet, d. h., der Druck, der in der Richtung einer Flüssigkeitskammer 1012 wirkt). Die Energie, die verwendet ist, um diese Rückströmungswelle zu erzeugen, wird als eine Verlustenergie angesehen, da die Energie nicht in die Ausstoßrichtung gerichtet ist.
  • Die in 43A und 42B gezeigte Erfindung offenbart ein Ventil 1010, welches von einem Blasenerzeugungsbereich beabstandet ist, der durch ein Wärmeerzeugungselement 1002 definiert ist, und welches in Gegenüberlage einer Ausstoßöffnung 1011 angeordnet ist, wobei das Wärmeerzeugungselement 1002 zwischen diesen angeordnet ist.
  • In 42B ist das Ventil 1010 anfänglich so positioniert, daß es an der Decke eines Strömungskanals 1003 angeordnet ist, und es nach unten in den Strömungskanal 1003 gekrümmt ist, wenn Blasen erzeugt sind. Diese Erfindung offenbart, daß die Rückströmungswelle durch das Ventil 1010 teilweise gesteuert wird, um den Energieverlust zu beschränken.
  • Es wird jedoch aus der vorstehend erwähnten Anordnung deutlich, wenn in dem Strömungskanal 1003 Blasen erzeugt sind, um die auszustoßende Flüssigkeit zu halten, die teilweise Beschränkung einer Rückströmungswelle durch das Ventil 1010 beim Ausstoß der Flüssigkeit nicht praktisch ist.
  • Die Rückströmungswelle steht nicht unmittelbar mit dem Ausstoß der Flüssigkeit in Bezug. Wenn die Rückströmungswelle in dem Strömungskanal 1003 auftritt, wie in 42A gezeigt, hat der Blasendruck, der den Ausstoß direkt beeinflußt, bereits ermöglicht, daß die Flüssigkeit aus dem Strömungskanal 1003 ausgestoßen wird. Selbst wenn scheinbar ein Teil der Rückströmungswelle beschränkt wird, hat dies daher keine große Wirkung auf den Ausstoß der Flüssigkeit.
  • Da jedoch in dem vorstehend erwähnten herkömmlichen Flüssigkeitsausstoßkopf die Erhitzung wiederholt wird, während das Wärmeerzeugungselement mit der Tinte in Kontakt ist, wird ein Niederschlag infolge der thermischen Beeinflussung der Tinte auf der Oberfläche des Wärmeerzeugungselements abgeschieden. Abhängig von der Tintenart wird mehr Niederschlag erzeugt und abgeschieden, was zu einer instabilen Blasenerzeugung führen kann und den bevorzugten Ausstoß von Tinte erschwert. Da insbesondere die Ansteuerfrequenzen gemäß den jüngsten Anforderungen zur weiteren Vergrößerung der Aufzeichnungsgeschwindigkeiten weiter erhöht werden, eine Vielzahl von Ausstoßöffnungen angeordnet und Druckköpfe verlängert worden sind, ist es schwierig, die rasche Wiederauffüllung eines Strömungskanals mit Tinte in der Richtung einer Ausstoßöffnung ruhig, gleichmäßig und stabil zu bewirken.
  • Demzufolge hat sich die Aufzeichnungsqualität ebenfalls verschlechtert.
  • Außerdem ist der bevorzugte Tintenausstoß schwierig, wenn eine auszustoßende Flüssigkeit durch Wärme auf leichte Weise verschlechtert wird, oder wenn Blasen in einer auszustoßenden Flüssigkeit nicht ausreichend erzeugt werden können.
  • Das Europäische Patent Nr. EP-A-0 436 047 beschreibt einen Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopf für einen Tintenstrahldrucker, wobei der Kopf Schließventile aufweist, welche die Flüssigkeitsströmung nur in einer Richtung zu der Ausstoßdüse gestatten.
  • Im einzelnen offenbar das Dokument EP-A-0 436 047 einen Flüssigkeitsausstoßkopf, der aufweist:
    • – eine Vielzahl von Tintenkanäle, die jeweils aus drei aufeinanderfolgenden Flüssigkeitskanälen bestehen, wobei jeder der Vielzahl von ersten Flüssigkeitsströmungskanälen mit einer jeweiligen Ausstoßöffnung zum Ausstoßen von Flüssigkeit in Verbindung ist, jeder der zweiten Flüssigkeitsströmungskanäle mit einem jeweiligen Blasenerzeugungsbereich verbunden ist, in welchem durch Erhitzen der Flüssigkeit in der Flüssigkeit Blasen erzeugt werden,
    • – eine Vielzahl von beweglichen Elementen, die jeweils zwischen einem jeweiligen der ersten Flüssigkeitsströmungskanäle und einem entsprechenden einen der Blasenerzeugungsbereiche angeordnet sind, wobei jedes der beweglichen Elemente betreibbar ist, sich als Reaktion auf den Druck, der durch die Blasenerzeugung in dem jeweiligen Blasenerzeugungsbereich ausgeübt wird, zu dem jeweiligen ersten Flüssigkeitsströmungskanal zu bewegen, um den Druck zu der jeweiligen Ausstoßöffnung zu richten,
    wobei die Vielzahl von ersten Flüssigkeitsströmungskanälen über die Vielzahl von zweiten und dritten Flüssigkeitsströmungskanälen mit einer gemeinsamen Flüssigkeitskammer in Verbindung ist.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Um die Probleme des vorstehend beschriebenen Stands der Technik zu lösen, zeigt eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einen Flüssigkeitsausstoßkopf auf, in welchem die gleichmäßige und stabile Wiederauffüllung ausführbar ist, selbst wenn der Kopf verlängert ist, und in welchem der Freiheitsgrad einer auszustoßenden Tinte erweiterbar ist, während der Wirkungsgrad des Flüssigkeitsausstoßes erhöht wird, und zeigt ein Wiederherstellungsverfahren und ein Herstellungsverfahren für einen solchen Flüssigkeitsausstoßkopf und eine Flüssigkeitsausstoßvorrichtung auf, die einen solchen Flüssigkeitsausstoßkopf verwendet.
  • Erfindungsgemäß wird ein Flüssigkeitsausstoßkopf aufgezeigt, der aufweist:
    • – eine Vielzahl von ersten Flüssigkeitsströmungskanälen, die jeweils mit einer jeweiligen Ausstoßöffnung zum Ausstoßen von Flüssigkeit verbunden sind,
    • – mindestens einen zweiten Flüssigkeitsströmungskanal, der mit einer Vielzahl von Blasenerzeugungsbereichen verbunden ist, in welchen im Anwendungsfall durch Erhitzen der Flüssigkeit in der Flüssigkeit Blasen erzeugt werden, und
    • – eine Vielzahl von beweglichen Elementen, die jeweils zwischen einem jeweiligen der ersten Flüssigkeitsströmungskanäle angeordnet ist, und einem entsprechenden einen der Blasenerzeugungsbereiche, wobei jedes der beweglichen Elemente betreibbar ist, sich als Reaktion auf den Druck, der durch die Blasenerzeugung in dem entsprechenden Blasenerzeugungsbereich ausgeübt wird, zu dem jeweils ersten Flüssigkeitsströmungskanal zu bewegen, um den Druck zu der jeweiligen Ausstoßöffnung zu richten,
    wobei die Vielzahl von ersten Flüssigkeitsströmungskanälen mit einer gemeinsamen Flüssigkeitskammer in Verbindung ist und der Tintenausstoßkopf ferner einen ersten Zuführkanal zum Zuführen von Flüssigkeit durch eine Vielzahl von ersten Zuführöffnungen zu der Flüssigkeitskammer aufweist.
  • Der zweite Flüssigkeitsströmungskanal ist ferner vorzugsweise mehrfach angeordnet. Außerdem sind eine zweite Flüssigkeitskammer, welche mit der Vielzahl der zweiten Flüssigkeitsströmungskanäle verbunden ist, und ein zweiter Zuführkanal zum Zuführen der Flüssigkeit zu der zweiten Flüssigkeitskammer vorzugsweise angeordnet.
  • Ein Wärmeerzeugungselement zum Erzeugen von Wärme ist vorzugsweise entsprechend dem Blasenerzeugungsbereich der zweiten Strömungskanäle angeordnet.
  • Das Wärmeerzeugungselement ist vorzugsweise in einem Vorrichtungssubstrat (elementtragendes Substrat) angeordnet.
  • Vorzugsweise ist ferner ein Tragelement zum Tragen des Vorrichtungssubstrats angeordnet.
  • Der erste Zuführkanal und der zweite Zuführkanal sind vorzugsweise einstückig erzeugt.
  • Der Wärmeausdehnungskoeffizient eines Elements zum Erzeugen des zweiten Zuführkanals ist vorzugsweise nahezu gleich dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des Tragelements.
  • Ein Element zum Erzeugen des ersten Zuführkanals ist vorzugsweise aus einem rostfreien Stahl hergestellt.
  • Das Tragelement besteht vorzugsweise aus Aluminium.
  • Es ist vorzugsweise eine Vielzahl der Vorrichtungssubstrate auf dem Tragelement angeordnet, und eine Trennwand, auf welcher das bewegliche Element erzeugt ist, erstreckt sich über die Vielzahl von Vorrichtungssubstraten.
  • Eine Vielzahl der Vorrichtungssubstrate ist vorzugsweise auf dem Tragelement angeordnet, und eine Trennwand mit dem beweglichen Element ist mehrfach jeweils entsprechend der Vielzahl von Vorrichtungssubstraten angeordnet.
  • Die Vielzahl der ersten Zuführöffnungen ist vorzugsweise mit der ersten Flüssigkeitskammer nahe beiden Enden der ersten Flüssigkeitskammer in Verbindung.
  • Außerdem ist das Vorrichtungssubstrat vorzugsweise mehrfach angeordnet, und der erste Zuführkanal, welcher rohrförmig ist, ist über der Vielzahl von Vorrichtungssubstraten angeordnet, und entlang den ersten Zuführkanal wird eine auszustoßende Flüssigkeit dem ersten Flüssigkeitsströmungskanal jedes der Vorrichtungssubstrate zugeführt.
  • Der zweite Zuführkanal weist eine Rohrform auf und ist über der Vielzahl von Vorrichtungssubstraten angeordnet, und entlang dem zweiten Zuführkanal wird den zweiten Flüssigkeitsströmungskanälen der Vorrichtungssubstrate eine Blasenerzeugungsflüssigkeit zugeführt.
  • Der zweite Strömungskanal endet vorzugsweise in der Position des freien Endes des beweglichen Elements in Gegenüberlage der Seite, auf welcher der zweite Strömungskanal mit dem zweiten Zuführkanal in Verbindung ist.
  • Der zweite Strömungskanal endet vorzugsweise in der Position eines unteren Abschnitts des beweglichen Elements in Gegenüberlage der Seite, auf welcher der zweite Strömungskanal mit dem zweiten Zuführkanal in Verbindung ist.
  • Ein Verfahren zur Wiederherstellung des Flüssigkeitsausstoßkopfs weist die Schritte auf:
    • – Zuführen von Flüssigkeit zu dem zweiten Zuführkanal, während beide Enden des ersten Zuführkanals verschlossen sind,
    • – Anlegen von Druck auf den zweiten Zuführkanal von dessen beiden Enden, während beide Enden des ersten Zuführkanals verschlossen sind,
    • – Zuführen der Flüssigkeit zu dem ersten Zuführkanal, während beide Enden des zweiten Zuführkanals verschlossen sind, und
    • – Anlegen von Druck an den ersten Zuführkanal von dessen beiden Enden, während beide der Enden des zweiten Zuführkanals verschlossen sind, wodurch die Wiederherstellungsoperationen für den ersten Zuführkanal und den zweiten Zuführkanal ausgeführt werden.
  • Ferner weist eine Flüssigkeitsausstoßvorrichtung den Flüssigkeitsausstoßkopf und eine Ansteuersignal-Zuführvorrichtung zum Zuführen eines Ansteuersignals zum Austragen (oder Ausstoßen) von Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsausstoßkopf auf.
  • Zusätzlich weist eine Flüssigkeitsausstoßvorrichtung den Flüssigkeitsausstoßkopf und eine Aufzeichnungsmedium-Transportvorrichtung zum Transportieren eines Aufzeichnungsmediums auf, auf welches Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsausstoßkopf ausgetragen (oder ausgestoßen) ist.
  • Die Aufzeichnung wird durch Ausstoßen von Tinte aus dem Flüssigkeitsausstoßkopf und das Auftragen der Tinte auf einem Aufzeichnungsblatt ausgeführt.
  • Die Aufzeichnung wird durch Ausstoßen von Tinte aus dem Flüssigkeitsausstoßkopf und das Auftragen der Tinte auf einem Gewebe ausgeführt.
  • Die Aufzeichnung wird durch Ausstoßen von Tinte aus dem Flüssigkeitsausstoßkopf und das Auftragen der Tinte auf einen Kunststoffmaterial ausgeführt.
  • Die Aufzeichnung wird durch Ausstoßen von Tinte aus dem Flüssigkeitsausstoßkopf und das Auftragen der Tinte auf Metall ausgeführt.
  • Die Aufzeichnung wird durch Ausstoßen von Tinte aus dem Flüssigkeitsausstoßkopf und das Auftragen der Tinte auf Holz ausgeführt.
  • Die Aufzeichnung wird durch Ausstoßen von Tinte aus dem Flüssigkeitsausstoßkopf und das Auftragen der Tinte auf einem Ledermaterial ausgeführt.
  • Die Farbaufzeichnung wird durch Ausstoßen einer Vielzahl von Farbflüssigkeiten aus dem Flüssigkeitsausstoßkopf und durch Auftragen der Vielzahl von Farbflüssigkeiten auf einem Aufzeichnungsmedium ausgeführt.
  • Eine Vielzahl von Ausstoßöffnungen ist vorzugsweise so angeordnet, daß sie alle einen Bereich auf einem Aufzeichnungsmedium abdecken können, in welchem die Aufzeichnung gestattet ist.
  • Gemäß diesem Aufbau der vorliegenden Erfindung wird die auszustoßende Flüssigkeit aus der ersten Flüssigkeitskammer über den ersten Zuführkanal und den ersten Strömungskanal in eine Ausstoßöffnung eingeleitet, und die Blasenerzeugungsflüssigkeit wird aus der zweiten Flüssigkeitskammer über den zweiten Zuführkanal und den zweiten Flüssigkeitsströmungskanal in den Blasenerzeugungsbereich eingeleitet, der auf dem Wärmeerzeugungselement erzeugt ist. Da die auszustoßende Flüssigkeit und die Blasenerzeugungsflüssigkeit getrennt sind, wird die auszustoßende Flüssigkeit nicht mit dem Wärmeerzeugungselement in Kontakt gebracht. Wenn Flüssigkeit auszustoßen ist, die durch Wärme leicht geschädigt wird, wird daher kein Niederschlag infolge Verbrennung auf dem Wärmeerzeugungselement abgeschieden.
  • Selbst bei einem verlängerten Kopf kann daher die rasche Wiederauffüllung gleichmäßig und stabil ausgeführt werden.
  • Für die einstückige Ausbildung des ersten und des zweiten Zuführkanals in einer Rohrform kann ein herkömmliches Herstellungsverfahren verwendet werden, selbst wenn ein Flüssigkeitsausstoßkopf eine verlängerte Ausführung ist und eine Vielzahl von Vorrichtungssubstraten angeordnet ist.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1A, 1B, 1C und 1D zeigen spezifische Querschnittansichten eines Flüssigkeitsausstoßkopfs,
  • 2 zeigt eine perspektivische Teilausschnittansicht des in 1A bis 1D gezeigten Flüssigkeitsausstoßkopfs,
  • 3 zeigt ein spezifisches Diagramm zur Darstellung der Druckübertragung von einer Blase in einem herkömmlichen Flüssigkeitsausstoßkopf,
  • 4 zeigt ein spezifisches Diagramm zur Darstellung der Druckübertragung von einer Blase, die in dem in 1A bis 1D gezeigten Flüssigkeitsausstoßkopf erzeugt ist,
  • 5 zeigt ein spezifisches Diagramm zur Erläuterung der Flüssigkeitsströmung in dem in 1A bis 1D gezeigten Flüssigkeitsausstoßkopf,
  • 6 zeigt eine perspektivische Ausschnittansicht eines wahlweisen Flüssigkeitsausstoßkopfs,
  • 7 zeigt eine perspektivische Ausschnittansicht eines zweiten wahlweisen Flüssigkeitsausstoßkopfs,
  • 8 zeigt eine Querschnittansicht eines dritten wahlweisen Flüssigkeitsausstoßkopfs,
  • 9A, 9B und 9C zeigen spezifische Querschnittansichten eines vierten wahlweisen Flüssigkeitsausstoßkopfs,
  • 10 zeigt eine Querschnittansicht eines fünften wahlweisen Flüssigkeitsausstoßkopfs (Doppelströmungskanäle),
  • 11 zeigt eine perspektivische Teilausschnittansicht des in 10 gezeigten Flüssigkeitsausstoßkopfs,
  • 12A und 12B zeigen Diagramme zur Erläuterung der Bewegung eines beweglichen Elements,
  • 13 zeigt ein Diagramm zur Erläuterung des Aufbaus des beweglichen Elements und des ersten Strömungskanals,
  • 14A, 14B und 14C zeigen Diagramme zur Erläuterung der Strukturen des beweglichen Elements und des Strömungskanals,
  • 15A, 15B und 15C zeigen Diagramme zur Erläuterung einer anderen Form des beweglichen Elements,
  • 16 zeigt ein Kurvenbild zur Darstellung der Beziehung zwischen der Fläche eines Wärmeerzeugungselements und einer ausgestoßenen Tintenmenge,
  • 17A und 17B zeigen Diagramme, die jeweils die Lagebeziehung zwischen einem beweglichen Element und einem Wärmeerzeugungselement zeigen,
  • 18 zeigt ein Kurvenbild zur Darstellung der Beziehung zwischen einem Abstand von der Kante des Wärmeerzeugungselements und einem Drehgelenk sowie einem Bewegungsabstand für ein bewegliches Element,
  • 19 zeigt ein Diagramm zur Erläuterung der Lagebeziehung zwischen dem Wärmeerzeugungselement und dem beweglichen Element,
  • 20A und 20B zeigen Senkrechtschnittansichten eines Flüssigkeitsausstoßkopfs,
  • 21 zeigt ein spezifisches Diagramm zur Darstellung der Form eines Ansteuerimpulses,
  • 22 zeigt eine Querschnittansicht zur Erläuterung eines Zuführkanals in einem beispielhaften Flüssigkeitsausstoßkopf,
  • 23 zeigt eine perspektivische Explosionsansicht eines beispielhaften Flüssigkeitsausstoßkopfs,
  • 24A, 24B, 24C, 24D und 24E zeigen Diagramme zur Darstellung der Schritte zur Erläuterung eines Verfahrens zur Herstellung eines Flüssigkeitsausstoßkopfs,
  • 25A, 25B, 25C und 25D zeigen Diagramme zur Darstellung der Schritte zur Erläuterung eines anderen Verfahrens zur Herstellung eines Flüssigkeitsausstoßkopfs,
  • 26A, 26B, 26C und 26D zeigen Diagramme zur Erläuterung eines weiteren Verfahrens zur Herstellung eines Flüssigkeitsausstoßkopfs,
  • 27 zeigt eine perspektivische Explosionsansicht einer Flüssigkeitsausstoßkopfkassette,
  • 28 zeigt ein schematisches Diagramm zur Darstellung des Aufbaus einer Flüssigkeitsausstoßvorrichtung,
  • 29 zeigt ein Blockdiagramm zur Darstellung der Vorrichtung,
  • 30 zeigt ein Diagramm zur Darstellung eines Flüssigkeitsausstoßsystems,
  • 31 zeigt ein spezifisches Diagramm zur Darstellung einer Kopfbaugruppe,
  • 32A und 32B zeigen Querschnittansichten des Hauptabschnitts einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Flüssigkeitsausstoßkopfs,
  • 33A und 33B zeigen perspektivische Ansichten der Strukturen für einen zweiten Zuführkanal in 32A und 32B, wobei 33A den zweiten Zuführkanal zeigt, der für jeden zweiten Strömungskanal angeordnet ist, und wobei 33B eine einstückig erzeugte Trennwand und die zwei zweiten Zuführkanäle zeigt, die nur für die linke und die rechte Seite angeordnet sind,
  • 34A und 34B zeigen Rückansichten eines ersten und eines zweiten Zuführkanals in 32A und 32B, wobei 34A den zweiten Zuführkanal zeigt, der für jeden zweiten Flüssigkeitsströmungskanal angeordnet ist, und wobei 34B eine einstückig erzeugte Trennwand und zwei zweite Zuführkanäle zeigt, die nur für die linke und die rechte Seite angeordnet sind,
  • 35 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Flüssigkeitsausstoßkopfs gemäß der vorliegenden Erfindung, in welchem eine Trennwand einstückig erzeugt ist, und zwei zweite Zuführkanäle nur für die rechte und die linke Seite angeordnet sind,
  • 36 zeigt eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Flüssigkeitsausstoßkopfs, in welchem eine Trennwand einstückig erzeugt ist und zwei zweite Zuführkanäle für jeden Strömungskanal angeordnet sind,
  • 37 zeigt eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Flüssigkeitsausstoßkopfs, in welchem eine Trennwand für jeden Strömungskanal abgetrennt ist,
  • 38 zeigt eine Querschnittansicht des Hauptabschnitts des zweiten Ausführungsbeispiels für den erfindungsgemäßen Flüssigkeitsausstoßkopf,
  • 39 zeigt ein Diagramm zur Darstellung der Strukturen für den ersten Zuführkanal und den zweiten Zuführkanal, die in 38 gezeigt sind,
  • 40A, 40B, 40C und 40D zeigen Diagramme zur Erläuterung eines Ausführungsbeispiels der Wiederherstellungsoperation des erfindungsgemäßen Flüssigkeitsausstoßkopfs,
  • 41A, 41B und 41C zeigen Diagramme zur Erläuterung des dritten Ausführungsbeispiels für den erfindungsgemäßen Flüssigkeitsausstoßkopf, wobei 41A den Aufbau mit dem Abschnitt A zeigt, wobei eine Blase nahe einer Ausstoßöffnung in einem zweiten Flüssigkeitsströmungskanal erhalten ist, wobei 41B den Aufbau zeigt, wenn der in 41A gezeigte Abschnitt A, in welchem eine Blase erhalten ist, entfernt ist, und wobei 41C den Aufbau zeigt, wenn sich eine Wand unter dem beweglichen Element erstreckt, und
  • 42A und 42B zeigen Diagramme zur Erläuterung des Aufbaus des Flüssigkeitsströmungskanals eines herkömmlichen Flüssigkeitsausstoßkopfs.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Vor der Erläuterung der vorliegenden Erfindung wird das Flüssigkeitsausstoßprinzip für beispielhafte Flüssigkeitsausstoßköpfe beschrieben, während auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen wird. Solche beispielhaften Flüssigkeitsausstoßköpfe sind z. B. in dem Dokument EP-A-0 721 841 offenbart, das nach dem Prioritätsdatum der vorliegenden Anmeldung veröffentlicht ist.
  • Erstes bildhaftes Beispiel – einbezogen zur Referenz und keine Ausführungsform der Erfindung
  • In diesem Beispiel erfolgt zuerst eine Erläuterung eines Beispiels, wobei die Richtung, in welche durch Blasen ausgeübter Druck übertragen wird, und die Richtung in welche Blasen wachsen, gesteuert wird, um Flüssigkeit auszustoßen, so daß die Flüssigkeitsausstoßkraft und damit der Ausstoßwirkungsgrad erhöht wird.
  • 1A bis 1D zeigen spezifische Querschnittansichten eines Beispiels des Flüssigkeitsausstoßkopfs, und 2 zeigt eine perspektivische Teilausschnittansicht des Flüssigkeitsausstoßkopfs dieses Beispiels.
  • In dem Flüssigkeitsausstoßkopf dieses Beispiels ist ein Wärmeerzeugungselement 2 (das einen Wärmeerzeugungswiderstand mit den Abmessungen 40 μm × 105 μm in diesem Beispiel) zum Einbringen von Wärmeenergie in die Flüssigkeit in einem Vorrichtungssubstrat angeordnet ist und als ein Ausstoßenergieerzeugungselement dient. Ein Flüssigkeitsströmungskanal 10 ist über dem Vorrichtungssubstrat 1 entsprechend dem Wärmeerzeugungselement 2 angeordnet. Der Flüssigkeitsströmungskanal 10 ist mit einer Ausstoßöffnung 18 verbunden und auch mit einer gemeinsamen Flüssigkeitskammer 13, aus welcher einer Vielzahl von Flüssigkeitsströmungskanälen 10 Flüssigkeit zugeführt wird. Flüssigkeit in einer Menge, die der durch die Ausstoßöffnung 18 ausgestoßenen gleichwertig ist, wird aus der gemeinsamen Flüssigkeitskammer 13 zugeführt.
  • Ein auskragendes plattenförmiges bewegliches Element 31, welches aus einem elastischen Metall hergestellt ist und einen flachen Abschnitt aufweist, ist über dem Vorrichtungssubstrat 1 in dem Flüssigkeitsströmungskanal 10 und in Gegenüberlage des Wärmeerzeugungselements 2 angeordnet. Ein Ende des beweglichen Elements 31 ist an der Wand des Flüssigkeitsströmungskanals 10 und an einem Grundkörper (Tragelement) 34 fest angeordnet, der durch Strukturieren eines lichtempfindlichen Harzes auf dem Vorrichtungssubstrat 1 erzeugt ist. Ein Teil des beweglichen Elements 31 ist an einem Ende fest angeordnet und dient als ein Drehgelenk 33.
  • Das bewegliche Element 31 ist so angeordnet, daß es in Gegenüberlage des Wärmeerzeugungselements 2 ist und es in einem Abstand von 15 μm bedeckt, und so, daß dessen Drehgelenk (fest angeordnetes Ende) 33 zuströmseitig entlang einem Kanal ist, durch welchen während der Flüssigkeitsausstoßoperation ein großer Flüssigkeitsstrom von der gemeinsamen Flüssigkeitskammer 13 über das bewegliche Element 31 zu der Ausstoßöffnung 18 tritt, und so, daß dessen freies Ende 32 ab strömseitig in bezug auf das Drehgelenk 33 ist. Ein Bereich zwischen dem Wärmeerzeugungselement 2 und dem beweglichen Element 31 ist ein Blasenerzeugungsbereich 11. Die Arten und Formen sowie die Positionen des Wärmeerzeugungselements 2 und des beweglichen Elements 31 sind nicht auf die vorstehend beschriebenen begrenzt und können andere sein, die eine Steuerung des Wachstums einer Blase und der Übertragung des Drucks gestatten, wie weiter nachstehend beschrieben ist. Für eine Erläuterung der Flüssigkeitsströmung, die weiter nachstehend erfolgt, ist der Flüssigkeitsströmungskanal 10, wobei das bewegliche Element 31, das als eine Grenze wirkt, in einen ersten Flüssigkeitsströmungskanal 14 unterteilt ist, welcher mit der Ausstoßöffnung 18 direkt in Verbindung ist, und einen zweiten Flüssigkeitsströmungskanal 16, welcher den Blasenerzeugungsbereich 11 und einen Flüssigkeitszuführkanal 21 einschließt.
  • Wenn das Wärmeerzeugungselement 2 Wärme erzeugt, reagiert die Wärme mit der Flüssigkeit in dem Blasenerzeugungsbereich 11 zwischen dem beweglichen Element 31 und dem Wärmeerzeugungselement 2, und in der Flüssigkeit wird auf der Grundlage einer Filmsiedeerscheinung, die in dem USA-Patent Nr. 4 723 129 beschrieben ist, eine Blase 40 erzeugt. Die Blase 40 und der Druck, der infolge der Erzeugung der Blase 40 aufgebaut ist, wirkt zuallererst auf das bewegliche Element 31 ein, wodurch das bewegliche Element 31 verlagert wird, um sich um das Drehgelenk 33 zu drehen und in der Richtung zu der Ausstoßöffnung 18 zu öffnen, wie in 1B oder 1C oder 2 gezeigt ist. Wenn das bewegliche Element 31 verlagert wird oder gemäß dem Grad der Verlagerung des beweglichen Elements 31 erstrecken sich der Druck, welcher infolge der Erzeugung der Blase 40 aufgebaut ist, und das Wachstum der Blase 40 zu der Seite der Ausstoßöffnung 18.
  • Eines der Ausstoßprinzipien für dieses Beispiel wird nachstehend erläutert.
  • Eines der wichtigen Prinzipien, das diesem Beispiel eigen ist, besteht darin, daß das bewegliche Element 31, welches in Gegenüberlage der Blase 40 angeordnet ist, aus dessen ersten Normalposition durch den Druck, der durch die Blase 40 ausgeübt wird, oder durch die Blase selbst in dessen zweite Verlagerungsposition verlagert wird, und gemäß der Verlagerung des beweglichen Elements 31 werden der Druck, welcher die Erzeugung der Blase 40 begleitet, und das Wachstum der Blase 40 abströmseitig in die Position der Ausstoßöffnung 18 übertragen.
  • Das Prinzip wird nachstehend weiter ausführlich durch Vergleich mit dem herkömmlichen Flüssigkeitsströmungskanalaufbau beschrieben.
  • 3 zeigt ein spezifisches Diagramm zur Darstellung des Druckübertragungsmusters für eine Blase in dem herkömmlichen Kopf, und 4 zeigt ein spezifisches Diagramm zur Darstellung des Druckübertragungsmusters für eine Blase, die in dem Kopf dieses Beispiels erzeugt ist. Ein Pfeil VA wird verwendet, um die Druckübertragungsrichtung abströmseitig zu der Ausstoßöffnung zu bezeichnen, während ein Pfeil VB verwendet wird, um die Druckübertragungsrichtung zu der Zuströmseite zu bezeichnen.
  • Der Aufbau des in 3 gezeigten herkömmlichen Kopfs bietet keine Steuerung über die Richtung, in welche der während der Erzeugung der Blase 40 aufgebaute Druck übertragen wird. Der Druck, welcher der Blase 40 zugeschrieben wird, wird in verschiedene Richtungen übertragen, d. h., Richtungen rechtwinklig zu der Oberfläche der Blase, wie durch Pfeile V1 bis V8 bezeichnet ist. Die Richtungen der Pfeile V1 bis V4 betreffen insbesondere die Druckübertragung in die Richtung des Pfeils VA, welche die größte Wirkung auf den Flüssigkeitsausstoß aufweist, d. h., die Richtungskomponenten für die Druckübertragung zwischen Abschnitten näher zu der Ausstoßöffnung zu der Mitte der Blase 40. Diese sind wichtig und tragen unmittelbar zu dem Wirkungsgrad des Flüssigkeits ausstoßes bei, zu der Flüssigkeitsausstoßleistung und der Ausstoßgeschwindigkeit. Da die Richtungskomponente V1 näher an der Ausstoßrichtung VA ist, bietet diese die wirkungsvollste Druckübertragung, während die Richtungskomponente V4 vergleichsweise weniger wirkungsvoll für die Druckübertragung in die Richtung VA ist.
  • Andererseits sind gemäß dem in 4 gezeigten Beispiel durch das bewegliche Element 31 die verschiedenen Druckübertragungsrichtungen der Pfeile V1 bis V4, wie in 3 gezeigt, abströmseitig gerichtet (zu der Ausstoßöffnung hin), wodurch der Druck, welcher der Blase 40 zuschreibbar ist, in die Druckübertragungsrichtung VA gerichtet ist. Daher kann der Druck, welcher der Blase 40 zuschreibbar ist, auf wirkungsvolle Weise und direkt zu dem Flüssigkeitsausstoß beitragen. Die Richtung, in welche die Blase 40 wächst, ist ebenfalls abströmseitig, ähnlich den Druckübertragungsrichtungen V1 bis V4, und das Wachstum der Blase 40 ist abströmseitig größer als zuströmseitig. Die Richtung, in welche die Blase 40 wächst, wird durch das bewegliche Element 31 gesteuert, und die Übertragungsrichtung des Blasendrucks wird ebenfalls gesteuert, so daß grundlegende Erhöhungen des Ausstoßwirkungsgrads, der Ausstoßleistung und der Ausstoßgeschwindigkeit realisiert sind.
  • Die Ausstoßoperation des Flüssigkeitsausstoßkopfs in diesem Beispiel wird nachstehend ausführlich beschrieben, während wieder auf die 1A bis 1D Bezug genommen wird.
  • In 1A ist der Zustand vor dem Anlegen elektrischer Energie an das Wärmeerzeugungselement 2 gezeigt, d. h. der Zustand, bevor durch das Wärmeerzeugungselement 2 Wärme erzeugt wird.
  • Es ist hier wichtig, daß das bewegliche Element 31 mindestens in einer Position in Gegenüberlage des abströmseitigen Abschnitts angeordnet ist, in welcher eine Blase durch Erhitzen mit dem Wärmeerzeugungselement 2 erzeugt wird. D. h., mindestens das bewegliche Element 31 ist in einer Position abströmseitig einer Mitte 3 der Fläche des Wärmeerzeugungselements 2 (abströmseitig einer Linie, die durch die Mitte 3 der Fläche des Wärmeerzeugungselements 2 verläuft und rechtwinklig zu der Längsrichtung des Strömungskanals ist) angeordnet, so daß der abströmseitige Abschnitt der Blase auf das bewegliche Element 31 einwirken kann.
  • In 1B ist der Zustand gezeigt, in welchem beim Anlegen elektrischer Energie an das Wärmeerzeugungselement 2 Wärme so erzeugt ist, daß die Flüssigkeit, welche den Blasenerzeugungsbereich 11 füllt, erhitzt wird und die Blase 40 durch Filmsieden erzeugt wird.
  • Das bewegliche Element 31 wird durch den Druck, der durch die Erzeugung der Blase 40 hervorgerufen ist, aus der ersten Position in die zweite Position so verlagert, daß die Druckübertragung durch die Blase 40 zu der Ausstoßöffnung 18 gerichtet ist. Wie vorstehend beschrieben, ist es hier wichtig, daß das freie Ende 32 des beweglichen Elements 31 abströmseitig (auf der Seite der Ausstoßöffnung 18) angeordnet ist, und das Drehgelenk 33 zuströmseitig (auf der Seite der gemeinsamen Flüssigkeitskammer) so angeordnet ist, daß mindestens ein Teil des beweglichen Elements 31 in Gegenüberlage des abströmseitigen Abschnitts des Wärmeerzeugungselements 2 ist, d. h. der abströmseitige Abschnitt der Blase 40.
  • 1C zeigt den Zustand, wenn größeres Wachstum der Blase 40 eingetreten ist. Das bewegliche Element 31 wird gemäß dem Druck, der durch das Wachstum der Blase 40 erzeugt ist, weiter verlagert. Die erzeugte Blase 40 wird abströmseitig größer als zuströmseitig und wird von deren ersten Position (bezeichnet durch die gestrichelte Linie) des beweglichen Elements 31 größer. Da das bewegliche Element 31 allmählich verlagert wird, kann die Richtung, in welche der Druck, welcher der Blase 40 zuschreibbar ist, übertragen wird, und die Richtung, in welcher die Verschiebung des Volumens leicht ist, d. h., die Richtung, in welche die Blase 40 zu dem freien Ende wächst, gleichmäßig eingestellt werden, um der Richtung zu der Ausstoßöffnung 18 zu entsprechen. Dies kann ebenfalls den Ausstoßwirkungsgrad erhöhen. Wenn die Blase 40 und der Druck, der durch die Blasenbildung erzeugt ist, zu der Ausstoßöffnung 18 übertragen werden, behindert das bewegliche Element 31 diese Übertragung nicht und kann auf wirkungsvolle Weise gemäß der Größe des übertragenen Drucks die Richtung steuern, in welche der Druck übertragen wird, und die Richtung, in welche die Blase wächst.
  • 1D zeigt den Zustand, wenn der Innendruck der Blase 40 nach dem Abschluß des Filmsiedens verringert ist, die Blase 40 geschrumpft und aufgelöst ist.
  • Das bewegliche Element 31, welches in der zweiten Position angeordnet ist, wird durch Unterdruck, der durch das Schrumpfen der Blase 40 erzeugt ist und durch die Rückstellkraft des beweglichen Elements 31 in die Ausgangsposition (erste Position) in 1A zurückgeführt. Wenn sich die Blase 40 auflöst strömt zusätzlich Flüssigkeit in die Richtungen der Strömungen VD1 und VD2 von der Zuströmseite (B) , d. h. von der gemeinsamen Flüssigkeitskammer 13 und die Richtung VC von der Ausstoßöffnung 18, so daß das verringerte Volumen der Blase 40 in dem Blasenerzeugungsbereich 11 ausgeglichen wird, und so, daß das Volumen der ausgestoßenen Flüssigkeit ebenfalls ausgeglichen wird.
  • Die Bewegung des beweglichen Elements 31, welche als ein Ergebnis der Erzeugung der Blase 40 eintritt, und die Flüssigkeitsausstoßoperation sind vorstehend beschrieben. Die Wiederauffülleigenschaften der Flüssigkeit in dem Flüssigkeitsausstoßkopf des vorliegenden Beispiels werden nachstehend ausführlich beschrieben.
  • Ein Flüssigkeitszuführmechanismus wird nachstehend unter Bezugnahme auf 1C und 1D ausführlich beschrieben.
  • Wenn nach dem in 1C gezeigten Zustand, bei dem das Volumen der Blase auf das Maximum ansteigt, und die Blase sich dann rasch auflöst, strömt Flüssigkeit zum Ausgleich des Auflösungsvolumens von der Seite der Ausstoßöffnung 18 in den Blasenerzeugungsbereich 11 entlang dem ersten Flüssigkeitsströmungskanal 14 und von der Seite der gemeinsamen Flüssigkeitskammer 13 entlang dem zweiten Flüssigkeitsströmungskanal 16. Bei einem herkömmlichen Flüssigkeitsströmungskanalaufbau, in welchem das bewegliche Element 31 nicht angeordnet ist, hängt die Menge der Flüssigkeit, die von der Seite der Ausstoßöffnung in die Position strömt, in welcher sich die Blase auflöst, und die Flüssigkeitsmenge, die aus der gemeinsamen Flüssigkeitskammer strömt, von den Strömungswiderständen in dem Abschnitt ab, welcher der Ausstoßöffnung 18 näher als der Blasenerzeugungsbereich 11 ist, und von dem Abschnitt, welcher der gemeinsamen Flüssigkeitskammer 13 näher ist. Dies erfolgt auf Grund des Widerstands der Strömungskanäle und der Trägheit der Flüssigkeit.
  • Wenn der Strömungswiderstand in dem Abschnitt nahe der Ausstoßöffnung 18 klein ist, strömt eine große Flüssigkeitsmenge von der Seite der Ausstoßöffnung 18 zu der Blasenauflöseposition, und der Abstand eines Meniskus M, der zurückbewegt wird, ist verlängert. Insbesondere dann, wenn der Strömungswiderstand näher zu der Seite der Ausstoßöffnung 18 verringert ist, um den Ausstoßwirkungsgrad zu erhöhen, wird der Meniskus M, der zurückzubewegen ist, länger, nachdem die Blase aufgelöst ist, und die Zeitdauer, die zur Wiederauffüllung erforderlich ist, wird verlängert, was die Druckgeschwindigkeit nachteilig beeinflußt.
  • Andererseits ist in diesem Beispiel das bewegliche Element 31 angeordnet. Wenn eine Blase ein Volumen W aufweist, ist der Abschnitt über der ersten Position des beweglichen Elements 31 als W1 definiert, und der Abschnitt in dem Blasenerzeugungsbereich 11 ist als W2 definiert. Wenn das bewegliche Element 31 nach dem Auflösen der Blase in die Ausgangsposition zurückgeführt ist, wird das Rückschreiten des Me niskus M aufgehalten, und dann wird eine Flüssigkeitsmenge, die gleich dem Volumen W2 ist, vorrangig mit der Strömung VD2 in dem zweiten Strömungskanal 16 zugeführt. Während die Menge, die der Hälfte des Volumens W der Blase entspricht, als die herkömmliche Rückschrittsdistanz des Meniskus bestimmt ist, kann der Rückschritt des Meniskus in dem vorliegenden Beispiel auf lediglich die Hälfte des Volumens W1 verringert werden, welches kleiner als das herkömmliche Volumen ist.
  • Die Flüssigkeit in einer Menge gleich dem Volumen W2 kann durch den Druck, der erzeugt wird, wenn sich die Blase auflöst, zwangsweise vorrangig von dem zuströmseitigen Abschnitt (VD2) des zweiten Flüssigkeitsströmungskanals 16 und entlang der Oberfläche des beweglichen Elements 31 auf der nahen Seite des Wärmeerzeugungselements 2 zugeführt werden. Daher ist die rasche Flüssigkeitswiederauffüllung ausführbar.
  • Die Flüssigkeitswiederauffüllung wird in dem herkömmlichen Kopf unter Verwendung des Drucks ausgeführt, der ausgebildet wird, wenn sich die Blase auflöst, um die Schwingung des Meniskus zu erhöhen, wodurch eine Verschlechterung einer Bildqualität eintritt. Da andererseits bei der raschen Flüssigkeitswiederauffüllung dieses Beispiels das bewegliche Element 31 die Flüssigkeitsströmung zwischen dem ersten Flüssigkeitsströmungskanal nahe der Ausstoßöffnung 18 und dem Blasenerzeugungsbereich 11 nahe der Ausstoßöffnung 18 unterbinden, wodurch die Schwingung des Meniskus drastisch verringerbar ist.
  • Das vorliegende Beispiel erreicht die rasche Wiederauffüllung durch zwangsweises Wiederauffüllen der Flüssigkeit in dem Blasenerzeugungsbereich über den Flüssigkeitszuführkanal 12 des zweiten Flüssigkeitsströmungskanals 16 und durch Steuerung des Rückschreitens und der Schwingung des Meniskus, wie vorstehend beschrieben ist. Daher können der stabile Ausstoß sowie der rasche, wiederholte Ausstoß von Flüs sigkeit und zur Aufzeichnung Bilder hoher Qualität sowie die schnelle Aufzeichnung gewährleistet werden.
  • Der Aufbau des vorliegenden Beispiels schließt auch die folgende wirkungsvolle Funktion ein.
  • Diese Funktion wird verwendet, um die Übertragung in der zuströmseitigen Richtung (als eine Rückströmungswelle) des Drucks zu steuern, der während der Erzeugung einer Blase ausgeübt wird. Der Druck, der durch eine Blase erzeugt wird, die nahe der gemeinsamen Flüssigkeitskammer 13 (zuströmseitig) auf dem Wärmeerzeugungselement 2 erzeugt wird, wirkt als eine Kraft (eine Rückströmungswelle), um die Flüssigkeit zuströmseitig zurückzudrücken. Diese Rückströmungswelle erzeugt den Druck auf der Zuströmseite, um die Flüssigkeitsbewegung infolge des Drucks zu erzeugen und die Trägheitskraft, welche die Bewegung der Flüssigkeit begleitet, wodurch die Verringerung der Geschwindigkeit, mit welcher der Flüssigkeitsströmungskanal mit Flüssigkeit wiederaufgefüllt wird, verringert wird und auch die Ansteuergeschwindigkeit nachteilig beeinflußt wird.
  • In diesem Beispiel kann die Wiederauffüllung mit Flüssigkeit unter Verwendung des beweglichen Elements 31 verbessert werden, um diese Aktionen auf der Zuströmseite zu steuern.
  • Ein zusätzlicher kennzeichnender Aufbau und eine Wirkung, die mit diesem Beispiel bereitgestellt wird, ist nachstehend beschrieben.
  • Der zweite Flüssigkeitsströmungskanal 16 in diesem Beispiel schließt einen Flüssigkeitszuführkanal 12 ein, der eine Innenwand zuströmseitig des Wärmeerzeugungselements 2 aufweist, die mit dem Wärmeerzeugungselement 2 verbunden ist und die im wesentlichen flach ist (vorausgesetzt, daß die Oberfläche des Wärmeerzeugungselements 2 abfällt). In diesem Aufbau, wie durch VD2 gezeigt, wird Flüssigkeit den Oberflächen des Blasenerzeugungsbereichs 11 und des Wärmeerzeu gungselements 2 entlang der Oberfläche des beweglichen Elements 31 zugeführt, welches nahe dem Blasenerzeugungsbereich 11 ist. Der Niederschlag von Flüssigkeit auf der Oberfläche des Wärmeerzeugungselements 2 kann verzögert werden, die Abtrennung von in der Flüssigkeit gelöster Luft und die Entfernung einer restlichen Blase, die sich nicht aufgelöst hat, werden auf leichte Weise ausgeführt, und die angesammelte Wärmemenge, die durch die Flüssigkeit absorbiert wird, ist nicht zu groß. Daher ist eine stabilere Blasenerzeugung wiederholt und schnell ausführbar. In diesem Beispiel ist eine Erläuterung für einen Flüssigkeitsausstoßkopf gegeben, der den Flüssigkeitszuführkanal 12 mit einer im wesentlichen flachen Innenwand aufweist. Ein Flüssigkeitszuführkanal, der mit der Oberfläche des Wärmeerzeugungselements 2 glatt verbunden ist, und der eine glatte Innenwand aufweist, kann verwendet werden, und der Flüssigkeitszuführkanal kann jede Form aufweisen, so daß der flüssige Niederschlag nicht auf dem Wärmeerzeugungselement 2 abgeschieden wird und eine sehr turbulente Strömung nicht auftritt, während die Flüssigkeit zugeführt wird.
  • Die Flüssigkeit kann von der Strömung VD1 dem Blasenerzeugungsbereich 11 entlang der Seite (Schlitz 35) des beweglichen Elements 31 zugeführt werden. Das große bewegliche Element 31 wird jedoch verwendet, um den in 1D gezeigten gesamten Blasenerzeugungsbereich 11 abzudecken (d. h. die gesamte Oberfläche des Wärmeerzeugungselements), um auf wirkungsvolle Weise den Druck, welcher der Blasenerzeugung zuschreibbar ist, zu der Ausstoßöffnung 18 zu übertragen. Wenn das bewegliche Element 31 in die erste Position zurückgeführt ist, würden die Strömungswiderstände der Flüssigkeit in dem Blasenerzeugungsbereich 11 und in dem Bereich des ersten Strömungskanals 14 nahe der Ausstoßöffnung 18 erhöht, wodurch eine Flüssigkeitsströmung von VD1 zu dem Blasenerzeugungsbereich 11 unterbrochen würde. Da in dem Kopfaufbau des vorliegenden Beispiels eine Strömung VD1 zur Zuführung von Flüssigkeit zu dem Blasenerzeugungsbereich 11 vorliegt, ist die Flüssigkeitszuführungsfunktionsleistung sehr hoch.
  • Selbst in dem Aufbau, für welchen die Erhöhung des Ausstoßwirkungsgrads angestrebt wird, wie z. B. der eine, in welchem der Blasenerzeugungsbereich 11 durch das bewegliche Element 31 abgedeckt wird, besteht keine Verringerung der Flüssigkeitszuführleistung.
  • 5 zeigt ein spezifisches Diagramm zur Erläuterung der Flüssigkeitsströmung gemäß dem vorliegenden Beispiel.
  • Das freie Ende des beweglichen Elements 31 ist z. B. relativ abströmseitig des Drehgelenks 33 angeordnet, wie in 5 gezeigt ist. Bei diesem Aufbau können die Funktion und die Wirkung auf wirkungsvolle Weise gewährleistet werden, so daß dann, wenn die vorstehend erwähnte Blase erzeugt ist, die Druckübertragungsrichtung und die Blasenwachstumsrichtung zu der Seite der Ausstoßöffnung 18 gerichtet werden können. Die Lagebeziehung zwischen dem freien Ende 32 und dem Drehgelenk 33 gestattet nicht nur die Ausstoßfunktion und die Ausstoßwirkung, sondern kann auch den Strömungswiderstand der Flüssigkeit verringern, die durch den Flüssigkeitsströmungskanal 10 fließt, während die Flüssigkeit mit hoher Geschwindigkeit wiederaufgefüllt wird. Dies ist der Fall, weil dann, wenn eine Kapillaranziehung in der Ausstoßöffnung 18 den Meniskus M veranlaßt, der durch einen Ausstoß zurückgezogen ist, um die Wiederherstellung auszuführen, oder wenn Flüssigkeit zugeführt wird, nachdem eine Blase aufgelöst ist, das freie Ende 32 und das Drehgelenk 33 nicht so angeordnet sind, daß sie das Fließen der Strömungen S1, S2 und S3 entlang dem Flüssigkeitsströmungskanal 10 nicht behindern (welcher den ersten Flüssigkeitsströmungskanal 14 und den zweiten Flüssigkeitsströmungskanal 16 einschließt).
  • In mehr spezifischer Weise erstreckt sich in 1A bis 1D in diesem Beispiel, wie vorstehend beschrieben, das freie Ende 32 des beweglichen Elements 31 entlang dem Wärmeerzeugungselement 2, so daß das freie Ende 32 in Gegenüberlage der Position abströmseitig der Mitte 3 der Fläche (eine Linie, die durch die Mitte der Fläche des Wärmeerzeugungsele ments 2 verläuft und rechtwinklig zu der Längsrichtung des Flüssigkeitsströmungskanals ist) angeordnet ist, welche das Wärmeerzeugungselement 2 in einen Zuströmbereich und einen Abströmbereich unterteilt. Das bewegliche Element 31 nicht den Druck auf, welcher abströmseitig der Mittenposition des Wärmeerzeugungselements 2 auftritt, und welcher wesentlich den Flüssigkeitsausstoß beeinflußt und den Druck, welcher der Blase 40 zuschreibbar ist, zu der Ausstoßöffnung 18 richten kann. Demzufolge können der Ausstoßwirkungsgrad und die Ausstoßkraft grundlegend erhöht werden.
  • Außerdem können viele Wirkungen unter Verwendung der Zuströmseite der Blase 40 erzielt werden.
  • In dem Aufbau in diesem Beispiel beeinflußt die augenblickliche mechanische Verlagerung des freien Endes 32 des beweglichen Elements 31 ebenfalls auf wirkungsvolle Weise den Flüssigkeitsausstoß.
  • Zweites bildhaftes Beispiel – einbezogen als Referenz und stellt keine Ausführungsform der Erfindung dar
  • 6 zeigt eine perspektivische Teilausschnittansicht eines Flüssigkeitsausstoßkopfs gemäß einem zweiten Beispiel dar.
  • In 6 bezeichnet A den Zustand, wenn ein bewegliches Element 31 verlagert ist (es ist keine Blase gezeigt), und B bezeichnet den Zustand, wenn das bewegliche Element 31 in dessen Ausgangsposition (erste Position) ist. Es wird davon ausgegangen, daß im Zustand B ein Blasenerzeugungsbereich 11 gegenüber einer Ausstoßöffnung 18 im wesentlichen abgedichtet ist (obgleich nicht gezeigt, ist eine Strömungskanalwand zwischen A und B angeordnet, um die Strömungskanäle abzutrennen).
  • Das bewegliche Element 31 weist zwei Grundkörper 34 auf beiden Seiten auf, wobei ein Flüssigkeitszuführkanal 12 zwischen diesen verläuft. Der Flüssigkeitszuführkanal kann eine Vorderseite aufweisen, die im wesentlichen flach oder stoßfrei mit der Fläche eines Wärmeerzeugungselements 2 verbunden ist. Und Flüssigkeit kann von einem solchen Flüssigkeitszuführkanal entlang der Vorderseite des beweglichen Elements 31 nahe dem Wärmeerzeugungselement 2 zugeführt werden.
  • In der Ausgangsposition (erste Position) ist das bewegliche Element 31 nahe oder in Kontakt mit einer abströmseitigen Wand 36 des Wärmeerzeugungselements und Seitenwänden 37 des Wärmeerzeugungselements angeordnet, welche abströmseitig und entlang dem Wärmeerzeugungselement 2 angeordnet sind und einen im wesentlichen geschlossenen Blasenerzeugungsbereich 11 nahe der Ausstoßöffnung 18 ausbilden. Der Druck, der durch eine Blase ausgeübt wird, insbesondere der abströmseitige Druck einer Blase kann konzentriert und hauptsächlich verwendet werden, um das freie Ende des beweglichen Elements 31 zu verlagern.
  • Wenn die Blase kollabiert, wird das bewegliche Element 31 in die erste Position zurückgeführt, und der Blasenerzeugungsbereich 11 nahe der Ausstoßöffnung 18 wird im wesentlichen für die Zuführung von Flüssigkeit zu dem Wärmeerzeugungselement 2 dicht verschlossen. Dadurch können verschiedene Wirkungen, die in dem vorhergehenden Beispiel beschrieben sind, wie z. B. die Beschränkung des Rückzugs des Meniskus, erreicht werden. Die Wirkungen bezüglich der Wiederauffüllung mit Flüssigkeit, welche durch das erste Beispiel erbracht wurden, können ebenfalls erzielt werden.
  • In dem in 2 und 6 gezeigten zweiten Beispiel sind die Grundkörper 34 zum festen Anordnen des beweglichen Elements 31 zugangsseitig von dem Wärmeerzeugungselement 2 beabstandet angeordnet und weisen eine Breite auf, welche kleiner als die des Flüssigkeitsströmungskanals 10 zum Zuführen von Flüssigkeit zu dem Flüssigkeitszuführkanal 12 ist. Die Form des Grundkörpers 34 ist nicht auf das in 6 gezeigte Beispiel begrenzt, und jede Form, welche die gleichmäßige Wiederauffüllung mit Flüssigkeit bewirken kann, ist annehmbar.
  • Obgleich in diesem Beispiel der Abstand zwischen dem beweglichen Element 31 und dem Wärmeerzeugungselement 2 etwa 15 μm beträgt, kann der Abstand einer in einem Bereich sein, in welchem der durch die Erzeugung einer Blase hervorgerufene Druck auf zufriedenstellende Weise zu dem beweglichen Element 31 übertragbar ist.
  • Drittes bildhaftes Beispiel – einbezogen als Referenz und stellt keine Ausführungsform der Erfindung dar
  • 7 zeigt eine perspektivische Teilausschnittansicht eines Flüssigkeitsausstoßkopfs gemäß dem dritten Beispiel.
  • In beiden der vorstehend beschriebenen Beispiele wird der Druck, der durch eine erzeugte Blase ausgeübt wird, so auf das freie Ende des beweglichen Elements 31 konzentriert, daß eine drastische Bewegung des beweglichen Elements 31 und die Bewegung der Blase zu der Ausstoßöffnung 18 gerichtet werden.
  • Während andererseits in dem dritten Beispiel ein Freiheitsgrad für eine erzeugte Blase vorliegt, wird der abströmseitige Abschnitt einer Blase nahe der Ausstoßöffnung 18, der einen unmittelbaren Einfluß auf den Ausstoß auf ein Tröpfchen aufweist, durch das freie Ende des beweglichen Elements 31 beschränkt.
  • In dem in 7 gezeigten Aufbau ist im Vergleich mit dem in 2 (erstes Beispiel) ein konvexer Abschnitt, welcher als eine Sperre dient, die an dem abströmseitigen Ende in dem Blasenerzeugungsbereich auf dem Vorrichtungssubstrat 1 angeordnet ist, in diesem Beispiel nicht vorgesehen. In anderen Worten, das freie Ende und die Seitenendabschnitte des beweglichen Elements 31 öffnen den Blasenerzeugungsbereich in bezug auf den Ausstoßöffnungsbereich und schließen diesen im wesentlichen nicht. Dieser Aufbau wird für das dritte Beispiel angewendet.
  • Da in diesem Beispiel dem distalen Endabschnitt in dem abströmseitigen Abschnitt einer Blase, welche den Ausstoß eines Flüssigkeitströpfchens direkt beeinflußt, gestattet ist zu wachsen, können die Druckkomponenten vollständig für den Ausstoß genutzt werden. Außerdem wird der Ausstoßwirkungsgrad erhöht, wie in den vorstehend beschriebenen Beispielen, weil das freie Ende des beweglichen Elements 31 auf den Aufwärtsdruck in dem abströmseitigen Abschnitt (Partialdrücke V2, V3 und V4 in 3) so einwirkt, daß der Druck schließlich zu dem Wachstum des abströmseitigen distalen Endabschnitts der Blase hinzugefügt wird. Im Vergleich mit den vorhergehend beschriebenen Beispielen ist dieses Beispiel in dessen Ansprechverhalten auf die Ansteuerung des Wärmeerzeugungselements 2 hervorragend.
  • Da der Aufbau in diesem Beispiel einfach ist, ist dies ein Vorteil in dem Herstellungsprozeß.
  • Das Drehgelenk 33 des beweglichen Elements 31 in diesem Beispiel ist an einem Grundkörper 34 fest angeordnet, welches eine Breite aufweist, die kleiner als die der Vorderfläche des beweglichen Elements 31 ist. Wenn eine Blase kollabiert, wird daher Flüssigkeit entlang beider Seiten des Grundkörpers 34 zu dem Blasenerzeugungsbereich 11 zugeführt (siehe Pfeile in 7). Dieser Grundkörper 34 kann jede Bauform aufweisen, solange die Zuführung von Flüssigkeit nicht behindert ist.
  • Da in dem dritten Beispiel eine Strömung von oben zu dem Blasenerzeugungsbereich, welcher das Kollabieren einer Blase begleitet, durch das Vorliegen des beweglichen Elements 31 gesteuert wird, ist die Wiederauffüllung mit Flüssigkeit während der Zuführung gegenüber der in einem herkömmlichen Blasenerzeugungsaufbau hervorragend, der nur ein Wärmeerzeu gungselement anwendet. Die Wegstrecke, welche der Meniskus zurückgezogen wird, kann ebenfalls verringert werden.
  • Als eine Abwandlung dieses Beispiels kann bevorzugt werden, daß beim Vorliegen des freien Endes das bewegliche Element 31 im wesentlichen gegenüber dem Blasenerzeugungsbereich 11 nur an beiden Seitenenden (oder einem Seitenende) dicht verschlossen ist. Bei diesem Aufbau kann der Druck, der zu den Seiten des beweglichen Elements 31 gerichtet ist, auch umgeleitet werden und für das Wachstum der Blase zu dem Ende genutzt werden, an welchem die Ausstoßöffnung 18 angeordnet ist. Demzufolge wird der Ausstoßwirkungsgrad weiter erhöht.
  • Viertes bildhaftes Beispiel – einbezogen als Referenz und stellt keine Ausführungsform der Erfindung dar
  • Nachstehend erfolgt eine Erläuterung gemäß dem vierten Beispiel, in welchem eine Flüssigkeitsausstoßkraft durch die vorstehend beschriebene mechanische Verlagerung weiter entwickelt wird.
  • 8 zeigt eine Querschnittansicht eines Flüssigkeitsausstoßkopfs gemäß dem vierten Beispiel.
  • In 8 ist ein bewegliches Element 31 so erstreckt, daß dessen freies Ende 32 abströmseitig eines Wärmeerzeugungselements 2 angeordnet ist. Mit diesem Aufbau kann die Verlagerungsgeschwindigkeit des beweglichen Elements 31 in die Position des freien Endes 32 erhöht werden, und die Erzeugung einer Ausstoßkraft, die sich aus der Verlagerung des beweglichen Elements 31 ergibt, kann verbessert werden.
  • Da außerdem das freie Ende 32 näher der Ausstoßöffnung 18 ist als jene in den vorhergehend beschriebenen Beispielen, kann eine Blase hauptsächlich in einer stabileren Richtung wachsen, und demgemäß ist ein noch besserer Flüssigkeitsausstoß ausführbar.
  • Gemäß der Blasenwachstumsgeschwindigkeit in dem Druckzentrum der Blase 40 wird das bewegliche Element 31 aus einer bestimmten Position mit einer Geschwindigkeit R1 verlagert. Das freie Ende 32, welches von dem Drehgelenk 33 weiter als der bestimmte Abschnitt entfernt ist, wird mit einer höheren Geschwindigkeit R2 verlagert. Somit wirkt das freie Ende 32 mechanisch, um die Flüssigkeit mit einer hohen Geschwindigkeit zu verlagern und bewirkt die Bewegung der Flüssigkeit, um den Ausstoßwirkungsgrad zu erhöhen.
  • Wenn das freie Ende so ausgebildet ist, daß es senkrecht zu der Flüssigkeitsströmung ist, wie 7 zeigt, können der Druck von der Blase 40 und die mechanische Operation des beweglichen Elements 31 den Ausstoß wirkungsvoll beeinflussen.
  • Fünftes bildhaftes Beispiel – einbezogen als Referenz und stellt keine Ausführungsform der Erfindung dar
  • 9A bis 9C zeigen spezifische Querschnittansichten eines Flüssigkeitsausstoßkopfs gemäß dem fünften Beispiel.
  • Der Aufbau in diesem Beispiel unterscheidet sich von denen in den vorhergehend beschriebenen Beispielen. Ein Bereich, der mit einer Ausstoßöffnung 18 direkt in Verbindung ist, weist keine Strömungskanalform auf, die mit einer Flüssigkeitskammer in Verbindung ist, und der Aufbau kann vereinfacht werden.
  • Flüssigkeit wird nur über einen Flüssigkeitszuführkanal 12 entlang der Vorderseite des beweglichen Elements 31 zugeführt, das einem Blasenerzeugungsbereich näher ist. Die Positionen eines freien Endes 32 und eines Drehgelenks 33 in bezug auf die Ausstoßöffnung 18 und des Aufbaus, der in Gegenüberlage eines Wärmeerzeugungselements 2 ist, sind gleich denen in den vorhergehend beschriebenen Beispielen.
  • In diesem Beispiel werden die vorstehend beschriebenen Wirkungen, wie z. B. der Ausstoßwirkungsgrad und die Zuführung von Flüssigkeit ebenfalls erreicht. Insbesondere der Rückzug eines Meniskus wird beschränkt, und für nahezu alle Flüssigkeitszuführprozesse wird die zwangsweise Auffüllung unter Verwendung von Druck ausgeführt, der erhalten wird, wenn eine Blase kollabiert.
  • In 9A ist der Zustand gezeigt, wenn eine Blase in einer Flüssigkeit durch das Wärmeerzeugungselement 2 erzeugt wird. In 9B ist der Zustand gezeigt, wenn die Blase schrumpft. Zu diesem Zeitpunkt ist das bewegliche Element 31 in die Anfangsposition zurückgestellt, und Flüssigkeit wird aus der Richtung des Pfeils S3 zugeführt.
  • In 9C ist der Zustand gezeigt, nachdem eine Blase kollabiert ist, wenn die Rückführung eines Meniskus M, welcher geringfügig zurückgezogen wurde, als das bewegliche Element 31 in dessen Anfangsposition zurückgeführt wurde, bewirkt durch die Kapillarwirkung nahe der Ausstoßöffnung 18.
  • Sechstes bildhaftes Beispiel – einbezogen als Referenz und stellt keine Ausführungsform der Erfindung dar
  • In diesem Beispiel ist das primäre Flüssigkeitsausstoßprinzip gleich dem in den vorhergehend beschriebenen Beispielen. Da dieses Beispiel einen Zweiströmungskanalaufbau aufweist, können zwei Flüssigkeiten als eine Flüssigkeit (Blasenerzeugungsflüssigkeit), in welcher Blasen durch Erhitzen erzeugt werden, und eine Flüssigkeit (Ausstoßflüssigkeit), die hauptsächlich zum Ausstoß verwendet wird, getrennt verwendet werden.
  • 10 zeigt eine Querschnittansicht eines Flüssigkeitsausstoßkopfs gemäß dem sechsten Beispiel der vorliegenden Erfindung, und 11 zeigt eine perspektivische Ausschnittansicht des Flüssigkeitsausstoßkopfs gemäß dem sechsten Beispiel.
  • In dem Flüssigkeitsausstoßkopf des vorliegenden Beispiels ist ein Wärmeerzeugungselement 2 auf einem Vorrichtungssubstrat 1 angeordnet, das Wärmeenergie in die Flüssigkeit ein bringt, um Blasen zu erzeugen. Ein zweiter Flüssigkeitsströmungskanal 16 für eine Blasenerzeugungsflüssigkeit ist auf dem Vorrichtungssubstrat 1 angeordnet, und über diesem ist ein erster Flüssigkeitsströmungskanal 14 für die Ausstoßflüssigkeit so angeordnet, daß dieser mit der Ausstoßöffnung 18 direkt verbunden ist.
  • Der zuströmseitige Abschnitt des ersten Flüssigkeitsströmungskanals 14 ist mit einer ersten gemeinsamen Flüssigkeitskammer 15 zum Zuführen einer Ausstoßflüssigkeit zu einer Vielzahl von ersten Flüssigkeitsströmungskanälen 14 verbunden. Der zuströmseitige Abschnitt des zweiten Flüssigkeitsströmungskanals 16 ist mit einer zweiten gemeinsamen Flüssigkeitskammer 17 verbunden, um eine Blasenerzeugungsflüssigkeit einer Vielzahl von zweiten Flüssigkeitsströmungskanälen 16 zuzuführen.
  • Wenn die Blasenerzeugungsflüssigkeit und die Ausstoßflüssigkeit übereinstimmend sind, kann nur eine gemeinsame Flüssigkeitskammer zur Verwendung angeordnet werden.
  • Eine Trennwand 30, welche aus einem elastischen Metall hergestellt ist, ist zwischen dem ersten Flüssigkeitsströmungskanal 14 und dem zweiten Flüssigkeitsströmungskanal 16 angeordnet, um diese zu trennen. In dem Fall der Verwendung der Blasenerzeugungsflüssigkeit und der Ausstoßflüssigkeit, die nicht vermischt werden sollen, sollte die Verteilung der Flüssigkeit entlang dem ersten Flüssigkeitsströmungskanal 14 und der Flüssigkeit entlang dem zweiten Flüssigkeitsströmungskanal 16 so weit als möglich durch die Trennwand 30 getrennt werden. Wenn kein Problem eintritt, selbst wenn eine Blasenerzeugungsflüssigkeit und eine Ausstoßflüssigkeit in einem gewissen Grad vermischt werden, ist es nicht erforderlich, daß die Trennwand 30 eine vollständige Trennung gewährleistet.
  • Der Abschnitt der Trennwand 30, der in dem Vorsprungsraum über der Vorderseite des Wärmeerzeugungselements 2 angeord net ist (nachstehend als Ausstoßdruckerzeugungsbereich bezeichnet, ein Bereich A und ein Blasenerzeugungsbereich 11 eines Bereichs B in 10) ist ein auskragendes bewegliches Element 31. Das bewegliche Element 31 weist ein freies Ende auf, das sich zu der Ausstoßöffnung 18 erstreckt (abströmseitig der Flüssigkeitsströmung), die durch einen Schlitz 35 definiert ist, und einem Drehgelenk 33, das den gemeinsamen Flüssigkeitskammern 15 und 17 näher angeordnet ist. Da das bewegliche Element 31 in Gegenüberlage des Blasenerzeugungsbereichs 11 (B) angeordnet ist, wird dann, wenn eine Blase in der Flüssigkeit erzeugt ist, das bewegliche Element 31 zu der Ausstoßöffnung 18 hin geöffnet, auf der Seite des ersten Flüssigkeitsströmungskanals 14, wie durch Pfeile in 10 und 11 bezeichnet ist. In 11 sind ein Heizwiderstandselement, welches als das Wärmeerzeugungselement 2 dient, und eine Verdrahtungselektrode 5 zum Anlegen eines elektrischen Signals an das Heizwiderstandselement auf dem Vorrichtungssubstrat 1 angeordnet, und die Trennwand 30 ist ebenfalls über einem Raum, welcher den zweiten Flüssigkeitsströmungskanal 16 definiert, auf dem Substrat 1 angeordnet.
  • Die Lagebeziehung zwischen dem Drehgelenk 33 und dem freien Ende 32 des beweglichen Elements 31 sowie dem Wärmeerzeugungselement 2 ist gleich jener der vorhergehend beschriebenen Beispiele.
  • Während die strukturelle Beziehung zwischen dem Flüssigkeitszuführkanal 12 und dem Wärmeerzeugungselement 2 in den vorhergehend beschriebenen Beispielen erläutert wurde, wird die gleiche Beziehung für den zweiten Flüssigkeitsströmungskanal 16 und das Wärmeerzeugungselement 2 in diesem Beispiel verwendet.
  • Die Operation des Flüssigkeitsausstoßkopfs in diesem Beispiel wird nachstehend erläutert.
  • 12A und 12B zeigen Diagramme zur Erläuterung der Operation des beweglichen Elements 31.
  • Um den Kopf anzusteuern, wird die gleiche wäßrige Tinte für die Ausstoßflüssigkeit angewendet, die dem ersten Flüssigkeitsströmungskanal 14 zugeführt wird, und die Blasenerzeugungsflüssigkeit, die dem zweiten Flüssigkeitsströmungskanal 16 zugeführt wird.
  • Wenn Wärme, die durch das Wärmeerzeugungselement 2 erzeugt ist, auf die Blasenerzeugungsflüssigkeit in dem Blasenerzeugungsbereich des zweiten Flüssigkeitsströmungskanals 16 einwirkt, wird auf der Grundlage einer in dem USA-Patent Nr. 4 723 129 beschriebenen Filmsiedeerscheinung eine Blase 40 erzeugt, wie in den vorhergehenden Beispielen erläutert ist.
  • In diesem Beispiel entweicht der Blasendruck nicht in drei Richtungen, ausgenommen zuströmseitig in dem Blasenerzeugungsbereich 11. Der Druck, welcher der Blasenerzeugung zuschreibbar ist, wird hauptsächlich auf das bewegliche Element 31 übertragen, welches in dem Ausstoßdruck-Erzeugungsabschnitt angeordnet ist. Mit dem Wachstum der Blase 40 wird das bewegliche Element 31 aus dem in 12A gezeigten Zustand nach oben verlagert, zu dem ersten Flüssigkeitsströmungskanal 14 in 12B. Auf Grund dieser Verlagerung des beweglichen Elements 31 besteht eine umfassende Verbindung zwischen dem ersten Flüssigkeitsströmungskanal 14 und dem zweiten Flüssigkeitsströmungskanal 16, und der Druck infolge der Erzeugung der Blase 40 wird hauptsächlich zu der Ausstoßöffnung 18 (Richtung A) entlang dem ersten Flüssigkeitsströmungskanal 14 übertragen. Die Übertragung des Drucks und die mechanische Verlagerung des beweglichen Elements 31 stoßen die Flüssigkeit aus der Ausstoßöffnung 18 aus.
  • Wenn die Blase kollabiert, wird das bewegliche Element 31 in die in 12A gezeigte Position zurückgeführt, und die Flüssigkeitsmenge, die gleich der Flüssigkeitsmenge der aus gestoßenen Flüssigkeit ist, wird von der Zuströmseite in den ersten Flüssigkeitsströmungskanal 14 zugeführt. In diesem Beispiel, als auch in den vorhergehend beschriebenen Beispielen wird die Flüssigkeit in der Richtung zugeführt, in welcher das bewegliche Element 31 geschlossen wird, so daß das Wiederauffüllen mit der Ausstoßflüssigkeit durch das bewegliche Element 31 nicht behindert wird.
  • In diesem Beispiel sind die Haupthandlung und die Wirkungen in bezug auf die Übertragung des Blasendrucks, der die Verlagerung des beweglichen Elements 31 begleitet, die Blasenwachstumsrichtung und die Verhinderung einer Rückströmungswelle gleich denen in dem ersten Beispiel. Der Zweiströmungskanalaufbau, der in diesem Beispiel gezeigt ist, bietet folgenden zusätzlichen Vorteil.
  • Gemäß dem vorstehend beschriebenen Aufbau dieses Beispiels werden die Ausstoßflüssigkeit und die Blasenerzeugungsflüssigkeit als unterschiedliche Flüssigkeiten getrennt verwendet, und die Ausstoßflüssigkeit kann durch den Druck ausgestoßen werden, der durch die Erzeugung einer Blase in der Blasenerzeugungsflüssigkeit hervorgerufen ist. Selbst wenn eine hochviskose Flüssigkeit, wie z. B. Polyethylenglykol verwendet wird, in welcher die Blasenerzeugung durch die Einwirkung von Wärme unangemessen ausgeführt wird und die Ausstoßkraft auch nicht zufriedenstellend ist, kann daher diese Flüssigkeit dem ersten Flüssigkeitsströmungskanal 14 zugeführt werden und durch Zuführen einer Flüssigkeit (etwa 1 bis 2 cP einer Mischung aus Ethanol und Wasser im Verhältnis 4 : 6), in welcher die Blasenerzeugung vorzugsweise ausgeführt werden kann, oder einer Flüssigkeit mit einem niedrigen Siedepunkt in den zweiten Flüssigkeitsströmungskanal 16.
  • Wenn eine Flüssigkeit, die selbst beim Einwirken von Wärme keinen verbrannten Niederschlag auf der Oberfläche des Wärmeerzeugungselements verursacht, als eine Blasenerzeugungsflüssigkeit ausgewählt ist, wird die Erzeugung einer Blase stabilisiert und ein zu bevorzugender Ausstoß kann ausgeführt werden.
  • Da die Wirkungen, die durch die vorhergehend beschriebenen Beispiele erzielt sind, ebenfalls mit dem Aufbau des erfindungsgemäßen Kopfs erreicht werden, kann eine hochviskose Flüssigkeit mit hohem Ausstoßwirkungsgrad und einer großen Ausstoßkraft ausgestoßen werden.
  • Wenn eine Flüssigkeit, die auf leichte Weise durch Wärme geschädigt wird, als die Ausstoßflüssigkeit dem ersten Strömungskanal 14 zugeführt wird, und wenn eine Flüssigkeit, die nicht so leicht durch Wärme beeinträchtigt wird, und eine Blase in angemessener Weise erzeugen kann, dem zweiten Flüssigkeitsströmungskanal 16 zugeführt wird, dann unterliegt die Flüssigkeit, die auf leichte Weise durch Wärme geschädigt wird, nicht dem thermischen Abbau und kann mit hohem Ausstoßwirkungsgrad und mit einer großen Ausstoßkraft ausgestoßen werden.
  • Andere bildhafte Beispiele, die zur Referenz einbezogen sind und keine Ausführungsformen der Erfindung sind
  • Andere Beispiele werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. In der folgenden Erläuterung wird entweder der Einströmungskanalaufbau oder der vorstehend beschriebene Zweiströmungskanalaufbau für die folgenden Beispiele angewendet. Wenn nicht speziell erwähnt, welcher verwendet wird, sind die Beispiele auf beide Strukturen anwendbar.
  • Deckenform des Flüssigkeitsströmungskanals
  • 13 zeigt ein Diagramm zur Erläuterung des Aufbaus eines beweglichen Elements und des ersten Flüssigkeitsströmungskanals.
  • Wie in 13 gezeigt, ist ein Nutenelement 50 über einer Trennwand 30 erzeugt und weist eine Nut auf, die als ein erster Flüssigkeitsströmungskanal 13 (oder als ein Flüssig keitsströmungskanal 10 in 1A) dient. In diesem Beispiel ist die Decke des Strömungskanals nahe einem freien Ende 32 des beweglichen Elements 31 höher, so daß ein großer Bewegungswinkel θ für das bewegliche Element 31 erzielt werden kann. Der Bewegungsbereich des beweglichen Elements 31 kann unter Berücksichtigung des Aufbaus eines Flüssigkeitsströmungskanals, der Haltbarkeit des beweglichen Elements 31 und der Blasenerzeugungskraft bestimmt werden. Es ist zu bevorzugen, daß das bewegliche Element 31 in einem Winkel bewegt wird, der einen Winkel in der Axialrichtung einer Ausstoßöffnung 18 einschließt.
  • Wie außerdem in 13 gezeigt, wenn die Höhe einer Position, in welche das freie Ende 32 des beweglichen Elements 31 verlagert wird, größer als der Durchmesser der Ausstoßöffnung 18 ist, kann eine angemessenere Ausstoßkraft übertragen werden. Da ferner die Decke des Flüssigkeitsströmungskanals an dem Drehgelenk 33 des beweglichen Elements 31 niedriger als an dem freien Ende 32 ist, kann das Entweichen einer Druckwelle nach der Zuströmseite, welche durch die Verlagerung des beweglichen Elements 31 bewirkt ist, auf wirksamere Weise verhindert werden.
  • Lagebeziehung des zweiten Flüssigkeitsströmungskanals und des beweglichen Elements
  • 14A bis 14C zeigen Diagramme zur Erläuterung des Aufbaus eines beweglichen Elements und eines Flüssigkeitsströmungskanals. 14A zeigt eine Draufsicht einer Trennwand 30 und eines beweglichen Elements 31. 14B zeigt eine Draufsicht eines zweiten Flüssigkeitsströmungskanals 16, wobei die Trennwand 30 entfernt ist, und 14C zeigt ein spezifisches Diagramm zur Darstellung der Lagebeziehung des beweglichen Elements 31 und eines zweiten Flüssigkeitsströmungskanals 16 durch Überlappen dieser Komponenten. Die untere Seite in jeder Zeichnung ist eine Vorderseite, in welcher die Ausstoßöffnung angeordnet ist.
  • Der zweite Flüssigkeitsströmungskanal 16 in diesem Beispiel weist einen Verjüngungsabschnitt 19 auf der Zuströmseite des Wärmeerzeugungselements 2 auf (die Zuströmseite, wie hier erwähnt, ist eine Zuströmseite in einem großen Strom, der von der zweiten gemeinsamen Flüssigkeitskammer durch die Position des Wärmeerzeugungselements, des beweglichen Elements und des ersten Flüssigkeitsströmungskanals zu der Ausstoßöffnung). Somit wird ein Kammer- (Blasenerzeugungskammer)-Aufbau bereitgestellt, in welchem verhindert wird, daß der Druck, der während der Blasenerzeugung ausgeübt wird, auf leichte Weise zuströmseitig in den zweiten Flüssigkeitsströmungskanal 16 entweicht.
  • Bei einem herkömmlichen Kopf, wobei der gleiche Flüssigkeitsströmungskanal für die Blasenerzeugung und für den Flüssigkeitsausstoß verwendet wird, und wobei ein Verjüngungsabschnitt so angeordnet ist, daß verhindert wird, daß der Druck, der in der Flüssigkeitskammer durch das Wärmeerzeugungselement erzeugt ist, in die gemeinsame Flüssigkeitskammer entweicht, sollte die Querschnittsfläche des Flüssigkeitsströmungskanals in dem Verjüngungsabschnitt nicht zu klein sein, während die Wiederauffüllung mit Flüssigkeit vollständig Berücksichtigung findet.
  • In diesem Beispiel ist der größte Teil der auszustoßenden Flüssigkeit die Ausstoßflüssigkeit in dem ersten Flüssigkeitsströmungskanal, während nicht viel Blasenerzeugungsflüssigkeit in dem zweiten Flüssigkeitsströmungskanal, in welchem das Wärmeerzeugungselement angeordnet ist, verbraucht wird, und daher ist eine kleine Menge der Blasenerzeugungsflüssigkeit erforderlich, den Blasenerzeugungsbereich 11 in dem zweiten Flüssigkeitsströmungskanal wiederaufzufüllen. Da der Abstand in dem Verjüngungsabschnitt 19 sehr gering ist, der von mehreren Mikrometer bis zu mehreren zehn Mikrometer reicht, kann daher verhindert werden, daß der Druck entweicht, der in dem zweiten Flüssigkeitsströmungskanal im Ergebnis der Blasenerzeugung ausgeübt wird, und kann hauptsächlich zu dem beweglichen Element 31 über tragen werden. Da ferner dieser Druck über das bewegliche Element 31 als eine Ausstoßkraft verwendet werden kann, können der Ausstoßwirkungsgrad und die Ausstoßkraft weiter erhöht werden. Die Form des ersten Flüssigkeitsströmungskanals ist nicht auf den vorstehend beschriebenen Aufbau begrenzt. Es ist jede Form annehmbar, die gestattet, daß der Druck, der die Erzeugung einer Blase begleitet, auf wirkungsvolle Weise zu dem beweglichen Element 31 übertragen wird.
  • Wie in 14C gezeigt, erstrecken sich die Seiten des beweglichen Elements 31 über den Teil der Wand, welcher den zweiten Flüssigkeitsströmungskanal ausbildet, so daß verhindert werden kann, daß das bewegliche Element 31 in den zweiten Flüssigkeitsströmungskanal fällt. Mit diesem Aufbau kann eine zweckentsprechendere Trennung der Ausstoßflüssigkeit und der Blasenerzeugungsflüssigkeit gewährleistet werden. Da außerdem das Entweichen einer Blase durch den Schlitz verhinderbar ist, können der Ausstoßdruck und der Ausstoßwirkungsgrad weiter erhöht werden. Ferner kann die Wiederauffüllwirkung, die durch den zuströmseitigen Druck erzeugt wird, wenn eine Blase kollabiert, erhöht werden.
  • In 12B und 13 dehnt sich dann, wenn das bewegliche Element 31 nach oben in den ersten Flüssigkeitsströmungskanal 14 verlagert wird, der Teil der Blase 40, der in dem Blasenerzeugungsbereich 11 in dem zweiten Flüssigkeitsströmungskanal 16 erzeugt ist, aus und tritt in den ersten Flüssigkeitsströmungskanal 14 ein. Da die Höhe des zweiten Flüssigkeitsströmungskanals derart ist, daß sich eine Blase ausdehnt und in den anderen Strömungskanal eintritt, kann die Ausstoßkraft in diesem Fall mehr als in einem Fall vergrößert werden, daß sich eine Blase nicht ausdehnt. Um die Blase auszudehnen, so daß sie in den ersten Flüssigkeitsströmungskanal 14 eintritt, ist zu bevorzugen, daß die Höhe des zweiten Flüssigkeitsströmungskanals 16 kleiner als die maximale Höhe der Blase ist, vorzugsweise sollte deren Höhe mehrere Mikrometer bis 30 μm betragen. In diesem Beispiel be trägt die Höhe des zweiten Flüssigkeitsströmungskanals 15 μm.
  • Bewegliches Element und Trennwand
  • 15A bis 15C zeigen Diagramme zur Erläuterung eines beweglichen Elements, das andere Formen aufweist. 15A zeigt ein Diagramm zur Darstellung eines rechtwinkligen beweglichen Elements, 15B zeigt ein Diagramm zur Darstellung eines beweglichen Elements, dessen Seite des Drehgelenks verjüngt ist, um die Bewegung des beweglichen Elements zu erleichtern. 15C zeigt ein Diagramm zur Darstellung eines beweglichen Elements, dessen Seite des Drehgelenks erweitert ist, um die Haltbarkeit des beweglichen Elements zu verlängern.
  • In 15A bis 15C ist in einer Trennwand ein Schlitz erzeugt und bildet ein bewegliches Element 31 aus. Obgleich eine bevorzugte Form zur leichten Bewegung und für die Haltbarkeit die in 14A gezeigte ist, in welcher die Breite am Drehgelenk verjüngt und bogenförmig ist, kann das bewegliche Element jede Form annehmen, die nicht in den zweiten Flüssigkeitsströmungskanal eintritt, das auf leichte Weise bewegbar ist und eine hervorragende Haltbarkeit aufweist.
  • In den vorhergehend beschriebenen Beispielen wurden das bewegliche Element 31 mit einer Plattenform und die Trennwand 5, die dieses bewegliche Element 31 trägt, aus Nickel von 5 μm Dicke hergestellt. Das Material, das verwendbar ist, ist nicht auf dieses begrenzt, sondern jedes Material ist anwendbar, das eine Lösungsmittelbeständigkeit gegenüber der Blasenerzeugungsflüssigkeit und der Ausstoßflüssigkeit aufweist, das elastisch genug ist, um die angemessene Bewegung als ein bewegliches Element auszuführen, und in welchem ein winziger Schlitz ausgebildet werden kann.
  • Für das bewegliche Element, das eine lange Haltbarkeit aufweist, sind die folgenden Materialien zu bevorzugen: ein Metall, wie z. B. Silber, Nickel, Gold, Eisen, Titan, Alumini um, Platin, Tantal, rostfreier Stahl oder Phosphorbronze oder eine Legierung dieser, oder ein Harz, das eine Nitrilgruppe aufweist, wie z. B. Acrylnitril, Butadien, Styren, ein Harz, das eine Amidgruppe enthält, wie z. B. Polyamid, ein Harz, das eine Carboxylgruppe enthält, wie z. B. Polykarbonat, ein Harz, das eine Aldehydgruppe enthält, wie z. B. Polyacetal, ein Harz, das eine Sulfongruppe enthält, wie z. B. Polysulfon, ein Harz das ein Flüssigkristallpolymer oder eine Verbindung dieses enthält.
  • Für das bewegliche Element mit einer hohen Tintenbeständigkeit sind die folgenden Materialien zu bevorzugen ein Metall, wie z. B. Gold, Wolfram, Tantal, Nickel, rostfreier Stahl oder Titan oder eine Legierung dieser, ein Material, das mit einem der Metalle mit hoher Tintenbeständigkeit beschichtet ist, wie vorstehend beschrieben, ein Harz, das eine Amidgruppe enthält, wie z. B. Polyamid, ein Harz, das eine Aldehydgruppe aufweist, wie z. B. Polyacetal, ein Harz, das eine Ketongruppe aufweist, wie z. B. Polyetheretherketon, ein Harz, das eine Imidgruppe aufweist, wie z. B. Polyimid, ein Harz, das eine Hydroxylgruppe enthält, wie z. B. Phenolharz, ein Harz, das eine Ethylgruppe enthält, wie z. B. Polyethylen, ein Harz, das eine Alkylgruppe enthält, wie z. B. Polypropylen, ein Harz, das eine Epoxygruppe enthält, wie z. B. Epoxidharz, ein Harz, das eine Aminogruppe enthält, wie z. B. Melaminharz, ein Harz, das eine Methylolgruppe enthält, wie z. B. Xylolharz, oder eine Verbindung dieser, oder ein Keramikmaterial, wie z. B. Siliziumdioxid, oder Kompound, das dieses enthält.
  • Für die Trennwand sind die folgenden Materialien zu bevorzugen: Polyethylen, Polypropylen, Polyamid, Polyethylenterephthalat, Melaminharz, Phenolharz, Epoxidharz, Polybutadien, Polyurethan, Polyetheretherketon, Polyethersulfon, Polyacrylat, Polyimid, Polysulfon, Flüssigkristallpolymer (LCP) oder andere Harze, die für jüngste Konstruktionskunststoffe erzeugt sind und eine zufriedenstellende Wärmebeständigkeit, Lösungsmittelbeständigkeit und Formbarkeit aufwei sen, oder ein Kompound von diesen, Siliziumdioxid, Siliziumnitrid, ein Metall, wie z. B. Nickel, Gold oder rostfreier Stahl, eine Legierung oder ein Kompound, oder ein Material, das Titan oder Gold beschichtet ist.
  • Um einer Trennwand ausreichende Festigkeit und zufriedenstellende Bewegung als ein bewegliches Element zu verleihen, muß die Dicke der Trennwand bestimmt werden, während das verwendete Material und die Form Berücksichtigung finden. Die Dicke von 0,5 μm bis 10 μm wird bevorzugt.
  • In diesem Beispiel beträgt die Breite des Schlitzes 35 zur Ausbildung des beweglichen Elements 31 2 μm. Wenn sich die Blasenerzeugungsflüssigkeit und die Ausstoßflüssigkeit unterscheiden, und wenn die Vermischung dieser Flüssigkeiten zu verhindern ist, braucht die Schlitzbreite nur so eingestellt zu werden, daß zwischen den zwei Flüssigkeiten ein Meniskus ausgebildet wird, um die Dispersion der Flüssigkeiten zu beschränken. Wenn z. B. eine Flüssigkeit mit 2 cP (Centipoise) als eine Blasenerzeugungsflüssigkeit verwendet wird und eine Flüssigkeit von mehr als 100 cP als eine Ausstoßflüssigkeit verwendet wird, kann die Vermischung dieser Flüssigkeiten selbst mit einem Schlitz verhindert werden, der eine Breite von 5 μm aufweist. Vorzugsweise ist jedoch die Breite eines Schlitzes 3 μm oder kleiner.
  • Die Dicke (t [μm]) in der Größenordnung von Mikrometer wird für das bewegliche Element verwendet, und ein bewegliches Element mit einer Dicke in der Größenordnung von Zentimeter ist nicht eingeschlossen. Wenn der Schlitz eine Breite (W [μm]) in Größenordnung von Mikrometer aufweist, wird bevorzugt, daß die Herstellungstoleranz für ein bewegliches Element mit einer Dicke in Größenordnung von Mikrometer berücksichtigt wird.
  • Wenn die Dicke des freien Endes des beweglichen Elements, welches durch einen Schlitz ausgebildet ist, oder bzw. und die Dicke des Elements, das zu dem Seitenende gerichtet ist, gleich der Dicke des beweglichen Elements ist (12A, 12B und 13), wird die Beziehung zwischen der Schlitzbreite (W) und der Dicke (t) in einem folgenden Bereich eingestellt, während die Herstellungsstreuung berücksichtigt wird. Dadurch kann die Vermischung der Blasenerzeugungsflüssigkeit und der Ausstoßflüssigkeit stabil beschränkt werden. Wenn vom Gesichtspunkt der Gestaltung eine hochviskose Tinte (5 cP, 10 cP usw.) in bezug auf eine Blasenerzeugungsflüssigkeit von 3 cP verwendet wird, solange W/t ≤ 1 erfüllt ist, kann die Vermischung der zwei Flüssigkeiten für eine lange Zeitdauer verhindert werden, selbst unter begrenzten Bedingungen.
  • Wenn ein Schlitz eine Breite von mehreren Mikrometer aufweist, kann dessen Funktion zur Erhaltung eines „im wesentlichen abgedichteten Zustands" gewährleistet werden.
  • Wie vorstehend beschrieben, wenn unterschiedliche Flüssigkeiten für die Blasenerzeugung und für den Ausstoß verwendet werden, dient das bewegliche Element im wesentlichen als ein Trennelement. Wenn das bewegliche Element gemäß der Erzeugung einer Blase bewegt wird, kann erkannt werden, daß eine geringe Menge Blasenerzeugungsflüssigkeit in die Ausstoßflüssigkeit eintritt. Wenn die Tatsache Berücksichtigung findet, daß bei der Tintenstrahlaufzeichnung die Ausstoßflüssigkeit zum Erzeugen eines Bilds im allgemeinen eine Farbdichte von 3% bis 5% aufweist, selbst wenn der Anteil der Blasenerzeugungsflüssigkeit in einem Ausstoßflüssigkeitströpfchen 20% oder weniger beträgt, tritt keine große Dichteänderung ein.
  • Wenn in dem vorstehend beschriebenen Beispiel die Viskosität verändert ist, beträgt der Anteil der Blasenerzeugungsflüssigkeit in einer Flüssigkeitsmischung maximal 15%. Das Mischungsverhältnis für eine Blasenerzeugungsflüssigkeit von 5 cP oder weniger beträgt maximal 10%, obgleich dieses von einer Ansteuerfrequenz abhängt.
  • Insbesondere dann, wenn die Viskosität der Ausstoßflüssigkeit 20 cP oder weniger beträgt, kann das Mischungsverhältnis für die Blasenerzeugungsflüssigkeit verringert werden (z. B. bis 5% oder weniger).
  • Die Lagebeziehung der Wärmeerzeugungselemente und der beweglichen Elemente wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Die Formen, Größen und die Anzahl der beweglichen Elemente und der Wärmeerzeugungselemente sind nicht auf die folgenden begrenzt. In einem optimalen Aufbau eines Wärmeerzeugungselements und eines beweglichen Elements kann ein Druck, der infolge einer durch das Wärmeerzeugungselement erzeugten Blase auf wirkungsvolle Weise als ein Ausstoßdruck genutzt werden.
  • 16 zeigt ein Kurvenbild zur Darstellung der Beziehung zwischen der Fläche des Wärmeerzeugungselements und der Tintenausstoßmenge.
  • Gemäß einem herkömmlichen Tintenstrahl-Aufzeichnungsverfahren, ein sogenanntes Bubble-Jet-Aufzeichnungsverfahren, wird die Zustandsänderung, die eine drastische Änderung des Tintenvolumens (Erzeugung einer Blase) begleitet, durch die Einbringung von Wärmeenergie in Tinte bewirkt, und die Tinte wird aus einer Ausstoßöffnung durch die Kraft bewirkt, die durch die Zustandsänderung ausgeübt wird, und wird auf ein Aufzeichnungsmedium aufgetragen, um ein Bild zu erzeugen. Wie in 16 gezeigt ist, sind die Fläche des Wärmeerzeugungselements und die Tintenausstoßmenge proportional, und ein nichtblasenwirksamer Bereich S liegt vor, der nicht zu dem Ausstoß von Tinte beiträgt. Außerdem ist hinsichtlich des Verbrennens auf dem Wärmeerzeugungselement festgestellt, daß die nichtblasenwirksame Fläche S um das Wärmeerzeugungselement erzeugt ist. Aus diesen Ergebnissen ist eine Fläche mit einer Breite von 4 μm um das Wärmeerzeugungselement nicht an der Blasenerzeugung beteiligt.
  • Um den Blasendruck voll auszunutzen, ist das bewegliche Element so angeordnet, daß der bewegliche Abschnitt des beweglichen Elements die Fläche unmittelbar über dem wirksamen Blasenerzeugungsbereich abdeckt, d. h. die Innenfläche des Wärmeerzeugungselements mit Ausnahme einer Breite von etwa 4 μm oder mehr, gemessen von der Kante des Wärmeerzeugungselements nach innen. In diesem Beispiel ist der wirksame Blasenerzeugungsbereich als die Innenfläche mit Ausnahme einer Breite von etwa 4 μm oder mehr definiert, vom Umfang des Wärmeerzeugungselements nach innen gemessen. Dieser Bereich ist nicht darauf begrenzt und kann sich abhängig von der Art des Wärmeerzeugungselements und dem Erzeugungsverfahren verändern.
  • 17A und 17B zeigen spezifische Draufsichten zur Darstellung der Lagebeziehung zwischen einem beweglichen Element und einem Wärmeerzeugungselement. Die beweglichen Elemente 301 (17A) und 302 (17B), welche sich in der beweglichen Gesamtfläche unterscheiden, sind für ein Wärmeerzeugungselement 2 mit einer Größe von 58 × 150 μm angeordnet.
  • Die Größe des beweglichen Elements 301 beträgt 53 μm × 145 μm, sie ist kleiner als die Fläche des Wärmeerzeugungselements 2 und so groß wie der wirksame Blasenerzeugungsbereich des Wärmeerzeugungselements 2. Das bewegliche Element 301 ist so angeordnet, daß es den wirksamen Blasenerzeugungsbereich abdeckt. Die Größe des beweglichen Elements 302 beträgt 53 μm × 220 μm, sie ist größer als die Fläche des Wärmeerzeugungselements 2 (mit der gleichen Breite, der Länge zwischen dem Drehgelenk und dem beweglichen Vorderende und ist länger als die Länge des Wärmeerzeugungselements). Wie das bewegliche Element 301 ist das bewegliche Element 302 so angeordnet, daß es den wirksamen Blasenerzeugungsbereich abdeckt. Die Haltbarkeit und der Ausstoßwirkungsgrad für zwei bewegliche Elemente 301 und 302 wurden unter den folgenden Bedingungen gemessen.
    Blasenerzeugungsflüssigkeit: 40% Ethanol-Wasser-Lösung
    Ausstoßtinte: Farbstofftinte
    Spannung: 20,2 V
    Frequenz: 3 kHz
  • Im Hinblick auf die durch das Experiment erhaltenen Ergebnisse wurde hinsichtlich der Haltbarkeit der beweglichen Elemente eine Beschädigung an dem Drehgelenk des beweglichen Elements 301 beobachtet, wenn 1 × 107 Impulse angelegt wurden, während keine Beschädigung für das bewegliche Element 302 beobachtet wurde, selbst wenn 3 × 108 Impulse angelegt wurden. Die kinetische Energie, die durch eine Ausstoßmenge und eine Ausstoßgeschwindigkeit in bezug auf die eingegebene Energie erzielt ist, wurde auf etwa das 1,5 bis 2,5fache erhöht.
  • Wie aus den vorstehend gezeigten Ergebnissen deutlich wird, ist es für die Haltbarkeit und den Ausstoßwirkungsgrad besser, daß das bewegliche Element angeordnet wird, den Bereich unmittelbar über dem wirksamen Blasenerzeugungsbereich abzudecken, und daß die Fläche des beweglichen Elements größer als die Fläche des Wärmeerzeugungselements ist.
  • 18 zeigt ein Kurvenbild zur Darstellung der Beziehung des Abstands von der Kante des Wärmeerzeugungselements 2 zu dem Drehgelenk des beweglichen Elements 31 und einer Verlagerungsdistanz für das bewegliche Element 31. 19 zeigt eine Querschnittansicht des Aufbaus von der Seite zur Darstellung der Lagebeziehung des Wärmeerzeugungselements 2 und des beweglichen Elements 31.
  • Ein großes Wärmeerzeugungselement 2 der Größe 40 μm × 105 μm wird verwendet. Es hat sich gezeigt, daß die Verlagerungsdistanz größer wird, wenn der Abstand L zwischen der Kante des Wärmeerzeugungselements 2 und einem Drehgelenk 33 des beweglichen Elements 31 größer wird. Daher ist zu bevorzugen, daß in dem Fall, wenn eine Tintenmenge berücksichtigt wird, die ausgestoßen werden muß, ein Strömungskanalaufbau zum Flüssigkeitsausstoß und die Form des Wärmeerzeugungselements, die optimale Verlagerung erfaßt und die Position des Drehgelenks des beweglichen Elements bestimmt wird.
  • Wenn das Drehgelenk des beweglichen Elements unmittelbar über dem wirksamen Blasenerzeugungsbereich des Wärmeerzeugungselements angeordnet ist, wird nicht nur die Spannung infolge der Verlagerung des beweglichen Elements, sondern auch der Blasendruck direkt an das Drehgelenk so angelegt, daß die Haltbarkeit des beweglichen Elements verschlechtert wird. Gemäß dem Versuch, der durch den vorstehend erwähnten Erfinder ausgeführt ist, wurde bestätigt, daß dann, wenn das Drehgelenk unmittelbar über dem wirksamen Blasenerzeugungsbereich angeordnet wurde, das bewegliche Element bei Anlage von 1 × 106 Impulsen geschädigt wurde und die Haltbarkeit verkürzt wurde. Daher ist das Drehgelenk des beweglichen Elements in einer Position anders als unmittelbar über dem wirksamen Blasenerzeugungsbereich des Wärmeerzeugungselements anzuordnen, so daß die Wahrscheinlichkeit des praktischen Einsatzes größer wird, selbst bei Verwendung eines beweglichen Elements, das in einer weniger haltbaren Form und aus einem weniger haltbaren Material hergestellt ist. Selbst ein bewegliches Element, dessen Drehgelenk unmittelbar über dem wirksamen Blasenerzeugungsbereich angeordnet ist, kann verwendet werden, solange die Form und das Material, die für das bewegliche Element ausgewählt sind, angemessen sind. Mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau wird ein Flüssigkeitsausstoßkopf geschaffen, der in dem Ausstoßwirkungsgrad und der Haltbarkeit ausgezeichnet ist.
  • Vorrichtungssubstrat
  • Der Aufbau eines Vorrichtungssubstrats, auf welchem ein Wärmeerzeugungselement zum Einbringen von Wärme in Flüssigkeit angeordnet ist, wird nachstehend beschrieben.
  • 20A und 20B zeigen Querschnittansichten eines Flüssigkeitsausstoßkopfs.
  • In 20A ist ein Flüssigkeitsausstoßkopf gezeigt, der eine Schutzschicht aufweist, welche weiter nachstehend beschrieben ist, und in 20B ist ein Flüssigkeitsausstoßkopf gezeigt, der keine Schutzschicht aufweist.
  • Ein Vorrichtungssubstrat 1 weist einen zweiten Flüssigkeitsströmungskanal 16, eine Trennwand 30, einen ersten Flüssigkeitsströmungskanal 14 und ein Nutenelement 50 mit einer Nut auf, um – und den ersten Flüssigkeitsströmungskanal 14 auszubilden.
  • Zur Erzeugung des Vorrichtungssubstrats 1 werden eine Siliziumoxidschicht und eine Siliziumnitridschicht 106 zur Isolierung und zur Wärmespeicherung auf einem Siliziumsubstrat 107 abgeschieden. Eine elektrische Widerstandsschicht 105 (0,01 bis 0,2 μm dick), z. B. aus Hafniumborid (HfB2), Tantalnitrid (TaN) oder Tantalaluminium (TaAl) zum Erzeugen eines Wärmeerzeugungselements und zwei Verdrahtungselektroden 104 (0,2 bis 1,0 μm dick), z. B. aus Aluminium, sind durch Strukturieren auf der Schicht 106 ausgebildet, wie in 20A und 20B gezeigt ist. Eine Spannung wird von den zwei Verdrahtungselektroden 104 an die Widerstandsschicht 105 angelegt, und ein Strom wird durch die Widerstandsschicht 105 geleitet, um Wärme zu erzeugen. Eine Schutzschicht von 0,1 bis 2,0 μm Dicke, z. B. aus Siliziumoxid oder Siliziumnitrid ist auf der Widerstandsschicht 105 zwischen den Verdrahtungselektroden 104 abgeschieden, und darauf ist eine Antikavitationsschicht (0,1 bis 0,6 μm dick), z. B. aus Tantal, abgeschieden, um die Widerstandsschicht 105 vor verschiedenen Flüssigkeiten, wie z. B. Tinte, zu schützen.
  • Da insbesondere der Druck und eine Stoßwelle, die erzeugt werden, wenn eine Blase erzeugt wird oder kollabiert, sehr stark sind und die Haltbarkeit der Oxidschicht, die fest und schwach ist, verkürzen, wird ein Metall, wie z. B. Tantal (Ta) als eine Antikavitationsschicht verwendet.
  • Der Aufbau macht die vorstehend erwähnte Schutzschicht nicht erforderlich, je nach Art der Flüssigkeit, Flüssigkeitsströmungskanalaufbau und Kombination der Widerstandsmaterialien. Ein Beispiel eines solchen Aufbaus ist in 20B gezeigt. Das Material für eine Widerstandsschicht, die keine Schutzschicht erfordert, ist eine Iridium-Tantal-Aluminium-Legierung.
  • Wie vorstehend beschrieben, kann für die Strukturen in den vorstehend erläuterten Beispielen nur die Widerstandsschicht (Wärmeerzeugungsabschnitt) zwischen den Elektroden ausgebildet werden oder eine Schutzschicht, um die Widerstandsschicht zu schützen, kann ebenfalls erzeugt werden.
  • In diesem Beispiel weist das Wärmeerzeugungselement einen Wärmeerzeugungsabschnitt auf, der eine Widerstandsschicht einschließt, die Wärme gemäß einem elektrischen Signal erzeugt. Das Wärmeerzeugungselement ist nicht auf dieses Beispiel begrenzt. Ein Wärmeerzeugungselement, das eine angemessene Blase in der Blasenerzeugungsflüssigkeit zum Ausstoß der Flüssigkeit erzeugt, kann verwendet werden, wie z. B. ein Wärmeerzeugungselement, das ein Licht-Wärme-Umwandlungselement aufweist, das bei Aufnahme eines Laserstrahls Wärme erzeugt, oder das einen Wärmeerzeugungsabschnitt aufweist, der Wärme bei Aufnahme eines Hochfrequenzsignals erzeugt.
  • Ferner kann nicht nur das Elektrizität-Wärme-Umwandlungselement, das die Widerstandsschicht 105 aufweist, welches das Wärmeerzeugungselement ausbildet, und die Verdrahtungselektrode 104, die der Widerstandsschicht ein elektrisches Signal zuführt, sondern auch Funktionsvorrichtungen, wie z. B. ein Transistor, eine Diode, ein Zwischenspeicher und ein Schieberegister, zum selektiven Ansteuern des Elektrizität-Wärme-Umwandlungselements, können in dem Vorrichtungssubstrat 1 durch den Halbleiterherstellungsprozeß einstückig ausgebildet werden.
  • Zum Ansteuern des Wärmeerzeugungsabschnitts in dem Elektrizität-Wärme-Umwandlungselement auf dem Vorrichtungssubstrat 1 und zum Ausstoßen von Flüssigkeit wird ein in 21 gezeigter Rechteckimpuls durch die Verdrahtungselektroden 104 an die Widerstandsschicht 105 angelegt und die Widerstandsschicht 105 zwischen den Verdrahtungselektroden 104 wird drastisch erhitzt.
  • 21 zeigt ein spezifisches Diagramm zur Darstellung der Form eines Ansteuerimpulses.
  • In dem Kopf für jedes vorstehend beschriebene Beispiel wird das Wärmeerzeugungselement durch Anlegen einer Spannung von 24 V, einer Impulsbreite von 7 μs, eines Stroms von 150 mA und eines elektrischen Signals von 6 kHz so angesteuert, daß die vorhergehend erwähnte Operation ausgeführt wird, um aus der Ausstoßöffnung Tinte auszustoßen. Die Bedingungen für ein Ansteuersignal sind nicht auf die vorstehend beschriebenen begrenzt, und es kann ein Ansteuersignal verwendet werden, das auf angemessene Weise in Flüssigkeit Blasen erzeugen kann.
  • Kopfaufbau für den Zweiströmungskanalaufbau
  • Nachstehend erfolgt eine Erläuterung für ein Beispiel des Aufbaus für einen Flüssigkeitsausstoßkopf, wobei unterschiedliche Flüssigkeiten in angemessener Weise getrennt und in die erste und die zweite gemeinsame Flüssigkeitskammer eingeleitet werden können und für welche die erforderliche Anzahl von Komponenten verringert werden kann, um die Herstellungskosten zu senken.
  • 22 zeigt eine Querschnittansicht zur Erläuterung eines Zuführkanals in einem Flüssigkeitsausstoßkopf. Die gleichen Bezugszeichen wie für die vorhergehend erwähnten Beispiele werden verwendet, um die gleichen Komponenten zu bezeichnen, und es wird für diese keine weitere Erläuterung gegeben.
  • In diesem Beispiel ist ein Nutenelement 50 hauptsächlich durch eine Düsenplatte 51 ausgebildet, die eine Ausstoßöffnung 18, eine Vielzahl von Nuten, die als eine Vielzahl von ersten Flüssigkeitsströmungskanälen 14 dienen, und einen Vertiefungsabschnitt, der mit dem ersten Flüssigkeitsströmungskanal 14 in Verbindung ist und der eine erste gemeinsame Flüssigkeitskammer 15 zum Zuführen von Flüssigkeit (Ausstoßflüssigkeit) zu den ersten Flüssigkeitsströmungskanälen ausbildet.
  • Die ersten Flüssigkeitsströmungskanäle 14 können durch Bonden einer Trennwand 30 an den unteren Abschnitt des Nutenelements 50 erzeugt werden. Das Nutenelement 50 weist einen ersten Zuführkanal 20 auf, der das Element 50 senkrecht durchdringt, um die erste gemeinsame Flüssigkeitskammer 15 zu erreichen. Ferner weist das Nutenelement 50 einen zweiten Flüssigkeitszuführkanal 21 auf, der das Element 50 senkrecht durchdringt, um die zweite gemeinsame Flüssigkeitskammer 17 durch die Trennwand 30 zu erreichen.
  • Die erste Flüssigkeit (Ausstoßflüssigkeit) wird entlang dem ersten Flüssigkeitszuführkanal 20 der ersten gemeinsamen Flüssigkeitskammer 15 und zu den ersten Flüssigkeitsströmungskanälen 14 zugeführt, wie durch einen Pfeil C in 22 bezeichnet ist. Die zweite Flüssigkeit (Blasenerzeugungsflüssigkeit) wird entlang dem zweiten Flüssigkeitszuführkanal 21 der zweiten gemeinsamen Flüssigkeitskammer 17 und dem zweiten Flüssigkeitsströmungskanal 16 zugeführt, wie durch einen Pfeil D in 22 gezeigt ist.
  • Obgleich in diesem Beispiel der zweite Flüssigkeitszuführkanal 21 parallel zu dem ersten Flüssigkeitszuführkanal 20 angeordnet ist, ist die Anordnung des zweiten Flüssigkeitszuführkanals nicht darauf begrenzt. Jede Anordnung des zweiten Flüssigkeitszuführkanals kann bestimmt werden, solange dieser die Trennwand 30 durchdringt, welche außerhalb der ersten gemeinsamen Flüssigkeitskammer 15 angeordnet ist und mit der zweiten gemeinsamen Flüssigkeitskammer 17 in Verbindung ist.
  • Die Breite (Durchmesser) des zweiten Flüssigkeitszuführkanals 21 wird unter Berücksichtigung der zuzuführenden Menge der zweiten Flüssigkeit bestimmt. Die Form des zweiten Flüssigkeitszuführkanals 21 ist nicht notwendigerweise rund, und sie kann rechteckig sein.
  • Die zweite gemeinsame Flüssigkeitskammer 17 kann durch Kombination des Nutenelements 50 mit der Trennwand 30 erzeugt werden. Z. B., wie in einer perspektivischen Explosionsansicht in diesem Beispiel in 23 gezeigt ist, sind ein gemeinsamer Flüssigkeitskammerrahmen und die zweite Flüssigkeitsströmungskanalwand aus einem Trockenfilm auf dem Vorrichtungssubstrat erzeugt, und das Nutenelement 50, an welchem die Trennwand 30 fest angeordnet ist, ist an dem Vorrichtungssubstrat 1 so verbunden, daß die zweite gemeinsame Flüssigkeitskammer 17 und der zweite Flüssigkeitsströmungskanal 16 erzeugt werden können.
  • In diesem Beispiel, wie vorstehend beschrieben, ist auf einem Tragelement 70, das aus einem Metall, wie z. B. Aluminium, erzeugt ist, das Vorrichtungssubstrat 1 angeordnet, in welchem eine Vielzahl von Elektrizität-Wärme-Umwandlungselementen angeordnet ist, die als Wärmeerzeugungselemente zum Erzeugen von Wärme dienen, um in einer Blasenerzeugungsflüssigkeit durch Filmsieden Blasen zu erzeugen.
  • Auf dem Vorrichtungssubstrat 1 ist eine Vielzahl von Nuten angeordnet, welche die Flüssigkeitsströmungskanäle 16 ausbilden, die mit den zweiten Flüssigkeitsströmungskanalwänden erzeugt sind, ein Vertiefungsabschnitt, der mit einer Vielzahl von Blasenerzeugungsflüssigkeit-Strömungskanälen in Verbindung ist, und welche die zweite gemeinsame Flüssigkeitskammer (gemeinsame Blasenerzeugungsflüssigkeitskammer) 17 zum Zuführen einer Blasenerzeugungsflüssigkeit zu den einzelnen Blasenerzeugungsflüssigkeit-Strömungskanälen aus bilden, und die Trennwand 30, die mit den beweglichen Elementen 31 versehen ist.
  • Ein Nutenelement 50 weist auf: Nuten, welche Ausstoßflüssigkeit-Strömungskanäle (erste Flüssigkeitsströmungskanäle) ausbilden, wenn das Nutenelement 50 mit der Trennwand 30 verbunden ist, einen Vertiefungsabschnitt, der mit den Ausstoßflüssigkeit-Strömungskanälen in Verbindung ist und welcher die erste gemeinsame Flüssigkeitskammer (gemeinsame Ausstoßflüssigkeitskammer) 15 zum Zuführen einer Ausstoßflüssigkeit zu den einzelnen Ausstoßflüssigkeit-Strömungskanälen ausbildet, einen ersten Zuführkanal (Ausstoßflüssigkeit-Zuführkanal) 20, entlang dem eine Ausstoßflüssigkeit der ersten gemeinsamen Flüssigkeitskammer zugeführt wird, und einen zweiten Zuführkanal (Blasenerzeugungsflüssigkeit-Zuführkanal) 21, entlang dem eine Blasenerzeugungsflüssigkeit der zweiten gemeinsamen Flüssigkeitskammer 17 zugeführt wird. Der zweite Zuführkanal 21 durchdringt die Trennwand 30, welche außerhalb der ersten gemeinsamen Flüssigkeitskammer 15 angeordnet ist und mit einem Kanal verbunden ist, der mit der zweiten gemeinsamen Flüssigkeitskammer 17 in Verbindung ist. Mit diesem Kanal kann die Blasenerzeugungsflüssigkeit der zweiten gemeinsamen Flüssigkeitskammer 15 zugeführt werden, ohne sich mit der Ausstoßflüssigkeit zu vermischen.
  • Gemäß der Lagebeziehung zwischen dem Vorrichtungssubstrat 1 sind die Trennwand 30 und das Nutenelement 50, die beweglichen Elemente 31 so angeordnet, daß sie den Wärmeerzeugungselementen 2 in dem Vorrichtungssubstrat 1 entsprechen, und die Ausstoßflüssigkeit-Strömungskanäle 14 sind so angeordnet, daß sie den beweglichen Elementen 31 entsprechen. Obgleich in diesem Beispiel nur ein zweiter Zuführkanal für das Nutenelement erzeugt ist, kann eine Vielzahl von Zuführkanälen gemäß einer zuzuführenden Flüssigkeitsmenge erzeugt werden. Ferner können die Querschnittsflächen des Ausstoßflüssigkeit-Zuführkanals und des Blasenerzeugungsflüssigkeit-Zuführkanals 21 so bestimmt werden, daß sie proportional der Zuführmenge sind. Durch Optimieren der Querschnitts flächen der Kanäle können die Größen der Komponenten, welche das Nutenelement 50 ausbilden, kleiner hergestellt werden.
  • Wie vorstehend gemäß diesem Beispiel beschrieben ist, sind der zweite Zuführkanal, entlang dem die zweite Flüssigkeit dem zweiten Flüssigkeitsströmungskanal zugeführt wird, und der erste Zuführkanal, entlang dem die erste Flüssigkeit dem ersten Flüssigkeitsströmungskanal zugeführt wird, mit der gleichen genuteten Deckenplatte ausgebildet, die das Nutenelement ist. Demzufolge können die Komponenten verringert werden, der Herstellungsprozeß kann verkürzt werden und die Herstellungskosten können gesenkt werden.
  • Außerdem wird in diesem Beispiel die Zuführung der zweiten Flüssigkeit zu der zweiten gemeinsamen Flüssigkeitskammer, welche mit dem zweiten Flüssigkeitsströmungskanal in Verbindung ist, entlang dem zweiten Flüssigkeitsströmungskanal in einer Richtung so ausgeführt, daß die Trennwand, welche die erste und die zweite Flüssigkeit trennt, durchdrungen wird. Daher braucht der Prozeß zum Verbinden der Trennwand, des Nutenelements und des Substrats mit dem Wärmeerzeugungselement nur einmal ausgeführt zu werden, und die Verbindungsgenauigkeit wird erhöht, was zu einem zufriedenstellenden Flüssigkeitsausstoß führt.
  • Da die zweite Flüssigkeit durch die Trennwand der zweiten gemeinsamen Flüssigkeitskammer zugeführt wird, wird die Zuführung der zweiten Flüssigkeit zu dem zweiten Flüssigkeitsströmungskanal gewährleistet, und eine ausreichende Flüssigkeitsmenge kann zugeführt werden. Demzufolge kann ein stabiler Flüssigkeitsausstoß ausgeführt werden.
  • Ausstoßflüssigkeit und Blasenerzeugungsflüssigkeit
  • Wie in den vorhergehenden Beispielen beschrieben, kann mit dem Aufbau, der das bewegliche Element aufweist, eine Flüssigkeit mit einer größeren Ausstoßkraft und mit höherem Ausstoßwirkungsgrad rasch ausgestoßen werden als in jenem, der durch einen herkömmlichen Flüssigkeitsausstoßkopf bereitge stellt wird. Wenn die gleiche Flüssigkeit für eine Ausstoßflüssigkeit und für eine Blasenerzeugungsflüssigkeit verwendet wird, wird die Flüssigkeit durch die durch das Wärmeerzeugungselement eingebrachte Wärme nicht geschädigt, nahezu kein Niederschlag wird auf dem Wärmeerzeugungselement abgeschieden, selbst beim Erhitzen, und umkehrbare Zustandsänderungen der Verdampfung und Kondensation können mit Wärme ausgeführt werden. Ferner können verschiedene Flüssigkeiten verwendet werden, die keine Verschlechterung der Flüssigkeitsströmungskanäle, des beweglichen Elements und der Trennwand bewirken.
  • Die Zusammensetzung der Flüssigkeit (Aufzeichnungsflüssigkeit), die zur Aufzeichnung verwendet wird, kann gleich der der Tinte sein, die für eine herkömmliche Bubble-Jet-Vorrichtung verwendet wird.
  • Wenn andererseits der Flüssigkeitsausstoßkopf mit dem Zweiströmungskanalaufbau verwendet wird und die Ausstoßflüssigkeit und die Blasenerzeugungsflüssigkeit sind verschieden, kann die Flüssigkeit, welche die vorstehend erwähnten Eigenschaften aufweist, als die Blasenerzeugungsflüssigkeit verwendet werden. In mehr spezifischer Weise schließt die Blasenerzeugungsflüssigkeit ein: Methanol, Ethanol, n-Propanol, Isopropanol, n-Hexan, n-Heptan, n-Oktan, Toluol, Xylol, Methylendichlorid, Trichlorethylen, Freon TF, Freon BF, Ethylether, Dioxan, Cyclohexan, Methylacetat, Ethylacetat, Azeton, Methylethylketon oder Wasser oder eine Mischung dieser.
  • Verschiedene Arten von Flüssigkeiten können für die Ausstoßflüssigkeit verwendet werden, unabhängig von dem Blasenerzeugungsverhalten und den Wärmeeigenschaften. Außerdem kann eine Flüssigkeit, die ein geringes Blasenerzeugungsverhalten aufweist, eine Flüssigkeit, die auf leichte Weise durch Wärme beeinflußt oder beeinträchtigt wird, oder eine Flüssigkeit mit hoher Viskosität, von denen alle herkömmlich schwierig auszustoßen sind, ebenfalls als die Ausstoßflüssigkeit verwendet werden.
  • Es ist zu bevorzugen, daß die Eigenschaft der Ausstoßflüssigkeit den Ausstoß, die Erzeugung von Blasen und die Bewegung des beweglichen Elements auf Grund einer Reaktion der Flüssigkeit oder einer Reaktion mit der Blasenerzeugungsflüssigkeit nicht störend beeinflußt.
  • Hochviskose Tinte kann ebenfalls als eine Ausstoßflüssigkeit für die Aufzeichnung verwendet werden. Außerdem können pharmazeutische Flüssigkeiten, die auf leichte Weise durch Wärme geschädigt werden, und Parfümflüssigkeiten als andere beispielhafte Ausstoßflüssigkeiten verwendet werden.
  • Tinte mit der folgenden Zusammensetzung wurde als eine Aufzeichnungsflüssigkeit verwendet, die sowohl als eine Ausstoßflüssigkeit als auch als eine Blasenerzeugungsflüssigkeit verwendbar ist. Da die Tintenausstoßgeschwindigkeit durch die Vergrößerung der Ausstoßkraft erhöht wurde, wurde auch die Genauigkeit beim Auftrag von Flüssigkeitströpfchen auf einem Aufzeichnungsmedium erhöht, und es konnte ein sehr zufriedenstellendes Aufzeichnungsbild erhalten werden.
  • Figure 00580001
  • Ferner wurden die Blasenerzeugungsflüssigkeiten und die Ausstoßflüssigkeiten, welche die gleichen Zusammensetzungen aufwiesen, gemeinsam verwendet, und die Flüssigkeit wurde zur Aufzeichnung ausgestoßen. Demzufolge konnte nicht nur eine Flüssigkeit mit einer Viskosität von mehreren zehn cP, deren Ausstoß für einen herkömmlichen Kopf schwierig ist, sondern auch eine Flüssigkeit mit einer hohen Viskosität von 150 cP zufriedenstellend ausgestoßen werden und ein Bild hoher Qualität erzeugt werden.
  • Figure 00590001
  • Wenn herkömmlich eine Flüssigkeit verwendet wird, die schwierig auszustoßen ist, bewirkt die niedrige Ausstoßgeschwindigkeit eine Überbetonung von Unterschieden in der Ausstoßrichtung und beeinflußt nachteilig die Genauigkeit des Auftragens von Punkten auf einem Aufzeichnungsmedium, und wenn sich die ausgestoßene Flüssigkeitsmenge infolge des instabilen Ausstoßes der Flüssigkeit verändert, kann ein Bild hoher Qualität nicht auf leichte Weise erzielt werden. Mit dem Aufbau der vorstehend beschriebenen Beispiele werden unter Verwendung der Blasenerzeugungsflüssigkeit Blasen angemessen und stabil erzeugt, um eine Flüssigkeit mit hoher Viskosität stabil auszustoßen. Demzufolge kann die Genauigkeit des Auftragens von Flüssigkeitströpfchen auf einem Aufzeichnungsmedium erhöht werden, die Menge der ausgestoßenen Tinte kann stabilisiert werden, und demgemäß kann die Qualität eines aufgezeichneten Bilds beträchtlich erhöht werden.
  • Herstellung des Flüssigkeitsausstoßkopfs
  • Der Herstellungsprozeß eines Flüssigkeitsausstoßkopfs wird nachstehend beschrieben.
  • Zur Herstellung eines in 2 gezeigten Flüssigkeitsausstoßkopfs wurde der Grundkörper 34 zum Tragen des beweglichen Elements 31 auf dem Vorrichtungssubstrat 1 durch Strukturierung eines Trockenfilms erzeugt. Das bewegliche Element wurde an dem Grundkörper 34 gebondet oder angeschweißt. Dann wurde ein Nutenelement mit einer Vielzahl von Nuten, die als die Flüssigkeitsströmungskanäle 10 dienen, und ein Vertiefungsabschnitt, der als die gemeinsame Flüssigkeitskammer 13 dient, mit dem Vorrichtungssubstrat 1 so verbunden, daß die Nuten den beweglichen Elementen entsprachen.
  • Der Prozeß zur Herstellung des Flüssigkeitsausstoßkopfs mit dem in 10 und 23 gezeigten Zweiströmungskanalaufbau wird nachstehend beschrieben.
  • 23 zeigt eine perspektivische Explosionsansicht des Flüssigkeitsausstoßkopfs.
  • Ganz allgemein ausgedrückt, die Wände für die zweiten Flüssigkeitsströmungskanäle 16 wurden auf einem Vorrichtungssubstrat 1 erzeugt, und eine Trennwand 30 wurde daran angeordnet. Dann wurde ein Nutenelement 50, in welchem Nuten erzeugt waren, um als erste Flüssigkeitsströmungskanäle 14 zu dienen, mit dem sich ergebenden Aufbau verbunden. Anderseits wurde nach dem Ausbilden der Wände für die zweiten Flüssigkeitsströmungskanäle 16 das Nutenelement 50, an welchem die Trennwand 30 angeordnet war, mit den Wänden verbunden. Der Flüssigkeitsausstoßkopf wurde daraufhin vervollständigt.
  • Das Verfahren zur Herstellung der zweiten Flüssigkeitsströmungskanäle wird nachstehend ausführlich beschrieben.
  • 24A bis 24E zeigen Diagramme zur Erläuterung des Verfahrens zur Herstellung des Flüssigkeitsausstoßkopfs.
  • In diesem Beispiel, wie in 24A gezeigt, wurde ein Elektrizität-Wärme-Umwandlungselement mit einem Wärmeerzeugungselement 2, das aus Hafniumborid oder Tantalnitrid hergestellt ist, auf einem Vorrichtungssubstrat (Siliziumwafer) 1 unter Verwendung des gleichen Herstellungsgeräts erzeugt, wie es in einem Halbleiterherstellungsprozeß verwendet wird. Dann wurde die Oberfläche des Vorrichtungssubstrats 1 abgespült, um das Haftvermögen für den Auftrag eines lichtempfindlichen Harzes in dem folgenden Schritt zu erhöhen. Um das Haftvermögen weiter zu verbessern, wurde eine Oberflächenabwandlung unter Verwendung von ultravioletten Strahlen und Ozon an der Oberfläche des Vorrichtungssubstrats ausgeführt, und eine Lösung, die ein Silanhaftmittel (A189, hergestellt von Nihon Unika Co., Ltd.) zu 1 Gew.-% mit Ethylalkohol verdünnt und wurde auf der abgewandelten Oberfläche durch Schleuderbeschichtung aufgetragen.
  • Dann wurde die Oberfläche abgespült und ein ultraviolettlichtempfindlicher Film (Trockenfilm Ordil SY-318, hergestellt von Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.) DF wurde auf das Substrat 1 mit dem verbesserten Haftvermögen laminiert, wie in 24B gezeigt ist.
  • Wie in 24C gezeigt, wurde eine Photomaske Polymerisation über dem Trockenfilm DF angeordnet, und ultraviolette Strahlen wurden zur Bestrahlung über die Photomaske Polyme risation verwendet, wobei ein Abschnitt des Trockenfilms DF als die zweite Strömungskanalwand erhalten blieb. Dieser Belichtungsschritt wurde mit einer Belichtungsmenge von etwa 600 mJ/cm2 unter Verwendung eines MPA-600, hergestellt von Canon Inc., ausgeführt.
  • Anschließend wurde, wie in 24D gezeigt ist, der Trockenfilm DF in einer Entwicklungsflüssigkeit (BMRC-3, hergestellt von Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.) entwickelt, die aus einer Mischung von Xylol und Butylcelsolvacetat besteht. Der nichtbelichtete Abschnitt wurde gelöst, und der belichtete und gehärtete Abschnitt erzeugte die Wände für die zweiten Flüssigkeitsströmungskanäle 16. Der Rückstand auf der Oberfläche des Vorrichtungssubstrats 1 wurde mit einem Sauerstoffplasma-Veraschungsgerät (MAS-800, hergestellt von Alkantec Co., Ltd.) für 90 Sekunden bearbeitet und wurde entfernt. Dann wurde das erhaltene Substrat 1 mit Ultraviolettstrahlen mit einer Belichtungsmenge von 100 mJ/cm2 bei 150°C für 2 Stunden bestrahlt, um die Härtung des belichteten Abschnitts abzuschließen.
  • Mit dem vorstehend beschriebenen Verfahren können die zweiten Flüssigkeitsströmungskanäle für eine Vielzahl von Heizvorrichtungsplatten (Vorrichtungssubstrate), die durch Teilen der vorstehend erwähnten Siliziumsubstrate erhalten sind, genau und gleichmäßig ausgebildet werden. Das Siliziumsubstrat wurde durch eine Vereinzelungsmaschine (AWD-4000, hergestellt von Tokyo Seimitsu Co., Ltd.), in welcher eine Diamantscheibe von 0,05 mm Dicke angeordnet ist, geschnitten und in Heizvorrichtungsplatten 1 vereinzelt. Die abgetrennte Heizvorrichtungsplatte 1 wurde an einer Aluminiumgrundplatte 70 mit einem Klebstoff (SE4400, hergestellt von Toray Industries, Inc.) fest angeordnet (27). Dann wurde eine gedruckte Verdrahtungsplatte 71, welche im voraus mit der Aluminiumgrundplatte verbunden wurde, mit der Heizvorrichtungsplatte 1 mit Aluminiumdraht (nicht gezeigt) mit einem Durchmesser von 0,05 mm verbunden.
  • Wie in 24E gezeigt ist, wurde die Baugruppe, die aus einem Nutenelement 50 und einer Trennwand 30 besteht, positioniert und mit der auf diese Weise gewonnenen Heizvorrichtungsplatte 1 gemäß dem vorstehend beschriebenen Verfahren verbunden. D. h., das Nutenelement 50 mit der Trennwand 30 und der Heizvorrichtungsplatte 1 wurden zueinander positioniert und wurden dann durch eine Drückstabfeder 78 miteinander fest verbunden. Dann wurde ein Tinten/Blasenerzeugungsflüssigkeit-Zuführelement 80 mit der Aluminiumgrundplatte 70 verbunden und der Spalt zwischen den Aluminiumverdrahtungen und den Spalten zwischen dem Nutenelement 50, der Heizvorrichtungsplatte 1 und dem Tinten/Blasenerzeugungsflüssigkeit-Zuführelement 80 wurde mit Silikondichtmittel (TSE399, hergestellt von Toshiba Silicon Co., Ltd.) abgedichtet.
  • Da die zweiten Flüssigkeitsströmungskanäle nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren erzeugt sind, können sie in bezug auf die entsprechenden Heizvorrichtungen auf den Heizvorrichtungsplatten genau positioniert werden. Insbesondere dann, wenn das Nutenelement 50 und die Trennwand 30 im voraus miteinander verbunden sind, kann die Lagegenauigkeit der ersten Flüssigkeitsströmungskanäle 14 und der beweglichen Elemente 31 erhöht werden.
  • Der Flüssigkeitsausstoß kann durch dieses hochgenaue Herstellungsverfahren stabilisiert werden, und die Druckqualität wird erhöht. Da ferner der Flüssigkeitsausstoßkopf auf einem einzelnen Wafer erzeugt werden kann, ist eine große Menge Köpfe mit niedrigen Kosten herstellbar.
  • Obgleich in diesem Beispiel ein Trockenfilm einer mit Ultraviolettstrahlen härtbaren Ausführung verwendet wurde, kann ein Harz, das ein Absorptionsband für Ultraviolettstrahlen aufweist, insbesondere um 248 nm, verwendet werden. Nachdem das Harz laminiert und gehärtet ist, kann das Harz in dem Abschnitt, der als der zweite Flüssigkeitsströmungskanal dient, durch einen Excimerlaser direkt entfernt werden, um den Flüssigkeitsausstoßkopf zu schaffen.
  • Es gibt ein anderes Herstellungsverfahren.
  • 25A bis 25D zeigen Diagramme zur Erläuterung eines Verfahrens zur Herstellung eines Flüssigkeitsausstoßkopfs gemäß diesem anderen Herstellungsverfahren.
  • In diesem Beispiel, wie in 25A gezeigt, wurde ein 15 μm dickes Resist 101 in der Form des zweiten Flüssigkeitsströmungskanals auf einem SUS-Substrat 100 strukturiert.
  • Wie in 25B gezeigt, wurde dann das Galvanisieren an dem SUS-Substrat 100 ausgeführt und Nickelschichten 102, ebenfalls mit einer Dicke von 15 μm, wurden auf dem SUS-Substrat 100 aufgewachsen. Die Galvanisierflüssigkeit enthielt Sulfominsäurenickel, ein Spannungsminderungsmittel (Zeroall, hergestellt von World Metal Co., Ltd.), Borsäure, ein Grübchenverhinderungsmittel (NP-APS, hergestellt von World Metal Co., Ltd.) und Nickelchlorid. Zum Anlegen eines elektrischen Felds bei der galvanischen Abscheidung wurde eine Elektrode auf der Anodenseite angeordnet, und das strukturierte SUS-Substrat 100 wurde auf der Kathodenseite angeordnet, die Temperatur der Galvanisierflüssigkeit betrug 50°C und die Stromdichte war 5 A/cm2.
  • Anschließend wurde, wie in 25C gezeigt, eine Ultraschallschwingung auf das SUS-Substrat 100 übertragen, wodurch die Galvanisierung abgeschlossen wurde, und die Nickelschichten 102 wurden von dem SUS-Substrat 100 abgezogen und verwendet, um die gewünschten zweiten Flüssigkeitsströmungskanäle auszubilden.
  • Die Heizvorrichtungsplatte, an welcher das Elektrizität-Wärme-Umwandlungselement angeordnet ist, wurde auf einem Siliziumwafer durch das gleiche Herstellungsgerät erzeugt, das für Halbleiter verwendet wird. Wie in den vorhergehend beschriebenen Beispielen wurde der Siliziumwafer durch eine Vereinzelungsmaschine in Heizvorrichtungsplatten vereinzelt. Die Heizvorrichtungsplatte 1 wurde mit einer Aluminiumgrund platte 70 verbunden, mit welcher eine gedruckte Leiterplatte 104 verbunden wurde, und eine gedruckte Leiterplatte 71 wurde mit einem Aluminiumdraht (nicht gezeigt) verbunden, um die elektrische Verdrahtung auszubilden. Wie in 25D gezeigt ist, wurden die zweiten Flüssigkeitsströmungskanäle, die vorhergehend erhalten sind, an der Heizvorrichtungsplatte 1 angeordnet und dort fest angeordnet. Diese Komponenten wurden durch eine Platte in Wirkbeziehung gebracht und durch eine Druckstabfeder, in der gleichen Weise wie in dem ersten Beispiel, fest angeordnet, an welcher die Trennwand fest angeordnet ist. Somit brauchen der Strömungskanal und die Heizvorrichtungsplatte nur in der Position fest angeordnet zu werden, so daß eine Lageverschiebung nicht eintritt, wenn die Platte verbunden ist.
  • In diesem Beispiel wurde ein durch Ultraviolettstrahlen härtbarer Klebstoff (Amicon UV-300, hergestellt von Grace Japan Co., Ltd.) zum Positionieren und festen Anordnen aufgetragen, und der erhaltene Aufbau wurde durch ein Ultraviolettbestrahlungsgerät mit einer Belichtungsmenge von 100 mJ/cm2 für drei Sekunden belichtet, um die feste Anordnung abzuschließen.
  • Gemäß dem vorstehend beschriebenen Verfahren können die zweiten Flüssigkeitsströmungskanäle in bezug auf das Wärmeerzeugungselement genau angeordnet werden, und da die Strömungskanalwände aus Nickel erzeugt sind, werden sie durch eine Alkaliflüssigkeit nicht auf leichte Weise nachteilig beeinflußt. Demzufolge kann ein zuverlässiger Flüssigkeitsausstoßkopf bereitgestellt werden.
  • Es gibt ein weiteres Herstellungsverfahren.
  • 26A bis 26D zeigen Diagramme zur Erläuterung eines Verfahrens zur Herstellung eines Flüssigkeitsausstoßkopfs gemäß diesem weiteren Herstellungsverfahren.
  • Wie in 26A gezeigt, wurde in diesem Beispiel ein Resist 103 auf beiden Seiten eines 15 μm dicken SUS-Substrats 100 aufgetragen, das Ausrichtlöcher und Markierungen 100a aufweist. PMERP-AR900, hergestellt von Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd., wurde als das Resist 103 verwendet.
  • Wie in 26B gezeigt, wurde dann die Belichtung durch ein Belichtungsgerät (MPA-600, hergestellt von Canon Inc.) ausgeführt, um die Justierung über die Ausrichtlöcher 100a des Vorrichtungssubstrats 100 auszuführen, und die Resists 103 in den Abschnitten, in welchen die zweiten Flüssigkeitsströmungskanäle zu erzeugen waren, wurden entfernt. Die Belichtung wurde mit einer Belichtungsmenge von 800 mJ/cm2 ausgeführt.
  • Wie anschließend in 26C gezeigt, wurde das SUS-Substrat 100, auf welchem die Resists 103 auf beiden Seiten strukturiert wurden, in eine Ätzflüssigkeit (eine wäßrige Lösung von Eisen(II)-chlorid oder Kupfer(II)-chlorid) eingetaucht, und die belichteten Abschnitte der Resists 103 wurden weggeätzt. Dann wurden die Resists 103 abgeschält.
  • Wie in 26D gezeigt, wurde schließlich in der gleichen Weise wie in den vorhergehenden Beispielen das geätzte SUS-Substrat 100 positioniert und an der Heizvorrichtungsplatte 1 fest angeordnet, um einen Flüssigkeitsausstoßkopf bereitzustellen, der die zweiten Flüssigkeitsströmungskanäle 4 aufweist.
  • Gemäß dem Verfahren dieses Beispiels können die zweiten Flüssigkeitsströmungskanäle 4 in bezug auf die Haltevorrichtungen genau positioniert werden. Da die Strömungskanäle aus SUS erzeugt sind, werden sie durch Säure und Alkaliflüssigkeit nicht auf leichte Weise geschädigt. Ein zuverlässiger Flüssigkeitsausstoßkopf kann daher bereitgestellt werden.
  • Wie vorstehend gemäß den Verfahren in dem vorhergehenden Beispiel beschrieben, da die Wände für die zweiten Flüssig keitsströmungskanäle auf dem Vorrichtungssubstrat im voraus erzeugt sind, können das Elektrizität-Wärme-Umwandlungselement und die zweiten Flüssigkeitsströmungskanäle genau positioniert werden. Bevor die Platte geteilt wird, um eine Vielzahl von Vorrichtungssubstraten zu erhalten, können die zweiten Flüssigkeitsströmungskanäle gleichzeitig für diese Vielzahl von Vorrichtungssubstraten erzeugt werden. Demgemäß kann eine große Menge von Flüssigkeitsausstoßköpfen zu niedrigen Kosten bereitgestellt werden.
  • Da außerdem in einem Flüssigkeitsausstoßkopf, der nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren dieses Beispiels hergestellt ist, das Wärmeerzeugungselement und die zweiten Flüssigkeitsströmungskanäle genau positioniert sind, kann der Druck infolge der Blasen, welche durch die Wärme erzeugt sind, die durch das Elektrizität-Wärme-Umwandlungselement bereitgestellt ist, wirkungsvoll aufgenommen werden, und es wird eine maximale Ausstoßkraft erlangt.
  • Flüssigkeitsausstoßkopfkassette
  • Eine Flüssigkeitsausstoßkopfkassette, in welcher ein Flüssigkeitsausstoßkopf montiert ist, wird nachstehend schematisch erläutert.
  • 27 zeigt eine perspektivische Explosionsansicht einer Flüssigkeitsausstoßkopfkassette.
  • Wie in 27 gezeigt, weist die Flüssigkeitsausstoßkopfkassette hauptsächlich einen Flüssigkeitsausstoßkopf 200 und einen Flüssigkeitsbehälter 80 auf.
  • Der Flüssigkeitsausstoßkopf 200 weist ein Vorrichtungssubstrat 1, eine Trennwand 30, ein Nutenelement 50, eine Druckstabfeder 78, ein Flüssigkeitszuführelement 90 und ein Tragelement 70 auf. Wie vorhergehend beschrieben, ist eine Vielzahl von Wärmeerzeugungswiderstandselementen in einer Reihe auf dem Vorrichtungssubstrat 1 angeordnet, um in die Blasenerzeugungsflüssigkeit Wärme einzubringen. Ferner ist eine Vielzahl von Funktionsvorrichtungen auf dem Vorrichtungssubstrat 1 angeordnet, um die Wärmeerzeugungswiderstandselemente selektiv anzusteuern. Ein Blasenerzeugungsflüssigkeitskanal ist zwischen dem Vorrichtungssubstrat 1 und der Trennwand 30 mit einem beweglichen Element definiert, und die Blasenerzeugungsflüssigkeit strömt entlang dem Kanal. Ein Ausstoßflüssigkeitskanal (nicht gezeigt) ist durch Verbinden der Trennwand 30 mit der Nutenelementplatte 50 definiert, und die Ausstoßflüssigkeit strömt entlang dem Kanal.
  • Die Druckstabfeder 78 wirkt auf das Nutenelement 50 ein, indem eine Drückkraft auf das Vorrichtungssubstrat 1 aufgebracht wird. Mit dieser Kraft werden das Vorrichtungssubstrat 1, die Trennwand 30, das Nutenelement 50 und das Tragelement 70, welche weiter nachstehend beschrieben werden, zufriedenstellend verbunden.
  • Das Tragelement 70 wird verwendet, um das Vorrichtungssubstrat 1 zu tragen. Auf dem Tragelement 80 sind eine Leiterplatte 71, welche mit dem Vorrichtungssubstrat 1 verbunden ist, um ein elektrisches Signal zuzuführen, und eine Kontaktfläche 72 angeordnet, welche mit einem Gerät verbunden ist, um elektrische Signale mit dem Gerät auszutauschen.
  • In dem Flüssigkeitsbehälter 90 werden getrennt vorgehalten: eine Ausstoßflüssigkeit, wie z. B. Tinte, die dem Flüssigkeitsausstoßkopf zugeführt wird, und eine Blasenerzeugungsflüssigkeit, die für die Erzeugung von Blasen verwendet wird. Ein Positionierabschnitt 94, welcher verwendet wird, um ein Verbindungselement zu positionieren, das zur Verbindung zwischen dem Flüssigkeitsausstoßkopf und dem Flüssigkeitsbehälter verwendet wird, und eine fest angeordnete Stange 95, welche verwendet wird, um den Verbindungsabschnitt fest anzuordnen, sind außerhalb des Flüssigkeitsbehälters 90 vorgesehen.
  • Die Ausstoßflüssigkeit wird aus dem Ausstoßflüssigkeit-Zuführkanal 92 in dem Flüssigkeitsbehälter 90 entlang dem Zuführkanal 84 in dem Verbindungselement einem Ausstoßflüssigkeit-Zuführkanal 81 in einem Flüssigkeitszuführelement 80 zugeführt und wird schließlich wird über die Ausstoßflüssigkeit-Zuführkanäle 83, 71 und 21 jedes Elements der ersten gemeinsamen Flüssigkeitskammer zugeführt. Auf ähnliche Weise wird die Blasenerzeugungsflüssigkeit von dem Ausstoßflüssigkeit-Zuführkanal 93 in dem Flüssigkeitsbehälter 90 entlang dem Zuführkanal in dem Verbindungselement einem Blasenerzeugungsflüssigkeit-Zuführkanal 82 des Flüssigkeitszuführelements 80 zugeführt und schließlich über Blasenerzeugungsflüssigkeit-Zuführkanäle 84, 71 und 22 der einzelnen Elemente der zweiten gemeinsamen Flüssigkeitskammer.
  • Die Flüssigkeitsausstoßkopfkassette, die Zuführwege und der Flüssigkeitsbehälter sind für den Fall erläutert worden, wenn die Blasenerzeugungsflüssigkeit und die Ausstoßflüssigkeit unterschiedliche Flüssigkeiten sind. Wenn diese Flüssigkeiten gleich sind, brauchen der Zuführweg und der Flüssigkeitsbehälter für die Zuführung der Blasenerzeugungsflüssigkeit und der Ausstoßflüssigkeit nicht getrennt zu werden.
  • Der Flüssigkeitsbehälter kann durch Wiederauffüllung mit Flüssigkeiten verwendet werden, nachdem die ursprünglichen Flüssigkeiten aufgebraucht sind. Es ist daher zu bevorzugen, daß Flüssigkeitseintrittsöffnungen für den Behälter angeordnet sind. Der Flüssigkeitsausstoßkopf und der Flüssigkeitsbehälter können entweder einstückig oder getrennt ausgebildet sein.
  • Flüssigkeitsausstoßvorrichtung
  • 28 zeigt ein schematisches Diagramm zur Darstellung des Aufbaus einer Flüssigkeitsausstoßvorrichtung.
  • In dieser Ausführungsform wird eine Tintenausstoß-Aufzeichnungsvorrichtung erläutert, die Tinte als Ausstoßflüssigkeit verwendet.
  • Auf einem Schlitten HC der Flüssigkeitsausstoßvorrichtung ist eine Kopfkassette angeordnet, an welcher ein Tintenbehälter 90, in welchem Tinte vorgehalten wird, und ein Flüssigkeitsausstoßkopf 200 abnehmbar angeordnet sind. Der Schlitten HC bewegt sich wechselseitig in der Breitenrichtung eines Aufzeichnungsmediums 150, wie z. B. ein Aufzeichnungsblatt, das durch eine Aufzeichnungsmedium-Zuführvorrichtung zugeführt wird.
  • Wenn ein Ansteuersignal von einer Ansteuersignal-Zuführvorrichtung (nicht gezeigt) der Flüssigkeitsausstoßvorrichtung auf dem Schlitten HC zugeführt ist, wird durch den Flüssigkeitsausstoßkopf Flüssigkeit zu dem Aufzeichnungsmedium ausgestoßen.
  • Die Flüssigkeitsausstoßvorrichtung weist einen Motor 111 auf, der als eine Antriebsquelle zum Antrieb der Aufzeichnungsmedium-Zuführvorrichtung und des Schlittens HC dient, Zahnräder 112 und 113 zum Übertragen der Antriebskraft von der Antriebsquelle auf den Schlitten HC und eine Schlittenstange 115. Wenn die Flüssigkeit durch diese Aufzeichnungsvorrichtung gemäß dem Verfahren zum Ausstoßen von Flüssigkeit auf verschiedene Arten des Aufzeichnungsmediums ausgestoßen war, konnten zufriedenstellende Bilder erhalten werden.
  • 29 zeigt ein Blockdiagramm zur Darstellung des gesamten Aufbaus einer Aufzeichnungsvorrichtung, die das Verfahren zum Ausstoßen von Flüssigkeit und den Flüssigkeitsausstoßkopf zum Aufzeichnen von Bildern durch Ausstoßen von Tinte anwendet.
  • Die Aufzeichnungsvorrichtung empfängt Druckdaten 401 als ein Steuersignal von einem Host-Computer 300. Die Druckdaten werden in einer Eingabeschnittstelle 301 zeitweilig gespeichert. Gleichzeitig werden die Druckdaten in Daten umgewandelt, die innerhalb der Vorrichtung verarbeitet werden können, und die resultierenden Daten werden zu einer CPU 302 übertragen, welche auch als eine Kopfansteuersignal-Zuführvorrichtung dient. Auf der Grundlage eines Steuerprogramms, das in einem ROM 303 gespeichert ist, verarbeitet die CPU 302 die empfangenen Daten unter Verwendung einer Peripherieeinheit, wie z. B. ein RAM 304, und wandelt die Rohdaten in Bilddaten um.
  • Um die Bilddaten in einer geeigneten Position auf einem Aufzeichnungsblatt aufzuzeichnen, erzeugt die CPU 302 außerdem Ansteuerdaten, die zur Ansteuerung des Motors verwendet werden, der das Aufzeichnungsblatt und den Aufzeichnungskopf im Gleichlauf mit den Bilddaten bewegt. Die Bilddaten und die Motoransteuerdaten werden jeweils über eine Kopfansteuervorrichtung 307 und eine Motoransteuervorrichtung 306 zu dem Kopf 200 und dem Antriebsmotor 306 übertragen, welche zu gesteuerten Zeiten angetrieben werden, um Bilder zu erzeugen.
  • Das Aufzeichnungsmedium, welches für die vorstehend beschriebene Aufzeichnungsvorrichtung verwendet werden kann, und auf welches Flüssigkeit, wie z. B. Tinte, ausgestoßen wird, ist eines von verschiedenen Arten von Papier, eine OHP-Folie, ein Kunststoffmaterial, das für Kompaktdisks und Dekorverbundfolien verwendet wird, ein Gewebe, ein Metall, wie z. B. Aluminium oder Kupfer, ein Ledermaterial, wie z. B. Rindsleder, Schweinsleder oder Kunstleder, ein Holzmaterial, wie z. B. Sperrholz oder Bambus, Keramik, wie z. B. Fliesen, oder eine dreidimensionale Netzstruktur, wie z. B. ein Schwamm.
  • Die Aufzeichnungsvorrichtung schließt einen Drucker zum Drucken auf verschiedenen Arten von Papier und OHP-Folien ein, eine Kunststoffaufzeichnungsvorrichtung zum Aufzeichnen auf einem Kunststoffmaterial, wie z. B. Kompaktdisks, eine Metallaufzeichnungsvorrichtung zum Aufzeichnen auf Metallplatten, eine Lederaufzeichnungsvorrichtung zum Aufzeichnen auf einem Ledermaterial, eine Holzaufzeichnungsvorrichtung zum Aufzeichnen auf einem Holzmaterial, eine Keramikaufzeichnungsvorrichtung zum Aufzeichnen auf Keramik, eine Auf zeichnungsvorrichtung zum Aufzeichnen auf einer dreidimensionalen Netzstruktur, wie z. B. ein Schwamm, oder eine Textildruckvorrichtung zum Drucken auf einem Gewebe.
  • Flüssigkeiten, die zu einzelnen Aufzeichnungsmedien passen und Aufzeichnungsbedingungen können als die Ausstoßflüssigkeiten für diese Flüssigkeitsausstoßvorrichtungen verwendet werden.
  • Aufzeichnungssystem
  • Nachstehend erfolgt eine Erläuterung eines Beispiels eines Tintenstrahlaufzeichnungssystems, das den Flüssigkeitsausstoßkopf als einen Aufzeichnungskopf verwendet, wenn ein Bild auf einem Aufzeichnungsmedium aufgezeichnet wird.
  • 30 zeigt ein spezifisches Diagramm zur Erläuterung des Aufbaus eines Tintenstrahlaufzeichnungssystems, das Flüssigkeitsausstoßköpfe 201a bis 201d verwendet.
  • Der Flüssigkeitsausstoßkopf 201 ist ein Vollzeilenkopf, in welchem eine Vielzahl von Ausstoßöffnungen in Abständen von 360 dpi (360 Punkte für jeweils 25,4 mm) entlang einer Länge angeordnet ist, die der verfügbaren Aufzeichnungsbreite für eine Aufzeichnungsmedium 227 entspricht. Vier entsprechende Köpfe für die Farben Gelb (Y), Magenta (M), Cyan (C) und Schwarz (Bk) werden durch eine Haltevorrichtung 202 in vorbestimmten Abständen in Richtung X zueinander parallel gehalten.
  • Signale werden diesen vier Köpfen von Kopfansteuervorrichtungen 307 zugeführt, die Ansteuersignal-Zuführvorrichtungen aufweisen, und die Köpfe werden als Reaktion auf die Signale angesteuert.
  • Vier Tintenfarben Y, M, C und Bk werden den Köpfen durch jeweilige Tintenbehälter 204a bis 204d zugeführt. Eine Blasenerzeugungsflüssigkeit wird in einem Blasenerzeugungsflüssig keitsbehälter 204e vorgehalten. Die Blasenerzeugungsflüssigkeit wird durch diesen Behälter den Köpfen zugeführt.
  • Kopfkappen 203a bis 203d, die innere Tintenabsorptionselemente aufweisen, wie z. B. Schwämme, sind unter den jeweiligen Köpfen angeordnet. Wenn keine Aufzeichnung ausgeführt wird, bedecken die Kopfkappen 203a bis 203d die Ausstoßöffnungen der Köpfe 201, um sie zu schützen.
  • Ein Zuführband 206 ist eine Zuführvorrichtung zum Zuführen der verschiedenen Aufzeichnungsmedien, die in den vorhergehenden Beispielen beschrieben wurden. Das Zuführband 206 liegt entlang einem vorbestimmten Weg, wird durch Walzen getragen und wird durch eine Antriebswalze angetrieben, die mit der Motoransteuervorrichtung 305 verbunden ist.
  • In diesem Tintenstrahlaufzeichnungssystem sind eine Vorverarbeitungsvorrichtung 251 und eine Nachverarbeitungsvorrichtung 252 jeweils zuströmseitig und abströmseitig entlang dem Aufzeichnungsmedium-Zuführweg angeordnet, und sie führen verschiedene Prozesse für das Aufzeichnungsmedium vor und nach der Ausführung des Druckens aus.
  • Der Vorverarbeitungsprozeß und der Nachverarbeitungsprozeß unterscheiden sich abhängig von der Art des Aufzeichnungsmediums und der Tintenart. Z. B. wird ein Aufzeichnungsmedium, wie z. B. ein Metall, ein Kunststoff und Keramik, mit Ultraviolettstrahlen bestrahlt und Ozon behandelt, als eine Vorverarbeitung, um die Oberfläche des Aufzeichnungsmediums zu aktivieren, daß die Haftung der Tinte verbessert wird. Andere Aufzeichnungsmedien, wie z. B. Kunststoff, die dazu neigen, statische Elektrizität zu erzeugen, können Staub anziehen, der an deren Oberflächen haftet und dadurch den Aufzeichnungsprozeß unterbrechen kann. Daher wird bei dem Vorbearbeitungsprozeß für solche Medien statische Elektrizität von einem Aufzeichnungsmedium durch eine Ionisationsvorrichtung entfernt, so daß Staub auf der Aufzeichnungsoberfläche entfernbar ist. Wenn ferner ein Gewebe als ein Aufzeich nungsmedium verwendet ist, wird als der Vorbearbeitungsprozeß entweder eine Alkalisubstanz, eine wäßrige Substanz, ein synthetisches Polymer, ein wäßriger Metallsalzkomplex, Harnstoff oder Thioharnstoff auf das Aufzeichnungsmaterial aufgetragen, um ein ausgelaufenes Bild zu verhindern und den Ausnutzungsgrad zu erhöhen. Die Vorbearbeitungsprozesse sind nicht auf die vorstehend beschriebenen begrenzt, und sie können die Einstellung der Temperatur eines Aufzeichnungsmediums auf eine Temperatur einschließen, die für die Aufzeichnung zweckentsprechend ist.
  • Der Nachprozeß schließt einen Wärmeprozeß ein, einen Fixierprozeß zum Fördern der Fixierung von Tinte durch Bestrahlung mit ultravioletten Strahlen oder einen Prozeß zum Entfernen eines Bearbeitungsmittels, das in dem Vorprozeß verwendet und während des Drucks nicht entfernt wurde.
  • In diesem Beispiel wurde ein Vollzeilenkopf verwendet, doch der Flüssigkeitsausstoßkopf ist nicht auf diese Art begrenzt. Der vorhergehend beschriebene Kompaktkopf kann in der Breitenrichtung des Aufzeichnungsmediums bewegt werden, um Bilder aufzuzeichnen.
  • Kopfbaugruppe
  • Eine Kopfbaugruppe, deren eine Komponente ein Flüssigkeitsausstoßkopf ist, wird nachstehend beschrieben.
  • 31 zeigt ein spezifisches Diagramm, das eine Kopfbaugruppe darstellt.
  • In einem Baugruppenbehälter 501 der Kopfbaugruppe in 31 sind aufgenommen: ein Kopf 510, welcher einen Tintenausstoßabschnitt 511 zum Ausstoßen von Tinte aufweist, ein Tintenbehälter 520, welcher ein Flüssigkeitsbehälter ist, der als ein Teil des Kopfs 510 oder als ein getrennter Teil einbezogen werden kann, und eine Tintenwiederauffüllvorrichtung zum Vorhalten von Tinte zum Wiederauffüllen des Tintenbehälters 520.
  • Wenn die Zuführung von Tinte in dem Tintenbehälter 520 erschöpft ist, wird ein Einfügeabschnitt (Injektionsnadel) 531 der Tintenwiederauffüllvorrichtung teilweise in eine Verbindungsöffnung 521 in dem Tintenbehälter 520 eingeführt, wobei der Abschnitt mit dem Kopf verbunden wird, oder in eine Öffnung in der Wand des Tintenbehälters 520, so daß die Tinte in der Tintenwiederauffüllvorrichtung über den eingefügten Abschnitt 531 in den Tintenbehälter 520 transportiert werden kann.
  • Da der Flüssigkeitsausstoßkopf, der Tintenbehälter und die Tintenwiederauffüllvorrichtung in einem einzelnen Baugruppenbehälter aufgenommen sind und eine Kopfbaugruppe ausbilden, kann selbst dann, wenn der Tintenbehälter geleert ist, dieser auf leichte Weise mit Tinte wiederaufgefüllt werden, und die Aufzeichnung kann rasch wiederaufgenommen werden.
  • Obgleich die Kopfbaugruppe in diesem Beispiel eine Tintenwiederauffüllvorrichtung aufweist, kann eine andere Art der Kopfbaugruppe verwendet werden, bei welcher die Tintenwiederauffüllvorrichtung nicht bereitgestellt ist, für welche ein gesonderter Tintenbehälter, der mit Tinte gefüllt ist, und ein Kopf in einem Baugruppenbehälter 510 aufgenommen sind.
  • Obgleich nur die Tintenwiederauffüllvorrichtung zum Wiederauffüllen des Tintenbehälters in 31 gezeigt ist, kann zusätzlich zu dem Tintenbehälter eine Blasenerzeugungsflüssigkeit-Wiederauffüllvorrichtung in dem Baugruppenbehälter aufgenommen sein, um einen Blasenflüssigkeitsbehälter wiederaufzufüllen.
  • Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
  • Ausführungsform 1
  • 32A und 32B zeigen Querschnittansichten des Hauptabschnitts gemäß einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Flüssigkeitsausstoßkopfs.
  • Wie in 32A und 32B gezeigt, weist der Flüssigkeitsausstoßkopf auf: eine Ausstoßöffnung 718, durch welche Flüssigkeit ausgestoßen wird, einen ersten Zuführkanal 720, der eine Rohrform aufweist, einen ersten Flüssigkeitsströmungskanal 714, der aus rostfreiem Stahl erzeugt ist, entlang dem Flüssigkeit, die dem ersten Zuführkanal 720 zugeführt wird, in die Ausstoßöffnung 718 eingeleitet wird, ein Wärmeerzeugungselement 702 zum Bereitstellen von Wärmeenergie, um in der Flüssigkeit eine Blase zu erzeugen, ein Vorrichtungssubstrat 701, welches durch ein Tragelement 770 getragen wird, das aus Aluminium hergestellt ist und auf welchem das Wärmeerzeugungselement 702 angeordnet ist, einen zweiten Zuführkanal 721, entlang dem aus einer zweiten Flüssigkeitskammer Blasenerzeugungsflüssigkeit zugeführt wird, einen zweiten Flüssigkeitsströmungskanal 716, entlang dem die Flüssigkeit, die dem zweiten Zuführkanal 721 zugeführt wird, in einen Blasenerzeugungsbereich 711 eingeleitet wird, ein bewegliches Element 731, welches durch den Druck verlagert wird, der durch eine Blase ausgeübt wird, der in dem Blasenerzeugungsbereich 711 erzeugt ist, und eine Trennwand 730, die das bewegliche Element 731 einschließt. Der erste Zuführkanal 720 ist mit einer ersten Flüssigkeitskammer (nicht gezeigt) verbunden, in welcher eine Ausstoßflüssigkeit vorgehalten wird, und die Ausstoßflüssigkeit wird aus der ersten Flüssigkeitskammer zugeführt. Der erste Flüssigkeitsströmungskanal 714 ist mit der Ausstoßöffnung 718 und dem ersten Zuführkanal 720 verbunden. Der zweite Zuführkanal 721 ist mit der zweiten Flüssigkeitskammer (nicht gezeigt) verbunden, welche die Blasenerzeugungsflüssigkeit für die Erzeugung von Blasen in dem Blasenerzeugungsbereich 711 vorhält, welcher über dem Wärmeerzeugungselement 702 angeordnet ist. Der zweite Flüssigkeitsströmungskanal ist mit dem zweiten Zuführkanal 721 verbunden. Das bewegliche Element 731 ist in Gegenüberlage des Blasenerzeugungsbereichs 711, das bewegliche Element 731 weist ein freies Ende nahe der Ausstoßöffnung 718 und ein Drehgelenk an dem entgegengesetzten Ende auf und ist so angeordnet, daß es den ersten Flüssigkeitsströmungskanal 714 und den zweiten Flüssigkeitsströmungskanal 716 trennt. Das bewegliche Element 731 wird durch den Druck, der erzeugt wird, wenn in dem Blasenerzeugungsbereich 711 eine Blase erzeugt ist, zu dem ersten Flüssigkeitsströmungskanal 714 verlagert und verbindet den ersten Flüssigkeitsströmungskanal 714 mit dem zweiten Flüssigkeitsströmungskanal 716. Die Trennwand 730 trennt den ersten Flüssigkeitsströmungskanal 714 und den zweiten Flüssigkeitsströmungskanal 716. Der erste Zuführkanal 720 ist nicht auf eine Rohrform mit einem runden Querschnitt begrenzt und kann eine Rohrform mit einem rechteckigen Querschnitt aufweisen. Das Element zum Ausbilden des ersten Flüssigkeitsströmungskanals 714 weist den gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten wie das Tragelement 770 auf.
  • Die Strukturen des ersten Zuführkanals 720 und des zweiten Zuführkanals 721 werden nachstehend ausführlich erläutert.
  • 33A und 33B zeigen perspektivische Ansichten des Aufbaus des zweiten Zuführkanals 721, der in 32A und 32B gezeigt ist. 33A zeigt ein Diagramm zur Darstellung des zweiten Zuführkanals 721, der für jeden zweiten Flüssigkeitsströmungskanal 716 angeordnet ist, und 33B zeigt ein Diagramm zur Darstellung des zweiten Zuführkanals 721, der mit der Trennwand 730 einstückig erzeugt ist, und der nur auf der rechten und linken Seite angeordnet ist. 34A und 34B zeigen Hinteransichten des ersten Zuführkanals 720 und des zweiten Zuführkanals 721, wie in 32A und 32B gezeigt. 34A zeigt ein Diagramm zur Darstellung des zweiten Zuführkanals 721, der für jeden zweiten Flüssigkeitsströmungskanal 716 angeordnet ist, und 34B zeigt ein Diagramm zur Darstellung des zweiten Zuführkanals 721, der mit der Trennwand 730 einstückig erzeugt ist und nur auf der rechten und der linken Seite angeordnet ist.
  • Wie in 33A, 33B, 34A und 34B gezeigt, können der zweite Zuführkanal 721 und die zweite Zuführöffnung 721a, die entsprechend dazu angeordnet ist, für jeden zweiten Flüssigkeitsströmungskanal 716 angeordnet werden, oder kann nur auf der rechten und der linken Seite angeordnet werden, wenn der Kanal 721 mit der Trennwand 730 einstückig ausgebildet ist. Die Flüssigkeit wird von beiden Seiten des ersten Zuführkanals 720 zugeführt.
  • 35 bis 37 zeigen perspektivische Ansichten des erfindungsgemäßen Flüssigkeitsausstoßkopfs. 35 zeigt ein Diagramm zur Darstellung des Flüssigkeitsausstoßkopfs, wenn die Trennwand einstückig erzeugt ist und der zweite Zuführkanal nur auf der rechten und der linken Seite angeordnet ist. 36 zeigt ein Diagramm zur Darstellung des Flüssigkeitsausstoßkopfs, wenn die Trennwand einstückig erzeugt ist und der zweite Zuführkanal für jeden Flüssigkeitsströmungskanal angeordnet ist. 37 zeigt ein Diagramm zur Darstellung des Flüssigkeitsausstoßkopfs, wenn die Trennwand für jeden Flüssigkeitsströmungskanal gesondert ist.
  • Die Operation der auf diese Weise aufgebauten Flüssigkeitsausstoßköpfe wird nachstehend beschrieben.
  • Die Ausstoßflüssigkeit wird von dem ersten Zuführkanal 720 über die erste Zuführöffnung 720a dem ersten Flüssigkeitsströmungskanal 714 zugeführt. Die Blasenerzeugungsflüssigkeit wird von dem zweiten Zuführkanal 721 über die zweite Zuführöffnung 721a dem zweiten Flüssigkeitsströmungskanal 716 zugeführt. Zu diesem Zeitpunkt trennt das bewegliche Element 731 den ersten Flüssigkeitsströmungskanal 714 von dem zweiten Flüssigkeitsströmungskanal 716.
  • Eine Blase wird in dem Blasenerzeugungsbereich 711 durch die Wärme erzeugt, die durch das Wärmeerzeugungselement 702 bereitgestellt wird. Wenn die Blase wächst, wird das freie Ende des beweglichen Elements 731 zu dem ersten Flüssigkeitsströmungskanal 714 so verlagert, daß der erste Flüssigkeits strömungskanal 714 mit dem zweiten Flüssigkeitsströmungskanal 716 verbunden wird.
  • Demzufolge wird gemäß der Verlagerung des beweglichen Elements 731 der Druck, der durch die Erzeugung der Blase ausgeübt wird, entlang dem beweglichen Element 731 zu der Ausstoßöffnung 718 gerichtet, und eine Flüssigkeit in dem ersten Flüssigkeitsströmungskanal 714 kann auf wirkungsvolle Weise durch die Ausstoßöffnung 718 ausgestoßen werden.
  • Wenn die Blase kollabiert und sich schließlich auflöst, wird das bewegliche Element 731 geschlossen und trennt wieder den ersten Flüssigkeitsströmungskanal 714 von dem zweiten Flüssigkeitsströmungskanal 716.
  • Wenn das bewegliche Element 731 geschlossen ist, wird die Ausstoßflüssigkeit von dem ersten Zuführkanal 720 über die erste Zuführöffnung 720a dem ersten Flüssigkeitsströmungskanal 714 zugeführt, um den Bereich in der Nähe der Ausstoßöffnung 718 wiederaufzufüllen. Die Blasenerzeugungsflüssigkeit wird ebenfalls von dem zweiten Zuführkanal 721 über die zweite Zuführöffnung 721a dem zweiten Flüssigkeitsströmungskanal 716 zugeführt, um den Bereich in der Nähe des Blasenerzeugungsbereichs 711 wiederaufzufüllen.
  • Die vorstehend beschriebenen Flüssigkeitsausstoßköpfe sind eine Langausführung, die durch eine Vielzahl von Vorrichtungssubstraten ausgebildet wird. Der erste Zuführkanal 720 mit einer Rohrform und der zweite Zuführkanal 721 sind einstückig ausgebildet, und diese Baugruppe wird während des Herstellungsprozesses in den Kopf eingefügt.
  • Ausführungsform 2
  • 38 zeigt eine Querschnittansicht des Hauptabschnitts gemäß einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Flüssigkeitsausstoßkopfs.
  • Wie in 38 gezeigt, weist der Flüssigkeitsausstoßkopf auf: eine Ausstoßöffnung 818, durch welche Flüssigkeit ausgestoßen wird, einen ersten Zuführkanal 820, der eine Rohrform aufweist, einen ersten Flüssigkeitsströmungskanal 814, der aus rostfreiem Stahl erzeugt ist, entlang dem eine Flüssigkeit, die dem ersten Zuführkanal 820 zugeführt wird, in die Ausstoßöffnung 818 eingeleitet wird, ein Wärmeerzeugungselement 802 zum Bereitstellen von Wärmeenergie, um in der Flüssigkeit Blasen zu erzeugen, ein Vorrichtungssubstrat 801, welches durch ein Tragelement 870 getragen wird, das aus Aluminium hergestellt ist und auf welchem das Wärmeerzeugungselement 802 angeordnet ist, einen zweiten Zuführkanal 821, der eine Rohrform aufweist, entlang dem Kanal aus einer zweiten Flüssigkeitskammer Blasenerzeugungsflüssigkeit zugeführt wird, einen zweiten Flüssigkeitsströmungskanal 816, entlang dem die Flüssigkeit, die dem zweiten Zuführkanal 821 zugeführt wird, in einen Blasenerzeugungsbereich 811 eingeleitet wird, ein bewegliches Element 831, welches durch den Druck verlagert wird, der hervorgerufen wird, wenn in dem Blasenerzeugungsbereich 811 eine Blase erzeugt ist, und eine Trennwand 830, die das bewegliche Element 831 einschließt. Der erste Zuführkanal 820 ist mit einer ersten Flüssigkeitskammer (nicht gezeigt) verbunden, in welcher eine Ausstoßflüssigkeit vorgehalten wird, und die Ausstoßflüssigkeit wird aus der ersten Flüssigkeitskammer zugeführt. Der erste Flüssigkeitsströmungskanal 814 ist mit der Ausstoßöffnung 818 und dem ersten Zuführkanal 820 verbunden. Der zweite Zuführkanal 821 ist mit der zweiten Flüssigkeitskammer (nicht gezeigt) verbunden, welche die Blasenerzeugungsflüssigkeit für die Erzeugung von Blasen in dem Blasenerzeugungsbereich 811 vorhält, welcher über dem Wärmeerzeugungselement 802 angeordnet ist. Der zweite Flüssigkeitsströmungskanal ist mit dem zweiten Zuführkanal 821 verbunden. Das bewegliche Element 831 ist in Gegenüberlage des Blasenerzeugungsbereichs 811, das bewegliche Element 831 weist ein freies Ende nahe der Ausstoßöffnung 818 und ein Drehgelenk an dem entgegengesetzten Ende auf und ist so angeordnet, daß es den ersten Flüssigkeitsströmungskanal 814 und den zweiten Flüssigkeitsströmungskanal 816 trennt. Das bewegliche Element 831 wird durch den Druck, der erzeugt wird, wenn in dem Blasenerzeugungsbereich 811 eine Blase erzeugt ist, zu dem ersten Flüssigkeitsströmungskanal 814 verlagert und verbindet den ersten Flüssigkeitsströmungskanal 814 mit dem zweiten Flüssigkeitsströmungskanal 816. Die Trennwand 830 trennt den ersten Flüssigkeitsströmungskanal 814 und den zweiten Flüssigkeitsströmungskanal 816. Der erste Zuführkanal 820 und der zweite Zuführkanal 821 sind nicht auf eine Rohrform mit einem runden Querschnitt begrenzt und können eine Rohrform mit einem rechteckigen Querschnitt aufweisen. Das Element zum Ausbilden des ersten Flüssigkeitsströmungskanals 814 weist den gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten wie das Tragelement 870 auf.
  • Die Strukturen des ersten Zuführkanals 820 und des zweiten Zuführkanals 821 werden nachstehend ausführlich erläutert.
  • 39 zeigt ein Diagramm zur Darstellung der Strukturen des ersten Zuführkanals 820 und des zweiten Zuführkanals 821, wie in 38 gezeigt.
  • Wie in 39 gezeigt, wird eine Flüssigkeit von beiden Seiten dem ersten Zuführkanal 820 und dem zweiten Zuführkanal 821 zugeführt, wobei beide eine Rohrform aufweisen. Die Flüssigkeit wird über die ersten Zuführöffnungen 820a und die zweiten Zuführöffnungen 821a dem ersten Flüssigkeitsströmungskanal 814 und dem zweiten Flüssigkeitsströmungskanal 816 zugeführt.
  • Die vorstehend beschriebenen Flüssigkeitsausstoßköpfe sind eine Langausführung, die durch eine Vielzahl von Vorrichtungssubstraten ausgebildet wird. Der erste Zuführkanal 820 mit einer Rohrform und der zweite Zuführkanal 821 sind einstückig ausgebildet, und diese Baugruppe wird während des Herstellungsprozesses in den Kopf eingefügt. Wie außerdem in 39 gezeigt ist, werden in dem Prozeß zur Ausbildung des ersten Zuführkanals 820 und des zweiten Zuführkanals 821 beide Enden montiert, von welchen die Flüssigkeit zugeführt wird, nachdem die Zuführkanäle 820 und 821 ausgebildet sind.
  • Die Wiederherstellungsoperation des Flüssigkeitsausstoßkopfs wird nachstehend erläutert.
  • 40A bis 40D zeigen Diagramme zur Erläuterung einer beispielhaften Wiederherstellungsoperation, die durch den erfindungsgemäßen Flüssigkeitsausstoßkopf ausgeführt wird. Der erste Zuführkanal 820 und der zweite Zuführkanal 821 sind an jedem Ende des Kopfs mit einem jeweiligen Behälter verbunden, und es sind Vorrichtungen angeordnet, um Flüssigkeiten aus den Behältern durch die Zuführkanäle umlaufend strömen zu lassen. Ventilvorrichtungen oder dergleichen sind ebenfalls angeordnet, so daß die Verbindung zwischen den Zuführkanälen und deren jeweiligen Behältern unterbrochen werden kann.
  • In der Wiederherstellungsoperation, die durch den Flüssigkeitsausstoßkopf ausgeführt wird, wie in 40A bis 40D gezeigt, wird zunächst der erste Zuführkanal 820 verschlossen, welchem die Ausstoßflüssigkeit zugeführt wird, und die Umlaufwiederherstellung wird für den zweiten Zuführkanal 821 ausgeführt, welchem die Blasenerzeugungsflüssigkeit zugeführt wird (40A).
  • Während der erste Zuführkanal 820 geschlossen ist, wird dann von beiden Seiten Druck an den zweiten Zuführkanal 821 angelegt, um die Blasenerzeugungsflüssigkeit aus den zweiten Zuführkanälen 821a auszutragen (40B).
  • Anschließend wird der zweite Zuführkanal 821 verschlossen, und die Umlaufwiederherstellung wird für den ersten Zuführkanal 820 ausgeführt (40C).
  • Während der zweite Zuführkanal 821 verschlossen ist, wird schließlich der erste Zuführkanal 820 von beiden Seiten unter Druck gesetzt, um die Ausstoßflüssigkeit aus den ersten Zuführöffnungen 820a auszutragen und auch, um die Blasenerzeugungsflüssigkeit auszutragen, die in der Ausstoßflüssigkeit vermischt ist (40D).
  • Ausführungsform 3
  • 41A bis 41C zeigen Diagramme zur Erläuterung der dritten erfindungsgemäßen Ausführungsform. 41A zeigt ein Diagramm zur Darstellung eines Flüssigkeitsausstoßkopfs, in welchem eine Blase nahe der Ausstoßöffnung in dem zweiten Flüssigkeitsströmungskanal gehalten wird. 41B zeigt ein Diagramm zur Darstellung eines Flüssigkeitsausstoßkopfs, von welchem der Abschnitt, der eine Blase hält, entfernt ist. 41C zeigt ein Diagramm zur Darstellung eines Flüssigkeitsausstoßkopfs, in welchem sich eine Wand bis und unter ein bewegliches Element erstreckt.
  • Wie in 41A gezeigt, wird in dem Flüssigkeitsausstoßkopf, in dem eine Blase in einem Blasenerzeugungsbereich 911 durch die Wärme erzeugt ist, die durch ein Wärmeerzeugungselement 902 bereitgestellt ist, und ein bewegliches Element 931 zu einem ersten Flüssigkeitsströmungskanal 914 verlagert wird, durch den Druck, der ausgeübt wird, um die Flüssigkeit in dem ersten Flüssigkeitsströmungskanal 914 durch eine Ausstoßöffnung 918 auszustoßen, die Blase, die in dem Blasenerzeugungsbereich 911 erzeugt ist, in einer Position näher zu der Ausstoßöffnung 918 (Abschnitt A in 41A) gehalten wird als das bewegliche Element 931 in dem zweiten Flüssigkeitsströmungskanal 916. Die Wiederherstellung des Zuführkanals ist schwierig.
  • Wie in 41B gezeigt ist, erstreckt sich dann eine Wand 936, bevor sich der Blasenerzeugungsbereich 911 zu der Position des freien Endes des beweglichen Elements 936 erstreckt und der Abschnitt A, wie in 41A gezeigt, entfernt ist. Daher liegt kein Bereich vor, in welchem eine Blase, die in dem Blasenerzeugungsbereich 911, gehalten werden kann.
  • Wenn außerdem, wie in 41C gezeigt, die Wand 936 vor dem Blasenerzeugungsbereich 911 sich bis und unter das bewegliche Element 931 erstreckt, kann die Wand 936 als ein Element dienen, das die nach unten gerichtete Bewegung des beweglichen Elements 931 beschränkt. Daher besteht eine größere Sicherheit, daß der erste Flüssigkeitsströmungskanal 914 und der zweite Flüssigkeitsströmungskanal 916 getrennt sind, und daß demgemäß die Ausstoßflüssigkeit und die Blasenerzeugungsflüssigkeit gesondert gehalten werden.
  • Da die vorliegende Erfindung wie vorstehend beschrieben ausgebildet ist, können die folgenden Wirkungen erzielt werden.
    • (1) Eine auszustoßende Flüssigkeit wird aus der ersten Flüssigkeitskammer über den ersten Zuführkanal und die ersten Strömungskanäle in eine Ausstoßöffnung eingeleitet, und eine Flüssigkeit zur Blasenerzeugung wird aus der zweiten Flüssigkeitskammer über den zweiten Zuführkanal und den zweiten Flüssigkeitsströmungskanal in einen Blasenerzeugungsbereich eingeleitet, der auf einem Wärmeerzeugungselement ausgebildet ist. Da die auszustoßende Flüssigkeit und die Flüssigkeit zur Blasenerzeugung getrennt sind, wird die auszustoßende Flüssigkeit nicht mit dem Wärmeerzeugungselement in Kontakt gebracht. Wenn eine Flüssigkeit, die durch Wärme auf leichte Weise geschädigt wird, auszustoßen ist, wird daher kein Niederschlag infolge Verbrennung auf dem Wärmeerzeugungselement abgeschieden. Somit ist eine größere Anzahl von Arten der Ausstoßflüssigkeit verwendbar, und eine Flüssigkeit, die durch Wärme auf leichte Weise geschädigt wird, kann ebenfalls verwendet werden.
    • (2) Selbst bei einem sich längs erstreckenden Kopf kann die rasche Wiederauffüllung gleichmäßig und stabil ausgeführt werden.
    • (3) Für die einstückige Ausbildung des ersten und des zweiten Zuführkanals mit einer Rohrform kann ein herkömmliches Herstellungsverfahren verwendet werden, selbst wenn ein Flüssigkeitsausstoßkopf eine sich längs erstreckende Ausführung ist und eine Vielzahl von Vorrichtungssubstraten angeordnet ist.

Claims (28)

  1. Flüssigkeitsausstoßkopf, der aufweist: – eine Vielzahl von ersten Flüssigkeitsströmungskanälen (714), die jeweils mit einer jeweiligen Ausstoßöffnung (718) zum Ausstoß von Flüssigkeit in Verbindung sind, – mindestens einen zweiten Flüssigkeitsströmungskanal (716), der mit einer Vielzahl von Blasenerzeugungsbereichen (711) verbunden ist, in welchen im Anwendungsfall durch Erhitzen der Flüssigkeit in der Flüssigkeit Blasen erzeugt werden, und – eine Vielzahl von beweglichen Elementen (731), die jeweils zwischen einem jeweiligen der ersten Flüssigkeitsströmungskanäle (714) und einem entsprechenden einen der Blasenerzeugungsbereiche (711) angeordnet sind, wobei jedes der beweglichen Elemente (731) betreibbar ist, sich als Reaktion auf Druck, der durch Blasenerzeugung in dem entsprechenden Blasenerzeugungsbereich (711) ausgeübt ist, zu dem jeweiligen ersten Flüssigkeitsströmungskanal (714) zu bewegen, um den Druck zu der jeweiligen Ausstoßöffnung (718) zu richten, wobei die Vielzahl von ersten Flüssigkeitsströmungskanälen (714) mit einer gemeinsamen Flüssigkeitskammer (715) in Verbindung ist und der Tintenausstoßkopf ferner einen ersten Zuführkanal (720) zum Zuführen von Flüssigkeit durch eine Vielzahl von ersten Zuführöffnungen (720a) zu der Flüssigkeitskammer (715) aufweist.
  2. Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß Anspruch 1, wobei das bewegliche Element (731) ein freies Ende auf der Seite der Ausstoßöffnung (718) aufweist, wobei das freie Ende betreib bar ist, sich als Reaktion auf den Druck, der durch Blasenerzeugung in dem Blasenerzeugungsbereich (711) ausgeübt wird, zu dem ersten Flüssigkeitsströmungskanal (714) zu bewegen, um den Druck zu der Ausstoßöffnung (718) zu richten.
  3. Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der Flüssigkeitsausstoßkopf eine Vielzahl der zweiten Flüssigkeitsströmungskanäle (716) aufweist, wobei die Vielzahl von zweiten Flüssigkeitsströmungskanälen (716) mit einer gemeinsamen zweiten Flüssigkeitskammer (717) in Verbindung ist, und wobei der Tintenausstoßkopf ferner einen zweiten Zuführkanal (721) zum Zuführen der Flüssigkeit zu der zweiten Flüssigkeitskammer (717) aufweist.
  4. Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Wärmeerzeugungselement (702) zum Erzeugen von Wärme jedem Blasenerzeugungsbereich (711) des mindestens einen zweiten Flüssigkeitsströmungskanals (716) zugeordnet ist.
  5. Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß Anspruch 4, wobei das Wärmeerzeugungselement (702) in einem Vorrichtungssubstrat (701) angeordnet ist.
  6. Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß Anspruch 5, wobei ein Tragelement (770) zum Tragen des Vorrichtungssubstrats (701) angeordnet ist.
  7. Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß Anspruch 6, wobei ein Wärmeausdehnungskoeffizient eines Elements zum Ausbilden des ersten Zuführkanals (720) nahezu gleich einem Wärmeausdehnungskoeffizienten des Tragelements (770) ist.
  8. Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß Anspruch 6 oder 7, wobei das Tragelement (770) aus Aluminium besteht.
  9. Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei eine Vielzahl der Vorrichtungssubstrate auf dem Tragelement (770) angeordnet ist und sich eine gesonderte Wand (730), welche die beweglichen Elemente (731) aufweist, über die Vielzahl von Vorrichtungssubstraten erstreckt.
  10. Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei eine Vielzahl der Vorrichtungssubstrate auf dem Tragelement (770) angeordnet ist und eine Vielzahl von Wänden (730) mit jeder der Vielzahl von Wänden angeordnet ist, die mindestens eines der beweglichen Elemente (731) aufweisen.
  11. Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß Anspruch 3, wobei der erste Zuführkanal (720) und der zweite Zuführkanal (721) in einem einstückigen Element getrennt ausgebildet sind.
  12. Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Element zum Ausbilden des ersten Zuführkanals (720) aus rostfreiem Stahl hergestellt ist.
  13. Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Flüssigkeitskammer (715) zwei Enden aufweist und die Vielzahl der ersten Zuführöffnungen (720a) mit der ersten Flüssigkeitskammer nahe beiden Enden der ersten Flüssigkeitskammer (715) in Verbindung ist.
  14. Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß Anspruch 1, wobei der Flüssigkeitsausstoßkopf eine Vielzahl von Vorrichtungssubstraten aufweist, die jeweils eine Vielzahl von ersten Flüssigkeitsströmungskanälen (714) aufweisen, wobei der erste Zuführkanal (720) eine Rohrform aufweist und über der Vielzahl der Vorrichtungssubstrate angeordnet ist, und wobei der erste Zuführkanal (720) betreibbar ist, auszustoßende Flüssigkeit den ersten Flüssigkeitsströmungskanälen (714) jedem der Vorrichtungssubstrate zuzuführen.
  15. Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß Anspruch 14, wobei der Flüssigkeitsausstoßkopf eine Vielzahl der zweiten Flüssig keitsströmungskanäle (716) aufweist, welche mit einer gemeinsamen zweiten Flüssigkeitskammer in Verbindung sind, und einen zweiten Zuführkanal (721) zum Zuführen von Flüssigkeit zu der zweiten Flüssigkeitskammer, wobei jedes Vorrichtungssubstrat eine Vielzahl von zweiten Flüssigkeitsströmungskanälen (716) aufweist, wobei der zweite Zuführkanal (721) eine Rohrform aufweist und über der Vielzahl von Vorrichtungssubstraten angeordnet ist, und wobei der zweite Zuführkanal (721) betreibbar ist, auszustoßende Flüssigkeit den zweiten Flüssigkeitsströmungskanälen (716) von jedem der Vorrichtungssubstrate zuzuführen.
  16. Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß Anspruch 2, wobei der Flüssigkeitsausstoßkopf eine Vielzahl der zweiten Flüssigkeitsströmungskanäle (716) aufweist, welche mit einer gemeinsamen zweiten Flüssigkeitskammer in Verbindung sind, und einen zweiten Zuführkanal (721) zum Zuführen von Flüssigkeit zu der zweiten Flüssigkeitskammer, wobei der zweite Flüssigkeitsströmungskanal (716) in der Position des freien Endes des beweglichen Elements (730) endet, entgegengesetzt zu der Seite, auf welcher der zweite Strömungskanal mit dem zweiten Zuführkanal (721) in Verbindung ist.
  17. Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß Anspruch 3, wobei der zweite Flüssigkeitsströmungskanal (716) in der Position eines unteren Abschnitts des beweglichen Elements (730) endet, entgegengesetzt zu der Seite, auf welcher der zweite Flüssigkeitsströmungskanal (716) mit dem zweiten Zuführkanal (721) in Verbindung ist.
  18. Verfahren zur Wiederherstellung des Flüssigkeitsausstoßkopfs gemäß Anspruch 15, das die Schritte aufweist: – Zuführen einer Flüssigkeit zu dem zweiten Zuführkanal (721), während beide Enden des ersten Zuführkanals (720) verschlossen sind, – Anlegen von Druck an den zweiten Zuführkanal (721) von dessen beiden Enden, während beide Enden des ersten Zuführkanals (720) verschlossen sind, – Zuführen einer Flüssigkeit zu dem ersten Zuführkanal (720), während beide Enden des zweiten Zuführkanals (721) verschlossen sind, und – Anlegen von Druck an den ersten Zuführkanal (720) von dessen beiden Enden, während beide der Enden des zweiten Zuführkanals (721) verschlossen sind, wodurch die Wiederherstellungsoperationen für den ersten Zuführkanal und den zweiten Zuführkanal ausgeführt werden.
  19. Flüssigkeitsausstoßvorrichtung, die aufweist: – einen Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß einem der Ansprüche 1 bis 17 und – eine Ansteuersignal-Zuführvorrichtung zum Zuführen eines Ansteuersignals zum Ausstoßen einer Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsausstoßkopf.
  20. Flüssigkeitsausstoßvorrichtung, die aufweist: – einen Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß einem der Ansprüche 1 bis 17 und – eine Aufzeichnungsmedium-Transportvorrichtung zum Transportieren eines Aufzeichnungsmediums, auf welches eine Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsausstoßkopf ausgestoßen wird.
  21. Flüssigkeitsausstoßvorrichtung gemäß Anspruch 19 oder 20, wobei im Anwendungsfall die Aufzeichnung durch Ausstoßen von Tinte aus dem Flüssigkeitsausstoßkopf und das Auftragen der Tinte auf einem Aufzeichnungsblatt ausgeführt wird.
  22. Flüssigkeitsausstoßvorrichtung gemäß Anspruch 19 oder 20, wobei im Anwendungsfall die Aufzeichnung durch Ausstoßen von Tinte aus dem Flüssigkeitsausstoßkopf und das Auftragen der Tinte auf einem Gewebe ausgeführt wird.
  23. Flüssigkeitsausstoßvorrichtung gemäß Anspruch 19 oder 20, wobei im Anwendungsfall die Aufzeichnung durch Ausstoßen von Tinte aus dem Flüssigkeitsausstoßkopf und das Auftragen der Tinte auf einem Kunststoffmaterial ausgeführt wird.
  24. Flüssigkeitsausstoßvorrichtung gemäß Anspruch 19 oder 20, wobei im Anwendungsfall die Aufzeichnung durch Ausstoßen von Tinte aus dem Flüssigkeitsausstoßkopf und das Auftragen der Tinte auf Metall ausgeführt wird.
  25. Flüssigkeitsausstoßvorrichtung gemäß Anspruch 19 oder 20, wobei im Anwendungsfall die Aufzeichnung durch Ausstoßen von Tinte aus dem Flüssigkeitsausstoßkopf und das Auftragen der Tinte auf Holz ausgeführt wird.
  26. Flüssigkeitsausstoßvorrichtung gemäß Anspruch 19 oder 20, wobei im Anwendungsfall die Aufzeichnung durch Ausstoßen von Tinte aus dem Flüssigkeitsausstoßkopf und das Auftragen der Tinte auf einem Ledermaterial ausgeführt wird.
  27. Flüssigkeitsausstoßvorrichtung gemäß Anspruch 19 oder 20, wobei im Anwendungsfall die Farbaufzeichnung durch Ausstoßen einer Vielzahl von Farbflüssigkeiten aus dem Flüssigkeitsausstoßkopf und durch Auftragen der Vielzahl von Farbflüssigkeiten auf einem Aufzeichnungsblatt ausgeführt wird.
  28. Flüssigkeitsausstoßvorrichtung gemäß Anspruch 19 oder 20, wobei eine Vielzahl von Ausstoßöffnungen angeordnet ist, einen gesamten verfügbaren Aufzeichnungsbereich auf einem Aufzeichnungsmedium abzudecken.
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