DE69822104T2

DE69822104T2 - Flüssigkeitsausstossverfahren

Info

Publication number: DE69822104T2
Application number: DE69822104T
Authority: DE
Inventors: Masayoshi Ohta-ku Tachihara; Mineo Ohta-ku Kaneko
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1997-12-26
Filing date: 1998-12-23
Publication date: 2004-11-25
Anticipated expiration: 2018-12-24
Also published as: JP3957851B2; US6612688B2; CN1421317A; CN1223200A; KR19990063501A; KR100385267B1; CN1296208C; CA2256928C; US20020047877A1; CA2256928A1; JPH11188870A; EP0925930A1; EP0925930B1; ES2212822T3; US6354698B1; AU9822198A; CN1089063C; DE69822104D1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG UND BEMERKUNGEN ZUM STAND DER TECHNIK
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren für das Ausstoßen von Flüssigkeitströpfchen auf verschiedene Trägermittel, solche wie eine Seite Papier, um darauf Bilder aufzuzeichnen. Speziell betrifft es ein Verfahren für das Ausstoßen extrem feiner Flüssigkeitströpfchen.
Es gibt verschiedene Aufzeichnungsverfahren die in verschiedenen Druckern oder ähnlichen Vorrichtungen zur praktischen Anwendung gebracht worden sind. Diejenigen Aufzeichnungsverfahren darunter, welche die in den Patentschriften der US-Patente Nr. 4.723.129 und Nr. 4.740.796 offengelegten Tintenstrahlsysteme verwenden, sind sehr effektiv. Entsprechend dieser Patente ist thermische Energie zur Erzeugung des sogenannten Filmsiedens in Anwendung, und die durch das Filmsieden erzeugten Bläschen werden für den Flüssigkeitsausstoß in Tröpfchenform genutzt.
Unter den Tintenstrahl-Aufzeichnungsverfahren ist das in der Patentschrift des U.S.-Patents Nr. 4.410.899 offengelegte als ein solches Tintenstrahlsystem basiertes Aufzeichnungssystem bekannt, das den Flüssigkeitskanal während der Bläschenbildung nicht blockiert.
Die in den vorgenannten Dokumenten offengelegten Erfindungen sind in verschiedenen Aufzeichnungsvorrichtungen anwendbar. Es gibt jedoch keine Aufzeichnung darüber, daß ein Aufzeichnungsverfahren bis zur praktischen Anwendung weiterentwic kelt worden ist, das es einem in einem Tintenkanal für das Ausstoßen von Flüssigkeit gebildetem Bläschen ermöglicht mit der atmosphärischen Luft verbunden zu werden (hierin nachfolgend „Bläschen-atmosphärische-Luft-Verbindungsverfahren" oder einfach „Bläschen-Luft-Verbindungsverfahren").
Die konventionellen „Bläschen-Luft-Integrations-verfahren" beruhen auf der Bläschenentladung, sie sind jedoch nicht stabil im Hinblick auf den Flüssigkeitsausstoß. Sie können deshalb praktisch nicht angewendet werden. Es gibt jedoch ein viel versprechendes Verfahren, das in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 161935/1979 beschrieben ist. Das Flüssigkeitsausstoßsystem dieses Verfahrens ist nicht klar. Gemäß dem Verfahren ist ein zylindrisches Heizgerät in einer zylindrischen Düse angeordnet, und die Flüssigkeit in der Düse durch das in der Düse gebildete Bläschen in zwei Teile getrennt. Das Verfahren hat jedoch das Problem, daß zeitgleich zu dem primären Flüssigkeitströpfchen eine große Anzahl ultramikroskopisch kleiner Flüssigkeitströpfchen gebildet werden.
Das US-Patent Nr. 4.638.337 beschreibt in seinem Stand der Technik auch den Aufbau des Bläschen-Luft-Integrationsverfahrens. Das Patent beschreibt diesen Aufbau, in dem ein Bläschen mit der atmosphärischen Luft in Verbindung tritt, das durch thermische Energie, die über ein Wärmeerzeugungselement gegeben ist, in einer Flüssigkeit erzeugt ist, als nicht wünschenswertes Beispiel für den Aufbau eines Flüssigkeitsausstoßkopfes bei dem der Tintenausstoß ausbleibt, oder Tinte in einer Richtung ausgestoßen wird, die von der vorhergegebenen Richtung abweicht.
Dieses Phänomen tritt unter spezifischen abnormalen Bedingungen auf. Zum Beispiel, wenn ein Bläschen, das durch das Wirken des Wärmeerzeugungselements erzeugt worden ist, zu einem Zeitpunkt Flüssigkeit ausstößt, wenn der Meniskus, der wünschenswerter Weise im Moment des Tintenausstoßes an der Ausstoßöffnung des Tintenkanals (Düse) anliegt, sich gerade zum Wärmeerzeugungselement hin zurückgezogen hat, erfolgt das Ausstoßen von Flüssigkeit oder Tinte in nicht wünschenswerter Weise.
Das ist einleuchtend, weil dieses Phänomen in dem US-Patent Nr. 4.638.337 ganz klar als nicht wünschenswertes Beispiel beschrieben ist.
Andererseits sind Beispiele der praktischen Anwendung des Bläschen-Luft Verbindungsverfahrens in den japanischen Offenlegungsschriften der Nummern 10940/1992, 10941/1992, 10942/1992, 10942/1992 und 12895/1992 beschrieben. Diese in offiziellen japanischen Druckschriften beschriebenen Erfindungen sind das Ergebnis der Verfolgung von Fällen der vorgenannten Erzeugung von Flüssigkeitsflecken oder Tintenflecken durch Bläschenentladung und der unzuverlässigen Bläschenbildung. Sie sind Aufzeichnungsverfahren die aufweisen, einen Vorgang in dem der Flüssigkeit in dem Flüssigkeitskanal thermische Energie in einer Menge zugeführt wird die groß genug ist, um die Flüssigkeitstemperatur plötzlich bis zu einem Punkt zu erhöhen an dem das sogenannte Filmsieden der Flüssigkeit eintritt und ein Bläschen in der Flüssigkeit im Flüssigkeitskanal erzeugt ist, und einen Vorgang in dem das in dem Aufzeichnungsverfahren erzeugte Bläschen mit der atmosphärischen Luft in Verbindung tritt.
Gemäß diesen Aufzeichnungsverfahren, die ein Bläschen veranlassen, angrenzend an die Ausstoßöffnung des Flüssigkeitskanals mit der atmosphärischen Luft in Verbindung zu treten, kann Flüssigkeit wünschenswerter Weise auf ein Aufzeich nungssignal hin ausgestoßen werden, ohne Verspritzen der Flüssigkeit oder der Bildung von Flüssigkeitsnebel, der bei konventionellen Druckern oder dergleichen dazu neigt, im engeren Umfeld der Ausstoßöffnung aufzutreten.
Unter dem Gesichtspunkt der Gleichmäßigkeit mit der ein Bläschen wächst und mit der atmosphärischen Luft in Verbindung tritt, mit anderen Worten, unter dem Gesichtspunkt der Genauigkeit des Flüssigkeitsausstoßes ist es wünschenswert, das vorgenannte Bläschen-Luft-Verbindungs-Flüssigkeitsausstoßverfahren mit einem sogenannten Seitenschußtyp-Flüssigkeitsausstoßkopf zu verwenden, bei dem die Ausstoßöffnungen so angeordnet sind, daß sie den entsprechenden elektrothermischen Wandlern direkt gegenüber liegen.
Dabei ist jedoch das Folgende klar geworden. Das heißt, wenn ein von dem vorgenannten Seitenschußtyp-Flüssigkeitsausstoßkopf ausgestoßenes Flüssigkeitströpfchen im Volumen reduziert ist, um ein Bild hoher Qualität zu erzeugen, beeinflußt die Art und Weise auf die das Bläschen mit der atmosphärischen Luft in Verbindung tritt die Richtung, in der das Flüssigkeitströpfchen ausgestoßen ist. Wenn also das Volumen eines Flüssigkeitstöpfchens bis auf nicht mehr als 20 × 10^–15 m³ reduziert ist, beeinflussen das hintere Teil (Teil welches das primäre Tröpfchen mit dem Flüssigkeitskanal verbindet) und die begleitenden Flüssigkeitströpfchen die durch das hintere Teil erzeugt werden, die Bildqualität. Außerdem gilt, je kleiner das Volumen der Flüssigkeitströpfchen, desto höher ist die Wahrscheinlichkeit, mit der ultramikroskopisch kleiner Flüssigkeitsnebel in der Luft schwebt und desto schlechter wird die Bildqualität durch das Anhaften infolge des Anhaftens des Flüssigkeitsnebels auf der Oberfläche des Aufzeichnungsmaterials.
Die Patenschrift EP-A-0641651 beschreibt ein Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungsverfahren und -Vorrichtung, bei dem zum Ausstoßen der Flüssigkeit unter Nutzung thermischer Energie die Erzeugung eines Bläschens bewirkt ist, das mit der umgebenden Atmosphäre in Verbindung steht.
Das Dokument JP-A-05116299 beschreibt ein Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungsverfahren, bei dem das Ausstoßen der Flüssigkeit dadurch erfolgt, daß Wärmeenergie für die Erzeugung eines Bläschens genutzt wird, das mit der umgebenden Atmosphäre in Verbindung steht.
Die Patentschrift EP-A-0654353 beschreibt ein Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungsverfahren, bei dem ein normaler Weise festes Aufzeichnungsmaterial durch Wärme geschmolzen ist, und in das thermische Energie zur Erzeugung eines Bläschens eingeleitet ist, um unter der Wirkung des Bläschens das Ausstoßen eines Tröpfchens Aufzeichnungsmaterial von einem Austoßauslaß zu veranlassen, während das Bläschen mit der umgebenden Atmosphäre in Verbindung steht.
Die DE-A-195 05 405 beschreibt einen Thermodrucker, bei dem ein Bläschen, das für das Ausstoßen von Tinte genutzt wird, mit der umgebenden Atmosphäre in Verbindung steht.
Unter diesem Gesichtspunkt wird durch die vorliegende Erfindung ein Flüssigkeitsausstoßverfahren bereitgestellt, welches aufweist: Einen Schritt zur Bereitstellung eines Flüssigkeits-ausstoßkopfes mit einem Flüssigkeitsströmungskanal und darin angeordnetem elektrothermischen Umwandlungselement zur Erzeugung der für das Ausstoßen von Flüssigkeit erforderlichen Wärmeenergie und einer Ausstoßöffnung zum Ausstoßen von Flüssigkeit, welche dem elektrothermischen Umwandlungselement direkt gegenüber liegt, wobei der Flüssigkeits strömungskanal mit der Ausstoßöffnung in Strömungsverbindung steht und diese mit Flüssigkeit versorgt, und einen Schritt zum Ausstoßen von Flüssigkeit durch Erzeugung eines Bläschens in der im Flüssigkeitsströmungskanal vorhandenen Flüssigkeit, welches mit der in den Flüssigkeitsströmungskanal gelangten Atmosphäre in Verbindung steht, wobei ein Teil der Flüssigkeit in ein Flüssigkeitströpfchen und in eine nach Herstellung der Verbindung zwischen dem Bläschen und der umgebenden Atmosphäre am elektrothermischen Umwandlungselement verbleibenden Flüssigkeitsmenge getrennt wird.
Unter einem anderen Gesichtspunkt wird durch die vorliegende Erfindung eine Flüssigkeitsausstoßvorrichtung bereitgestellt, welche aufweist: Einen Flüssigkeitsausstoßkopf mit einem Flüssigkeitsströmungskanal und darin angeordnetem elektrothermischen Umwandlungselement zur Erzeugung der für das Ausstoßen von Flüssigkeit erforderlichen Wärmeenergie und einer Ausstoßöffnung zum Ausstoßen von Flüssigkeit, welche dem elektro-thermischen Umwandlungselement direkt gegenüber liegt, wobei der Flüssigkeitsströmungskanal mit der Ausstoßöffnung in Strömungsverbindung steht und diese mit Flüssigkeit versorgt, und eine Schaltung zum Speisen des elektrothermischen Umwandlungselements zwecks Erzeugung eines Bläschens in der um das elektrothermische Umwandlungselement im Flüssigkeitsströmungskanal vorhandenen Flüssigkeit, um diese vom elektrothermischen Umwandlungselement wegzudrücken, wobei die Schaltung ein Verbinden des Bläschens mit der umgebenden Atmosphäre und Einleiten dieser in den Flüssigkeitsströmungskanal, das anschließende Zurückströmen der Flüssigkeit zum elektrothermischen Umwandlungselement und nach Herstellung der Verbindung zwischen dem Bläschen und der umgebenden Atmosphäre das Trennen eines Teils der Flüssigkeit in ein Flüssigkeitströpfchen auslöst.
In einer Ausführungsform weist der Schritt des Flüssigkeitsausstoßes auf: Erzeugung eines Bläschens in der um das elektrothermische Umwandlungselement im Flüssigkeitsströmungskanal vorhandenen Flüssigkeit zum Wegdrücken der Flüssigkeit vom elektrothermischen Umwandlungselement, und Verbinden des Bläschens mit der umgebenden Atmosphäre zum Einleiten dieser in den Flüssigkeitsströmungskanal, damit nach Herstellung dieser Verbindung ein erster Teil der Flüssigkeit zum elektrothermischen Umwandlungselement zurückkehrt und ein zweiter Teil der Flüssigkeit abgetrennt wird und ein Flüssigkeitströpfchen bildet.
In einer Ausführungsform wird aus der das elektrothermische Umwandlungselement bedeckenden Flüssigkeit das Flüssigkeitströpfchen abgetrennt.
In einer Ausführungsform wird das Bläschen mit der umgebenden Atmosphäre in Verbindung gebracht, wenn dessen Volumen abnimmt.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft ein Flüssigkeitsausstoßverfahren das einen Flüssigkeitsausstoßkopf verwendet, mit dem extrem kleine Flüssigkeitströpfchen ausgestoßen werden können und welches den Bläschen ermöglicht, mit der atmosphärischen Luft in Verbindung zu treten, wodurch sichergestellt ist, daß Flüssigkeitströpfchen ausgestoßen werden, ohne von der vorgegebenen Ausstoßrichtung abzuweichen und eine hohe Qualität der Aufzeichnung zu erreichen.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft ein Flüssigkeitsausstoßverfahren, das die Erzeugung von Flüssigkeitsnebel unterbindet, auch wenn die Flüssigkeitströpfchen extrem im Volumen reduziert sind, um die Bildqualität zu erhöhen.
Die vorliegende Erfindung erfolgte unter Beachtung des Faktors, daß die Erzeugung eines Bläschens durch Wärme ein extrem stabiler Prozeß ist, bei dem aber, wenn das Volumen des Flüssigkeitströpfchens zum Erreichen einer hohen Qualität weit genug reduziert ist, selbst eine äußerst geringe Abweichung, die an einem Bläschen eintritt, nicht unberücksichtigt bleiben kann und auch eine nur geringfügige Befeuchtung, die durch Tintentröpfchen angrenzend an die Ausstoßöffnung entsteht, in Bezug auf die Richtung in der die Flüssigkeitströpfchen ausgestoßen sind, nicht ignoriert werden kann. Bevor die Erfinder der vorliegenden Erfindung die Forschung und Entwicklung durchführten, wurde die Aufmerksamkeit nur auf den Abschnitt gerichtet in dem ein Bläschen mit der atmosphärischen Luft in Verbindung tritt, während bei der vorliegenden Erfindung sich die Aufmerksamkeit sowohl auf einen Abschnitt richtet, der nach der Verbindung des Bläschens mit der atmosphärischen Luft liegt, als auch auf den Verbindungsprozeß selbst.
In einer Ausführungsform ist es einem Bläschen nur dann möglich mit der atmosphärischen Luft in Verbindung zu treten, wenn dessen Volumen beginnt, sich zu verringern. Dadurch kann in dem Prozeßabschnitt, in dem ein primäres Flüssigkeitströpfchen gebildet ist, der Teil der Flüssigkeit der unmittelbar an den Bläschenteil angrenzt und sich vom primären Tröpfchenteil der Flüssigkeit nach unten ausdehnt (in Richtung auf den elektrothermischen Umwandler), vom primären Teil des Tröpfchens abgetrennt werden, der sonst im Fall eines Ausstoßes die Satelliten-Flüssigkeitströpfchen erzeugen würde, die die Ursache für das Verspritzen sind, das während des Flüssigkeitsausstoßes eintritt. Dadurch ist die Menge des Nebels wesentlich verringert, wobei andererseits der durch den Nebel verursachte Grad der Verunreinigung der Aufzeichnungsoberfläche des Aufzeichnungsmaterials beträchtlich reduziert ist. Desweiteren ist der Teil der Flüssigkeit, der, falls ausgestoßen, die Satellitentintentröpfchen erzeugen würde auf den elektrothermischen Umwandler abgesunken oder haftet daran. Nach dem Absinken auf – oder dem Anhaften an den/dem elektrothermischen Umwandler besitzt dieser Teil der Flüssigkeit eine Bindekraft, die parallel zur Oberfläche des elektrothermischen Umwandlers verläuft und demzufolge dieser Quasi-Tröpfchenteil leicht vom primären Tröpfchenteil der Flüssigkeit abgetrennt werden kann. Wie vorher beschrieben, ist dadurch die Menge des Nebels wesentlich verringert, wobei andererseits der durch den Nebel verursachte Grad der Verunreinigung der Aufzeichnungsoberfläche des Aufzeichnungsmaterials beträchtlich reduziert ist. Entsprechend dem vorher beschriebenen Aufbau stimmt der Punkt, an dem der primäre Teil des Tröpfchens der Flüssigkeit vom Rest der Flüssigkeit abgetrennt ist, mit der zentralen Achse der Ausstoßöffnung überein, dadurch ist die Ausstoßrichtung des Tröpfchens stabilisiert, anders gesagt, die Flüssigkeit ist immer in einer Richtung im wesentlichen senkrecht zur Oberfläche des elektrothermischen Umwandlers ausgestoßen, das ist die Flüssigkeitsausstoßoberfläche des Kopfes. Ein Resultat ist die Möglichkeit der Aufzeichnung eines Bildes hoher Qualität, das bedeutet ein Bild, das nicht von den Problemen beeinträchtigt ist, die auf die Abweichungen von der Flüssigkeitsausstoßrichtung zurückgeführt werden können.
Ob eine Bläschen während seines Wachstums oder seiner Schrumpfung mit der umgebenden Luft in Verbindung tritt, hängt von den geometrischen Formen des Flüssigkeitskanals und der Ausstoßöffnung, der Größe des elektrothermischen Um wandlers und auch von den Eigenschaften der Aufzeichnungsflüssigkeit ab.
In mehr besonderer Weise gilt, wenn der Strömungswiderstand eines Strömungskanals (zwischen dem elektrothermischen Umwandler und dem Flüssigkeitszuführkanal) gering ist, ist es leichter für ein Bläschen in Richtung auf den Flüssigkeitszuführkanal zu wachsen, was die Bläschenwachstumsgeschwindigkeit in Richtung der Ausstoßöffnung reduziert. Infolge dessen ist es wahrscheinlicher, daß die Verbindung zwischen dem Bläschen und der atmosphärischen Luft während der Schrumpfung des Bläschens eintritt. Wenn eine Platte (hierin nachfolgend „Düsenplatte") in die Ausstoßöffnungen eingeformt sind, an Dicke zunimmt, steigt der Viskositätswiderstand der Aufzeichnungsflüssigkeit beim Bläschenwachstum und deshalb ist es wahrscheinlicher, daß die Verbindung zwischen dem Bläschen und der atmosphärischen Luft während der Schrumpfung des Bläschens eintritt. Desweiteren gilt, je dicker die Düsenplatte, um so stabiler der Flüssigkeitsausstoßkopf im Hinblick auf die Flüssigkeitsausstoßrichtung und desto geringer die Ablenkung von der Flüssigkeits-Ausstoßrichtung. Auch das macht eine dickere Düsenplatte wünschenswerter. Wenn ein elektrothermischer Umwandler übermäßig groß ist, ist es wahrscheinlicher, daß die Verbindung zwischen dem Bläschen und der atmosphärischen Luft während des Wachstums des Bläschens eintritt. Deshalb muß die Aufmerksamkeit auf die Größe des elektrothermischen Umwandlers gerichtet werden. Desweiteren gilt, wenn die Viskosität der Aufzeichnungs-flüssigkeit übermäßig groß ist, ist es wahrscheinlicher, daß die Verbindung zwischen dem Bläschen und der atmosphärischen Luft während der Schrumpfung des Bläschens eintritt.
Weiterhin verändert sich die Art und Weise, mit der ein Bläschen mit der atmosphärischen Luft in Verbindung tritt, in Abhängigkeit vom Querschnitt der Ausstoßöffnung in einer Düsenplatte senkrecht zur Achse der Öffnung. Wenn im speziellen Fall angenommen wird, daß der Ausstoßöffnungsdurchmesser gleich bleibt, dann gilt, je größer der Winkel des Konus der Ausstoßöffnungswand im Querschnitt (je kleiner der Öffnungsdurchmesser relativ zum Durchmesser der Bodenöffnung der Ausstoßplatte), um so wahrscheinlicher ist es, daß die Verbindung zwischen dem Bläschen und der atmosphärischen Luft während der Schrumpfung des Bläschens eintritt.
Diese und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden in Bezug mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen in Verbindung mit den anliegenden Zeichnungen verständlicher werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Darstellung, die den allgemeinen Aufbau eines Flüssigkeitsausstoßkopfes zeigt, mit dem das Tintenstrahlverfahren in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung, anwendbar ist. 1(a) ist eine äußere Perspektivansicht des Kopfes, und (b) ist ein Schnitt des Kopfes entlang der Linie A-A in 1(a).
2 ist eine Zeichnung die einen wichtigen Teil des Flüssigkeitsausstoßkopfes darstellt, wie in den Bildern 1(a) und (b) gezeigt. 2(a) ist ein vertikaler Schnitt des Flüssigkeitskanals parallel zu der Richtung in der der Flüssigkeitskanal verläuft; und 2(b) ist die Ansicht des Flüssigkeitskanals von der Ausstoßöffnungsseite her gesehen.
3 ist eine Schnittzeichnung, die den Flüssigkeitsausstoß in seinen Ablaufphasen in Übereinstimmung mit dem in der vorliegenden Erfindung darstellt, und in welcher (a)–(h) wichtige Phasen des Flüssigkeitsausstoßes veranschaulichen.
4 ist eine Schnittzeichnung, die den Flüssigkeitsausstoß in seiner Aufeinanderfolge bei einem konventionellen Flüssigkeitsausstoßverfahren darstellt, und in welcher (a)–(h) wichtige Phasen des Flüssigkeitsausstoßes veranschaulichen.
5 ist eine Schnittzeichnung, die die Herstellungsreihenfolge eines erwünschten Flüssigkeitsausstoßkopfes darstellt, der kompatibel ist zu dem Flüssigkeitsausstoßverfahren der vorliegenden Erfindung, und in welcher (a)–(f) wichtige Herstellungsschritte veranschaulichen.
6 ist eine Perspektivansicht einer Flüssigkeitsausstoßvorrichtung, in die der erwünschte Flüssigkeitsausstoßkopf, der zu dem Flüssigkeitsausstoßverfahren der vorliegenden Erfindung kompatibel ist, eingebaut werden kann.
7 ist eine Draufsicht auf den entscheidenden Abschnitt eines anderen erwünschten Flüssigkeitsausstoßkopfes, der zu dem Flüssigkeitsausstoßverfahren der vorliegenden Erfindung kompatibel ist, wobei (a) und (b) wesentliche Ansichten sind.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN AUSFÜHRUNGSFORM 1
1 ist eine Zeichnung, die den allgemeinen Aufbau eines Flüssigkeitsausstoßkopfes darstellt, mit dem das Tintenstrahlverfahren, das mit dem der vorliegenden Erfindung übereinstimmt, anwendbar ist. 1(a) ist eine äußere Perspektivansicht des Kopfes, und (b) ist ein Schnitt des Kopfes entlang der Linie A-A in (a).
In 1(a) kennzeichnet ein Bezugszeichen 2 ein Stück Si-Substrat auf dem Heizelemente 1 und Ausstoßöffnungen 4 unter Nutzung einer Dünnfilmtechnik aufgebracht worden sind. Das Heizelement 1 besteht aus einem elektrothermischen Umwandler, der später beschrieben wird. Die Öffnung 4 ist so angeordnet, daß sie dem Heizelement 1 direkt gegenüber liegt. Unter Bezugnahme auf 1(a) ist das Elementsubstrat 2 mit einer Vielzahl von Ausstoßöffnungen 4 versehen die in zwei geraden Linien angeordnet sind, wobei die Öffnungen 4 der einen Linie in Linienrichtung von den entsprechenden Öffnungen der anderen Linie versetzt sind. Das Elementsubstrat 2 ist durch Kleben auf einem Abschnitt des Trägerelements 102 in L-Form befestigt. Auf der Oberseite des Trägerelements 102 ist auch ein Verdrahtungssubstrat 104 angeordnet. Die Anschlüsse des Verdrahtungssubstrats 104 und das Elementsubstrat 2 sind durch Drahtbonden elektrisch verbunden. Das Trägerelement 102 ist im Hinblick auf die Kosten, die leichtere Herstellung und aus weiteren Gründen aus Aluminium. Das Bezugszeichen 103 stellt ein Spritzgußelement dar, das mit einem inneren Flüssigkeitszuführkanal 107 und mit einer Flüssigkeitsaufnahmekammer (nicht gezeigt) versehen ist. Die in der Flüssigkeitsaufnahmekammer gespeicherte Flüssigkeit (Tinte oder dergleichen), ist den vorgenannten Ausstoßöffnungen des Elementsubstrats 2 durch den Flüssigkeitszuführkanal 107 zugeführt. Das Spritzgußelement 103 stützt auch das Trägerelement 102, da ein Teil des Trägerelements 102 in das Spritzgußelement eingefügt ist. Das Spritzgußelement wirkt desweiteren als ein Bauteil, durch das der gesamte Flüssigkeitsausstoßkopf bei dieser Ausführungsform an der Flüssigkeitsausstoßvorrichtung exakt positioniert an der richtigen Stelle und wieder abnehmbar angebracht werden kann, was hierin später beschrieben wird.
Das Elementsubstrat 2 ist mit Kanälen 105 versehen, die durch das Elementsubstrat und parallel zu diesem verlaufen und durch welche die durch den Flüssigkeitszuführkanal 107 im Spritzgußelement 103 zugeführte Flüssigkeit zu den Ausstoßöffnungen weitergeleitet ist. Diese Kanäle 105 sind mit jedem der Flüssigkeitskanäle verbunden, die zu ihren eigenen Ausstoßöffnungen führen. Diese arbeiten nicht nur als Flüssigkeitskanäle, sondern sie wirken auch als gemeinsame Flüssigkeitskammer.
2 ist eine Zeichnung, die einen wichtigen Teil des Flüssigkeitsausstoßkopfes der 1(a) und (b) darstellt. 2(a) ist ein vertikaler Schnitt des Flüssigkeitskanals parallel zu der Richtung, in der der Flüssigkeitskanal verläuft; und 2(b) ist die Ansicht des Flüssigkeitskanals von der Ausstoßöffnungsseite her gesehen.
Bezugnehmend auf 2 ist das Elementsubstrat 2 mit einer Vielzahl von rechteckigen Heizelementen 1 oder elektrothermischen Umwandlern versehen, die an vorbestimmten Stellen angeordnet sind. Über den Heizelementen 1 befindet sich eine Düsenplatte 3. Die Düsenplatte 3 ist mit einer Vielzahl rechteckiger Öffnungen oder Ausstoßöffnungen 4 versehen, die den vorgenannten Heizelementen im Verhältnis von 1 : 1 direkt gegenüber liegen. Obwohl die Ausführung der Ausstoßöffnungen 4 in dieser Ausführungsform rechteckig ist, bedeutet das nicht, daß die Ausstoßöffnungen 4 notwendigerweise nur auf die rechteckige Form begrenzt sind, es kann zum Beispiel auch die Kreisform sein.
In dieser Ausführungsform ist weiterhin die Größe der Öffnung an der Außenseite oder die Ausstoßöffnung 4 in der gleichen Größe gestaltet wie die der Öffnung an der Innenseite der Ausstoßöffnung. Die Öffnung an der Außenseite oder die Ausstoßöffnung 4 kann jedoch auch kleiner sein als die Öffnung an der Innenseite der Ausstoßöffnung, d. h. die Ausstoßöffnung kann kegelförmig sein, da die Kegelform der Ausstoßöffnung die Stabilität des Flüssigkeitsausstoßes verbessert.
Bezugnehmend auf 2(a) ist der Spalt zwischen dem Heizelement 1 und der Lochplatte 3 gleich der Höhe Tn des Flüssigkeitskanals 5, die durch die Seitenwand 6 des Flüssigkeitskanals bestimmt ist. Wenn der Flüssigkeitskanal 5 in der durch die Pfeilmarke X in 2(b) angezeigten Richtung ausgeweitet ist, wird die Vielzahl der Ausstoßöffnungen 4 die mit den entsprechenden Flüssigkeitskanälen 5 in Verbindung stehen, in der durch die Pfeilmarke Y angezeigten Richtung senkrecht zur Richtung X ausgerichtet. Die Vielzahl der Flüssigkeitskanäle 5 steht in Verbindung mit den Kanälen 105, wie in 1(b) gezeigt, welche auch als gemeinsame Flüssigkeitskammer wirken. Der Abstand von der oberen Oberfläche des Heizelements 1 zur Ausstoßöffnung 4 ist T_o + Tn, dabei stehen die Begriffe T₀ und Tn für die Dicke der Lochplatte 3, die gleich dem Abstand von der Ausstoßöffnung 4 zum Flüssigkeitskanal 5 ist, und der Seitenwand 6 des Flüssigkeitskanals. In dieser Ausführungsform sind die Werte von T₀ = 12 μm bzw. Tn = 13 μm. Die Steuerspannung hat die Form eines Einzelimpulses mit einer Dauer von 2,9 μsek und einer Spannung von 9,84 V, das ist das 1,2-fache der Ausstoßgrenzspannung. Die Eigenschaften der Tinte oder der Flüssigkeit, die in dieser Ausführungsform verwendet wurden, sind z. B. die folgenden:

Viskosität 2,2 × 10^–2 N/sek

Oberflächenspannung 38 × 10^–3 N/m

Dichte 1,04 g/cm³
Als nächstes folgt an einem Beispiel die Beschreibung eines Flüssigkeitsausstoßverfahrens, welches mit der vor-liegenden Erfindung übereinstimmt und das unter Verwendung eines Flüssigkeitskopfes ausgeführt wird, der den vorgenannten Aufbau aufweist.
3 stellt als Schnittzeichnung die Ablauffolge der Arbeitsweise des Flüssigkeitskopfes dar, der in dieser Ausführungsform zur Ausführung des Flüssigkeitsausstoßverfahrens in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung verwendet ist. Die Richtung der Schnittebene dieser Zeichnung ist gleich der in der Zeichnung von 2(a). 3(a) stellt das Initialstadium des Bläschenwachstums auf dem Heizelement 1 dar, an dem das Bläschen begonnen hat auf dem Heizelement 1 zu wachsen; 3(b) ist eine Phase annähernd 1 μsek nach dem Stadium in 3(a); 3(c) ist eine Phase annähernd 2,5 μsek nach dem Stadium in 3(a); 3(d) ist eine Phase annähernd 3 μsek nach dem Stadium in 3(a); 3(e) ist eine Phase annähernd 4 μsek nach dem Stadium in 3(a); 3(f) ist eine Phase annähernd 4,5 μsek nach dem Stadium in 3(a); 3(g) ist eine Phase annähernd 6 μsek nach dem Stadium in 3(a); 3(h) ist eine Phase die annähernd 9 μsek nach dem Stadium in 3(a).
Im 3 stellen die waagerecht schraffierten Teile die Düsenplatte oder die Flüssigkeitskanalwand dar, und die mit kleinen Punkten markierten Abschnitte zeigen die Flüssigkeit. Die Punktdichte verdeutlicht die Geschwindigkeit. Anders ausgedrückt, wenn ein Abschnitt eine hohe Dichte von Punkten aufweist, hat er eine hohe Geschwindigkeit und wenn ein Abschnitt eine geringe Dichte von Punkten aufweist hat, er eine niedrige Geschwindigkeit.
Wenn der elektrische Anschluß zum Heizelement 1 infolge eines Aufzeichnungssignals oder dergleichen hergestellt ist, beginnt gemäß 3(a) im Strömungskanal 5 die Erzeugung eines Bläschens 301 auf dem Heizelement 1. Danach wächst das Volumen des Bläschens in annähernd 2,5 μsec sehr schnell an, wie in 3(a) und (b) gezeigt. Zu dieser Zeit erreicht das Bläschen 301 sein größtes Volumen, wobei der höchste Punkt des Bläschens 301 über die obere Oberfläche der Lochplatte hinaus reicht wird, und der Bläschendruck wird geringer als der atmosphärische Druck, mit einer Reduzierung von etwa 1/14–1/15 auf 1/4–1/5 des atmosphärische Drucks. Anschließend, annähernd 2,5 μsec nach der Erzeugung des Bläschens 301, beginnt das Bläschen 301 sein Volumen von der vorher beschriebenen maximalen Größe zu verlieren, und etwa zur gleichen Zeit, beginnt sich ein Meniskus 302 zu bilden. Gemäß 3(d) zieht sich der Meniskus in Richtung des Heizelements 1 zurück, mit anderen Worten, er fällt durch die Ausstoßöffnung nach unten.
Die Erklärung „fällt nach unten" bedeutet nicht, daß der Meniskus in der Gravitationsrichtung fällt. Es bedeutet einfach, daß der Meniskus sich in Richtung des elektrothermischen Umwandlers bewegt, das hat nur wenig Beziehung zu der Richtung, in der der Kopf befestigt ist. Das gilt auch für die folgende Beschreibung der vorliegenden Erfindung.
Da die Geschwindigkeit mit der der Meniskus 302 fällt größer ist als die Geschwindigkeit, mit der das Bläschen 301 entgegengesetzt steigt, tritt das Bläschen 301 nahe der Bodenöffnung der Ausstoßöffnung mit der atmosphärischen Luft in Verbindung, annähernd 4 μsec nach dem Beginn des Bläschenwachstums; wie in 3(e) gezeigt. Von diesem Augenblick an beginnt die an die zentrale Achse der Ausstoßöffnung angrenzende Flüssigkeit (Tinte) in Richtung auf das Heizelement 1 zu fallen. Das ist auf die Trägheit der Flüssigkeit zurückzuführen, wobei der Flüssigkeitsabschnitt, der durch den Unterdruck des Bläschens 301 in Richtung auf das Heizelement 1 zurückgezogen ist, sich weiterhin in Richtung auf das Heizelement 1 bewegt, trotzdem das Bläschen 301 mit der atmosphärischen Luft in Verbindung getreten ist. Die Flüssigkeit (Tinte) fällt weiter in Richtung des Heizelements 1 und erreicht die obere Oberfläche des Heizelements 1 annähernd 4,5 μsec nach dem Beginn des Bläschenwachstums, wie in 3(f) dargestellt; und beginnt sich auszubreiten und die obere Oberfläche des Heizelements 1 zu bedecken, wie in 3(g) dargestellt. Der Teil der Flüssigkeit, der sich ausbreitet, um die obere Oberfläche des Heizelements 1 zu bedecken, besitzt einen bestimmten Kraftvektor parallel zur oberen Oberfläche des Heizelements 1, hat aber den Kraftvektor, der sich mit der oberen Oberfläche des Heizelements 1 schneidet, verloren, z. B. den Kraftvektor senkrecht zur oberen Oberfläche des Heizelements 1. Somit haftet der Bodenabschnitt der Flüssigkeit an der Oberfläche des Heizelements 1 und zieht den darüber befindlichen Abschnitt nach unten, der noch einen bestimmten Kraftvektor in Richtung auf die Ausstoßöffnung 4 besitzt. Der Säulenabschnitt 303 der Flüssigkeit schnürt sich zwischen dem Bodenabschnitt der Flüssigkeit, die ausgebreitet ist und dabei das Heizelement 1 ganz bedeckt, und dem oberen Abschnitt (primäres Bläschen) der Flüssigkeit allmählich ein, und der obere Abschnitt wird letztendlich vom Bodenabschnitt etwa oberhalb des Zentrums des Heizelements 1 abgetrennt, annähernd 9 μsec nach dem Beginn des Blasenwachstums. Der obere Teil des Säulenabschnitts 303 der Flüssigkeit ist in den oberen Abschnitt (primäres Bläschen) der Flüssigkeit integriert, die noch einen Kraftvektor in Richtung auf die Ausstoßöffnung 4 besitzt und der Bodenabschnitt des Säulenabschnitts 303 der Flüssigkeit ist in den Bodenabschnitt der Flüssigkeit integriert die sich so ausgebreitet hat, daß die Oberfläche des Heizelements bedeckt ist. Die Stelle des Säulenabschnitts 303 der Flüssigkeit an der sich der Säulenabschnitt 303 abtrennt, sollte sich wünschenswerter Weise näher zum elektrothermischen Umwandler als zur Ausstoßöffnung 4 befinden. Das primäre Flüssigkeitströpfchen ist dabei tatsächlich in symmetrischer Form aus der Ausstoßöffnung 4 ohne Abweichung von der festgelegten Ausstoßrichtung aus-gestoßen und trifft auf der Aufzeichnungsoberfläche eines Aufzeichnungsmediums an einer vorbestimmten Stelle auf. Im Falle eines Flüssigkeitsausstoßkopfes und eines Flüssigkeitsausstoßverfahrens vor der vorliegenden Erfindung, fliegt der Teil der Flüssigkeit, der an der Oberfläche des Heizelement 1 haftet, als Satellitentröpfchen aus, dem primären Tröpfchen folgend, aber im Falle des Flüssigkeitsausstoßkopfes und des Flüssigkeitsausstoßverfahrens dieser Ausführungsform ist das Ausfliegen des Teils der Flüssigkeit, der an der Oberfläche des Heizelements 1 haftet, als Satellitentröpfchen verhindert, da sie an der Oberfläche des Heizelements haften bleibt. Das heißt, der Flüssigkeits-ausstoßkopf und das Flüssigkeitsausstoßverfahren dieser Ausführungsform können zuverlässig verhindern, daß Flüssigkeit als Satellitentröpfchen ausgestoßen werden, die sicher zu dem sogenannten Spritzeffekt führen, damit kann zuverlässig verhindert werden, daß sich auf der Aufzeichnungsoberfläche des Aufzeichnungsmediums Tintennebel oder Tinte ablagert.
Wenn der Flüssigkeitsausstoßkopf dieser Ausführungsform mit einer Frequenz von 10 KHz betrieben wurde, um ein echtes Bild zu drucken, war der Ausstoßfehler in Bezug auf die Richtung im Maximum nur 0,4°, und es war unmöglich, im Umkreis eines schwarzen Buchstaben Spritzer zu entdecken, wobei akzeptable Bilder aufgezeichnet werden konnten.
VERGLEICHSBEISPIEL
Zum Zweck des Vergleiches wurde ein Flüssigkeitsausstoßkopf hergestellt, der den gleichen Aufbau wie der in 2(a) und (b) hatte, wobei nur wenige Abschnitte von der Abmessung ausgenommen wurden. In dem Vergleichsflüssigkeitsausstoßkopf war die Dicke To der Lochplatte 3, die gleich dem Abstand von der Ausstoßöffnung 4 zum Flüssigkeitskanal 5 ist, gleich 9 μm (To = 9 μm) und die Höhe Tn des Flüssigkeitskanals 5 war 12 μm (Tn = 12 μm). Als Impuls für den Antrieb des Vergleichskopfes wurde ein einfacher Impuls verwendet, mit einer Dauer von 2,9 μsec und ein Antriebswert von 9,72 V oder das 1,2-fache des Ausstoßgrenzspannungsniveaus von 2. Die für den Test des Vergleichskopfes verwendete Tinte hatte die gleiche Eigenschaft wie die Tinte die in der vorliegenden Erfindung als Flüssigkeit beschrieben wurde.
Als nächstes erfolgt die Beschreibung eines Konventionellen Flüssigkeitsausstoßverfahrens unter Bezugnahme auf einen Flüssigkeitsausstoßkopf, der wie vorgenannt beschrieben aufgebaut ist.
4 ist eine Schnittzeichnung, die die Flüssigkeitsausstoßabfolge in einem konventionellen Flüssigkeitsausstoßverfahren darstellt und in welchem (a)–(g) wichtige Phasen des Flüssigkeitsausstoßes veranschaulichen. Die Richtung der Schnittebene in dieser Zeichnung ist die gleiche wie die in 2(a). 4(a) zeigt das Initialstadium des Bläschenwachstums auf dem Heizelement 1 bei dem ein Bläschen begonnen hat auf dem Heizelement 1 zu wachsen; 4b ist eine Phase annähernd 0,5 μsec nach dem Stadium in 4(a), 4(c) ist eine Phase annähernd 1,5 μsec nach dem Stadium in 4(a); 4(d) ist eine Phase annähernd 2 μsec nach dem Stadium in 4(a); 4(e) ist eine Phase annähernd 4 μsec nach dem Stadium in 4(a); 4(f) ist eine Phase annähernd 5 μsec nach dem Stadium in 4(a) und 4(g) zeigt eine Phase annähernd 7 μsec nach dem Stadium in 4(a). In 4 stellen die waagerecht schraffierten Teile die Lochplatte oder die Flüssigkeitskanalwand dar und die mit kleinen Pünktchen markierten Abschnitte zeigen die Flüssigkeit, wie in 3 erfolgt. Die Punktdichte verdeutlicht die Geschwindigkeit, ebenso wie in 3 erfolgt. Anders ausgedrückt, wenn ein Abschnitt eine hohe Dichte von Punkten aufweist, hat er eine hohe Geschwindigkeit und wenn ein Abschnitt eine geringe Dichte von Punkten aufweist, hat er eine niedrige Geschwindigkeit.
Unmittelbar nach der Erzeugung wächst das Volumen des Bläschens 301 schnell an, wie in 4(a) und (b) dargestellt. Danach tritt das Bläschen 301 mit der atmosphärischen Luft in Verbindung, wie in 4(c) dargestellt, während sich die Ausdehnung oder das Wachstum fortsetzt. Die Stelle, an der die Verbindung zwischen dem Bläschen 301 und der atmosphärischen Luft stattfindet, befindet sich etwas oberhalb der Ausstoßöffnung 4, das heißt etwas oberhalb der oberen Oberfläche der Lochplatte. Un-mittelbar nach der Verbindung haftet der Säulenteil 303 der Flüssigkeit der sich aus der Flüssigkeit ausdehnt und das primäre Flüssigkeitströpfchen bilden wird noch teilweise an der Wand der Ausstoßöffnung, wie in 4(d)–(g) gezeigt. Dann wird das primäre Flüssigkeitströpfchen vom Säulenteil 303 der Flüssigkeit an einer Stelle, etwas oberhalb der Ausstoßöffnung 4 abgetrennt. Zu diesem Zeitpunkt ist der Säulenteil 303 der Flüssigkeit noch teilweise mit der Wand der Ausstoßöffnung in Verbindung, mit anderen Worten, die Wand der Ausstoßöffnung ist noch von Flüssigkeit befeuchtet. Deshalb liegt die Stelle, an der der primäre Tropfenteil der Flüssigkeit vom Säulenteil 303 der Flüssigkeit getrennt wird, etwas außerhalb der Achse der Ausstoßöffnung. Dadurch ist wahrschein lich das Abweichen der Richtungstrajektoren des primären Tropfenteils von der normalen Richtung und auch die Erzeugung von Flüssigkeits-nebel verursacht. Im Falle dieses Vergleichsbeispiels war die Abweichung von der Ausstoßrichtung 1,5° im Maximum und Flüssigkeitsnebel konnte, obwohl nur in kleinen Mengen, mit dem bloßen Auge wahrgenommen werden.
Der Flüssigkeitskanal des Flüssigkeitsausstoßkopfes, der so aufgebaut ist wie in 2(a) und (b) dargestellt, ist nicht symmetrisch zu einer imaginären Linie, die durch das Zentrum des Heizelements 1 parallel zur Y-Achse verläuft und deshalb ist auch die Strömungsdynamik der Flüssigkeit nicht symmetrisch. Folglich liegt auch die Stelle, an der das Bläschen 301 mit der atmosphärischen Luft in Verbindung tritt, etwas außerhalb der zentralen Achse der Ausstoßöffnung oder der Mitte der Ausstoßöffnung 4. Desweiteren kommt es eben, wenn die Düsenplatte 3 über die gesamte obere Oberfläche, wo sich die Ausstoßöffnungen 4 befinden (nachfolgend als Russtoßöffnungsoberfläche bezeichnet), einen gleichmäßigen Flüssigkeitsrückstoß erfährt, da der Kopf zur wiederholten Bilderzeugung oder dergleichen eingesetzt ist, an der Ausstoßöffnungsoberfläche angrenzend an die Ausstoßöffnung 4 manchmal zu einer unzulässigen Befeuchtung. Diese unzulässige Befeuchtung ist wahrscheinlich für die Abweichung von der Flüssigkeitsausstoßrichtung verantwortlich.
Deshalb kann der Vergleichs-Flüssigkeitsausstoßkopf die Auswirkungen des oben beschriebenen Kopfaufbaus und den Flüssigkeitsrückstoß nicht vollständig ausschließen und kann deshalb auch die Abweichung von der Ausstoßrichtung nicht vollständig verhindern.
Im Gegensatz dazu kann im Fall der vorliegenden Erfindung, eben wenn ein Kopf verwendet wird, der dazu neigt beeinflußt zu werden von der Richtungsabweichung beim Flüssigkeitsausstoß infolge der Asymmetrie des Flüssigkeitsstromes hervorgerufen, durch den Aufbau des Flüssigkeitsausstoßkopfes und/oder die zufällige Asymmetrie infolge der Befeuchtung der oberen Oberfläche der Düsenplatte angrenzend an die Ausstoßöffnungen 4, das Eintreten solcher Auswirkungen verhindert werden. Anders gesagt, ist die Richtung, in der das Flüssigkeitsköpfchen ausgestoßen ist, stabilisiert, und die Abweichung von der Flüssigkeitsausstoßrichtung kann vollständig verhindert werden.
Als eine der Bedingungen, die das Flüssigkeitsausstoßverfahren in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung verbessert, kann die Vergrößerung des Betrages von Tn und/oder To, wie bereits früher genannt, vermerkt werden. Eine weitere wichtige Betriebsbedingung ist, daß das Verhältnis der Betriebsspannung bezogen auf die Ausstoßgrenzspannung nicht größer als 1,35 werden darf. Wenn es dazu kommt, daß das Verhältnis 1,35 übersteigt (wenn die Betriebsspannung außerordentlich angestiegen ist), schiebt sich die Stelle, an der das Bläschen mit der atmosphärischen Luft zusammentrifft, nach oben, wodurch die Probleme oder die Abweichung von Flüssigkeitsausstoßrichtung verursacht sind.
WEITERE AUSFÜHRUNGSFORMEN
In dieser Ausführungsform wurde das Drucken mit einem Flüssigkeitsausstoßkopf ausgeführt, der im wesentlichen den gleichen Aufbau hatte, wie der Flüssigkeitsausstoßkopf der vorliegenden Erfindung, ausgenommen die Differenz in der Höhe Tn (10 μm) des Flüssigkeitskanals und der Dicke To (15 μm) der Lochplatte. Die Tinte war die gleiche wie die Tinte in der vorliegenden Ausführungsform. Die Betriebsbedingungen sind also im wesentlichen die gleichen wie diejenigen in der vorliegenden Ausführungsform d. h. Einzelimpulse mit einer Weite von 2,8 μsec und einem Spannungswert von 9,96 V oder das 1,2-fache der Ausstoßgrenzspannung.
In dieser Ausführungsform wurde ein Flüssigkeitströpfchenvolumen von 9 × 10^–15 m³ und eine Ausstoßgeschwindigkeit von 15 m/sec perfekt verwirklicht. Der Flüssigkeitsausstoßkopf wurde mit einer Ausstoßfrequenz von 10 KHz betrieben, dabei wurden wünschenswerte Drucke hergestellt, also Drucke, die nur geringfügig durch Abweichungen des Flüssigkeitsausstoßes und durch feine Nebel betroffen sind.
Die vorliegende Erfindung ist nicht nur mit einem Flüssigkeitsausstoßkopf verwendbar, der einen Strömungskanal aufweist, dessen Weite gleich der im 2(b) gezeigten ist, sondern auch mit einem Flüssigkeitssausstoßkopf, der einen Flüssigkeitskanal aufweist, dessen Weite in Richtung auf den elektrothermischen Umwandler geringer wird wie in 7(a) gezeigt, und einen Flüssigkeitsausstoßkopf, der mit einer Flüssigkeitssperre versehen ist, die im Flüssigkeitskanal angrenzend an elektrothermischen Umwandler angeordnet ist, wie in 7(b) gezeigt. Desweiteren ist die vorliegende Erfindung nicht nur mit einem Flüssigkeitsausstoßkopf anwendbar, dessen Ausstoßöffnung quadratisch ist, sondern auch mit einem Flüssigkeitsausstoßkopf dessen Ausstoßöffnung kreisförmig oder elliptisch ist.
Als nächstes erfolgt die Beschreibung eines der Herstellungsverfahren für den in 2(a) und (b) dargestellten Flüssigkeitsausstoßkopf unter Bezugnahme auf 5(a)– (f).
5 ist eine Schnittzeichnung, die die Herstellungsabfolge des vorgenannten Flüssigkeitsausstoßkopfes darstellt und in der (a)–(f) entscheidende Herstellungsschritte aufzeigen.
Als erstes ist ein Stück Substrat 11 vorbereitet, das aus Glas-, Keramik-, Plastmaterial oder Metall zusammen-gesetzt ist, wie in 5(a) gezeigt.
Die Auswahl des Materials oder die Form des Substrats 11 ist nicht notwendiger Weise limitiert. Jedes beliebige Material oder Materialform kann verwendet werden, so lange es möglich ist, das Substrat 11 als Teil des Strömungskanals zu benutzen und auch als Element zum Aufnehmen von Schicht-material in dem Tintenkanäle und Tintenausstoßöffnungen angeordnet sind. Auf dem Substrat 11 sind eine vorbestimmte Anzahl von Tintenausstoßenergie Erzeugungselementen 12, solche wie ein elektrothermischer Umwandler oder ein piezoelektrisches Element angebracht.
Die Aufzeichnung erfolgt, wenn die Ausstoßenergie für das Ausstoßen eines mikroskopisch kleinen Tröpfchens Aufzeichnungsflüssigkeit durch diese Tintenausstoß-Energieerzeugungselemente 12 in die Tinte geleitet ist. Bei Nutzung eines elektrothermischen Umwandlers als Tintenausstoß-Energieerzeugungselement 12 ist die Ausstoßenergie dadurch erzeugt, da das Element den Zustand der an das Element angrenzenden Aufzeichnungsflüssigkeit durch Erwärmen der Flüssigkeit verändert.
Wenn andererseits der Einsatz eines piezoelektrischen Elements erfolgt, ist die Ausstoßenergie durch die mechanischen Schwingungen dieses Elements erzeugt.
An diese Elemente 12 sind Steuersignaleingabeelektroden (nicht gezeigt) für den Betrieb der Elemente 12 angeschlos sen. Zum Zweck der Verbesserung der Lebensdauer dieser Ausstoßenergieerzeugungselemente 12 ist der Flüssigkeitsausstoßkopf im allgemeinen mit verschiedenen Funktionsschichtungen, solche wie Schutzschichten ausgerüstet. Offensichtlich gibt es kein Problem dahingehend, daß der Flüssigkeitsausstoßkopf in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung mit solchen Funktionsschichtungen ausgerüstet ist.
In 5(a) ist ein Kopfaufbau dargestellt, in dem ein Substrat 13 bereits im Voraus mit einer Tintenzuführöffnung 13 (Kanal) ausgerüstet ist, durch den Tinte von der hinteren Seite des Substrats 13 zugeführt ist. Als ein Mittel zur Ausformung des Tintenzuführkanals 13 kann ein beliebiges Mittel verwendet werden, solange es einen Kanal durch das Substrat 11 ausformen kann. Der Tintenzuführkanal kann z. B. durch die Anwendung mechanischer Mittel solche wie Bohrer, oder durch optische Mittel, solche wie ein Laserstrahl hergestellt werden. Desweiteren kann er auch durch chemische Verfahren, z. B. durch Ätzen einer Öffnung unter Anwendung einer Abschirmmaske hergestellt werden.
Offensichtlich ist es nicht erforderlich, daß der Tintenzuführkanal 13 im Substrat 11 erzeugt ist. Er kann auch in Maskenform aus Harzmaterial hergestellt sein, die in Bezug auf das Substrat 11 auf der gleichen Seite angebracht ist wie die Tintenausstoßöffnung 21.
Als nächstes ist eine Tintenbahnstruktur 14 auf dem Substrat 11 unter Verwendung von löslichem Harzmaterial hergestellt, welche die Tintenstrahl-Energieerzeugungselemente 12 bedeckt, wie in 5(a) gezeigt. Als eines der üblicherweise meist genutzten Mittel für die Herstellung der Tintenbahnstruktur 14 kann ein lichtempfindliches Material verwendet werden, aber die Tintenbahnstruktur 14 kann auch aus ei nem Material, wie für den Filmdruck hergestellt sein. Bei Verwendung von lichtempfindlichem Material ist die Tintenbahnmaske auflösbar, und dadurch ist es möglich, einen positiven Schutztyp oder einen negativen Schutztyp zu verwenden, dessen Löslichkeit verändert werden kann.
Als ein Verfahren für die Herstellung einer Schutzschicht ist es wünschenswert, wenn der Tintenkanal 13 auf der Substrat 11-Seite angeordnet ist, die Tintenbahnstruktur 14 durch Beschichtung mit einer Trockenfilmschicht aus lichtempfindlichem Material herzustellen. Bei einem Verfahren zur Herstellung eines Trockenfilms wird das lichtempfindliche Material durch ein entsprechendes Lösungsmittel aufgelöst, die dabei entstandene Lösung wird auf eine Filmbahn aus Polyäthylenterephtalat oder dergleichen aufgetragen und getrocknet. Als weiteres Material für den trockenen Film können lichtresistente Hochpolymerverbundstoffe, solche wie Polymethylisopropylketon oder Polyvenylketon, die zur Gruppe der Vinylketone gehören, mit den erwünschten Ergebnissen eingesetzt werden. Das ist möglich, da diese chemischen Verbundstoffe ihre Hochpolymercharakteristik beibehalten, d. h., sie können leicht zu dünnen Filmschichten verarbeitet werden, die eben auch leicht über den Tintenzuführkanal 13 aufgeschichtet werden können, bevor sie der Belichtung ausgesetzt werden.
Desweiteren kann die Schutzschicht für die Tintenbahn 14 durch gewöhnliche Verfahren wie Spritzbeschichtung oder Rollbeschichtung hergestellt werden, nachdem der Tintenzuführkanal 13 mit Füllmaterial ausgefüllt ist, das in einer späteren Herstellungsphase wieder entfernt werden kann.
Weiterhin ist eine Schicht aus Harzmaterial 15 so auf dem Substrat 11 angeordnet, daß die lösliche Harzschicht der Maske für die Tintenbahn 14, die durch gewöhnliche Verfahren der Beschichtung, solche wie Spritzbeschichtung oder Rollbeschichtung hergestellt ist, bedeckt ist, wie in 5(b) gezeigt. Eine der Eigenschaften des Materials für die Harzschicht 15 muß sein, daß sie die Tintenbahnmaske, die aus löslichem Harzmaterial hergestellt ist, nicht verändert. Anders ausgedrückt, das Lösungsmittel für das Material der Harzschicht 15 muß so ausgewählt werden, daß es das Harzmaterial der Tintenbahnstruktur nicht auflöst, so daß die auflösbare Tintenbahnstruktur nicht durch das Lösungsmittel für das Harzmaterial 15 aufgelöst ist, während die Lösung, die durch das Auflösen des Materials für die Harzschicht 15 im Lösungsmittel vorbereitet ist, die auflösbare Tintenbahnstruktur beschichtet.
Es folgt jetzt die Beschreibung der Harzschicht 15. Die Harzschicht 15 ist wünschenswerter Weise aus lichtempfindlichem Material erzeugt (wird später beschrieben), so daß die Ausstoßöffnung leicht und präzise mit Hilfe der Fotolithographie hergestellt werden kann. Das lichtempfindliche Material für die Harzschicht 15 soll eine hohe mechanische Festigkeit aufweisen, wie von Strukturmaterial gefordert; die Fähigkeit hermetisch dicht an das Substrat 11 anzuhaften; Tintenfestigkeit und eine Lichtempfindlichkeit, die groß genug ist, um zu ermöglichen, das ein hochauflösendes Bild einer mikroskopischen Maske für die Herstellung der Tintenstrahlöffnung durch präzise Ätzung auf der Harzschicht 15 erzeugt werden kann. Für das geforderte Material ist kationisch gehärtetes Epoxydharzmaterial wünschenswert, da es die von Strukturmaterialien geforderte sehr hohe mechanische Festigkeit aufweist; die Fähigkeit hermetisch dicht an das Substrat 11 anzuhaften; Tintenfestigkeit, und es besitzt ausgezeichnete Strukturierungseigenschaften bei normalen Temperaturen, bei denen es ein Festkörper ist.
Kationisch gehärtetes Epoxydharz weist im Vergleich zu Epoxydharz das unter Verwendung gewöhnlicher Acidanhydride oder Amine gehärtet wurde, eine höhere Überkreuzverbindungsdichte auf und weist deshalb als Konstruktionsmaterial ausgezeichnet Strukturierungseigenschaften auf. Die Anwendung von Epoxydharz, das bei normaler Temperatur ein Festkörper ist, verhindert, das Polymerisationszellen, die aus dem Polymerisationsauslöser infolge von Lichteinwirkung austreten sich in dem Epoxydharz verteilen. Deshalb kann eine hochgradige Genauigkeit bei der Maskenherstellung erreicht werden; die Masken können hochpräzise angefertigt werden.
Die Harzschicht 15 ist über einer anderen Harzschicht, die auflösbar ist, angeordnet und mit einem Verfahren, bei dem das Material für die Harzschicht 15 aufgelöst ist, erfolgt das Auftragen der vorbereiteten Lösung auf die Zielfläche durch Spritzbeschichtung.
Die Harzschicht 15 kann durch Anwendung der Spritzbeschichtungstechnik einheitlich und präzise aufgebracht werden, das ist eine der Dünnfilmerzeugungstechniken. Der Abstand (0–II-Distanz) zwischen einem Tintenausstoß-Druckerzeugungselement 12 und der entsprechenden Öffnung kann somit leicht verringert werden, wodurch es andererseits leichter möglich ist, einen Flüssigkeitsausstoßkopf herzustellen, der in der Lage ist, wünschenswert kleine Flüssigkeitströpfchen auszustoßen, was bei den konventionellen Verfahren schwierig war.
Allgemein gesagt ist, wenn der sogenannte Negativtyp von lichtempfindlichem Material als Material für die Harzschicht 15 verwendet ist, reflektiert die Substratoberfläche die Belichtung und/oder es ist Schaum erzeugt (Entwicklungsrückstand). Im Fall der vorliegenden Erfindung jedoch ist die Ausstoßlochstruktur (Ausstoßöffnungsstruktur) über der Tin tenbahnstruktur angeordnet, die aus auflösbarem Harzmaterial angefertigt ist. Deshalb können die Auswirkungen der Reflektion der Belichtung durch das Substrat ignoriert werden.
Desweiteren ist der während der Entwicklung erzeugte Schaum durch den Vorgang beseitigt, wobei er mit dem lösliche Harz aus der Form der Tintenbahn ausgewaschen ist. Deshalb hinterläßt der Schaum keinerlei schädigende Auswirkungen. Zu dem Epoxydharz das als Festkörper in der vorliegenden Erfindung anzuwenden ist, kann folgendes vermerkt werden:
Epoxydharz dadurch hergestellt, daß Biphenol A angeregt wird mit Epichlorhydrin zu reagieren mit einem Molekulargewicht von 900 oder mehr;
Epoxydharz dadurch hergestellt, daß Bromphenol A angeregt wird mit Epichlorhydrin zu reagieren;
Epoxydharz dadurch hergestellt, daß Phenol-Novolac oder O-Creosol-Novolac veranlaßt werden mit Epichlorhydrin zu reagieren.
Diese multifunktionalen Epoxydharze sind in den japanischen Offenlegungsschriften der Nummern
161973/1985, 221121/1988,
9216/1989, 140219/1990
offengelegt und haben Oxycyclohexane als ihren Skelettaufbau und dergleichen Epoxydharze. Es ist festzustellen, daß die Epoxydharze, die mit der vorliegenden Erfindung kompatibel sind, sich nicht auf die oben aufgeführten Harze beschränken.
Als fotokationischen Polymerisations-Initiator für die Härtung der oben genannten Epoxydharze können gemäß „Journal Polymer Science, Symposium Nr.: 56 383–395/1976 SP-150 und SP-170, vermarktet durch die Asahi Electro-Chemical Industry Co. Ltd. und andere..." aromatische Iodate und aromatische Sulfonate benannt werden.
Der oben genannte fotokationische Polymerisationsinitiator fördert weiterhin die kationische Polymerisation, wenn er zusammen mit einer Reduktionsagens unter Zuführung von Wärme verwendet wird (verbessert die Überkreuzbindungsdichte im Vergleich dazu, wenn nur der Polymerisationskatalysator ohne Wärmezufuhr eingesetzt ist). Wenn jedoch der fotokationische Polymerisations-Initiator zusammen mit einer Reduktionsagens verwendet ist, muß die Auswahl der Agens so erfolgen, daß die Reaktion nicht bei normaler Temperatur eintritt, sondern nur nach dem Erreichen einer bestimmten Temperatur (wünschenswerter Weise 60°C oder höher) erfolgt, womit das sogenannte „Redox-System" geschaffen ist. Als eine solche Reduktionsagens ist eine Kupferverbindung, insbesondere Trifluormethan Kupfer-Sulfonat (II) bestens geeignet. Als Reduktionsagens ist auch Askorbinsäure geeignet. Wenn es desweiteren notwendig ist, die Überkreuzverbindungsdichte zu erhöhen, so daß die Anzahl der Düsen erhöht werden kann (Hochgeschwindigkeitsdruck), oder nicht-neutrale Tinte (verbesserte Wasserfestigkeit der Farbagenzien) verwendbar ist, kann die Überkreuzverbindungsdichte durch die Anwendung der genannten Reduktionsagenzien wie folgt erhöht werden: Die Reduktionsagens ist in einer Lösung aufgelöst und die Harzschicht 15 ist nach dem Entwicklungsvorgang der Harzschicht unter Zuführung von Wärme in die Lösung der Reduktionsagens eingetaucht.
Zu dem oben aufgelisteten Material der Zusatzstoffe für die Harzschicht 15 können, wenn erforderlich weitere hinzugefügt werden, so kann zum Beispiel dem Epoxydharz so eine Agens zugefügt werden, die die Elastizität erhöht und den Elastizitätsmodul des Epoxydharzes reduziert, oder es kann dem Epoxydharz ein Silan-Verbinder zugefügt werden, der den Grad der hermetischen Haftung zwischen der Harzschicht 15 und dem Substrat weiter verbessert.
Als nächster Schritt wird die Harzschicht, bestehend aus dem oben beschriebenen Verbundmaterial, durch eine Maske 16 belichtet, wie in 5(c) gezeigt. Da die Harzschicht 15 aus dem Negativtyp des lichtempfindlichen Materials hergestellt ist, sind die Abschnitte, die den Tintenausstoßöffnungen entsprechen, durch die Maske abgedeckt (ebenso sind offensichtlich, obwohl nicht gezeigt, die Abschnitte zu denen eine elektrische Verbindung verläuft, auch abgedeckt).
Das zu verwendende Licht kann aus der ultravioletten Strahlung, der tief-ultravioletten Strahlung, der Elektronenstrahlung, Röntgenstrahlung und dergleichen gewählt werden, jeweils in Übereinstimmung mit dem Empfindlichkeitsbereich des verwendeten kationischen Polymerisationsinitiators.
Die gesamte Positionierung bei allen vorher beschriebenen Flüssigkeitsausstoßkopf-Herstellungsverfahren erfolgt unter der Anwendung konventioneller Fotolithographietechniken zufriedenstellend, und die Präzision kann dabei im Vergleich zu einem Verfahren, bei dem die Düsenplatte und das Substrat getrennt hergestellt und danach zusammengefügt werden, wesentlich verbessert werden. Die unter der Maske belichtete lichtempfindliche Harzschicht 15 kann danach erwärmt werden, um die Reaktion zu beschleunigen. Wie vorher beschrieben, ist die lichtempfindliche Harzschicht 15 aus einem Epoxydharz hergestellt, das bei normaler Temperatur den Festkörperstatus behält. Deshalb ist die durch die Maskenbelichtung ausgelöste Verteilung des kationischen Polymerisationsinitiators geregelt. Im Ergebnis ist eine ausgezeichnete Maskengenauigkeit erreicht und die Harzschicht 15 exakt hergestellt.
Als nächstes wird die lichtempfindliche Harzschicht 15, die unter der Maske belichtet worden ist, unter Verwendung einer entsprechenden Lösung entwickelt, und als Ergebnis sind die Tintenausstoßöffnungen 21 hergestellt, wie in 5(d) gezeigt. Dabei ist es möglich die für die Tintenbahn 22 genutzte auflösbare Harzmaske 14 zur gleichen Zeit zu entwickeln in der die Entwicklung des unbelichteten Abschnitts der Harzschicht 15 erfolgt. Auf einem einzigen großen Substratstück ist jedoch eine Vielzahl von Tintenausstoßköpfen, einheitlich oder unterschiedlich hergestellt, die dann in einem Vereinzelungsprozeß vereinzelt und als individuelle Flüssigkeitsausstoßköpfe verwendet werden. Deshalb kann nur der lichtempfindliche Teil der Harzschicht 15 selektiv entwickelt werden, wie in 5(d) gezeigt, dabei ist die Harzmaske 14 für die Herstellung der Tintenbahn 22 in nicht entwickeltem Zustand belassen, als Maßnahme für die Behandlung des Vereinzelungsprozeßstaubs (indem die Harzmaske 14 den Raum für die Flüssigkeitsbahn 22 belegt, kann kein Vereinzelungsprozeßstaub in diesen Raum eintreten), und die Harzmaske 14 kann nach dem Vereinzelungsprozeß entwickelt werden (5(e)). Der bei der Entwicklung der lichtempfindlichen Harzschicht 15 erzeugte Schaum (Entwicklungsrückstand) ist zusammen mit der auflösbaren Harzschicht 14 in gelöstem Zustand beseitigt und verbleibt somit nicht in dem Düsen.
Wenn es notwendig ist, die Überkreuzverbindungsdichte zu erhöhen, wird die lichtempfindliche Harzschicht 15 durch Eintauchen in die Lösung, welche die Reduktionsagens enthält, gehärtet und/oder erwärmt, nachdem die Ausformung des Tintenkanals 22 und die Tintenausstoßöffnung 21 in der lichtempfindlichen Harzschicht 15 realisiert ist. Durch diese Behandlung ist die Überkreuzverbindungsdichte in der lichtempfindlichen Harzschicht 15 weiter erhöht und auch die hermetische Haftung zwischen der lichtempfindlichen Harzschicht 15 und dem Substrat sowie die Tintenfestigkeit des Kopfes wesentlich verbessert.
Dieses Verfahren, bei dem die lichtempfindliche Harzschicht 15 praktisch unter Zuführung von Wärme in eine Lösung eingetaucht ist, die Kupferionen enthält, ist ohne Probleme realisierbar, wenn es unmittelbar erfolgt nachdem die lichtempfindliche Harzschicht 15 unter der Maske belichtet ist, und die Tintenausstoßöffnung 21 durch Entwicklung der belichteten lichtempfindlichen Harzschicht 15 hergestellt ist. Nach dem Eintauch- und Erwärmungsvorgang kann dann die auflösbare Harzmaske 14 durch Auflösung herausgelöst werden. Die Erwärmung kann dabei während des Eintauchens oder nach dem Eintauchen erfolgen.
Bezüglich der Auswahl der Reduktionsagens ist festzustellen, daß eine beliebige Substanz dazu verwendbar ist, sofern sie reduzierende Eigenschaften aufweist. Jedoch sind Kupferverbindungen wie Trifluormethan Kupfer-Sulfonat (II), Kupfer-Acetate, Kupfer-Benzoate oder dergleichen bedeutend wirksamer. Desweiteren ist die genannte Askorbinsäure ebenso wirksam.
Nach der Herstellung der Tintenbahnen und der Tintenausstoßöffnungen sind ein Tintenzuführelement 17 und elektrische Anschlüsse (nicht gezeigt), durch welche die Tintenausstoß-Druckerzeugungselemente 12 angetrieben werden, an dem Substrat befestigt, um den Strahltyp-Flüssig-keitsausstoßkopf zu vervollständigen (5(f)).
Im Falle des Herstellungsverfahrens dieser Ausführungsform ist die Tintenausstoßöffnung durch Fotolithographie hergestellt.
Bei der vorliegenden Erfindung ist das Verfahren zur Herstellung der Tintenausstoßöffnungen 21 in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung nicht notwendigerweise auf die Fotolithographie beschränkt. Sie können zum Beispiel auch durch Trockenätzverfahren (Sauerstoffplasmaätzung) oder einen Excimerlaser unter Verwendung unterschiedlicher Masken hergestellt werden. Bei Herstellung der Tintenausstoßöffnung 21 unter Verwendung eines Excimerlasers oder eines Trockenätzverfahrens ist das Substrat durch eine Harzmaske geschützt, bei gleichzeitiger Verhinderung einer Beschädigung durch den Laser oder das Plasma. Die Anwendung eines Excimerlasers oder eines Trockenätzverfahrens macht es möglich, einen Flüssigkeitsausstoßkopf hochpräzise und zuverlässig herzustellen. Wenn die Tintenausstoßöffnung 21 durch ein Trockenätzverfahren oder einen Excimerlaser hergestellt ist, kann als Material für die Harzschicht 15 ein anderes Material als das lichtempfindlichen Materials verwendet werden; thermisch härtbares Material ist zum Beispiel verwendbar.
Zusätzlich zu dem beschriebenen Flüssigkeitsausstoßkopf ist die vorliegende Erfindung auch mit einem Ganzlinientyp-Flüssigkeitsausstoßkopf anwendbar, der die Fähigkeit aufweist, die Aufzeichnung in einem einzigen Gang über die gesamte Breite der Seite eines Aufzeichnungsmediums auszuführen. Die vorliegende Entwicklung ist auch mit einem Farbflüssigkeitsausstoßkopf anwendbar, der aus einem einzigen Kopf oder aus einer Vielzahl von monochromatischen Köpfen bestehen kann.
Ein Flüssigkeitsausstoßkopf zur Anwendung mit dem Flüssigkeitsausstoßverfahren in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung kann ein Flüssigkeitsausstoßkopf sein, der feste Tinte verwendet, die sich nur verflüssigt, wenn sie bis auf eine bestimmte Temperatur oder darüber erwärmt ist.
Als nächstes erfolgt die Beschreibung eines Beispiels einer Flüssigkeitsausstoßvorrichtung, die mit dem oben beschriebenen Flüssigkeitsausstoßkopf vergleichbar ist.
Unter Bezugnahme auf 6 bezeichnet das Bezugszeichen 200 einen Schlitten, der auf dem oben beschriebene Flüssigkeitsausstoßkopf abnehmbar angebracht ist. Im Falle dieser Flüssigkeitsausstoßvorrichtung sind vier Flüssigkeitsausstoßköpfe auf dem Schlitten 200 montiert, von denen jeder einer bestimmten Farbe, unterschiedlich zu den anderen, zugeordnet ist. Sie sind zusammen mit den entsprechenden Tintenbehältern auf dem Schlitten montiert: ein Gelb-Tintenbehälter 201Y; ein Magentarot-Tintenbehälter 201M; ein Cyanfarben-Tintenbehälter 201C und ein Schwarz-Tintenbehälter 201B.
Der Schlitten 200 ist auf einer Leitstange gelagert und ist veranlaßt sich in wechselnder Richtung, wie durch die Pfeilmarkierung A angezeigt, vorwärts und rückwärts zu bewegen, angetrieben über einen Endlos-Antriebsriemen 204 durch den Motor 203. Der Endlos-Antriebsriemen ist über Rollen 205 und 206 gespannt. Ein Bogen Aufzeichnungspapier P als Aufzeichnungsmedium ist ruckweise in die durch die Pfeilmarkierung B angezeigte Richtung gefördert, senkrecht zur Richtung A. Das Aufzeichnungspapier P ist durch ein Rollenpaar 207 und 208 auf der Zuführseite eingeklemmt und im Sinne der Richtung, in der das Aufzeichnungspapier P ruckweise gefördert ist, durch ein weiteres Rollenpaar 209 und 210 auf der Austragseite so gehalten, daß bei der Förderung eine gewisse Spannung gegeben ist, so daß es über die gesamte Fläche, die dem Kopf gegenüber liegt, glatt bleibt. Jedes der zwei Rollenpaare ist durch die Antriebsvorrichtung 211 angetrieben, obwohl die Vorrichtung so konstruiert sein kann, daß sie durch den vorgenannten Antriebsmotor angetrieben werden.
Zu Beginn eines Aufzeichnungsvorganges befindet sich der Schlitten in der Ausgangsposition. Auch während eines Aufzeichnungsvorganges kehrt er zu der Ausgangsposition zurück und verbleibt dort, falls erforderlich. An der Ausgangsposi tion sind Verschlußelemente 212 angeordnet, die die entsprechenden Ausstoßöffnungen abdecken. Das Verschlußelement 212 ist mit einer Gebrauchswiederherstellungssaugvorrichtung (nicht gezeigt) verbunden, welche Flüssigkeit über die Ausstoßöffnung ansaugt, um zu verhindern, daß der Ausstoßkanal verstopft.

Claims

Flüssigkeitsausstoßverfahren, welches aufweist: einen Schritt zur Bereitstellung eines Flüssigkeitsausstoßkopfes mit einem Flüssigkeitsströmungskanal und darin angeordnetem elektrothermischen Umwandlungselement (1) zur Erzeugung der für das Ausstoßen von Flüssigkeit erforderlichen Wärmeenergie und einer Ausstoßöffnung (4) zum Ausstoßen von Flüssigkeit, welche dem elektrothermischen Umwandlungselement (1) direkt gegenüber liegt, wobei der Flüssigkeitsströmungskanal mit der Ausstoßöffnung (4) in Strömungsverbindung steht und diese mit Flüssigkeit versorgt, und einen Schritt zum Ausstoßen von Flüssigkeit durch Erzeugung eines Bläschens (301) in der im Flüssigkeitsströmungskanal vorhandenen Flüssigkeit, welches mit der in den Flüssigkeitsströmungskanal gelangten Atmosphäre in Verbindung steht, wobei ein Teil der Flüssigkeit in ein Flüssigkeitströpfchen und in eine nach Herstellung der Verbindung zwischen dem Bläschen und der umgebenden Atmosphäre am elektrothermischen Umwandlungselement verbleibende Flüssigkeitsmenge getrennt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei der Schritt zum Ausstoßen von Flüssigkeit aufweist: Erzeugung eines Bläschens (301) in der um das elektrothermische Umwandlungselement (1) im Flüssigkeitsströmungskanal (107) vorhandenen Flüssigkeit zum Wegdrücken der Flüssigkeit vom elektrothermischen Umwandlungselement (1) und Verbinden des Bläschens mit der umgebenden Atmosphäre zum Einleiten dieser in den Flüssigkeitsströmungskanal, damit nach Herstellung dieser Verbindung ein erster Teil der Flüssigkeit zum elektrothermischen Umwandlungselement (1) zurückkehrt und ein zweiter Teil der Flüssigkeit abgetrennt wird und ein Flüssigkeitströpfchen bildet.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei aus der das elektrothermische Umwandlungselement (1) bedeckenden Flüssigkeit das Flüssigkeitströpfchen abgetrennt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1, 2 oder 3, wobei das Bläschen (301) mit der umgebenden Atmosphäre in Verbindung gebracht wird, wenn dessen Volumen abnimmt.
Verfahren gemäß Anspruch 1, 2, 3 oder 4, wobei die Ausstoßöffnung (4) in einer Ausstoßplatte (3) vorhanden ist.
Verfahren gemäß Anspruch 5, wobei die Ausstoßöffnung (4) konisch, ausgeführt und die Fläche der Öffnung an der Oberseite der Ausstoßplatte (3) kleiner ist als an deren Unterseite.
Verfahren gemäß Anspruch 1, 2, 3, 4, 5 oder 6, wobei die Ausstoßöffnung Kreisform hat.
Verfahren gemäß Anspruch 1, 2, 3, 4, 5 oder 6, wobei die Ausstoßöffnung (4) Rechteckform hat.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Bläschen (301) an einer Stelle näher dem elektrothermischen Umwandlungselement (1) als der Ausstoßöffnung (4) mit der umgebenden Atmosphäre in Verbindung steht.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Flüssigkeit an einer Stelle in der Mitte des elektrothermischen Umwandlungselements (1) getrennt wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Flüssigkeit an einer Stelle näher dem elektrothermischen Umwandlungselement (1) als der Ausstoßöffnung (4) getrennt wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das elektrothermische Umwandlungselement (1) eine plötzliche Temperaturerhöhung über den Kernsiedepunkt verursacht, um ein Bläschen zu erzeugen, welches dem Bläschen (301) in dem zum Ausstoßen von Flüssigkeit genutzten Flüssigkeitsströmungskanal zuzuordnen ist.
Flüssigkeitsausstoßvorrichtung, welche aufweist: einen Flüssigkeitsausstoßkopf mit einem Flüssigkeitsströmungskanal und darin angeordnetem elektrothermischen Umwandlungselement (1) zur Erzeugung der für das Ausstoßen von Flüssigkeit erforderlichen Wärmeenergie und einer Ausstoßöffnung (4) zum Ausstoßen von Flüssigkeit, welche dem elektrothermischen Umwandlungselement (1) direkt gegenüber liegt, wobei der Flüssigkeitsströmungskanal mit der Ausstoßöffnung (4) in Strömungsverbindung steht und diese mit Flüssigkeit versorgt, und eine Schaltung (104) zum Speisen des elektrothermischen Umwandlungselements zwecks Erzeugung eines Bläschens (301) in der um das elektrothermische Umwandlungselement (1) im Flüssigkeitsströmungskanal vorhandenen Flüssigkeit, um diese vom elektrothermischen Umwandlungselement (1) wegzudrücken, wo bei die Schaltung (104) ein Verbinden des Bläschens (301) mit der umgebenden Atmosphäre und Einleiten dieser in den Flüssigkeitsströmungskanal, das anschließende Zurückströmen der Flüssigkeit zum elektrothermischen Umwandlungselement (1) und nach Herstellung der Verbindung zwischen dem Bläschen und der umgebenden Atmosphäre das Trennen eines Teils der Flüssigkeit in ein Flüssigkeitströpfchen aauslöst.
Vorrichtung gemäß Anspruch 13, wobei die Schaltung (104) dazu dient, das Trennen der um das elektrothermische Umwandlungselement (1) vorhandenen Flüssigkeit in das Flüssigkeitströpfchen auszulösen.
Vorrichtung gemäß Anspruch 13 oder 14, wobei die Schaltung (104) dazu dient, das Verbinden des Bläschens (301) mit der umgebenden Atmosphäre auszulösen, wenn dessen Volumen sich verringert.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei die Ausstoßöffnung (4) in einer Ausstoßplatte (3) vorhanden ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 16, wobei die Ausstoßöffnung (4) konisch ausgeführt und die Fläche der Öffnung an der Oberseite der Ausstoßplatte (3) kleiner ist als an deren Unterseite.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 13 bis 17, wobei die Ausstoßöffnung Kreisform hat.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 13 bis 17, wobei die Ausstoßöffnung (4) Rechteckform hat.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 13 bis 19, wobei die Schaltung (104) dazu dient, die Herstellung der Verbindung des Bläschen (301) mit der umgebenden Atmosphäre an einer Stelle näher dem elektrothermischen Umwandlungselement (1) als der Ausstoßöffnung (4) auszulösen.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 13 bis 20, wobei die Schaltung (104) dazu dient, das Trennen der Flüssigkeit an einer Stelle in der Mitte des elektrothermischen Umwandlungselements (1) auszulösen.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 13 bis 20, wobei die Schaltung (104) dazu dient, das Trennen der Flüssigkeit an einer Stelle näher dem elektrothermischen Umwandlungselement (1) als der Ausstoßöffnung (4) auszulösen.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 13 bis 22, wobei das elektrothermische Umwandlungselement (1) dazu dient, eine plötzliche Temperaturerhöhung über den Kernsiedepunkt zu verursachen, um ein Bläschen zu erzeugen, welches dem Bläschen (301) in dem zum Ausstoßen von Flüssigkeit genutzten Flüssigkeitsströmungskanal zuzuordnen ist.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 13 bis 23, wobei die Schaltung (104) dazu dient, das elektrothermische Umwandlungselement (1) mit einer Spannung zu speisen, welche geringer ist als das 1,35-Fache der Ausstoßgrenzspannung, um die zur Erzeugung des Bläschens (301) erforderliche Wärmeenergie bereitzustellen.